DE60026888T2 - Abstandbedienbares verriegelungssystem und verfahren für horizontales richtungsbohren - Google Patents

Abstandbedienbares verriegelungssystem und verfahren für horizontales richtungsbohren Download PDF

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A. Gregg Pella AUSTIN
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    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00—Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/04—Directional drilling
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions

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Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet von Bohrarbeiten im Erdreich und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Ändern des Betriebszustandes eines unterirdischen Bohrsystems, was auch das Einstellen der Bewegung eines Bohrstranges und eines Fluidflusses durch den Bohrstrang einschließt, und zwar von einem vom Bohrsystem entfernten Ort aus.
  • Versorgungsleitungen für Wasser, Elektrizität, Gas, Telefon und Kabelfernsehen werden aus Gründen der Sicherheit und Ästhetik oft unterirdisch verlegt. In vielen Fällen können die im Erdreich zu verlegenden Versorgungsleitungen in einem Graben verlegt werden, der nach dem Verlegen wieder verfüllt wird. Obgleich das Verlegen von Versorgungsleitungen in Gräben in Neubaugebieten günstig ist, birgt es gewisse Nachteile. In Gebieten mit bestehenden Bauwerken kann ein Graben ernsthafte Beeinträchtigungen für Bauten oder Straßen bedeuten. Außerdem werden mit großer Wahrscheinlichkeit beim Ausheben eines Grabens bereits verlegte Versorgungsleitungen beschädigt, und Bauwerke oder Straßen, die durch das Ausheben des Grabens beeinträchtigt wurden, werden selten wieder in ihren ursprünglichen Zustand gebracht. Ein offener Graben kann auch für Arbeiter und Passanten eine Verletzungsgefahr bedeuten.
  • Die allgemeine Technik, horizontale unterirdische Löcher zu bohren, wurde in der jüngeren Vergangenheit entwickelt, um die oben beschriebenen Nachteile sowie andere, die nicht beschrieben wurden, aber bei der konventionellen Technik auch auftreten, zu umgehen. Bei Anwendung eines solchen allgemeinen Horizontalbohrverfahrens, das auch als Mikrotunnelbau, Horizontalrichtungsbohren (HDD: Horizontal Directional Drilling) oder unterirdisches Bohren ohne Graben bezeichnet wird, ist ein Bohrsystem auf der Erdoberfläche angeordnet und bohrt ein gegenüber der Erdoberfläche im schrägen Winkel verlaufendes Loch in den Erdboden. Üblicherweise wird ein Bohrfluid durch den Bohrstrang und das Bohrwerkzeug und wieder zurück durch das Bohrloch geleitet, um Bohrschutt und Erde zu entfernen. Nachdem das Bohrwerkzeug eine gewünschte Tiefe erreicht hat, wird das Werkzeug entlang eines im wesentlichen horizontalen Pfades gelenkt, um ein horizontal verlaufendes Bohrloch zu schaffen. Wenn das Bohrloch die gewünschte Länge erreicht hat, wird das Werkzeug wieder nach oben gelenkt, um durch die Erdoberfläche zu stoßen. Dann wird ein Räumer oder Erweiterungsbohrer am Bohrstrang befestigt, der durch das Bohrloch zurückgezogen wird und das Bohrloch auf einen größeren Durchmesser erweitert. Häufig wird eine Versorgungsleitung oder eine andere Leitung an dem Räumwerkzeug befestigt und so zusammen mit dem Räumer durch das Bohrloch gezogen.
  • Eine weitere Technik, die beim horizontalen Richtungsbohren angewendet wird, ist das sogenannte Stoßräumen, bei dem ein Räumer oder Erweiterungsbohrer an der Eingangsseite des Bohrloches am Bohrstrang befestigt wird, nachdem das Bohrwerkzeug an der Ausgangseite des Bohrloches herausgenommen wurde. Der Räumer wird dann durch das Bohrloch geschoben, während die Bohrstangen, die auf der Ausgangsseite des Bohrloches herausgeschoben werden, einzeln abgenommen werden. Das Stoßräumverfahren wird manchmal angewendet, weil es den Vorteil bietet, dass das Bohrfluid wiedergewonnen werden kann. Der Anteil von Arbeitseinsatz bei der Handhabung des Bohrgestänges, der erforderlich ist, um die Bohrstränge am Ausgangsort des Bohrloches zu entfernen, ist wesentlich höher als bei den traditionellen horizontalen Richtungsbohrtechniken.
  • Es ist ohne weiteres einzusehen, dass eine unbeabsichtigte Bewegung des Bohrstranges und/oder des Schneidkopfes am Ausgangsort der Bohrung eine ernsthafte Gefahr für Arbeiter am Ausgangsort darstellen kann. Um dieser potentiellen Gefahr für die Arbeiter am Ausgangsort einer Bohrung zu begegnen, ist die Verwendung einer Einrichtung vorgeschlagen worden, die es einem Arbeiter am Ausgangsort ermöglicht, die Vorwärtsbewegung oder Rotation des Bohrstranges/Schneidkopfes zu beenden. Obgleich diese Vorgehensweise dem Arbeiter scheinbar ermöglicht, die Vorwärtsbewegung und/oder Rotation von Bohrstrang/Schneidkopf zu beenden, liefern diese und andere bekannte Herangehensweisen an das Problem der unbeabsichtigten Bewegung von Bohrstrang/Schneidkopf am Ausgangsort dem Arbeiter an diesem Ausgangsort keine unzweideutige Sicherheit, dass die Bohrmaschine den Befehl zum Beenden der Bohrstrang-/Schneidkopfbewegung oder -rotation empfangen hat.
  • Solche vorgeschlagenen und bekannten Vorgehensweisen liefern dem Arbeiter am Ausgangsort auch nicht die unzweideutige Sicherheit, dass die zum Deaktivieren von Bohrstrang-/Schneidkopfbewegung bzw. -rotation an der Bohrmaschine erforderlichen Schritte erfolgreich abgeschlossen wurden. Solche vorgeschlagenen konventionellen Vorgehensweisen liefern außerdem dem Arbeiter nicht die eindeutige Sicherheit, dass alle Bohrstrang/Scheidkopfbewegung bzw. -rotation gesperrt bleibt, insbesondere dann, wenn der Motor der Bohrmaschine mit oder ohne Absicht abgeschaltet und dann angeschaltet wird oder wenn die Kommunikationsverbindung zwischen dem Arbeiter und der Bohrmaschine in Zweifel zu ziehen oder ausgefallen ist. Auch die mögliche Gefahr durch mit hohem Druck austretendes Bohrfluid am Ausgangsort bleibt bei solchen konventionellen vorgeschlagenen Lösungen ungelöst.
  • Auf dem Gebiet des unterirdischen Tunnelbaus ist eine Einrichtung und ein Verfahren erforderlich, um eine Bewegung von Bohrstrang/Schneidkopf durch einen Arbeiter an einem von der Bohrmaschine entfernten Ort zu verhindern und außerdem den Bohrfluidstrom zu beenden. Außerdem besteht der Bedarf an einer Einrichtung und einem Verfahren, die dem Arbeiter die eindeutige Sicherheit geben, dass jegliche Bohrstrang-/Schneidkopfbewegung und der Fluidstrom bis zu dem Zeitpunkt gesperrt bleiben, an dem der Arbeiter mit dem Bohrmaschinenmeister gemeinsam die Wiederaufnahme des normalen Bohrbetriebes durch die Bohrmaschine für zweckmäßig hält. Weiterhin besteht der zusätzliche Bedarf, eine Einrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, die es dem Bohrmaschinenbedienungspersonal ermöglicht, bestimmte begrenzte Bohrmaschinenbetätigungen auszuführen, während alle Bohrstrang-/Schneidkopfbewegungen sicher gesperrt sind. Mit der vorliegenden Erfindung werden diese und andere bedarfsorientierte Forderungen erfüllt.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zum fernbedienten Ändern des Betriebszustandes einer Maschine zum Horizontalrichtungsbohren, einschließlich der durch Fernbedienung verhinderten und/oder begrenzten Bewegung eines Schneidkopfes oder Räumers bzw. Erweiterungsbohrers und des Abstellens von Fluid-, Schaum- und/oder Luftabgabe in das Bohrloch. Von einem von der Bohrmaschine entfernten Ort wird ein Sperrsignal übermittelt, vorzugsweise durch Verwendung einer tragbaren oder von Hand zu bedienenden Fernbedienungseinheit, die von einer Bedienungsperson betätigt wird, die sich gegenüber der Bohrmaschine an einem entfernten Ort aufhält. Das von der Fernbedienungseinheit übermittelte Sperrsignal wird an der Bohrmaschine empfangen. Auf das empfangene Sperrsignal hin verhindert eine Steuerung der Bohrmaschine die Bewegung des Bohrstranges, mit dem der Schneidkopf oder Räumer gekoppelt ist, beispielsweise dadurch, dass Verlagerung und Rotation des Bohrstranges abgeschaltet werden. Als Reaktion auf das empfangene Sperrsignal hin schaltet die Steuerung ebenfalls die Abgabe von Fluid, Schaum und/oder Luft in das Bohrloch ab.
  • Die Steuerung der Bohrmaschine bewirkt die Übertragung eines Verifikationssignals von der Bohrmaschine an den entfernten Ort. Das Verifikationssignal zeigt den erfolgreichen Empfang des Sperrsignals durch die Bohrmaschine, das Verhindern einer Bohrstrangbewegung und das Abschalten von Fluid- Schaum- und/oder Luftzufuhr in das Bohrloch an. Als Reaktion auf das von der Bohrmaschine empfangene Verifikationssignal überträgt die Fernbedienungseinheit an den Benutzer der Fernbedienungseinheit eine oder mehrere von visuellen, akustischen und/oder taktilen Anzeigen, dass das Verifikationssignal empfangen wurde. Der Empfang des Verifikationssignals und die entsprechende Mitteilung an den Benutzer der Fernbedienungseinheit liefert dem Bedienungspersonal, das am oder in der Nähe des Bohrstranges und insbesondere des Schneidkopfes oder Erweiterungsbohrers arbeitet, die eindeutige Sicherheit, dass jede Bewegung von Bohrstrang/Schneidkopf/Erweiterungsbohrer und das Zuführen von Fluid in das Bohrloch, falls dies vorgesehen ist, erfolgreich beendet wurde.
  • Entsprechend einem anderen Betriebsmodus verhindert die Steuerung auf ein Sperrsignal hin jede Bewegung des Bohrstranges, unterhält jedoch eine begrenzte Bohrmaschinenfunktionalität hinsichtlich der Handhabung von Bohrstrangstäben. Beim Bohrstrangstab-Handhabungsmodus wird eine Bohrstrangbewegung im unterirdischen Bohrloch sicher verhindert, während eine begrenzte Einsatzbereitschaft der Bohrmaschine zum Beispiel das automatische oder manuelle Anbringen eines neuen Stabes am Bohrstrang oder das Zurückbringen eines Stabes ins Lager und das Vorbereiten des Bergens des nächsten Stabes ermöglicht. Wird die Bohrmaschine im Bohrstrangstab-Handhabungsmodus betrieben, wird eine Bewegung des Bohrstranges durch die Verwendung eines Klemmmechanismus an der Bohrmaschine verhindert. Nachdem ein erfolgreicher Klemmvorgang verifiziert wurde, beispielsweise durch die Verwendung eines Sensors am Klemmmechanismus, kann die Antriebsvorrichtung der Bohrmaschine für die Durchführung bestimmter Aufgaben betätigt werden. Eine solche Aufgabe ist es, einen neuen Stab zum Anfügen an den Bohrstrang aufzunehmen und ihn so zu führen, dass er an den Bohrstrang angeschraubt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Antriebseinrichtung bewußt begrenzt hinsichtlich Drehmoment und/oder Schubkraft, um sicherzustellen, dass die Klemmvorrichtung den Bohrstrang im unbewegten Zustand hält, während an dem Stab gearbeitet wird (wenn beispielsweise die Stäbe mit dem Bohrstrang verschraubt und/oder davon abgeschraubt werden).
  • Ein System und Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann weiterhin eine Anzahl von zusätzlichen Merkmalen schaffen, die den einwandfreien und sicheren Betrieb verbessern. Beispielsweise können eine oder mehrere visuelle, akustische und/oder taktile Warnanzeigen an den Benutzer der Fernbedienungseinheit übertragen werden, wenn an der Bohrmaschine ein Betriebszustandswechsel eintritt, der sich auf die Bewegung des Bohrstranges und/oder die Zufuhr von Fluid, Schaum und/oder Luft an den Schneidkopf auswirkt. Nach dem Empfang des Sperrsignals kann von der Fernbedienungseinheit sowohl ein als auch beide visuelle und/oder akustische Empfangssignale an die Bedienungsperson der Bohrmaschine übertragen werden.
  • In der Fernbedienungseinheit kann ein Zeitgeber vorgesehen sein, der so programmiert ist, dass er eine vorbestimmte Ausschaltzeitspanne hat. Der Zeitgeber wird nach der Übertragung des Sperrsignals von der Fernbedienungseinheit aktiviert. Dem Benutzer der Fernbedienungseinheit werden eine oder mehrere Arten von visuellen, akustischen und/oder taktilen Warnanzeigen übermittelt, wenn die Fernbedienungseinheit das Verifikationssignal von der Bohrmaschine empfangen hat und nach Ablauf der voreingestellten Ausschaltzeitspanne, die der Übertragung des Sperrsignals folgt.
  • Ein Abbruch der Kommunikationsverbindung zwischen der Bohrmaschine und dem entfernten Ort wird vorzugsweise von der Fernbedienungseinheit erkannt.
  • Dem Benutzer am entfernten Ort werden ein oder mehrere visuelle, akustische und/oder taktile Anzeigen gegeben, wenn die Kommunikationsverbindung zwischen der Bohrmaschine und dem entfernten Ort abgebrochen ist. Die relative Stärke eines von der Bohrmaschine übertragenen und am entfernten Ort empfangenen Signals kann ebenfalls ermittelt und dem fernen Benutzer angezeigt werden.
  • Die Fernbedienungseinehit kann weiter einer Bedienungsperson dieser Einheit die Möglichkeit bieten, den Betrieb der Bohrmaschine auf unterschiedliche Weise zu ändern, zum Beispiel indem der Bohrmaschine der Befehl gegeben wird, in einer von mehreren auswählbaren Betriebsmodi zu arbeiten. Ein Betriebsmodussignal, das einem vom Benutzer ausgewählten Betriebsmodus entspricht, wird von der Fernbedienungseinheit ausgesendet und am Ort der Bohrmaschine empfangen. Als Reaktion auf das Betriebsmodussignal wird der Betrieb der Bohrmaschine entsprechend dem ausgewählten Betriebsmodus geändert. Das Ändern des Bohrmaschinenbetriebes kann automatisch oder auf die Eingaben in die Benutzersteuerung an der Bohrmaschine hin erfolgen.
  • Das Betriebsmodussignal kann beispielsweise ein KRIECH-Modussignal enthalten. Auf ein KRIECH-Modussignal hin verringert die Steuerung der Bohrmaschine entweder Schneidkopf- oder Räumerrotation und/oder Verlagerung oder beides von einem Nominalpegel auf einen voreingestellten Pegel. Das Betriebsmodussignal kann außerdem eines von den Betriebsmodussignalen STOSS, ZURÜCKZIEHEN oder ROTATION umfassen. Die Steuerung verändert eine Geschwindigkeit und/oder Kraft des sich nach vorn arbeitenden Schneidkopfes oder Räumers als Folge des STOSS-Modussignals, verändert eine Geschwindigkeit und/oder Kraft einer rückwärtsschneidenen Kopf- oder Räumerverlagerung oder verändert eine Geschwindigkeit der Schneidkopf- oder Räumerrotation als Folge des ROTATION-Modussignals. Das Betriebsmodussignal kann ebenfalls ein FÜHRUNG-Modussignal umfassen. Die Steuerung der Bohrmaschine führt Änderungen der Bohrwerkzeugausrichtung nach dem Empfang des FÜHRUNG-Modussignals durch. Eine Führungssteuerung in der Fernbedienungseinheit kann eine Mehrzahl von Schaltern umfassen, von denen jeder eine Position auf einem Uhrenziffernblatt darstellt. Das FÜHRUNG-Modussignal, das von der Führungsteuereinheit erzeugt wird, stellt eine erwünschte Ausrichtung des gesteuer ten Schneidkopfes dar, die der Position des betätigten Schalters auf dem Uhrenziffernblatt entspricht.
  • Die oben gegebene Zusammenfassung der vorliegenden Erfindung hat nicht den Zweck, jede Ausführungsform oder jede praktische Ausführung der vorliegenden Erfindung zu beschreiben. Vorteile und erzielte Vorzüge sowie ein vollständigeres Verständnis der Erfindung gehen aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den Ansprüchen hervor, die zusammen mit den beigefügten Zeichnungen zu betrachten sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Seitenansicht einer Einrichtung zum unterirdischen Bohren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ist ein Blockdiagramm einer Fernbedienungseinheit, die von einer Bedienungsperson der Fernbedienungseinheit zu bedienen ist, die mit einer die Horizontalbohrmaschine (HDD: horizontal directional drilling) steuernden Bedienungsperson kooperiert, um ein fernbedientes SPERR-Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu implementieren;
  • 3A zeigt ein Steuerungssystem einer HDD-Maschine, das mit einer Fernbedienungseinheit zusammenwirkt, um ein fernbedientes SPERR-Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu implementieren;
  • 3B zeigt ein Steuerungssystem einer HDD-Maschine, das mit einer Fernbedienungseinheit zusammenwirkt, um ein fernbedientes SPERR-Verfahren entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu implementieren;
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer Fernbedienungseinheit, die mit einer Steuerung einer HDD-Maschine zusammenwirkt, um ein fernbedientes SPERR-Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu implementieren;
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die zu dem kooperativen Zusammenwirken von einer Fernbedienungseinheit und einer Steuerung einer HDD-Maschine bei der Implementierung eines fernbedienten SPERR-Verfahrens in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung gehören;
  • 6 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte eines fernbedienten SPERR-Verfahrens darstellt, das von einer Steuerung einer HDD-Maschine in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung implementiert wird;
  • 7 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die im Zusammenhang stehen mit dem kooperativen Zusammenwirken von Fernbedienungseinheit und der Steuerung einer HDD-Maschine bei der Implementierung eines fernbedienten SPERR-Verfahrens entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene weitere Schritte in einem fernbedienten SPERR-Verfahren darstellt, das von einer Fernbedienungseinheit entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert wird;
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene weitere Schritte eines fernbedienten SPERR-Verfahrens darstellt, das von einer Steuerung einer HDD-Maschine entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert wird;
  • 10 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die mit dem kooperativen Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung zusammenhängen und als Reaktion auf ein Zusammenbrechen der Kommunikationsverbindung zwischen ihnen entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ablaufen;
  • 11 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die mit dem kooperativen Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung zusammenhängen und als Reaktion auf ein Abschalten des Motors einer HDD-Maschine entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ablaufen;
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die mit dem kooperativen Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung zusammenhängen und beim Betrieb eines LAUF-Modus entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ablaufen;
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die mit dem kooperativen Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung zusammenhängen und im Betriebszustand eines KRIECH-Modus entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ablaufen;
  • 14 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die mit dem kooperativen Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung zusammenhängen, wenn die Einrichtung in einem ROTATION-Modus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird;
  • 15 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die mit dem kooperativen Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung zusammenhängen, wenn die Einrichtung in einem STOSS-Modus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird;
  • 16 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die mit dem kooperativen Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung zusammenhängen, wenn die Einrichtung einem ZURÜCKZIEH-Modus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird; und
  • 17 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, die mit dem kooperativen Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung zusammenhängen, wenn ferngesteuerte Führungsbetätigungen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert werden.
  • Obgleich an der Erfindung verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können und alternative Formen möglich sind, sind spezifische Eigenschaften der Erfindung beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und werden später im Detail beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die besonders beschriebenen Ausführungsformen beschränkt werden soll. Die Erfindung soll im Gegenteil alle Modifikationen, Äquivalente und alternative Ausformungen einschließen, die in den Bereich der Erfindung fallen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
  • In der Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, die ein Teil der Beschreibung sind und in denen verschiedene Ausführungsformen dargestellt sind, mit denen die Erfindung ausgeführt sein kann. Selbstverständlich können andere Ausführungsformen verwendet werden, und bauliche und funktionale Veränderungen können vorgenommen werden, ohne dass der geistige Bereich der vorliegenden Erfindung überschritten wird.
  • In den Figuren, hier wird insbesondere Bezug genommen auf 1, ist eine Ausführungsform einer Horizontalrichtungsbohrmaschine (HDDM) dargestellt, die ein Steuersystem und ein Verfahren zum Implementieren eines ferngesteuerten SPERR-Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung umfasst. Der Ausdruck SPERREN (LOCK-OUT) wird allgemein auf verschiedenen Sachgebieten als ein Sicherheitsprotokoll verstanden, mit dem ein Bauteil oder ein Prozess in beabsichtigter Weise außer Kraft gesetzt wird (d.h. gesperrt wird). Zusätzlich kann eine Anzeige eines solchen Außer-Kraft-Setzens auf irgendeine Weise mitgeteilt werden (z.B. kann ein Identifizierungskennzeichen ausgegeben werden). Das erneute Inbetriebsetzen des absichtlich außer Kraft gesetzten Bauteils oder Verfahrens umfasst üblicherweise den Abschluss eines Verifikationsschrittes oder einer solchen Folge von Schritten begrenzter Komplexität, die Schutz bieten gegen eine unbeabsichtigte Wiederinbetriebnahme des Verfahrens oder Bauteils.
  • Die Systeme und Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zielen auf die Implementierung eines SPERR-Verfahrens, mit dem bestimmte Betriebszustände einer HDD-Maschine abgeschaltet oder begrenzt werden, nachdem sie einen SPERR-Befehl von einer entfernten Quelle erhalten haben. Die Systeme und Verfahren nach der vorliegenden Erfindung zielen ebenfalls auf ein Ändern und/oder Steuern des Betriebes einer HDD-Maschine von einem entfernten Ort, wenn diese Maschine in einem einer Mehrzahl von Betriebsmodi betrieben wird, beispielsweise im KRIECH-, ROTATION-, STOSS- oder ZURÜCKZIEH-Modus sowie im Bohrstab-Handhabungsmodus und bei der Durchführung von Schneidkopf-Führungsänderungen.
  • Die Vorteile und Vorzüge der vorliegenden Erfindung können dadurch verwirklicht werden, dass bei der Herstellung neuer HDD-Maschinen ein SPERR-Verfahren nach der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird. Vorteilhafter Weise kann ein SPERR-Verfahren nach der vorliegenden Erfindung bei bestimmten existierenden HDD-Maschinen dadurch nachträglich ermöglicht werden, dass die Software der Steuerung nachgebessert wird und eine Fernbedienungseinheit nach der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
  • 1 stellt einen Querschnitt durch einen Abschnitt des Erdreiches 10 dar, in dem eine Bohrung in horizontaler Richtung stattfindet. Die Horizontalrichtungsbohrmaschine bzw. HDD-Maschine (HDD: horizontal directional drilling) ist oberirdisch 11 vorgesehen und enthält eine Plattform 14, auf der ein geneigt angeordnetes längliches Element 16 angeordnet ist. Die Plattform 14 ist mit Stiften 18 oder anderen Haltegliedern am Erdboden befestigt, um zu verhindern, dass sie sich während des Bohrbetriebes bewegt. Auf dem länglichen Element 16 ist eine Schub-/Rückzieh-Pumpe 17 zum Antreiben eines Bohrstranges 22 in Längsrichtung nach vorn oder zurück angeordnet. Der Bohrstrang 22 besteht aus einer Mehrzahl von Bohrstranggliedern oder Stäben 23, die an den Enden miteinander verbunden sind.
  • Auf dem geneigt angeordneten länglichen Element 16 ist ebenfalls ein Rotationsmotor oder eine Pumpe 19 angeordnet und so befestigt, dass sie entlang dem länglichen Element 16 bewegt werden kann, die den Bohrstrang 22 dreht (Die Pumpe 19 ist in einer mittleren Position zwischen einer oberen Position 19a und einer unteren Position 19b dargestellt). Im Betrieb dreht der Rotationsmotor 19 den Bohrstrang 22, an dessen Ende ein Schneidkopf oder Räumer bzw. Erweiterungsräumer 24 befestigt ist.
  • Ein typischer Bohrbetrieb läuft folgendermaßen ab. Der Rotationsmotor 19 befindet sich anfangs in einer oberen Position 19a und dreht den Bohrstrang 22. Während das Bohrwerkzeug 24 gedreht wird, werden Rotationsmotor 19 und Bohrstrang 22 von der Schub-/Rückzieh-Pumpe nach vorn gedrückt in eine tiefere Position im Erdreich, womit ein Bohrloch 26 geschaffen wird.
  • Der Rotationsmotor 19 erreicht eine untere Position 19b, wenn der Bohrstrang 22 die Länge eines Bohrstranggliedes 23 weit in das Bohrloch 26 hineingedrückt worden ist. Erreicht der Rotationsmotor 19 die untere Position 19b, ergreift eine Klemme 41 den Bohrstrang 22, um jede Bewegung des Bohrstranges in das Loch hinein zu stoppen. Ein Klemmsensor 43 tastet die Betätigung der Klemme 41 ab und erzeugt ein Klemmsignal, wenn die Klemme 41 wie vorgesehen mit dem Bohrstrang 22 im Eingriff ist. Der Klemmsensor 43 kann eine Verlagerung des Klemmmechanismus erkennen und ein Klemmsignal erzeugen, wenn dieser Klemmmechanismus eine Strecke zurückgelegt hat, die ausreicht, um mit dem Bohrstrang 22 sicher im Eingriff zu sein.
  • Der Rotationsmotor 19 wird dann vom festgeklemmten Bohrstrang 22 abgekoppelt und in die obere Position 19a zurückgezogen. Dann wird entweder manuell oder automatisch ein weiteres Bohrstrangglied oder -stab 23 an den Bohrstrang 22 angefügt. Danach läßt der Klemmmechnismus den Bohrstrang frei und die Schub-/Rückzieh-Pumpe 17 treibt den Bohrstrang 22 und den neu angesetzten Stab 23 in das Bohrloch. Der Rotationsmotor 19 wird also dazu eingesetzt, ein weiteres Bohrstrangglied 23 an den Bohrstrang 22 anzuschrauben, und der Rotations-/Stoss-Vorgang wird wiederholt, um den neu verlängerten Bohrstrang 22 weiter ins Erdreich zu treiben und damit das Bohrloch 26 zu voranzutreiben.
  • Üblicherweise wird Wasser oder ein anderes Fluid mit Hilfe einer Schlamm- oder Wasserpumpe durch den Bohrstrang 22 gepumpt. Wird ein Drucklufthammer als Schneidwerkzeug 24 eingesetzt, dann wird ein Luftdruckkompressor verwendet, um Druckluft/-schaum durch den Bohrstrang zu treiben. Das Wasser bzw. der Schlamm oder Luft oder Schaum fließen durch das Bohrloch 26 zurück nach oben, um Bohrschutt, Erde und anderen Schutt zu entfernen. Um die Arbeitsrichtung des Bohrwerkzeugs 24 steuern zu können, ist eine Richtungsführungsmöglichkeit vorgesehen, die es ermöglicht, dass das fertiggestellte Bohrloch 26 eine gewünschte Richtung aufweist. Beispiele für Systeme und Verfahren zum Steuern einer HDD-Maschine der in den Figuren dargestellten Art sind beschrieben in US 5.746.278 A , US 5.720.354 A , US 6.308.787 A und US 6.315.062 A .
  • 2 ist ein Blockschaltbild einer Fernbedienungseinheit 100, die mit einer Steuerung 50 einer Horizontalrichtungsbohrmaschine (HDDM) zusammenwirkt, um ein fernbedientes SPERR-Verfahren entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umzusetzen. Viele der in 2 gezeigten Bauteile der HDD-Maschine 20 stellen ganz allgemein solche dar, die mit gleichen Bezugszeichen für die HDD-Maschine 20 in 1 bezeichnet sind. Damit kann die in 1 dargestellte HDD-Maschine ohne weiteres so nachgerüstet werden, dass sie die Systemkomponenten und/oder Steuerungs-Software des Systems nach 2 enthält, um ein SPERR-Verfahren nach den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung implementieren zu können.
  • Weiterhin mit Bezug auf 2 enthält die HDD-Maschine 20 eine Hauptsteuereinrichtung oder einen Hauptsteuerprozessor, der nachfolgend als HDDM-Steuereinrichtung 50 bezeichnet wird, die die Betriebszustände der HDD-Maschine steuert, wenn sie in mehreren unterschiedlichen Modi betrieben wird, einschließlich im SPERR-Modus. Die HDDM-Steuereinrichtung 50 steuert die Bewegung eines Schneidkopfes oder Räumers 42 und Bohrstranges 38, indem sie eine Schub-/Rückzieh-Pumpe 28, die wahlweise auch als Verdrängungspumpe 28 bezeichnet wird, und eine Rotationspumpe 30 auf geeignete Weise steuert; diese Bauteile sind mechanisch mit dem Bohrstrang 38 verbunden. Die HDDM-Steuereinrichtung 50 steuert ebenfalls eine Fluidpumpe 58, die auch als „Schlamm"-Pumpe bezeichnet wird, die ein Schneidfluid (beispielsweise Wasser, Schlamm, Schaum, Druckluft) an den Schneidkopf 42 über den Bohrstrang 38 abgibt.
  • Außerdem umfasst die HDD-Maschine 20 eine Klemmeinrichtung 51, die dazu verwendet wird, den Bohrstrang 38 während bestimmter Arbeitsabläufe stillzulegen, beispielsweise dann, wenn eine Bohrstange an den Bohrstrang 38 angefügt oder von ihm abgenommen wird. Entsprechend einer Ausführungsform ermöglicht die HDD-Steuereinrichtung 50 einen begrenzten Einsatz der Schub-/Rückzieh-Pumpe 28 und der Rotationspumpe 30 während in einem SPERR-Modus Arbeitsabläufe durchgeführt werden. Wie später noch im Detail beschrieben wird, aktiviert die HDD-Steuereinrichtung 50 den Klemmmechanismus während eines SPERR-Verfahrens, um eine Bewegung des Bohrstranges 38 im Bohrloch zu verhindern. Nach dem Empfang eines Signals vom Klemmsensor 53, dass der Klemmmechanismus 51 mit dem Bohrstrang 38 auf die vorgesehene Weise im Eingriff ist und ihn bewegungslos hält, erlaubt die HDD-Steuereinrichtung 50 einen begrenzten Einsatz der Schub-/Rückzieh-Pumpe 28 und der Rotationspumpe 30. Die HDD-Steuereinrichtung 50 kann die Handhabung von Bohrstäben in Kooperation mit einer automatischen Stab-Ladevorrichtung der in US 5.556.253 A beschriebenen Art koordinieren.
  • Die HDDM-Steuereinrichtung 50 ist außerdem mit einem Bildschirm 34 und/oder einer Mehrzahl von Modus-Anzeigen 57 gekoppelt. Der Bildschirm 34 kann dazu verwendet werden, verschiedene Informationsarten an die Bedienungsperson der HDD-Maschine zu übermitteln wie beispielsweise Pumpendrücke, Motorleistung, Daten über Ort und Ausrichtung des Bohrwerkzeugs, Betriebsmodusinformation, Fernlenk- und -betriebsanforderungen bzw. diesbezügliche Befehle und dergleichen. Modus-Anzeigen 57 liefern der Bedienungsperson der Maschine detailliertere Informationen hinsichtlich verschiedener Funktionen, die von der Fernbedienungseinheit 100 allein oder in Kooperation mit ihr initiiert wurden. Modus-Anzeigen 57 umfassen üblicherweise eine oder mehrere visuelle, akustische und/oder taktile (z.B. Vibrations-)Anzeigeeinrichtungen. Die HDD-Maschine 20 ist mit einem Transceiver 55 ausgestattet, um die Übertragung von Signalen und Informationen zwischen der HDD-Maschine 20 und der Fernbedienungseinheit 100 zu erleichtern.
  • Die Fernbedienungseinheit 100 ist vorzugsweise als von Hand zu haltende Einheit ausgelegt, die Steuerungsmöglichkeiten enthält, die ohne Schwierigkeiten von einem Benutzer an einem von der HDD-Maschine 20 entfernten Ort zu betätigen sind. In einer Ausführungsform sind alle Steuerungsmöglichkeiten und/oder Schalter, mit denen die von Hand zu haltende Fernbedienungseinheit 100 ausgestattet ist, ohne Schwierigkeiten von dem Benutzer mit nur einer Hand zu betätigen, wobei das die Hand ist, die die Fernbedienungseinheit 100 hält. Die Fernbedienungseinheit 100 kann ergonomische Merkmale aufweisen, die ein Greifen und Festhalten der Einheit 100 in der Hand erleichtern, und solche Merkmale, die zu einer unkomplizierten Interaktion zwischen dem Fernbenutzer und der Fernbedienung 100 führen. Nach dieser Ausführungsform umfasst die Fernbedienungseinheit 100 eine Gürtelklemme oder eine andere Anordnung, die ein unkompliziertes Hin- und Herbewegen der Fernbedienungseinheit 100 durch den Benutzer dieser Einheit erleichtert.
  • Entsprechend einer anderen Ausführungsform kann die Fernbedienungseinheit 100 in einen tragbaren Positionsgeber oder in eine Spurensucheinheit 112 nach dem Stand der Technik integriert sein. Der Benutzer der Fernbedienung kann den Positionsgeber 112, der die Funktionen der Fernbedienungseinheit 100 enthält, für die konventionellen Aufgaben wie das Absuchen eines Gebietes oberhalb des Schneidkopfes 42 verwenden, um ein Magnetfeld zu entdecken, das von einer im Schneidkopf 42 vorhandenen aktiven Sonde erzeugt wird. Zusätzlich zu den vorhandenen Standardfunktionen eines Positionsgebers können verschiedene SPERR- und Fernlenkfunktionen nach der vorliegenden Erfindung wahlweise mit einem Positionsgeber ausgeführt werden, der so modifiziert wurde, dass er die Funktionen der Fernbedienungseinheit 100 ausführen kann. Beispiele für solche bekannten Positionsgeber sind beschrieben in US 5.767.678 A , US 5.764.062 A , US 5.698.981 A , US 5.633.589 A , US 5.469.155 A , US 5.337.002 A und US 4.907.658 A . Diese Systeme wurden vorteilhafterweise so modifiziert, dass sie Komponenten und Funktionen enthalten, wie sie hier beschrieben werden, um SPERR- und Fernlenk- oder Fernführungsmöglichkeiten entsprechend den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
  • Die in 2 gezeigte Ausführungsform der Fernbedienungseinheit 100 enthält eine SPERR-Einheit 108, die eine SPERR-Steuerung oder SPERR-Schalter ent hält. Als Reaktion auf die Betätigung des SPERR-Schalters durch einen Benutzer der Fernbedienungseinheit initiiert die SPERR-Einheit 108 eine SPERR-Sequenz, die zu einer in dem Fall angebrachten Beendigung der Bewegung des Bohrstranges 38 bzw. des Schneidkopfes 42 und der Zufuhr von Fluid an den Schneidkopf 42 führt. Wie nachfolgend noch im Detaill beschrieben wird, wirken die SPERR-Einheit 108 und die Modus-Anzeigen 106 der Fernbedienungseinheit 100 im Gegensatz zu bekannten Sicherheitskonstruktionen mit der HDDM-Steuereinrichtung 50 der HDD-Maschine 20 derart zusammen, dass dem Benutzer der Fernbedienung eindeutig versichert wird, dass jede Bewegung von Bohrstrang 38 bzw. Schneidkopf 42 abgeschaltet wurde. Nachdem der Benutzer der Fernbedienungseinheit die Verifikation erhalten hat, dass die SPERR-Sequenz erfolgreich ausgeführt wurde, kann er in der Nähe des Schneidkopfes 42 und/oder Bohrstranges 38 oder direkt an den Werkzeugen arbeiten und darauf vertrauen, dass Scheidkopf 42 bzw. Bohrstrang 38 bewegungslos bleiben und keine Fluidabgabe erfolgt, bis der SPERR-Zustand ausdrücklich und auf die vorgesehene Weise sowohl vom Benutzer der Fernbedienungseinheit als auch der Bedienungsperson der HDD-Maschine beendet wurde.
  • Die Fernbedienungseinheit 100 enthält ebenfalls eine Modus-Wahleinrichtung 104 und eine Anzahl von Modus-Anzeigen 106. Die Modus-Wahleinrichtung 104 erlaubt es dem Benutzer der Fernbedienungseinheit, eine von mehreren verschiedenen Betriebsmodi auszuwählen wie beispielsweise einen KRIECH-Modus, ROTATION-Modus, STOSS-Modus und RÜCKZIEH-Modus, wenn er Änderungen an der Führung des Bohrwerkzeuges über die Führungssteuereinheit 110 ausführt. Eine Anzeige des ausgewählten Modus und andere Informationen wie beispielsweise eine Warnanzeige werden dem Benutzer der Fernbedienung über Modus-Anzeigen 106 angezeigt. Die Modus-Anzeigen 106 umfassen üblicherweise eine oder mehrere visuelle, akustische und/oder taktile (z.B. vibrierende) Anzeigemittel. Alternativ oder zusätzlich zu den Modus-Anzeigen 106 kann die Fernbedienungseinheit 100 mit einem Bildschirm ausgestattet sein.
  • Ein Transceiver 102 der Fernbedienungseinheit 100 ermöglicht es, dass die Fernbedienungseinheit 100 mit der HDD-Maschine 20 über den Transceiver 55 der HDD-Maschine 20 kommunizieren kann. Um die Kommunikation zu erleichtern, können zwischen der Fernbedienungseinheit 100 und der HDD-Maschine 20 ein oder mehrere Zwischenverstärker an geeigneten Orten am Ort der Bohrung vorgesehen sein. Die Verwendung solcher Zwischenverstärker kann erwünscht oder erforderlich sein, wenn Hügel oder andere natürliche oder künstliche Hindernisse zwischen der Fernbedienungseinheit 100 und der HDD-Maschine 20 liegen. Zwischenverstärker können auch eingesetzt werden, um ein verbessertes Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) zu schaffen. Die Kommunikation zwischen der Fernbedienungseinheit 100 und der HDD-Maschine 20 kann durch die Verwendung eines oder mehrere Zwischenverstärker verbessert werden, wenn Bohrlöcher mit Längen von mehreren hundert Metern (beispielsweise von 1,609 km bzw. 1 Meile) gebohrt werden. Fachleuten ist bekannt, dass mehrere Arten von Kommunikationsverbindungen und Übertragungsprotokollen verwendet werden können, um die Übermittlung von Informationen zwischen der Fernbedienungseinheit 100 und der HDD-Maschine 20 zu erleichtern, beispielsweise solche, die mit Draht oder ohne Draht mit Infrarot- oder Mikrowellen, mit Laser oder Akustik-Telemetrie arbeiten.
  • In 3A ist eine Ausführungsform eines Steuersystems einer HDD-Maschine dargestellt zum Steuern der Bohraktivitäten während des normalen Betriebes und zur Implementierung eines SPERR-Verfahrens entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Obgleich in den 3A und 3B spezifische Steuersystem-Ausführmöglichkeiten dargestellt sind, ist es selbstverständlich möglich, dass ein Steuersystem, mit dem ein SPERR-Verfahren nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann, durch die Verwendung von elektrischen, mechanischen oder hydraulischen Steuerungselementen oder jeder Kombination dieser Elemente implementiert werden kann.
  • Es wird weiter Bezug genommen auf 3A. Der Betrieb einer Verdrängungspumpe 28 und einer Rotationspumpe 30 wird von der HDDM-Steuerung 50 gesteuert. Die HDDM-Steuerung 50 ist außerdem mit einem Motor 36 der HDD-Maschine gekoppelt, der die Verdrängungspumpe 28 bzw. die Rotationspumpe 30 mit Antriebskraft versorgt. Ein Rotationspumpensensor 56 ist mit der Rotationspumpe 30 und der HDDM-Steuerung 50 gekoppelt und liefert ein Ausgangssignal an die HDDM-Steuerung 50, das einem Druck oder einem Druckdifferential oder, alternativ, einer Drehzahl der Rotationspumpe 30 entspricht. Eine Rotationspumpensteuerung 52 und eine Verdrängungspumpensteuerung 54 ermögli chen eine manuelle Steuerung der Geschwindigkeit, mit der der Bohrbetrieb oder das Rückwärtsräumen durchgeführt wird. Die Steuerungen 52 und 54 für die Rotations- bzw. die Verdrängungspumpe sind vorteilhafterweise so ausgelegt, dass sie der größeren Sicherheit wegen während der unbetätigten Zeiten automatisch in eine neutrale Stellung zurückkehren, in der keine Rotations- oder Lageänderungskraft an den Schneidkopf 42 geliefert wird.
  • Eine Betriebsänderung der Verdrängungspumpe 28 und der Rotationspumpe 30 wird von der HDDM-Steuerung 50 gesteuert. Ein Rotationspumpensensor 56, der mit der Rotationspumpe 30 und der HDDM-Steuerung 50 gekoppelt ist, liefert an die HDDM-Steuerung 50 ein Ausgangssignal, das dem Druck oder dem Druckdifferential oder, wahlweise, der Drehzahl der Rotationspumpe 30 entspricht. Ein Verdrängungspumpensensor 68, der mit der Verdrängungspumpe 28 und der HDDM-Steuerung 50 gekoppelt ist, liefert an die HDDM-Steuerung 50 ein Ausgangssignal, das dem Druckpegel der Verdrängungspumpe 28 oder, wahlweise, der Betriebsgeschwindigkeit der Verdrängungspumpe 28 entspricht. Eine Rotationspumpensteuerung 52 und eine Verdrängungspumpensteuerung 54 ermöglichen eine manuelle Steuerung der Geschwindigkeit, mit der ein Bohr- oder Zurückräumvorgang durchgeführt wird.
  • Üblicherweise stellt eine Bedienungsperson die Steuerung 52 der Rotationspumpe auf eine für einen Bohr- oder Zurückräumvorgang gewünschte Rotationseinstellung und modifiziert die Einstellung der Verdrängungspumpensteuerung 54, um die Geschwindigkeit zu ändern, mit der der Schneidkopf 42 entlang einem unterirdischen Pfad beim Bohren oder Zurückräumen verlagert wird. Die Rotationspumpensteuerung 52 übermittelt ein Steuersignal an eine elektrische Verlagerungssteuerung 62 (EDCR), die mit der Rotationspumpe 30 gekoppelt ist. EDCR 62 konvertiert das elektrische Steuersignal in ein hydrostatisches Steuersignal, das an die Rotationspumpe 30 übermittelt wird, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schneidkopfes 42 zu steuern.
  • Die Bedienungsperson stellt auch die Steuerung 54 der Verdrängungspumpe so ein, dass das Bohrwerkzeug mit einer bevorzugten Verdrängungsgeschwindigkeit betrieben wird. Die Bedienungsperson kann die Einstellung der Verdrängungspumpensteuerung 54 so verändern, dass große Veränderungen bei der Geschwindigkeit erzielt werden, mit der der Schneidkopf 42 entlang einem unterirdischen Pfad bei einem Bohr- oder Zurückräumvorgang verlagert wird. Die Verdrängungspumpensteuerung 54 übermittelt ein Steuersignal an eine zweite EDC-Steuerung 64 (EDCD), die mit der Verdrängungspumpe 28 gekoppelt ist. EDCD 64 wandelt das elektrische Steuersignal, das sie von der Steuerung 64 erhalten hat, in ein hydrostatisches Steuersignal um, das dann an die Verdrängungspumpe 28 übermittelt wird, um die Verlagerungsgeschwindigkeit des Schneidkopfes 42 zu steuern.
  • Die HDD-Maschine enthält ebenfalls eine Flüssigkeit transportierende Pumpe bzw. einen Motor 58 (nachfolgend als Fluidabgabepumpe bezeichnet), die ein Fluid durch den Bohrstrang 38 und den Schneidkopf 42 treibt, um Schmierung zu erreichen und die Produktivität des Bohrwerkzeuges zu verbessern. Die Bedienungsperson steuert im allgemeinen die Fluidabgabepumpe 58 über einen geeigneten Steuerhebel oder -knopf auf der in 1 dargestellten Steuereinrichtung 32, um Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, eine Mischung aus Wasser und Schlamm, oder einen Schaum mit einer bevorzugten Abgaberate abzugeben. Alternativ kann für die Einstellung und die Steuerung der Abgaberate der Fluidabgabepumpe 58 sowie der Einstellungen von Rotationspumpe 30, von Verdrängungspumpe 28 und Motor 36 eine Konfigurations-Eingabeeinrichtung 60 verwendet werden, die aus einer Tastatur, einem Tastenfeld, einem berührungsempfindlichen Eingabefeld oder einer anderen Eingabe-Benutzerschnittstelle besteht und mit der HDDM-Steuerung 50 gekoppelt ist. Die HDDM-Steuerung 50 empfängt die Einstellungsangabe für die Fluidabgabe, die vom Steuerhebel oder Steuerknopf auf dem Steuerfeld 32 oder, wahlweise, von der Konfigurations-Eingabeeinrichtung 60 eingegeben wurde und übermittelt ein elektrisches Steuersignal an eine dritte EDC-Steuerung 66 (EDCL), die wiederum ein hydrostatisches Steuersignal an die Fluidabgabepumpe 58 sendet.
  • Eine Rückkopplungssteuerschleife erzeugt als Reaktion auf unterschiedliche Bohrzustände eine automatische Anpassung der Rate der Verdrängungspumpe 28 und der Rotationspumpe 30. Die Rückkopplungssteuerschleife regelt außerdem automatisch die Rate, mit der ein Bohrfluid an den Schneidkopf 42 transportiert wird. Die HDDM-Steuerung 50 übermittelt die erforderlichen Steuersignale an die Verdrängungspumpe 28, die Rotationspumpe 30 und die Fluidabgabe pumpe 58, um die SPERR- und Fernlenk- bzw. Fernsteuerverfahren nach der vorliegenden Erfindung zu implementieren.
  • Die HDDM-Steuerung 50 ist ebenfalls mit einer Bohrstrangklemme 61 und einem Klemmsensor gekoppelt. Die HDDM-Steuerung 50 steuert die Bohrstrangklemme 61, um den Bohrstrang während eines SPERR-Vorgangs zu deaktivieren, während ein begrenzter Einsatz der Schub-/Zurückzieh-Pumpe 28 und der Rotationspumpe 30 möglich ist. Die HDDM-Steuerung 50 aktiviert den Klemmmechanismus während eines SPERR-Vorgangs, um eine Bewegung des im Erdreich befindlichen Bohrstranges zu verhindern, und, nach dem Empfang eines Signals von einem Klemmsensor 53, das den geeigneten Angriff von Klemme 61 und Bohrstrang verifiziert, ermöglicht die HDDM-Steuerung 50 einen begrenzten Einsatz von Schub-/Zurückzieh-Pumpe 28 und der Rotationspumpe 30, um beispielsweise mit Bohrstangen zu hantieren, die an dem festgeklemmten Bohrstrang angebracht oder von ihm abgenommen werden sollen.
  • In 3B ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, in der die Steuerung der Verdrängungspumpe 28 über hydraulische Steuersignale anstatt über elektrische Steuersignale erfolgt, wie sie in der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet werden. Entsprechend einem Betriebsmodus stellt die Bedienungsperson die Steuerung 52 der Rotationspumpe auf ein geschätztes Rotationsoptimum für einen Bohr- oder Räumbetrieb ein. Die Rotationspumpensteuerung 52 übermittelt ein Steuersignal an eine hydraulische Verlagerungssteuerung (HDCR) 72, die wiederum ein hydraulisches Steuersignal an die Rotationspumpe 30 übermittelt, um die Rotationsgeschwindigkeit des Schneidkopfes oder Räumers 42 zu steuern.
  • Verschiedene Arten von hydraulischen Verlagerungssteuereinrichtungen (HDCs) verwenden hydraulische Pilotsignale, um eine Vorwärts- und Rückwärts-Steuerung der Pumpen-Servoeinrichtung zu erreichen. Ein Pilotsignal wird normalerweise über ein Pilotsteuerventil dadurch gesteuert, dass ein Ladedrucksignal üblicherweise zwischen 0 und 5516 kPa (0 bis 800 psi) moduliert wird. HDCR-Steuerung 72 erzeugt als Reaktion auf die Veränderung der Einstellung der Rotationspumpensteuerung 52 durch die Bedienungsperson entsprechende Veränderungen des Vorwärts-Pilotsignals XF 80 und des Rückwärts-Pilotsignals XT 81 und verändert damit die Rate der Rotationspumpe 30. Die Leitung XT 81 ist eine Rückleitung von HDCR 72 zur Steuerung 52 der Rotationspumpe. Auf ähnliche Weise verändert, wenn die Bedienungsperson die Einstellung der Verdrängungspumpensteuerung 54 ändert, die Steuerung 54 der Verdrängungspumpe das Vorwärts-Pilotsignal YF 84 und das Rückwärts-Pilotsignal YR 86 von HDCD 74, die die Verdrängungspumpe 28 steuert, und damit die Verlagerungsgeschwindigkeit. Leitung YT 85 ist eine Rückleitung von HDCD 74 an die Verdrängungspumpensteuerung 54.
  • Der hydraulische Sensor bzw. die Steuerung 73 tastet den Druck der Rotationspumpe 30 oder, wahlweise, die Drehzahl der Rotationspumpe 30 ab, indem die Fließrate durch eine Öffnung überwacht wird, um die Rotation zu messen, und sie kann hydraulische Vorrangsignale XOF 88 und XOR 90 an die HDCR-Steuerung 72 übermitteln sowie hydraulische Vorrangsignale YOF 89 und YOR 91 an die HDCD-Steuerung 74. Wenn beispielsweise der hydraulische Sensor bzw. die Steuerung 73 ertastet, dass der Druck der Rotationspumpe 30 den akzeptablen oberen Druckwert PL überschritten hat, werden Vorrangsignale YOF 89 und YOF 91 an die HDCD-Steuerung 74 übermittelt, um die Verlagerungsgeschwindigkeit von Schneidkopf oder Räumer entsprechend zu verringern, während die Rotation von Schneidkopf oder Räumer auf einer erwünschten Geschwindigkeit, beispielsweise einer im wesentlichen konstanten Rate, gehalten wird. Ist der Druck der Rotationspumpe 30 auf einen akzeptablen Pegel zurückgekehrt, gibt der hydraulische Sensor bzw. die Steuerung 73 einen Befehl an HDCD 74, die Verlagerungsrate zu erhöhen.
  • Der hydraulische Sensor bzw. die Steuerung 73 kann mit einer HDDM-Steuerung der im Zusammenhang mit 3A beschriebenen Art gekoppelt sein oder, wahlweise, die Funktionen einer HDDM-Steuerung 50 enthalten. Bei einer Ausführungsform, bei der ein begrenzter Einsatz von Rotations- und Verdrängungspumpe während des SPERR-Verfahrens vorgesehen ist, steuert der hydraulische Sensor bzw. die Steuerung 73 oder die damit gekoppelte HDDM-Steuerung die Bohrstrangklemme 61 und empfängt Signale vom Klemmsensor 63 auf die im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach 3A beschriebe Weise.
  • In 4 ist eine Fernbedienungseinheit 100 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die in 4 gezeigte Fernbedienungseinheit 100 enthält mehrere durch den Benutzer zu betätigende Steuermittel zur Auswahl und zum Abschalten verschiedener Fernsteuerfunktionen. Wie bereits beschrieben wurde, kann die Fernbedienungseinheit 100 wahlweise in einem tragbaren Positiongeber enthalten sein. Nach einer alternativen Konfiguration können verschiedene Positionssteuereinrichtungen und Positionsanzeigen 140 stattdessen in der Fernbedienungseinheit 100 enthalten sein.
  • Im allgemeinen kann eine Bedienungsperson die Fernbedienungseinheit 100 dazu verwenden, ein SPERR-Verfahren nach der vorliegenden Erfindung allein oder in Verbindung mit anderen Fernsteuermöglichkeiten durchzuführen. In einem Systemaufbau enthält die Fernbedienungseinheit 100 beispielsweise nur solche Steuermöglichkeiten und Anzeigen, die zur Durchführung der SPERR-Funktionen erforderlich sind (z.B. SPERR-Steuerung 124, SPERR-Anzeige 125, LAUF-Steuerung 120, LAUF-Anzeige 121 und COMM LINK LOST-Anzeige (Kommunikationsverbindung unterbrochen) 141).
  • Eine Bedienungsperson setzt den SPERR-Vorgang in Gang, indem sie die SPERR-Steuerung 124 betätigt. Eine SPERR-Anzeige 125 liefert eine visuelle Anzeige des SPERR-Vorgangsverlaufs wie beispielsweise die Auswahl oder Nichtauswahl der SPERR-Steuerung 124 sowie die Verifikation, dass die SPERR-Sequenz von der HDD-Maschine erfolgreich beendet wurde. In einer Ausführungsform enthält die SPERR-Steuerung 124 einen pilzförmigen Drucktastenschalter mit einem Dreh-Freigabemechanismus und einer Tastenkappe. Nach dieser Ausführungsform enthält die SPERR-Anzeige 125 ein rotes Beleuchtungselement wie beispielsweise einen Lampe oder eine Licht emittierende Diode (LED), die in einen konstanten Leuchtmodus, in einen Aufblitzmodus und einen abgeschalteten Zustand gesteuert werden kann.
  • Nach einer zweiten Systemkonfiguration kann die Fernbedienung 100 zusätzlich zu den Steuermöglichkeiten und Anzeigen der oben beschriebenen ersten Systemkonfiguration eine KRIECH-Modus-Steuerung 122 und damit zusammenwirkende KRIECH-Anzeigen 123 aufweisen. Bei Betätigung der KRIECH-Steuerung 122 kann der Benutzer der Fernbedienung die HDD-Maschine in einen „KRIECH"-Modus steuern. Im KRIECH-Modus wird der Schub oder die Verlagerungsrate des Bohrstranges bzw. des Bohrwerkzeugs auf einen von der Bedienungsperson definierten niedrigen Geschwindigkeitspegel verringert. Bei einer Ausführungsform kann der Benutzer der Fernbedienungseinheit die Kriechrate der Bohrwerkzeugverlagerung durch eine Anpassung einer KRIECHGESCHWINDIGKEIT-Steuerung (nicht dargestellt) modifizieren. Es wird darauf hingewiesen, dass nach der erfolgreichen Beendigung des Betriebes im KRIECH-Modus die Bedienungsperson der HDD-Maschine die manuelle Schub- bzw. Zurückzieh-Steuerung in eine „Leerlauf"-Position zurückstellen muss, bevor der normale Schub- bzw. Zurückzieh-Betrieb wiederaufgenommen wird.
  • Ein KRIECH-Modus-Betrieb kann von dem Benutzer der Fernbedienungseinheit dadurch ausgewählt werden, dass die KRIECH-Steuerung 122 betätigt wird. In einer Ausführungsform enthält die KRIECH-Steuerung 122 einen bistabilen Schalter nach Art einer Drucktaste, der ein Beleuchtungselement als Anzeige 123 enthalten kann, um den Betriebszustand der KRIECH-Steuerung 122 anzuzeigen. So kann beispielsweise die KRIECH-Steuerung 122 einen drucktastenartigen bistabilen Schalter mit gelbem Licht aufweisen. Der normale Bohrbetrieb kann über die Fernbedienung wieder aufgenommen werden, indem der KRIECH-Modus auf geeignete Weise beendet und die LAUF-Steuerung 120 betätigt wurde. Die LAUF-Steuerung 120 kann einen drucktastenartigen bistabilen Schalter mit angeschlossenem grünfarbigem Beleuchtungselement 121 enthalten.
  • In Übereinstimmung mit einem dritten Systemaufbau kann die Fernbedienungseinheit 100 zusätzlich zu den Steuerungs- und Anzeigemöglichkeiten der ersten und zweiten Systemkonfigurationen, die oben beschrieben wurden, ebenfalls die Möglichkeit aufweisen, Führungs- bzw. Lenkanforderungen oder entsprechende Befehle an die HDD-Maschine über die Führungs- oder Lenksteuerung 132 abzugeben. Die Fernbedienungseinheit 100 enthält eine Führungssteuerung 132, die es dem Benutzer der Fernbedienung erlaubt, Lenkänderungen am Kopf des Bohrwerkzeug aus der Ferne durchzuführen zu lassen.
  • In einer Ausführungsform umfasst die Führungssteuerung 132 zwölf beleuchtete (beispielsweise weiße) Tastschalter 134, die in einem Muster angeordnet sind, das einem Uhrenziffernblatt gleicht. Auf Druck leuchtet ein ausgewählter Schalter 134 auf und alle anderen Schalter 134 werden gelöscht. Werden bestimmte andere Fernbedienungsfunktionen aktiviert wie beispielsweise Funktionen, die durch die Betätigung der ROTATION-Steuerung 130 oder die ZURÜCKZIEH-Steuerung 128 eingeleitet werden, dann werden alle Schalter 134 der Führungssteuerung 132 gelöscht und die Führungssteuerung 132 wird deaktiviert.
  • Will der Benutzer der Fernbedienungseinheit das Bohrwerkzeug in eine bestimmte Richtung lenken, beispielsweise aus einer Stellung, die einer 12-Uhr-Stellung entspricht, hin zu einer 2-Uhr-Stellung, wird ein entsprechender Tastschalter 134 (z.B. „2"-Uhr-Schalter 134) von der Bedienungsperson der Fernsteuerung betätigt, um die gewünschte, dem Uhrenziffernblatt entsprechende Lenkrichtung auszuwählen. Entsprechend einer Führungsmodus-Ausführungsform ergibt sich aus der Betätigung eines ausgewählten Tastschalters 134 die Übertragung eines Führungssignals vom Transceiver 102 der Fernbedienungseinheit 100. Das Steuersignal wird vom Transceiver 55 der HDD-Maschine 20, wie in 2 gezeigt, empfangen und auf dem Bildschirm 34 dargestellt. Es kann eine RS-232-Schnittstelle vorgesehen sein zwischen der HDDM-Steuerung 50 und dem Bildschirm 34. Auf dem Bildschirm 34 der HDD-Maschine kann beispielsweise eine Replik der einem Uhrenziffernblatt gleichenden Führungssteuerungsanzeige der Fernbedienungseinheit 100 grafisch dargestellt sein. Die Bedienungsperson der HDD-Maschine kann die erforderlichen Anpassungen an der HDD-Maschine vornehmen, um die angeforderten Führungsänderungen zu bewirken.
  • Nach einer alternativen Ausführungsform wird das von der Fernbedienungseinheit 100 übermittelte Führungssignal an der HDD-Maschine empfangen und bewirkt eine unmittelbare Betätigung der HDDM-Steuerung 50 anstelle einer Betätigung durch die Bedienungsperson der Maschine, und zwar über das Regelkreis-Steuersystem der HDD-Maschine. Die Führungs- oder Lenkanforderung bzw. der entsprechende Befehl vom Benutzer der Fernbedienung kann auf dem Bildschirm 34 der HDD-Maschine auf die oben beschriebene Weise angezeigt werden. Die Bedienungsperson der Maschine kann, wenn dies erwünscht ist, einen automatischen Führungsbetrieb, der von der Fernbedienung initiiert wurde, außer Kraft setzen, ihn aufschieben oder beenden.
  • Der Benutzer der Fernbedienungseinheit kann andere HDD-Betriebszustände steuern, einschließlich der Vorwärts- und Rückwärtsverlagerung des Bohrstranges bzw. des Bohrwerkzeuges und ihrer Rotation. Die Fernsteuerung dieser drei Betriebszustände wird durch Betätigung einer STOSS-Steuerung 126, einer ZURÜCKZIEH-Steuerung 128 bzw. einer ROTATION-Steuerung 130 in Gang gesetzt. Auswahl und Abwahl jeder dieser Steuerungen 126, 128 und 130 erzeugt die Beleuchtung und das Löschen der zugehörigen STOSS-, ZURÜCKZIEH- und ROTATION-Anzeigen 127, 129 bzw. 131. Entsprechend einer Ausführungsform gehört zur STOSS-Steuerung 126 eine weiße STOSS-Anzeige 127, zur ZURÜCKZIEH-Steuerung 128 eine blaue ZURÜCKZIEH-Anzeige 129 und zur ROTATION-Steuerung 130 eine blaue ROTATION-Anzeige 131.
  • Die Fernbedienungseinheit 100 umfasst ferner eine COMM LINK LOST-Anzeige 141, die immer dann aufleuchtet, wenn eine Unterbrechung der Kommunikationsverbindung zwischen der Fernbedienungseinheit 100 und der HDD-Maschine festgestellt wird. Zu der Fernbedienungseinheit 100 kann ebenfalls eine Signalstärkenanzeige 143 gehören. Eine mehrfarbige Anzeige 143 kann beispielsweise verwendet werden, um die relative Stärke des Signals anzuzeigen, das zwischen der HDD-Maschine und der Fernbedienungseinheit 100 übetragen wird. Die Signalstärkenanzeige 143 kann beispielsweise für das Erzeugen von grünem, gelbem und rotem Licht ausgelegt sein. Das Aufleuchten einer grünen Beleuchtung kann beispielsweise den Empfang eines starken Signals anzeigen (z.B. ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis SNR). Das Aufleuchten eines gelben Lichtes kann einen akzeptablen aber verringerten Signalstärkepegel anzeigen. Das Aufleuchten eines roten Lichtes kann einen nicht akzeptablen Signalstärkepegel anzeigen. Ein häufiges Aufleuchten des gelben und/oder roten Lichtes kann anzeigen, dass Zwischenverstärker verwendet werden sollten, um die Stärke des zwischen der Fernbedienungseinheit 141 und der HDD-Maschine übermittelten Signals zu verbessern.
  • Akustische Warnungen oder Vorwarnbotschaften, die sowohl verbal als auch nicht-verbal sein können, können über einen an der Fernbedienungseinheit 141 vorgesehenen Lautsprecher 136 übermittelt werden. Der Lautsprecher gibt vorzugsweise hörbare Botschaften mit einem geeigneten Pegel ab, jedoch nicht lauter als nach den anzuwendenden Vorschriften erlaubt ist (z.B. mit nicht mehr als 106 dBa). Es kann auch eine Vibrationseinheit 138 vorgesehen sein, um dem Benutzer der Fernbedienungseinheit eine taktile Warnung oder Vorwarnbotschaft zu übermitteln. Die Fernbedienungseinheit 100 wird mit einer Batterie 142 betrieben, die ohne weiteres im Feld ausgetauscht werden kann, und zwar vorzugsweise ohne die Benutzung von Werkzeug. Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine wiederaufladbare Batterie.
  • In 5 werden mit dem Flussdiagramm verschiedene Schritte dargestellt, die bei der Kooperation zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer Steuerung einer HDD-Maschine ablaufen, wenn ein ferngesteuertes SPERR-Verfahren nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert wird. Die Fernbedienungseinheit schaltet sich ein, wenn der Benutzer dieser Einheit entweder die SPERR-Steuerung oder die LAUF-Steuerung betätigt. Der SPERR-Vorgang wird bei 200 im Feld durch den Benutzer der Fernbedienung in Gang gesetzt, beispielsweise von einem Benutzer, der sich im Bohrloch unter der HDD-Maschine befindet, indem er die Fernbedienungseinheit auf die oben beschriebene Weise einsetzt. Bei 202 sendet die Fernbedienungseinheot einen SPERR-Befehl an die HDDM-Steuerung. Als Reaktion auf den SPERR-Befehl, initiiert die HDDM-Steuerung bei 204 eine SPERR-Sequenz lokal an der HDD-Maschine.
  • Allgemein gesagt deaktiviert die HDDM-Steuerung bei 206 die Aktivitäten von Bohrstrang und Schneidkopf, wenn die SPERR-Sequenz implementiert wird. Die HDDM-Steuerung bestätigt bei 208 die erfolgreiche Ausführung der SPERR-Sequenz an der HDD-Maschine. Nach der Bestätigung des erfolgreichen Abschlusses der SPERR-Sequenz sendet die HDDM-Steuerung bei 210 ein VERIFIKATION-Signal (z.B. ein Signal „BEFEHLSBESTÄTIGUNG") an die Fernbedienungseinheit. Als Reaktion auf den Empfang des VERIFIKATION-Signals liefert die Fernbedienungseinheit bei 212 eine Anzeige an den Benutzer der Fernbedienung, dass die SPERR-Sequenz an der HDD-Maschine erfolgreich abgeschlossen wurde.
  • 6 zeigt ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte eines ferngesteuerten SPERR-Verfahrens darstellt, das von einer Steuerung einer HDD-Maschine entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert wird. Entsprechend dieser Ausführungsform kann ein begrenzter Satz von Bohr maschinenfunktionen zur Verfügung gestellt werden während der Durchführung des SPERR-Vorgangs. Die oben beschriebene SPERR-Sequenz wird ausgelöst, wenn bei 220 von der Fernbedienungseinheit an die HDD-Maschine ein SPERR-Befehl gesendet wird. Die HDDM-Steuerung empfängt bei 221 den SPERR-Befehl und führt in Reaktion dazu mehrere Betriebsvorgänge aus, um jede Bewegung des Bohrstranges bzw. des Schneidkopfes oder Räumers zu verhindern und, falls angefordert, eine begrenzte Verwendung der Antriebseinrichtung zu ermöglichen.
  • Wird bei 222 die begrenzte Verwendung der Antriebseinrichtung von der Maschinenbedienung angefordert, dann wird der Bohrstrang bei 223 festgeklemmt, um jede Bohrstrangbewegung im Bohrloch zu verhindern. Bei 223 ist der Empfang einer Bestätigung der Deaktivierung von einem Sensor am Klemmmechanismus erforderlich, bevor ein begrenzter Einsatz der Antriebseinrichtung erlaubt wird. Nach dem Empfang eines Bestätigungssignals vom Sensor des Klemmmechanismus, erlaubt die HDDM-Steuerung bei 224 eine begrenzte Verwendung von Rotations- und Schub- bzw. Zurückzieh-Einrichtungen der Bohrmaschine, um bestimmte erforderliche Arbeiten, beispielsweise die Handhabung von Bohrstäben, durchzuführen. Wird die begrenzte Verwendung der Antriebseinrichtung nicht bei 222 angefordert, deaktiviert die HDDM-Steuerung die Rotation des Bohrstranges bei 225 und ebenfalls bei 226 die Bohrstrangverlagerung oder Bohrstrangvorschub.
  • Außerdem deaktiviert die HDDM-Steuerung bei 228 die Abgabe von Bohrfluid in das Bohrloch, beispielsweise Bohrfluid, das dem Schneidkopf über den Bohrstrang zugeführt wird. Dieser Schritt ist dann von besonderer Bedeutung, wenn die Abgabe von Hochdruckfluid an den Schneidkopf vorgesehen ist. So sind beispielsweise Fluiddrücke im Bereich von 82,737 kPa (1200 psi) an der Fluidabgabedüse des Schneidkopfes üblich. Außerdem pumpen viele bekannte Fluidabgabeeinheiten das Fluid durch den Bohrstrang/Schneidkopf mit einer Leistung von 757 l/min (200 Gallonen pro Minute). Für Fachleute ist ohne weiteres einzusehen, dass das Einstellen der Fluidabgabe an den Schneidkopf als Teil eines umfassenden und effektiven SPERR-Verfahrens sehr wichtig ist.
  • Die HDDM-Steuerung bestätigt bei 230, dass alle Bohrarbeiten erfolgreich deaktiviert wurden, beispielsweise die Rotation des Bohrstranges, die Verlagerung und die Fluidabgabe an den Schneidkopf und dass, wenn angefordert, ein begrenzter Nutzungsmodus aktiviert wurde (z.B. ein Bohrstab-Handhabungsmodus). Die HDDM-Steuerung sendet dann bei 232 ein VERIFIKATION-Signal an die Fernbedienungseinheit.
  • 7 stellt ein Flussdiagramm dar, mit dem verschiedene Schritte verdeutlicht werden, wie sie bei dem Zusammenwirken zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung durchgeführt werden, wenn ein ferngesteuertes SPERR-Verfahren nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert wird. Nach dieser Ausführungsform initiiert der Benutzer der Fernbedienungseinheit bei 240 den SPERR-Vorgang mit der Fernbedienungseinheit, und daraufhin sendet die Fernbedienung bei 242 einen SPERR-Befehl an die HDDM-Steuerung. Bei 244 wird ein Zeitgeber an der Fernbedienungseinheit eingeschaltet, wenn das SPERR-Signal bei 242 an die HDDM-Steuerung gesendet wird. Der Zeitgeber wird benutzt, um festzustellen, ob das SPERR-Verfahren innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne erfolgreich beendet wurde oder nicht, beispielsweise innerhalb von drei Sekunden.
  • Die HDDM-Steuerung initiiert bei 246 die SPERR-Sequenz in Reaktion auf den Empfang des SPERR-Befehls und führt die notwendigen Betriebsvorgänge aus, um die Bewegung des Bohrstranges/Schneidkopfes bei 248 und die Fluidabgabe an den Schneidkopf zu beenden und, falls angefordert, die begrenzte Nutzung der Rotations- und/oder Schub- bzw. Zurückzieh-Möglichkeiten der Bohrmaschine zu ermöglichen. Die HDDM-Steuerung bestätigt bei 250 die vollständige Durchführung des SPERR-Verfahrens oder die Aktivierung eines begrenzten Nutzungsmodus an der HDD-Maschine und sendet bei 252 ein VERIFIKATION-Signal an die Fernbedienungseinehit.
  • Wenn der Zeitgeber an der Fernbedienungseinheit bei 254 noch nicht abgelaufen ist, wenn das VERIFIKATION-Signal von der Fernbedienungseinheit empfangen wird, wird dem Benutzer der Fernbedienungseinheit bei 260 der erfolgreiche Empfang des VERIFIKATION-Signals signalisiert. Der SPERR-Zustand wird bei 262 aufrechterhalten, bis der SPERR-Zustand auf geeignete Weise deaktiviert wurde.
  • Ist der Zeitgeber an der Fernbedienung bei 254 abgelaufen, wenn das VERIFIKATION-Signal von der Fernbedienungseinheit empfangen wird oder wenn überhaupt kein VERIFIKATION-Signal empfangen wird, wird ein Kommunikationsabbruch zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine angenommen bei 256 und ein SPERR-Zustand bei 258 an der HDD-Maschine aufgebaut. Der SPERR-Zustand der HDD-Maschine wird bei 262 aufrechterhalten, bis der SPERR-Zustand auf die vorgesehene Weise deaktiviert wird.
  • 8 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene weitere Schritte eines ferngesteuerten SPERR-Verfahrens darstellt, das von einer Fernbedienung entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert wird. Nach dieser Ausführungsform betätigt der ferne Benutzer einen SPERR-Schalter an der Fernbedienungseinheit 270, um die SPERR-Sequenz auszulösen. Das SPERR-Signal wird bei 272 von der Fernbedienungseinheit gesendet. Nachdem die HDD-Maschine die SPERR-Sequenz erfolgreich vollendet hat, sendet die HDDM-Steuerung ein VERIFIKATION-Signal, das bei 274 von der Fernbedienungseinheit empfangen wird. Als Reaktion auf den Empfang des VERIFIKATION-Signals erzeugt die Fernbedienungseinheit bei 276 eine akustische SPERR-Reaktion wie beispielsweise eine Reihe von kurzen Piep- oder Brummtönen oder eine verbale SPERR-Benachrichtigung.
  • Bei 278 wird ebenfalls eine rote SPERR-Anzeige an der Fernbedienungseinheit beleuchtet, um dem Benutzer der Fernbedienung anzuzeigen, dass die HDD-Maschine sich im SPERR-Modus befindet. Es sei angenommen, dass der Benutzer der Fernbedienung den SPERR-Zustand beenden möchte, dann deaktiviert er bei 282 in Kooperation mit der Bedienungsperson der HDD-Maschine auf entsprechende Weise den SPERR-Modus, bei 284 erlischt die rote SPERR-Anzeige an der Fernbedienungseinheit und eine akustische SPERR-Warnung an der Fernbedienung wird beendet. Wird der SPERR-Zustand nicht auf die vorgesehene Weise deaktiviert, leuchtet die rote SPERR-Anzeige weiterhin bei 278 an der Fernbedienung und der SPERR-Zustand an der HDD-Maschine wird bei 280 aufrechterhalten. Die akustische SPERR-Warnung kann ebenfalls erneut an den Benutzer der Fernbedienung übertragen werden.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene weitere Schritte eines ferngesteuerten SPERR-Verfahrens darstellt, die über eine Steuerung an einer HDD-Maschine entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung implementiert werden. Nach der Ausführungsform nach 9 empfängt die HDDM-Steuerung bei 300 einen SPERR-Befehl von der Fernbedienungseinheit und aktiviert als Reaktion darauf ein normalerweise geschlossenes SPERR-Ausgangssignal, um die SPERR-Sequenz bei 302 zu beginnen. Im nicht-aktivierten oder normalen Zustand bleibt das SPERR-Ausgangssignal deaktiviert und sichert damit ab, dass ein SPERR-Zustand an der HDD-Maschine aufrechterhalten bleibt, wenn ein Stromausfall oder ein Fehler bei der Durchführung der SPERR-Sequenz an der HDD-Maschine auftritt. Um den SPERR-Zustand an der HDD-Maschine zu deaktivieren, muss jeder der Schritte, aus denen die SPERR-Sequenz besteht, erfolgreich durchgeführt und als erfolgreich abgeschlossen verifiziert worden sein.
  • Als Reaktion auf die Einleitung der SPERR-Sequenz 302 durch die HDDM-Steuerung wird ein akustisches SPERR-Signal bei 304 an der HDD-Maschine ausgesendet, um der Bedienungsperson der HDD-Maschine anzuzeigen, dass die HDD-Maschine im SPERR-Modus arbeitet. Die akustische Warnung kann beispielsweise drei kurze Pieptöne umfassen (z.B. 0,5 sec Piepton und 0,5 sec Pause), denen eine zweite Pause folgt. Diese Folge akustischer Pieptöne kann mehrfach wiederholt werden, beispielsweise drei Mal. Eine rote Anzeige leuchtet ebenfalls an der HDD-Maschine auf bei 306. Der SPERR-Zustand wird bei 308 aufrechterhalten und die rote Anzeige bleibt an der HDD-Maschine erleuchtet, bis der SPERR-Modus auf die vorgesehene Weise deaktiviert wurde. Ist der SPERR-Zustand bei 310 auf die vorgesehene Weise deaktiviert, dann erlischt die rote SPERR-Anzeige an der HDD-Maschine bei 312 und eine mögliche akustische SPERR-Warnung wird beendet.
  • Ein Flussdiagramm in 10 stellt verschiedene Schritte dar, wie sie bei der Kooperation im Betrieb zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung dann entsprechend einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung ablaufen, wenn die Kommunikationsverbindung zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine unterbrochen ist. Ein Verlust der Kommunikationsverbindung wird bei 320 zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine erkannt. Ein Verlust der Kommunikationsverbindung kann in mehreren Zusammenhängen auftreten, beispielsweise beim Empfang eines zu schwachen Signals einer HDD-Maschine oder durch das Ablaufen einer eingestellten Zeitgabe an der Fernbedienungseinheit, wie dies weiter oben beschrieben wurde.
  • Es können verschiedene andere bekannte Signalgebungsarten verwendet werden, um das Auftreten eines Kommunikationsverlustes zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine festzustellen. So kann beispielsweise ein Handshaking- oder Poll-Signalplan verwendet werden, bei dem zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine periodisch Signale übermittelt werden. Die Stärke oder Qualität eines empfangenen Signals kann analysiert werden. Zum Beispiel kann die Fernbedienungseinheit das SN-Verhältnis eines zyklisch übertragenen Signals von der HDD-Maschine auswerten und feststellen, ob das SN-Verhältnis des empfangenen Signals ausreicht.
  • Wird ein Verlust der Kommunikationsverbindung zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine bei 320 festgestellt, initiiert die HDDM-Steuerung bei 322 die SPERR-Sequenz, um die HDD-Maschine in einen SPERR-Betriebsmodus überzuleiten. Nachdem der Verlust der Kommunikationsverbindung zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine festgestellt wurde, wird ein Zeitgeber aktiviert. Es wird darauf hingewiesen, dass der Motor der HDD-Maschine während des Einleitens und nach dem Einleiten des SPERR-Zustandes der HDD-Maschine im Betrieb bleibt. Die HDDM-Steuerung leitet bei 324 eine akustische und/oder visuelle Warnanzeige ein, die den Verlust der Kommunikationsverbindung anzeigt.
  • Ist der Zeitgeber bei 328 noch nicht abgelaufen, wird bei 332 das Aussenden einer akustischen Warnung und bei 334 das Aufleuchten einer roten SPERR-Anzeige an der Fernbedienungseinheit aufrechterhalten. Die Fernbedienungseinheit liefert weiterhin bei 336 eine taktile Warnung 326, um den Benutzer einer Fernbedienung auf den Verlust der Kommunikationsverbindung hinzuweisen. Die akustischen und taktilen Warnungen können beispielsweise einen durchgehenden Ton oder eine solche Vibration sein, die eine Minute lang andauern oder bis andere, weiter unten besprochende Ereignisse auftreten. Wenn der Zeitgeber 328 abläuft, wird das Aussenden der akustischen Warnung bei 338 abgebrochen. Auch die taktile Warnung wird bei 340 nach Ablauf des Zeitgebers abgebrochen. Die rote SPERR-Anzeige leuchtet jedoch bei 342 an der Fernbedienungseinheit weiter auf, um die Bedienungsperson auf die Fortdauer des SPERR-Betriebsmodus während der nicht vorhandenen Kommunikationsverbindung hinzuweisen.
  • Die oben beschriebene Warnungsabfolge wird wiederholt, bis die Kommunikationsverbindung zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine bei 344 wieder hergestellt ist oder ein von der Fernbedienungseinheit ausgesendeter SPERR- oder LAUF-Befehl bei 345 von der HDD-Maschine empfangen und erfolgreich verarbeitet wurde. Nachdem eines dieser Ereignisse 344, 345 aufgetreten ist, werden die akustischen, visuellen und/oder taktilen Warnungen bei 346 an der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine beendet und der ausgewählte SPERR- oder LAUF-Vorgang wird fortgesetzt.
  • 11 ist ein Flussdiagramm, mit dem verschiedene Schritte dargestellt werden, wie sie bei der Zusammenarbeit zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung als Reaktion auf einen Motorstillstand einer HDD-Maschine entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auftreten. Entsprechend dieser Ausführungsform wird angenommen, dass der Motor der HDD-Maschine bei 350 durch die Bedienungsperson oder durch einen anderen Vorgang abgeschaltet wird. Weiter wird angenommen, dass jede Bewegung von Bohrstrang bzw. Schneidkopf oder Räumer kurz nach dem Abschalten des Motors der HDD-Maschine beendet ist. Die Fernbedienungseinheit bleibt untätig bei 354, bis ein Benutzer dieser Einheit versucht, die SPERR-Steuerung zu betätigen.
  • Wenn der Benutzer der Fernbedienungseinheit die SPER-Steuerung 352 während des Zeitraumes betätigt, in dem der Motor der HDD-Maschine abgeschaltet ist, sendet die Fernbedienungseinheit bei 356 einen SPERR-Befehl an die HDD-Maschine. Die HDDM-Steuerung sendet bei 358 ein VERIFIKATION-Signal an die Fernbedienungseinheit, das anzeigt, dass ein SPERR-Zustand an der HDD-Maschine aufrechterhalten bleibt, wie dies der Fall ist, wenn der Motor abgeschaltet ist. Die Bedienungsperson der HDD-Maschine kann den Motor 362 der HDD-Maschine nicht starten, bis der Benutzer der Fernbedienung die LAUF-Steuerung an der Fernbedienungseinheit niederdrückt. Wird bei 360 das LAUF-Signal an der HDD-Maschine empfangen, kann der Motor bei 361 wieder von der Bedienungsperson der HDD-Maschine gestartet werden.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das die verschiedenen Schritte darstellt, die im kooperativen Betrieb zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung im LAUF-Modus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ablaufen. Die Fernbedienungseinheit sendet bei 364 einen LAUF-Befehl an die HDD-Maschine als Reaktion auf eine Betätigung der LAUF-Steuerung an der Fernbedienungseinheit durch einen Benutzer. An der Fernbedienungseinheit leuchtet eine grüne LAUF-Anzeige bei 366 auf. Die grüne LAUF-Anzeige bleibt erleuchtet, bis der Benutzer der Fernbedienungseinheit entweder die SPERR-Steuerung oder die KRIECH-Steuerung betätigt. Wenn bei 368 ein SPERR- oder KRIECH-Modussignal nicht an der HDD-Maschine empfangen wird, deaktiviert die HDDM-Steuerung bei 370 das normalerweise geschlossene SPERR-Ausgangssignal und läßt bei 372 die grüne HDD-Maschinenanzeige für den LAUF-Modus aufleuchten. Die HDD-Maschine kann dann bei 373 im normalen Bohrmodus betrieben werden.
  • Wird bei 368 ein SPERR- oder KRIECH-Modussignal an der HDD-Maschine empfangen, beendet die HDDM-Steuerung den LAUF-Modus bei 374 und lässt die grüne LAUF-Anzeige der HDD-Maschine erlöschen. Die HDD-Maschine wird bei 376 im ausgewählten SPERR- oder KRIECH-Modus betrieben.
  • 13 ist ein Flussdiagramm, das verschiedene Schritte darstellt, wie sie mit der kooperativen Betriebsweise zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung ablaufen, wenn ein KRIECH-Betriebsmodus nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung abläuft. Der Benutzer einer Fernbedienungseinheit leitet den KRIECH-Betriebsmodus dadurch ein, dass bei 380 die KRIECH-Steuerung an der Fernbedienungseinheit betätigt wird. Die Anzeige für den KRIECH-Modus leuchtet bei 382 an der Fernbedienungseinheit auf, und ein KRIECH-Modussignal wird bei 384 von der Fernbedienungseinheit an die HDD-Maschine gesendet.
  • Nach dem Empfang des KRIECH-Modussignals leitet die HDD-Maschine bei 386 den Betrieb in den KRIECH-Modus über. Eine KRIECH-Modusanzeige leuchtet bei 388 an der HDD-Maschine auf und ein akustischer KRIECH-Ton wird ausgesendet. Der KRIECH-Ton kann ein Ton sein, der jede zweite Sekunde wiederholt wird, solange der KRIECH-Modus aktiviert ist. Die HDDM-Steuerung führt bei 390 KRIECH-Befehle aus, die sie von der Fernbedienungseinheit empfängt, bis ein SPERR-Signal oder ein weiteres KRIECH-Modussignal an der HDD-Maschine empfangen wird. Wenn bei 392 entweder ein SPERR-Signal oder ein nachfolgendes KRIECH-Modussignal an der HDD-Maschine empfangen wird, wird der KRIECH-Betriebsmodus bei 394 an der HDD-Maschine beendet und die KRIECH-Modusanzeigen oder entsprechende Töne werden bei 396 an der HDD-Maschine und der Fernbedienungseinheit abgeschaltet.
  • Die 14 bis 17 sind Flussdiagramme, die verschiedene Schritte darstellen, wie sie bei der kooperativen Zusammenarbeit zwischen einer Fernbedienungseinheit und einer HDD-Maschinensteuerung ablaufen, wenn verschiedene ferngesteuerte Betriebsabläufe und Führungsmodi in Betrieb sind, die bei 400 dadurch angewählt werden können, dass eine Bedienungsperson eine entsprechende, an der Fernbedienungseinheit vorgesehene Steuermöglichkeit betätigt. Zu den in den 14 bis 17 dargestellten ferngesteuerten Betriebs- bzw. Führungsmodi gehören ein ROTATION-, STOSS-, ZURÜCKZIEH- bzw. ein Führungs- oder Lenkmodus, der wie ein Uhrenziffernblatt angeordnet ist.
  • Wie in 14 dargestellt ist, wird, wenn bei 402 ein ROTATION-Modus vom Benutzer der Fernbedienung ausgewählt wird, ein ROTATION-Befehl von der Fernbedienungseinheit bei 404 gesendet. Eine Anzeige ROTATION leuchtet bei 406 an der Fernbedienungseinheit auf und nachfolgende Anforderungen FÜHREN NACH UHRENZIFFERNBLATT, STOSS oder ZURÜCKZIEHEN werden deaktiviert bei 408 während im ROTATION-Modus gearbeitet wird. An der HDD-Maschine leuchtet ebenfalls eine Anzeige ROTATION bei 410 auf.
  • Die HDDM-Steuerung initiiert bei 410 die Funktion ROTATION, was entweder automatisch oder von Hand durchgeführt werden kann. Wie bereits beschrieben wurde, kann eine RS-232-Schnittstelle oder eine andere geeignete Kommunikationsschnittstelle zwischen der HDDM-Steuerung und einem Bildschirm angeordnet sein, der an der HDD-Maschine vorgesehen ist. Ein Befehl ROTATION, der von der Fernbedienungseinheit empfangen wird, kann zu einer Darstellung der ROTATION-Anforderung auf dem Bildschirm führen. Die Bedienungsperson der HDD-Maschine kann dann manuell die Steuerung der Funktion ROTATION einleiten. Alternativ kann der von der Fernbedienungseinheit empfangene Befehl ROTATION von der HDDM-Steuerung direkt bearbeitet werden und automatisch die angeforderte Funktion ROTATION initiieren.
  • Wenn in Übereinstimmung mit 15 bei 420 der STOSS-Modus vom Benutzer der Fernbedienung ausgewählt wird, wird ein STOSS-Befehl bei 422 von der Fernbedienungseinheit ausgesendet. An der Fernbedienungseinheit leuchtet eine STOSS-Anzeige bei 424 auf, und nachfolgende Anforderungen nach einem Modus ROTATION oder ZURÜCKZIEHEN werden bei 426 deaktiviert, solange im STOSS-Modus gearbeitet wird. An der HDD-Maschine leuchtet eine STOSS-Anzeige bei 428 auf.
  • Die HDDM-Steuerung leitet bei 430 die STOSS-Funktion ein, was manuell oder automatisch durchgeführt werden kann. Ein von der Fernbedienungseinheit empfangener STOSS-Befehl kann zu der Darstellung der STOSS-Anforderung auf dem Bildschirm der HDD-Maschine führen. Die Bedienungsperson der HDD-Maschine kann dann manuell die STOSS-Funktion einleiten und steuern. Alternativ kann der von der Fernbedienungseinheit empfangene STOSS-Befehl direkt von der HDDM-Steuerung bearbeitet werden, um automatisch die angeforderte STOSS-Funktion zu initiieren.
  • Wenn bei 440 der ZURÜCKZIEH-Modus vom Benutzer der Fernbedienung gewählt wird, wie dies in 16 dargestellt ist, wird ein ZURÜCKZIEH-Befehl bei 442 von der Fernbedienungseinheit gesendet. Eine ZURÜCKZIEH-Anzeige leuchtet an der Fernbedienungseinheit auf und nachfolgende Anforderungen nach FÜHREN AUF UHRENZIFFERNBLATT, ROTATION oder STOSS werden bei 446 deaktiviert, solange die Anlage im ZURÜCKZIEH-Modus betrieben wird. An der HDD-Maschine leuchtet eine ZURÜCKZIEH-Anzeige bei 448 auf.
  • Die HDDM-Steuerung leitet bei 450 die ZURÜCKZIEH-Funktion ein, was manuell oder automatisch erfolgen kann. Ein von der Fernbedienungseinheit empfangener ZURÜCKZIEH-Befehl kann zu einer Darstellung der ZURÜCKZIEH-Anforderung auf dem Bildschirm der HDD-Maschine führen. Die Bedienungsperson der HDD-Maschine kann dann manuell die ZURÜCKZIEH-Funktion einleiten und steuern. Alternativ kann der von der Fernbedienungseinheit empfangene Befehl ZURÜCKZIEHEN zu einer direkten Bearbeitung durch die HDDM-Steuerung und einer automatischen Einleitung der angeforderten ZURÜCKZIEH-Funktion führen.
  • Der Benutzer der Fernbedienung kann auf der Uhrenziffernblatt-Anzeige Führungs- oder Lenkbefehle ausgeben und dabei beispielsweise die Führungssteuerung 132 nach 4 verwenden. Wenn der Benutzer der Fernbedienung bei 460 eine auf der Uhrenziffernblattanzeige ausgewählte Führungstaste der Fernbedienung niederdrückt, wird ein Befehl UHRENZIFFERNBLATTFÜHRUNG bei 462 von der Fernbedienungseinheit ausgegeben, der der ausgewählten Uhrenziffernblatt-„Zeit" enspricht. Die von dem Benutzer der Fernbedienung ausgewählte Führungstaste leuchtet bei 464 auf und alle möglicherweise vorher ausgewählten Uhrenzifferntasten sowie alle nachfolgenden Anforderungen ROTATION, ZURÜCKZIEHEN oder STOSS werden bei 466 deaktiviert, solange im Führungsmodus nach der Uhrenziffernblattanzeige gearbeitet wird. Eine Uhrenziffernblattanzeige, die der vom Benutzer der Fernbedienung ausgewählten entspricht, leuchtet an der HDD-Maschine auf. Die HDD-Uhrenziffernblattanzeige kann beispielsweise so erfolgen, dass ein Ort auf einem Uhrenziffernblatt, das grafisch auf dem Bildschirm der HDD-Maschine dargestellt ist, besonders hervorgehoben wird.
  • Die HDDM-Steuerung initiiert bei 470 die angeforderte Funktion FÜHRUNG, was manuell oder automatisch erfolgen kann. Ein von der Fernbedienungseinheit empfangener Befehl FÜHREN kann zu einer Darstellung der Anforderung FÜHREN auf dem Bildschirm der HDD-Maschine führen. Die Bedienungsperson der HDD-Maschine kann dann manuell die Funktion FÜHREN einleiten und steuern.
  • Alternativ kann ein Befehl FÜHREN, der von der Fernbedienungseinheit empfangen wird, direkt von der HDDM-Steuerung so bearbeitet werden, dass automatisch die angeforderte Funktion FÜHREN initiiert wird.
  • Allgemein sollte eine Fernbedienungseinheit, die für die Verwendung bei der Durchführung eines SPERR-Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung geeignet ist, Signale an die HDD-Maschine von unterirdischen Orten senden und Signale von der HDD-Maschine an unterirdischen Orten empfangen können (d.h. Orte, die nicht in Sichtweite der HDD-Maschine sind). So sollte beispielsweise die Fernbedienungseinheit so ausgelegt sein, dass sie die Kommunikationsverbindung mit einer HDD-Maschine vom Boden einer 2,44 m (8 Fuß) tiefen Grube aus aufrechterhalten kann. Abhängig von mehreren Faktoren kann es wünschenswert sein, einen Verstärker im oberirdischen Bereich in der Nähe der Grube vorzusehen, um die Kommunikation zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine bei verhältnismäßig langen Bohrgängen zu verbessern. Der Übertragungsbereich sollte mehrere hundert Meter betragen und kann durch die Verwendung eines oder mehrerer Verstärker vergrößert werden. Wie bereits beschrieben wurde, sollte die Fernbedienungseinheit eine Schaltung zum Erkennen von verlorengegangenen oder schwachen Signalen enthalten, die eine akustische, visuelle und/oder taktile Warnung abgeben kann.
  • Die Fernbedienungseinheit kann eine Schaltung enthalten, die Störungen durch externe Funksignale abwehrt und die Möglichkeit bietet, die benutzte Frequenz entsprechend den lokalen Gegebenheiten zu verändern. Für jede Fernbedienungseinheit gilt vorzugsweise ein nur für diese Einheit gültiger Code, so dass jede Maschine nur von einer Fernbedienungseinheit gesteuert werden kann.
  • Die Fernbedienungseinheit ist vorzugsweise tragbar und für lange Haltbarkeit ausgelegt und vorteilhafterweise mit nur einer Hand zu halten und zu bedienen. Die wiederaufladbaren Batterien, die in der Fernbedienungseinheit vorgesehen sind, können vorzugsweise im Feld auf eine Weise herausgenommen werden, die kein Werkzeug erfordert.
  • Die HDDM-Steuerung der HDD-Maschine kann ebenfalls eine Schaltung enthalten, die äußere Funkstörungen abhält und die Möglichkeit bietet, die Frequenzen entsprechend dem geeigneten Wellenbereich des jeweiligen Landes oder Landschaftsbereiches zu ändern. Außerdem sollte die HDDM-Steuerung eine Schaltung enthalten, die verlorengegangene oder schwache Signale erkennt und die Möglichkeit bietet, eine akustische, visuelle und/oder taktile Warnung abzugeben. Der Übertragungsbereich des HDD-Maschinen-Transceivers sollte im Bereich von mehreren 300 m (mehreren tausend Fuß) liegen, der durch die Verwendung von einem oder mehreren Verstärkern vergrößert werden kann.
  • Die HDD-Maschine enthält vorzugsweise eine integrierte Möglichkeit, die Batterien einer Fernbedienungseinheit aufzuladen, und kann einen 12/24 V Gleichstromeingang sowie selbstreinigende Kontakte aufweisen. Das Batterieaufladegerät, das mit der HDDM-Steuerung gekoppelt ist, kann vorzugsweise eine Fernbedienungseinheit identifizieren, die nicht auf geeignete Weise programmiert ist, um mit dem Transceiver der besonderen HDD-Maschine zu kommunizieren, und dann eine Warnung abgeben. Die HDDM-Steuerung kann vorzugsweise den HDD-Maschinen-Transceiver mit seinem eigenen, nur für ihn gültigen Identifikationscode ansteuern.
  • Nach einer Ausführungsform enthält die HDD-Maschine Modusanzeigen in unterschiedlichen Farben wie rote, gelbe und grüne Anzeigen, die bei hellem Sonnenschein leicht zu erkennen sind. Angaben auf einem an der HDD-Maschine vorgesehenen Bildschirm sollten auf ähnliche Weise bei hellem Sonnenschein ohne Schwierigkeiten zu erkennen sein.
  • Wie bereits beschrieben wurde, wird ein normalerweise geschlossenes Relais an der HDD-Maschine dazu verwendet, die SPERR-Sequenz zu aktivieren und zu deaktivieren. In einer Ausführungsform wird ein 12 V Gleichstrom-Eingangssignal erzeugt, wenn die SPERR-Sequenz erfolgreich beendet wurde. Ein normalerweise offenes Relais wird vorzugsweise eingesetzt, um die oben beschriebene KRIECH-Modussequenz zu aktivieren und zu deaktivieren.
  • An der HDD-Maschine ist ein manuell zu bedienender Grundeinstellmechanismus vorgesehen, um aus einem SPERR-Zustand, der nach einem Verlust der Kommunikationsverbindung zwischen der Fernbedienungseinheit und der HDD-Maschine eingetreten ist, wieder in die Grundeinstellung zurückzukehren. Die manuell durchzuführende Rückstellprozedur erfordert es, dass die Bedienungsperson der HDD-Maschine die HDDM-Steuerung abschaltet und ein Rückstellwerkzeug verwendet, um die HDDM-Steuerung für den weiterführenden Betrieb wieder einzuschalten. Die Bedienungsperson der HDD-Maschine hat nicht die Möglichkeit, einen SPERR-Zustand, der durch den Benutzer der Fernbedienungseinheit wie oben beschrieben eingeleitet wurde, unabhängig zu beenden.
  • An der HDD-Maschine ist vorzugsweise eine RS-232-Schnittstelle oder eine andere geeignete Kommunikationsschnittstelle vorgesehen, um Daten an eine und von einer vom Kunden gestellten Schnittstelle zu übertragen. Alle SPERR-Funktionen sind vorzugsweise über den RS-232 Port zugänglich.
  • Es sind selbstverständlich verschiedene Modifikationen und zusätzliche Merkmale der bevorzugten Ausführungsformen, wie sie oben beschrieben wurden, möglich, ohne dass damit der geistige Bereich der vorliegenden Erfindung überschritten wird. Dementsprechend soll der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht durch besonderen Ausführungsformen, die hierin beschrieben wurden, begrenzt sein, sondern nur durch die nachfolgenden Ansprüche und ihre Äquivalente definiert werden.

Claims (44)

  1. Verfahren zur Änderung eines Betriebes einer Horizontalrichtungsbohrmaschine (12, 20) in Reaktion auf von einem entfernten Ort empfangenen Signalen, wobei die Bohrmaschine (12, 20) mit einem Bohrstrang (22, 38) und einem Schneidkopf oder Bohrwerkzeug (24, 42) gekoppelt ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist; ein von einem gegenüber der Bohrmaschine (12, 20) entfernten Ort übermitteltes Sperrsignal zu empfangen; eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) in Reaktion auf das empfangene Sperrsignal zu verhindern; und ein Verifizierungssignal von der Bohrmaschine (12, 20) an den entfernten Ort (100) zu übermitteln, wobei das Verifizierungssignal einen Empfang des Sperrsignals durch die Bohrmaschine (12, 20) und eine Deaktivierung einer Bohrstrangbewegung bestätigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Bohrmaschine mit einer Fluidabgabeeinheit (58) gekoppelt ist, die Fluid, Schaum und/oder Luft durch den Bohrstrang (22, 38) zuführt, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist, die Fluidabgabeeinheit in Reaktion auf das empfangene Sperrsignal zu deaktivieren, wobei außerdem das Verifizierungssignal eine Deaktivierung der Fluidabgabeeinheit (58) angibt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt, das Sperrsignal von dem Ort entfernt von der Bohrmaschine (12, 20) zu übermitteln.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem der Schritt, eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) zu verhindern, den Schritt aufweist, eine Rotation und Verlagerung des Bohrstranges (22, 38) zu verhindern.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem der Schritt, eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) zu verhindern, einen Schritt aufweist, den Bohrstrang (22, 38) zu klemmen.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit den Schritten, den Bohrstrang (22, 38) zu klemmen, um eine Bewegung des Bohrstranges zu verhindern; und einen Bohrstrangstab (23) während des Klemmens des Bohrstranges (22, 38) zu betätigen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt, ein Klemmsignal in Reaktion auf ein erfolgreiches Klemmen des Bohrstranges (22, 38) zu erzeugen, wobei das Verifizierungssignal in Erwiderung auf das erzeugte Klemmsignal übermittelt wird.
  8. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei welchem die Bohrmaschine (12, 20) ferner eine Fluidabgabeeinheit (58) aufweist, die Fluid, Schaum, Luft oder eine Kombination hiervon in das Bohrloch (26) zuführt, wobei das Verfahren ferner den Schritt aufweist, die Zuführung des Fluids, des Schaums und/oder der Luft in das Bohrloch (26) in Reaktion auf das empfangene Sperrsignal zu deaktivieren.
  9. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit dem Schritt, an eine Bedienperson an dem entfernten Ort eine oder mehrere von visuellen, akustischen und/oder taktilen Anzeigen in Reaktion auf einen Empfang des Verifizierungssignals am entfernten Ort zu kommunizieren.
  10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit dem Schritt, an eine Bedienperson an dem entfernten Ort eine oder mehrere von visuellen, akustischen und/oder taktilen Warnanzeigen in Reaktion auf einen nicht erfolgten Empfang des Verifizierungssignals am entfernten Ort nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitperiode nach Übersendung des Sperrsignals zu kommunizieren.
  11. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit dem Schritt, einen Verlust der Kommunikationskonnektivität zwischen der Bohrmaschine (12, 20) und dem entfernten Ort zu erfassen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit dem Schritt, an einen Benutzer an dem entfernten Ort eine oder mehrere von visuellen, akustischen und/oder taktilen Anzeigen des Verlustes der Kommunikationskonnektivität zwischen der Bohrmaschine (12, 20) und dem entfernten Ort zu kommunizieren.
  13. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit dem Schritt, an einen Benutzer an dem entfernten Ort eine Anzeige der relativen Stärke eines von der Bohrmaschine (12, 20) übermittelten und am entfernten Ort empfangenen Signals zu kommunizieren.
  14. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit dem Schritt, an einen Benutzer an dem entfernten Ort eine oder mehrere von visuellen, akustischen und/oder taktilen Warnanzeigen in Reaktion auf eine Veränderung des Zustandes der Bohrmaschine (12, 20) zu kommunizieren, welche eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) und/oder eine Zuführung des Fluids, des Schaums und/oder der Luft in das Bohrloch (26) beeinflusst.
  15. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit dem Schritt, an eine Bedienperson der Bohrmaschine (12, 20) eine visuelle und/oder akustische Anzeige eines Empfangs des vom entfernten Ortes übermittelten Sperrsignals zu kommunizieren.
  16. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, ferner mit dem Schritt, ein Betriebsmodussignal vom entfernten Ort zu übermitteln; das Betriebsmodussignal an der Bohrmaschine (12, 20) zu empfangen; und einen Betrieb der Bohrmaschine (12, 20) in Reaktion auf das Betriebsmodussignal zu ändern.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem das Betriebsmodussignal ein KRIECH-Modussignal aufweist; und der Schritt, einen Bohrmaschinenbetrieb zu ändern, den Schritt aufweist, eine Verlagerung des Bohrstranges von einem Nennpegel auf einen voreingestellten Pegel in Reaktion auf das KRIECH-Modussignal zu reduzieren.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem das Betriebsmodussignal ein STOSS-, ZURÜCKZIEH- oder ROTATIONs-Modussignal aufweist; und der Schritt, einen Bohrmaschinenbetrieb zu verhindern, den Schritt aufweist, eine vorwärts gerichtete Verlagerung des Bohrstranges in Reaktion auf das STOSS-Modussignal, eine rückwärts gerichtete Verlagerung des Bohrstranges in Erwiderung auf das ZURÜCKZIEH-Modussignal oder eine Bohrstrangrotation in Reaktion auf das ROTATIONs-Modussignal zu ändern.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, bei welchem das Betriebsmodussignal ein FÜHRUNGs-Modussignal aufweist, und der Schritt, einen Bohrmaschinenbetrieb zu ändern, einen Schritt aufweist, eine Richtungsänderung am Schneidkopf in Reaktion auf das FÜHRUNGs-Modussignal vorzunehmen.
  20. Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem eine Änderung eines Bohrmaschinenbetriebes automatisch oder in Reaktion auf Steuerungseingaben des Benutzers bewirkt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit den Schritten: eine Eingabe eines Benutzers am Ort (100) entfernt von der Bohrmaschine (12, 20) zu empfangen; das Sperrsignal vom entfernten Ort (100) in Reaktion auf die Eingabe des Benutzers zu übermitteln; und in Reaktion auf das empfangene Verifizierungssignal an einen Benutzer am entfernten Ort (100) eine oder mehrere von visuellen, taktilen oder akustischen Anzeigen eines erfolgreichen Empfangs des Sperrsignals durch die Bohrmaschine (12, 20) und eine Verlagerung einer Bohrstrangbewegung zu kommunizieren.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, bei welchem die Bohrmaschine (12, 20) mit einer Fluidabgabeeinheit (58) gekoppelt ist, die Fluid, Schaum und/oder Luft durch den Bohrstrang (22, 38) zuführt; das Verifizierungssignal außerdem eine Verlagerung der Fluidabgabeeinheit (58) anzeigt; und in Reaktion auf das Verifizierungssignal eine oder mehrere von visuellen, taktilen oder akustischen Anzeigen einer Verlagerung der Fluidabgabeeinheit (58) außerdem an einen Benutzer an dem entfernten Ort (100) kommuniziert werden.
  23. System zur Änderung eines Betriebes einer Horizontalrichtungsbohrmaschine in Reaktion auf von einem entfernten Ort empfangenen Signalen, mit einem mit einem Bohrstrang (22, 38) gekoppelten Schneidkopf oder Bohrwerkzeug (24, 42); einem mit dem Bohrstrang (22, 38) gekoppelten Antriebsgerät (12, 20), das den Bohrstrang (22, 38) und den Schneidkopf oder das Bohrwerkzeug (24, 42) entlang eines unterirdischen Weges (26) bewegt; einem Transceiver (55), der ein Sperrsignal von einem entfernten Ort (100) empfängt; und einer mit dem Antriebsgerät (12, 20) und dem Transceiver (55) gekoppelten Steuerungseinrichtung, die eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) in Reaktion auf das empfangene Sperrsignal verhindert und ein Verifizierungssignal übermittelt, das einen erfolgreichen Empfang des Sperrsignals durch die Bohrmaschine (12, 20) und eine Verlagerung der Bohrstrangbewegung anzeigt.
  24. System nach Anspruch 23, bei welchem die Bohrmaschine mit einer Fluidabgabeeinheit (58) gekoppelt ist, die Fluid, Schaum und/oder Luft durch den Bohrstrang (22, 38) zuführt, wobei außerdem die Steuerungseinrichtung in Reaktion auf das empfangene Sperrsignal die Fluidabgabeeinheit (58) deaktiviert und das eine erfolgreiche Deaktivierung der Fluidabgabeeinheit (58) anzeigende Verifizierungssignal übermittelt.
  25. System nach Anspruch 23 oder 24, ferner mit einer Fernbedienungseinheit (100) mit einem Transceiver (102) und einem an der Fernbedienungseinheit (100) vorgesehen Benutzerinterface, das einen Sperrschalter (108) und eine Modusanzeigeeinrichtung (106) aufweist, wobei die Fernbedienungseinheit (100) über den Transceiver (102) ein Sperrsignal in Reaktion auf eine Betätigung des Sperrschalters (108) durch einen Benutzer übermittelt; wobei die Steuerungseinrichtung (50) das Verifizierungssignal an die Fernbedienungseinheit (100) übermittelt, die Modusanzeigeeinrichtung (106) der Fernbe dienungseinheit (100) in Reaktion auf das empfangene Verifizierungssignal an den Benutzer eine oder mehrere von visuellen, taktilen und/oder akustischen Anzeigen eines erfolgreichen Empfangs des Sperrsignals durch die Bohrmaschine (12, 20) und einer Verlagerung der Bohrstangenbewegung kommuniziert.
  26. System nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 25, bei welchem das Antriebsgerät (12, 20) eine Rotationspumpe/Motor (30) und eine Verdrängungspumpe/Motor (28) aufweist, von denen jede mit dem Bohrstrang (22, 38) gekoppelt ist, wobei die Steuerungseinrichtung eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) durch Deaktivierung der Rotationspumpe/Motors (30) und der Verdrängungspumpe/Motors (28) verhindert.
  27. System nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 26, ferner mit einem an der Bohrmaschine (12, 20) befestigten Klemmmechanismus (51), der selektiv in Eingriff mit und außer Eingriff von dem Bohrstrang (22, 38) gelangt, um eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) zu verhindern und zu erlauben; und einer Bohrstabhandhabungsvorrichtung, wobei die Steuerungseinrichtung (50) den Klemmmechanismus betätigt, um eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) zu verhindern und gleichzeitig die Bohrstabhandhabungsvorrichtung aktiviert, um einen Bohrstab (23) relativ zum geklemmten Bohrstrang (22, 38) zu betätigen.
  28. System nach Anspruch 27, ferner mit einem Klemmsensor (53), der ein Klemmsignal in Reaktion daraufhin erzeugt, dass der Klemmmechanismus erfolgreich in Eingriff mit dem Bohrstrang (22, 38) gelangt, um eine Bohrstrangbewegung zu verhindern, wobei die Steuerungseinrichtung (50) das Verifizierungssignal in Reaktion auf den Empfang des vom Klemmsensor (53) erzeugten Klemmsignals übermittelt.
  29. System nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 28, bei welchem die Bohrmaschine (12, 20) ferner eine Fluidabgabeeinheit (58) aufweist, die Fluid, Schaum und/oder Luft durch den Bohrstrang (22, 38) zuführt, wobei die Steuerungseinrichtung (50) eine Abgabe des Fluids, des Schaums und/oder der Luft in Reaktion auf das empfangene Sperrsignal unterbindet.
  30. System nach Anspruch 25, bei welchem die Fernbedienungseinheit (100) eine oder mehrere visuelle, akustische und/oder taktilen Anzeigeeinrichtungen (106) zur Erzeugung einer Anzeige eines Empfangs des Verifizierungssignals aufweist.
  31. System nach Anspruch 25, bei welchem die Fernbedienungseinheit (100) eine Zeitsteuerungseinrichtung und eine oder mehrere visuelle, akustische und/oder taktile Warnanzeigeeinrichtungen (106) zur Erzeugung einer Anzeige eines nicht erfolgten Empfanges des Verifizierungssignals nach Verstreichen der Zeit nach Übermittlung des Sperrsignals aufweist.
  32. System nach Anspruch 25, bei welchem die Fernbedienungseinheit (100) eine oder mehrere visuelle, akustische und/oder taktile Warnanzeigeeinrichtungen (106) zur Erzeugung einer Anzeige einer Veränderung eines Zustandes an der Bohrmaschine (12, 20), welche eine Bewegung des Bohrstranges (22, 38) beeinflusst, aufweist.
  33. System nach Anspruch 25, bei welchem das Benutzerinterface eine Anzeigeeinrichtung (143) aufweist, die eine Relativstärke eines zwischen der Fernbedienungseinheit und der Bohrmaschine (12, 20) kommunizierten Signals anzeigt.
  34. System nach Anspruch 25, bei welchem das Benutzerinterface eine Anzeigeeinrichtung (141) aufweist, die einen Verlust einer Kommunikationskonnektivität zwischen der Fernbedienungseinheit (100) und der Bohrmaschine (12, 20) anzeigt.
  35. System nach Anspruch 25, ferner mit einem oder mehreren Verstärkern zur Verstärkung einer Kommunikation von Signalen zwischen der Fernbedienungseinheit und der Bohrmaschine (12, 20).
  36. System nach mindestens einem der Ansprüche 23, bis 35, bei welchem die Steuerungseinrichtung (50) mit einer visuellen und/oder akustischen Anzeigeeinrichtung (34, 57) gekoppelt ist, wobei die Steuerungseinrichtung (50) die Anzeigeeinrichtung (34, 57) in Reaktion auf das Sperrsignal aktiviert.
  37. System nach Anspruch 25, bei welchem die Fernbedienungseinheit (100) außerdem eine durch einen Benutzer aktivierbare Betriebsmodussteuerung aufweist, die bei Betätigung durch den Benutzer ein Betriebsmodussignal erzeugt, wobei die Steuerungseinrichtung einen Betrieb der Bohrmaschine (12, 20) in Reaktion auf das Betriebsmodussignal ändert.
  38. System nach Anspruch 37, bei welchem das Betriebsmodussignal ein KRIECH-Modussignal aufweist und die Steuerungseinrichtung (50) eine Bohrstrangverlagerung von einem Nennpegel auf einen voreingestellten Pegel in Reaktion auf das KRIECH-Modussignal reduziert.
  39. System nach Anspruch 37, bei welchem das Betriebsmodussignal ein STOSS-, ZURÜCKZIEH- oder ROTATIONs-Modussignal aufweist und die Steuerungseinrichtung (50) eine vorwärts gerichtete Bohrstrangverlagerung in Reaktion auf das STOSS-Modussignal, eine rückwärts gerichtete Bohrstrangverlagerung in Reaktion auf das ZURÜCKZIEH-Modussignal oder eine Bohrstrangrotation in Reaktion auf das ROTATIONs-Modussignal ändert.
  40. System nach Anspruch 39, bei welchem die Steuerungseinrichtung (50) einen Bohrmaschinenbetrieb automatisch oder in Reaktion auf Steuerungseingaben eines Benutzers ändert.
  41. System nach Anspruch 25, bei welchem die Fernbedienungseinheit eine von einem Benutzer betätigbare Führungssteuerung (110, 132) aufweist, die in Reaktion auf eine Betätigung des Benutzers ein FÜHRUNGs-Modussignal erzeugt, wobei die Steuerungseinrichtung (50) Änderungen einer Führung des Schneidkopfes in Reaktion auf das FÜHRUNGs-Modussignal bewirkt.
  42. System nach Anspruch 41, bei welchem die Führungssteuerung (132) mehrere Schalter (134) aufweist, von denen jeder eine Position auf einem Uhrenzifferblatt repräsentiert, wobei das FÜHRUNGs-Modussignal eine Sollführungsrichtung des Schneidkopfes entsprechend der Position eines betätigten Schalters (134) auf dem Uhrenzifferblatt angibt.
  43. System nach mindestens einem der Ansprüche 23 bis 42, bei welchem die Fernbedienungseinheit (100) aufweist ein Gehäuse, das zum Halten durch einen Benutzer ausgelegt ist; einen am Gehäuse vorgesehenen Sperrschalter (108); einen im oder am Gehäuse vorgesehenen Sender (102), der ein Sperrsignal in Reaktion auf eine Betätigung des Sperrschalters (108) durch den Benutzer sendet; einen im oder am Gehäuse vorgesehen Empfänger (102), der ein von der Bohrmaschine (12, 20) übermitteltes Verifizierungssignal empfängt, das einen erfolgreichen Empfang des Sperrsignals durch die Bohrmaschine (12, 20) und eine Verlagerung einer Bohrstrangbewegung angibt; und eine am Gehäuse vorgesehene Statusanzeigeeinrichtung (106), die in Reaktion auf das empfangene Verifizierungssignal an den Benutzer eine oder mehrere von visuellen, taktilen oder akustischen Anzeigen eines erfolgreichen Empfangs des Sperrsignals durch die Bohrmaschine (12, 20) und eine Verlagerung einer Bohrstrangbewegung kommuniziert.
  44. System nach Anspruch 43, bei welchem die Bohrmaschine (12, 20) mit einer Fluidabgabeeinheit (58) gekoppelt ist, die Fluid, Schaum und/oder Luft durch den Bohrstrang (22, 38) zuführt; das Verifizierungssignal außerdem eine Verlagerung der Fluidabgabeeinheit (58) angibt; und die Statusanzeigeeinrichtung in Reaktion auf das empfangene Verifizierungssignal an den Benutzer eine oder mehrere von visuellen, taktilen oder akustischen Anzeigen einer Verlagerung der Fluidabgabeeinheit (58) kommuniziert.
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