FI108564B - Menetelmä ja sovitelma kallionporauksen ohjaamiseksi - Google Patents

Description

1 '10 8 564

Menetelmä ja sovitelma kallionporauksen ohjaamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä kallionporauslaitteen ohjaamiseksi, jossa menetelmässä porausta ohjataan poratangon pyöritysvastukseen 5 verrannollisen painenestekäyttöisen pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan paineen perusteella, niin, että pyöritysmoottorin painekanavassa mitatusta paineen arvosta vähennetään painearvo, mikä edustaa pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavaa painearvoa tilanteessa, missä pyöritysmoottori pyörittää laitetta tyhjäkäynnillä.

10 Edelleen keksinnön kohteena on sovitelma kallionporauslaitteen oh jaamiseksi, johon sovitelmaan kuuluvat välineet painenestekäyttöisen pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan paineen mittaamiseksi ja kallionporauslaitteen toiminnan ohjaamiseksi mitatun paineen perusteella niin, että mainitut välineet vähentävät pyöritysmoottorin painekanavasta mitatusta pai-15 nearvosta painearvon, mikä edustaa pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavaa painearvoa tilanteessa, missä pyöritysmoottori pyörittää laitetta tyhjä-käynnillä.

Porattaessa kallionporauslaitteella reikiä käyttävät erilaiset ns. lusta-automatiikat ja porauksen momenttisäätömenetelmät hyödyksi poratangon 20 pyöritysmoottoriin vaikuttavan paineen arvoa. Tämä perustuu siihen ajatukseen, että painearvo on verrannollinen poratangon pyörimisvastukseen porauksen aikana ja tällöin säätö voidaan toteuttaa tämän painearvon perusteella. Tällaisissa menetelmissä esimerkiksi syöttönopeutta ja syötön suuntaa sää-detään painearvon perusteella. Syöttöä säädettäessä pyöritysvastusta kuvaa-' ‘ 25 van painearvon noustessa syöttövoimaa vähennetään ja vastaavasti painear- v : von laskiessa syöttövoimaa voidaan lisätä. Vastaavasti, mikäli pyöritysvastus kasvaa tietyn suuruiseksi, paineen perusteella kytketään syöttö paluuliikkeelle, : : jottei porakruunu tarttuisi kiinni rikkonaiseen kallioon tms.

Tunnetulla tekniikalla toteutettuna säätömenetelmissä on ongelmia 30 siinä, että laitteiston omien häviöiden ja painenesteen viskositeetin muutok-sesta johtuvia painemuutoksia ei tunnetuissa ratkaisuissa millään tavalla saa- • · ···. da otetuksi huomioon. Myös porauksen alkaessa laitteen ollessa kylmänä on painenesteen lämpötilan vuoksi viskositeetti erilainen kuin normaalilämpöises-sä laitteessa ja myös tämä aiheuttaa häiritsevää tarpeetonta porauksen hi-35 dastumista tai tarpeettomia paluuliikkeitä. Edelleen jatkotankoporauksessa ροζ ’·. ratankojen määrän lisääntyessä poratangon pyörimiskitka lisääntyy ja siten po- • * · j 2 ! ϋ 8 5 6 4 rauksen vaatima pyöritysvoima kasvaa. Myöskään tätä seikkaa ei näissä tunnetuissa ratkaisuissa millään tavalla oteta huomioon, minkä seurauksena syntyy edellä mainittuja ongelmia myös jatkotankoporauksen aikana.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan sellainen menetel-5 mä ja sovitelma, jolla vältetään aikaisemmin tunnettujen menetelmien heikkouksia ja jolla laitteiston toiminta saadaan aikaisempaa tarkemmaksi ja luotettavammaksi.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on ominaista, että reikää porattaessa ennen varsinaisen porauksen alkamista mitataan poratankoa pyöritet-10 täessä pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan tyhjäkäyntipaineen arvo, jota käytetään varsinaisen porauksen ohjauksessa vertailuarvona ja että porauksen ohjauksessa säätöarvona käytetään varsinaisen porauksen aikana mitatun pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan paineen ja mainitun tyhjäkäyntipaineen välistä erotusta.

15 Keksinnön mukaiselle sovitelmalle on ominaista, että siihen kuuluu ohjausyksikkö, joka mittaa pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan tyhjäkäyntipaineen arvon pyöritettäessä poratankoa ennen varsinaisen porauksen alkamista ja tallentaa mitatun tyhjäkäyntipaineen muistiin sekä varsinaisen porauksen aikana mittaa pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavaa pai-20 nearvoa ja ohjaa kallionporauslaitetta porauksen aikana mitatun painearvon ja muistiin tallennetun tyhjäkäyntipaineen erotuksen perusteella.

Keksinnön olennainen ajatus on, että ennen varsinaista porausta mitataan pyöritysmoottoriin vaikuttava paine, jolloin tätä mitattua ns. tyhjä-käyntipainetta käytetään nollatasona eli vertailuarvona käytettäessä pyöritys-v : 25 moottoriin vaikuttavaan paineeseen perustuvaa säätömenetelmää. Tällöin : varsinaisen säädön perustana oleva painearvo on tyhjäkäyntipaineen ja sää- dön aikana mitatun paineen välinen erotus. Tämä voidaan tehdä sekä reiän : porausta aloitettaessa ennen kuin porakruunu koskettaa kiveä mitataan ja :*·*: vastaavasti jatkotankoporauksessa ennen kuin syöttö ja isku kytketään nor- 30 maalin porauksen mukaisille asetusarvoille.

Keksinnön etuna on se, että reiän porauksen alussa suoritettu tyhjä-käyntipainearvon mittaus antaa koko ajan luotettavan laitteiston toimintatilaan verrannollisen nollatason, johon varsinaisen porausmenetelmän painearvon mittausta voidaan luotettavasti verrata. Tällöin se ottaa huomioon sekä paine-•: ”: 35 nesteen lämpötilasta ja viskositeettiarvoista johtuvat erot että laitteen muut hä- viöt ja siten säätö saadaan tapahtumaan luotettavasti ja tarkasti. Lisäksi kek- 108564 3 sinnön mukaisella menetelmällä tavalliset virhetoiminnot voidaan välttää. Edelleen keksinnön etuna on, että jatkotankoporauksessa voidaan nollatasona käyttää jatkotangon ja porareiän seinän välisen kitkan ja jatkotangon massan aikaansaamaan pyöritysmoottorille vaikuttavaa painearvoa, jolloin normaali 5 porauksen säätö perustuu tämän tyhjäpyörityksen painearvon ja varsinaisen vaikuttavan painearvon väliseen eroon. Paitsi normaali porauksessa on keksinnön etuna myös porauksen erikoistilanteiden parempi hallinta. Tällainen erikoistilanne on esimerkiksi läpiporaus, joka aikaisemmin on johtanut porakoneen äkilliseen ryntäämiseen. Keksinnön mukaisessa sovitelmassa ja mene-10 telmässä läpiporaus havaitaan välittömästi kun mainitun tyhjäpyörityksen painearvon ja varsinaisen vaikuttavan pyörityksen painearvon välinen ero nopeasti lähenee nollaa, jolloin porauksen säätö reagoi ennalta määrätyllä tavalla. Keksintöä selostetaan lähemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti erästä hydraulikaaviota keksinnön mu-15 kaisen menetelmän toteuttamiseksi ja kuvio 2 esittää kaavamaisesti esimerkinomaisesti painenesteen viskositeetin vaikutuksen pyöritysmoottorin yli vaikuttaviin painearvoihin.

Kuviossa 1 on esitetty kaavamaisesti kallionporauslaitteen hydrauli-kaavio. Kuviossa on moottori 1, joka pyörittää painenestepumppuja 2 ja 3. 20 Painenestepumpulta 2 paineneste virtaa kanavaa 4 pitkin säätöventtiilille 5 ja siitä edelleen pyöritysmoottorille 6. Pyöritysmoottorin 6 painekanavasta tulee ohjauspainekanava 7 takaisin pumpulle 2, joka on paineohjattu tilavuusvirta-pumppu. Tällöin pyöritysnopeus pysyy paineesta riippumatta vakiona pumpun syöttäessä tietyn tilavuusvirran painenestettä pyöritysmoottorin 6 läpi. Paine-v * 25 nestepumpulta 3, joka myös on painesäädetty tilavuusvirtapumppu, paine- .: : neste virtaa kanavaa 8 pitkin iskulaitteelle 9 ja edelleen toisen ohjausventtiilin ,;·* 10 kautta syöttömoottorille tai syöttösylinterille 11. Syöttösylinterin 11 paine- : nestekanavista johtaa edelleen ohjauspainekanava 12 vaihtovastaventtiilin 13 j'; kautta pumpun 3 ohjauspainekanavaan. Vastaavasti painenestekanavasta 8 30 tulee toinen ohjauspainekanava 14 vaihtovastaventtiilille 13 ja kytkeytyy sen kautta pumpun 3 ohjauspainekanavaan, jolloin paineeltaan suurempi kanavista 12 ja 14 kytkeytyy ohjaamaan tilavuusvirtapumppua.

Pyöritysmoottorin 6 syöttökanavaan on kytketty paineilmaisin 15, jo-: ka ilmaisee pyöritysmoottorin 6 tulokanavassa sen syöttösuunnassa vaikutta- 35 van paineen. Paineilmaisin 15 on kytketty signaalikanavalla 16 ohjausyksik-V, köön 17. Ohjausyksikkö 17 on edelleen kytketty ohjaussignaalikanavilla 18 - I , 108564 t 21 ohjaamaan laitteiston venttiileitä 5 ja 10 sekä pumpun 3 ohjauspainekana-van painetta rajoittavien painerajaventtiilien 22 ja 23 toimintaa. Ohjausyksiköstä 17 voidaan edelleen johtaa mittaus- ja ohjaustiedot erilliseen diagnos-tiikkalaitteistoon, jolla esimerkiksi voidaan valvoa olevien normaaliarvojen 5 pohjalta pyöritysjäijestelmän kuntoa pumpun, venttiilien, pyörityskoneiston jne. osalta. Koska diagnostiikkalaitteisto ei sinänsä kuulu keksinnön piiriin ei sitä sen vuoksi tässä tarkemmin selvitetä. Edelleen ohjausyksikköön voidaan asettaa laitteen toimintaa ohjaavat säätöarvot, joiden mukaan laite toimii.

Menetelmän mukaisesti aloitettaessa reiän porausta paineilmaisin 15 10 ilmaisee pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan painearvon eli tyhjä-käyntipaineen ennen kuin porakruunu osuu kallioon. Tämä mitattu tyhjäkäyn-tipaineen painearvo tallennetaan ohjausyksikön muistiin ilmaisemaan toiminnan paine tyhjäkäynnillä, johon sitten porauksessa mitattua painearvoa myöhemmin verrataan. Porauksen aikana pyöritysmoottorin painekanavan paine-15 tasoa ilmaistaan jatkuvasti paineilmaisimen 15 avulla ja ohjausyksikkö säätää porausta tarvittaessa mitatun painearvon ja tyhjäkäyntipaineen välisen erotuksen mukaan. Esimerkiksi paineen noustessa pyöritysmoottorin 6 painekanavassa ohjausyksikkö 17 säätää syöttöä ohjaamalla venttiiliä 22 niin, että paineen kasvaessa syöttö hidastuu ja paineen alkaessa laskea syöttöä taas 20 vastaavasti nopeutetaan. Edelleen, mikäli painearvo ylittää ennalta määrätyn painerajan eli pyöritysmoottorin painekanavassa olevan paineen ja alussa mi-! tatun vertailutason ilmaisevan vapaapyörityspaineen ero ylittää asetetun pai- ! ... ne-eroarvon, voi ohjausyksikkö 17 ohjata venttiiliä 10 ja kääntää syöttösuun- nan päinvastaiseksi.

; 25 Vastaavasti jatkotankoporauksen yhteydessä paineilmaisin 15 ilmai- .: : see myös poratangon ja porareiän välisen kitkan aikaansaaman tyhjäkäynti- paineen silloin, kun varsinaista porausta ei ole aloitettu. Näin aina uuden jat-kotangon lisäämisen jälkeen tai joissakin tapauksissa ennen uuden poratan-gon lisäämistä voidaan asettaa vastaava painearvo ohjausyksikön muistiin il-30 maisemaan vaikuttanut pyöritysvastus ja säätö tapahtuu tällöin aina viimeksi mitatun tyhjäkäyntipyörityksen painearvon perusteella. Tässä tapauksessa | t ... § viimeksi tallennettua painearvoa käytetään tyhjäkäyntipaineen asetusarvona ja ·;· ohjausyksikkö säätää porausta sitä jatkettaessa mitatun painearvon ja maini- tun viimeksi tallennetun välisen erotuksen mukaan. Tällöin ohjausta voidaan ·:··: 35 säätää muun muassa aiemmin selitetyssä reiän porauksen aloituksen yhtey- dessä esitetyillä tavoilla. Vastaavasti voidaan mitata tyhjäkäyntipainetta pu- 5 108564 rettaessa poratankoa aina edellisen poratangon poistamisen jälkeen, jolloin samalla tavalla voidaan poratangon purkamisen aikana pyöritysvastuksen kasvaessa liikaa ohjata porakoneen toimintoja ja syöttöä tämän perusteella.

Vastaavasti voidaan näin mitatun paineen ja tyhjäkäyntipaineen vä-5 listä erotusta käyttää ohjaamaan muuta poraustoimintaa kuten pyöritystä ja iskua. Tällöin voidaan eri porausparametrit asettaa toistensa suhteen sopiviksi halutun poraustuloksen aikaansaamiseksi.

Kuviossa 2 puolestaan on esitetty kaavamaisesti, kuinka esimerkiksi painenesteen viskositeetti vaikuttaa vapaassa pyörityksessä ja käynnin aikana 10 mitattuihin painearvoihin. Kuviossa on esitetty kaavamaisesti eri viskositeetti-arvoilla mitatut painearvot sekä vapaalla pyörityksellä että porauksen eri vaiheissa. Kuten kuviosta ilmenee, voi vapaan pyörityksen aikana ennen kuin po-rakruunu koskettaa kalliota, tyhjäkäyntipaineen painearvo olla esimerkiksi noin 22 - 62 bar eräällä tietynlaisella kallionporauslaitteella mitattuna. Kun normaa-15 liporauksessa keskimääräinen pyörityspaineen arvo on noin 45 bar korkeampi kuin vapaalla eli tyhjäkäyntipyörityksellä saatu painearvo, on eri tilanteessa tässä tapauksessa vapaan pyörityksen painearvo jopa suurempi kuin vapaa-pyörityksen ja täyden tehon painearvojen ero. Käytettäessä keksinnön mukaisesti vertailutasona vapaapyörityksen keskimääräistä painearvoa ja käyttä-20 mällä porauksen ohjaukseen pelkästään paine-eroa, saadaan ohjaus ja säätö huomattavasti tarkemmaksi ja luotettavammaksi. Paine-eroa käytettäessä laitteen poraustoimintaan vaikuttaa vain sen toiminnan aikaansaamat muutokset, kun laitteen oman toiminnan aikaansaama tyhjäkäyntipaineen vaikutus mitätöityy asettamalla se vertailupaineeksi eli nollatasoksi painemuutoksia ' 25 mitattaessa.

v : Keksintöä on edellä selityksessä ja piirustuksissa esitetty vain esi- merkinomaisesti eikä sitä ole millään tavoin rajoitettu siihen. Ohjauskytkennät ja toimintaa ohjaavat säädöt voidaan tehdä useilla sinänsä tunnetuilla tavoilla, T: kunhan menetelmän mukaisesti ensin mitataan laitteen tyhjäkäynnin eli pel- 30 kästään poratangon pyörittämisen seurauksena oleva painearvo joko yhtä po-...: ratankoa pyöritettäessä porausta aloitettaessa tai aina uuden jatkotangon lisä- ···, yksen yhteydessä, edullisesti sen jälkeen jatkotankoporauksen yhteydessä ja ' ·' sen jälkeen mitataan pyöritysmoottorin painekanavassa olevaa painetta käyt- täen ohjaukseen ja säätöön tyhjäkäynnin aikana mitatun paineen arvon ja po-* ·": 35 rauksen aikana mitatun tyhjäkäyntipaineen arvon välistä erotusta.

k ·

Claims (9)

1. Menetelmä kallionporauslaitteen ohjaamiseksi, jossa menetelmässä porausta ohjataan poratangon pyöritysvastukseen verrannollisen paine- 5 nestekäyttöisen pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan paineen perusteella, niin, että pyöritysmoottorin painekanavassa mitatusta paineen arvosta vähennetään painearvo, mikä edustaa pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavaa painearvoa tilanteessa, missä pyöritysmoottori pyörittää laitetta tyhjäkäynnillä, tunnettu siitä, että reikää porattaessa ennen varsinaisen 10 porauksen alkamista mitataan poratankoa pyöritettäessä pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan tyhjäkäyntipaineen arvo, jota käytetään varsinaisen porauksen ohjauksessa vertailuarvona ja että porauksen ohjauksessa säätöarvona käytetään varsinaisen porauksen aikana mitatun pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan paineen ja mainitun tyhjäkäyntipaineen välistä 15 erotusta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tyhjäkäyntipaineen arvo mitataan olennaisesti välittömästi ennen kunkin reiän poraamista ja että porausta ohjataan kyseisen reiän porauksen aikana mitatun painearvon ja mainitun ennen reiän poraamista muistiin tallennetun 20 tyhjäkäyntipaineen erotuksen perusteella.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tyhjäkäyntipainearvo mitataan ennen porakruunun osumista poratta- ... vaan kiveen.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä tunnet- < · · ‘ 25 t u siitä, että jatkotankoporauksen yhteydessä mitataan tyhjäkäyntipaineen ar- t I · -.: : vo pyöritettäessä toisiinsa kytkettyjä poratankoja jo poratussa reiässä.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, : : että tyhjäkäyntipaineen arvo mitataan uuden poratangon lisäyksen jälkeen en- :' j‘: nen varsinaisen porauksen jatkamista.

6. Sovitelma kallionporauslaitteen ohjaamiseksi, johon sovitelmaan ....: kuuluvat välineet painenestekäyttöisen pyöritysmoottorin painekanavassa vai- • » .... kutiavan paineen mittaamiseksi ja kallionporauslaitteen toiminnan ohjaamisek- *!* si mitatun paineen perusteella niin, että mainitut välineet vähentävät pyöritys- moottorin painekanavasta mitatusta painearvosta painearvon, mikä edustaa ·:··: 35 pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavaa painearvoa tilanteessa, missä .-.·. pyöritysmoottori pyörittää laitetta tyhjäkäynnillä tunnettu siitä, että siihen 7 1 υ 8 S 6 4 kuuluu ohjausyksikkö, joka mittaa pyöritysmoottorin painekanavassa vaikuttavan tyhjäkäyntipaineen arvon pyöritettäessä poratankoa ennen varsinaisen porauksen alkamista ja tallentaa mitatun tyhjäkäyntipaineen muistiin sekä varsinaisen porauksen aikana mittaa pyöritysmoottorin painekanavassa vaikutta-5 vaa painearvoa ja ohjaa kallionporauslaitetta porauksen aikana mitatun pai-nearvon ja muistiin tallennetun tyhjäkäyntipaineen erotuksen perusteella.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että ohjausyksikkö on sovitettu mittaamaan tyhjäkäyntipaineen mainitun arvon ennen kunkin reiän porauksen alkamista ja tallentaa sen muistiin sekä ohjaa 10 kallionporauslaitetta kyseisen reiän porauksen aikana mitatun painearvon ja välittömästi ennen reiän porausta muistiin tallennetun tyhjäkäyntipaineen erotuksen perusteella.

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että ohjausyksikkö on sovitettu mittaamaan jatkotankoporauksen yhteydes- 15 sä tyhjäkäyntipaineen mainitun arvon pyöritettäessä jo poratussa reiässä olevia poratankoja ennen varsinaisen porauksen jatkamista.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että ohjausyksikkö on sovitettu mittaamaan tyhjäkäyntipaineen mainitun arvon aina uuden poratangon tultua liitetyksi edelliseen poratankoon. * · • · · • * · * · t · · » I t t I I * i I » » > I 8 ϊO 8 5 64