FI57824B - Foerfarande foer orientering av borren vid uppaotriktad borrning vid brytning och/eller foer utfoerande av elektrisk informationsoeverfoering - Google Patents

Description

R5F71 [B] <11)KUU,LUTUSJUL,lAISU ς „ β 0 ffik l J ' ' UTLÄGGNINGSSKRIFT 5 / O 2 4 C «« Patentti oyonnetty 10 10 1980 Patent aeddelat ^ ^ (51) Ky.ik.3/int.a3 E 21 B 47/12 SUOMI —FIN LAND (21) P«wntdh*k#mu* —P«*nt«n«6knlng 760716 (22) H*k*inl*ptM — An*eknlng*dtg 17.03-76 (23) AHwpiM—Glltlglntadig 17.03-76 (41) TulKit JulklMkal — Bllvlt offmllg 18.09-77 P»tantti-jm rekisterihallitut (44) NthtMUpro, ]. kuu^lk,..™ pvm.-

Petent- och registerttyrelten Awaken utiagd och utUkrutwi puMiwrad 30.06.80 _ (32)(33)(31) Pyy**«r etuolkeui—Begird prlorltet (71) Oy Tampella Ab, Tampere, Suomi-Finland(FI) (72) Aulis Holmala, Tampere, Sakari Ryyppö, Tampere, Suomi-Finland(FI) (7M Forssen & Salomaa Oy (5^) Menetelmä louhinnan nousuporauksessa poran suuntimiseksi ja/tai sähköisen tiedonvälityksen suorittamiseksi - Förfarande för orientering av borren vid uppätriktad borrning vid brytning och/eller för utförande av elektrisk informationsöverföring

Keksinnön kphteena on menetelmä louhinnan nousuporauksessa poran suuntimiseksi ja/tai sähköisen tiedonvälityksen suorittamiseksi porauksen lähtöpaikan ja tulopaikan välillä, jossa menetelmässä mainittu suuntiminen ja/tai tiedonvälitys suoritetaan käyttämällä hyväksi induktiivista kytkentää.

Louhinnan yhteydessä suoritettavassa kokoprofiili- eli nousuporauksessa on tärkeää poran suuntauksen onnistuminen. Etenkin pitkillä porausmatkoilla tulisi näin ollen tietää mahdollisimman ajoissa poran todellinen hakeutumissuunta, jotta voitaisiin ryhtyä tarpeellisiin toimenpiteisiin.

Ennestään tunnettuja menetelmiä käytettäessä poran suunta pyritään selvittämään kuuntelemalla porauksen ääntä porauksen tulopaikassa (luolissa) ja siitä päättelemään terän kulkupaikka kalliossa. Tämä tunnettu menetelmä on kuitenkin hankala ja epävarma.

Eräs toinen ongelma on viestinsiirto porauksen lähtöpaikassa olevan porarin ja esim. alapuolella olevassa tunnelissa (porauksen tulopaikka) olevan teränvaihta- 2 57824 jän välillä. Tämä viestinsiirto on välttämätön mm. terää vaihdettaessa pilotti-terästä avarrusterään. Ennestään tunnetusti kyseinen viestinsiirto tapahtuu alle 10 m:n etäisyyksillä joko radiolla tai puhelimella ja tätä suuremmilla etäisyyksillä vain puhelimella, koska radioaallot vaimenevat nopeasti kalliossa. Puhelinyhteyden rakentaminen pelkästään tähän tarkoitukseen on erittäin hankalaa ja kallista, koska puhelinjohto on vedettävissä vain pitkien kiertoteiden kautta. Usein on puhelinyhteydessä haittana myös linjojen vahingoittuminen muiden toimintojen takia.

Erityisellä tavalla aikaansaadun induktiivisen kytkennän käyttö kaivoksissa tiedonvälitykseen on ennestään tunnettu GB-patentista n:o 809 524. Tämän viite-patentin mukaisesti suoritetaan tiedonvälitys, esim. äänitaajuuksilla, kiinteän aseman ja kaivoskuiluissa liikkuvan hissin välillä käyttäen hyväksi induktiivista kytkentää, joka on aikaansaatu hissin kannatusvaijerin välityksellä järjestämällä mainitun vaijerin ympärille tiedonvälitysyhteyden molempiin päihin rau-tasydämiset muuntajat, joiden kautta informaatiota siirtävä magneettikenttä indusoidaan hissin kannatusvaijeriin ja vastaavasti havaitaan vastaanottopuolella. Tämä tunnettu menetelmä ei ratkaise edellä esitettyjä suuntimisongelmia eikä viestinsiirtoa sellaisten paikkojen välillä, joissa aiemmin on jouduttu käyttämään viestinsiirtoon pitkien kiertoteiden kautta vedettyjä langallisia puhelinyhteyksiä.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tarjota yksinkertainen ratkaisu edellä esille tuotuihin epäkohtiin ja ongelmiin. Tässä tarkoituksessa keksinnön mukaiselle suuntimis- ja/tai tiedonvälitysmenetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että mainittu induktiivinen kytkentä on pääasiallisesti toteutettu ferromagneettista ainetta olevan porakangen välityksellä.

Keksinnön menetelmää sovellettaessa on saavutettavissa huomattavaa ajansäästöä sekä suuntimisessa että tiedonsiirrossa. Kun poratangon todellinen suunta on saatavissa selville mahdollisimman aikaisin ja luotettavasti, säästetään myös kustannuksia hukkalouhinnan jäädessä vähäiseksi. Tiedonsiirrossa säästöä tulee sekä ajan säästymisenä että materiaalisäästymisenä puhelinjohdon kustannusten jäädessä pois.

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisen piirustuksen kaaviollisissa kuvioissa esitettyyn keksinnön erääseen toteutusesi-merkkiin, johon sitä ei ole tarkoitus rajoittaa.

Kuvio 1 esittää kaaviollisena poikkileikkauskuvana keksinnön sovellutusta pora- 3 57824 tangon suuntimisvaiheessa.

Kuvio 2 esittää samaa kuin kuvio 1 tiedonvälitysvaiheessa.

Kuvio 3 esittää kuviota 1 vastaavaa suuntimisvaihetta lohko- ja kytkentäkaaviona.

Kuvio A esittää kuviota 3 vastaavasti kuviossa 2 havainnollistettua tiedonväli-tysvaihetta.

Keksinnön selostuksen lähtökohdaksi voidaan todeta, että esillä olevassa keksin-, nössä voidaan osittain soveltaa samantapaisia laitteita ja ratkaisuja, mitkä ovat ennestään tunnettuja metallinilmaisimista, joissa on tunnetusti suurtaajuus-oskillaattori, joka syöttää induktiokelaa. Kelan kenttään joutuva ferromagneet-tista metallia oleva esine muuttaa induktiokelan impedanssia, mikä voidaan havaita mittarilla, merkkivalolla, kuulokkeella tai muulla vastaavalla.

Esillä olevan keksinnön taustaksi todetaan, että sähkövirta aiheuttaa tunnetusti magneettikentän, nopeasti vaihtuva kenttä puolestaan johtaa sähkömagneettisien aaltojen syntymiseen. Magneettikentän osalta ovat keskeisiä suureita H = kentän voimakkuus ja B = magneetivuon tiheys ja näillä suureilla on tunnetusti keskinäinen riippuvuus B * μΓ · » H, missä μ^ suhteellinen permeabi- liteetti ja μ^ = absoluuttinen permeabiliteetti.

Keksinnön mukaisessa suuntimis- ja tiedonvälitysmenetelmässä käytetään hyväksi induktiivista kytkentää, jonka suhteen keskeinen suure on ns. kytkentäkerroin

, _ M

πττ- missä M on toisiinsa kytkettyjen piirien keskinäisinduktanssi, L1 ja L„ piirien ✓ LL· itsensä induktansseja. Vielä on selvyyden vuoksi syytä todeta, että sähköisiä piirejä sanotaan keskenään kytketyiksi, jos niiden välillä voi tapahtua energian siirtoa. Lisäksi todettakoon, että kytkentäkertoimen k ollessa lähellä ykköstä sanotaan kytkentää kiinteäksi ja kun k on verraten pieni on kysymyksessä löyhä kytkentä. Esillä olevan keksinnön mukaisesti saadaan aikaan ferromagneettista ainetta olevaa poratankoa 10 käyttäen riittävän kiinteä kytkentä porauksen lähtöpaikkaan a ja sen tulopaikkaan b sijoitettujen kelojen ja L£ väliin.

Seuraavassa selostetaan etenkin kuvioihin 1 ja 2 viitaten keksinnön mukaisen menetelmän toteutus käytännössä.

* 57824

Poratangon 10 ympäri on pujotettu porauksen lähtötilassa a olevan porakoneen puoleinen induktiokela 12, joka saa sähköisen syöttönsä esim. porakoneen ohjaus-pulpetissa olevasta lähetinvastaanottimesta 13. Induktiokelalla 12 aiheutetaan suuntimistapauksessa (kuvio 1) poratankoon 10 tietyn taajuinen magneettikenttä B . Tämä kenttä Bg indusoi porauksen tulotilassa b olevaan induktiokelaan 15 jännitteen. Tämän kelan 15 jännite johdetaan lähetinvastaanottimeen 16, jossa on myös jännitteen suuruutta indikoiva laite, kuten mittari, kuuloke, merkkivalo tms.

Suuntimen (kuviot 1 ja 3) tapahtuu seuraavasti:

Porari kytkee ohjauspulpetista induktiokelaan 12 suuntimisjännitteen. Suuntimis-jännite aiheuttaa induktiokelan 12 avulla poratankoon 10 ja sen ympärille magneettikentän B . Tulotilassa oleva suuntija kuljettaa porauskohtaan lähistöllä

S

toista induktiokelaa 15, johon indusoitunutta jännitettä hän seuraa lähetin-vastaanottimen 16 jänniteindikaattorista m. Liikuttaessaan kelaa 15 hän löytää sellaisen kelan 15 aseman, jossa jänniteindikaattori m näyttää maksimiosoitusta. Tällöin kelan 15 akselin suunta on poratangon 10 lähestymissuunta C-C. Suuntimisen voi suorittaa useammasta kohdasta porauskohteen lähistöllä, ja se on suoritettava samassa tasossa, jolloin suuntimasuorien leikkauspisteessä tiedetään pora-tangon olevan.

Tiedonvälitys (kuviot 2 ja 4) tapahtuu seuraavasti:

Kun pilottireikä (= avausreikä) on puhjennut porauskohteeseen b, on avarrusterä vaihdettava poratankoon 10, johon toimintaan tiedonvälitys tiloissa a ja b työskenetelevien henkilöiden välillä on välttämätön. Tilassa b työskentelevä suuntaaja pujottaa induktiokelan 15 poratankoon 10 ja kiinnittää sen esim. köy-denpätkällä. Tilassa (a) oleva porari kytkee ohjauspulpetissa olevan lähetin-vastaanottimen 13 kytkimen k^ asentoon "keskustelu". Samoin tekee suuntaaja lähetinvastaanottimen 16 kytkimellä k2* Porarilla ja suuntaajalla on kuulopuhe-lin kp^ ja kp2» jotka on kytketty lähetinvastaanottimeen 13 ja 16. Nyt voi tapahtua keskustelu ja tiedonvälitys.

Lähetin 13,16 syöttää induktiokelaan 12,15 puhetaajuisen jännitteen, joka puolestaan aiheuttaa poratankoon 10 vastaavan vaihtuvan magneettikentän Bt> Vastaanottavaan kelaan 12,15 indusoituu magneettikentästä B^ puhetaajuinen jännite, jonka vastaanotin 13,16 vahvistaa vastaanottajan kuulokkeeseen sopivaksi.

Tiedonvälitysyhteys ei katkea, kun induktiokela 15 joudutaan ottamaan pois avar-rusporauksen alkaessa, sillä kela 15 toimii myös avarrusterän akselin jatkeella. Kun avarrusterä on edennyt jo syvälle kallioon, induktiivinen yhteys löyhenee ja lopulta tiedonvälitysyhteys katkeaa täysin. Toisaalta tietoyhteyttä ei enää

Claims (5)

5 57824 tarvita sen jälkeen, kun avarrusterä on koko pinta-alaltaan edennyt kallioon. Keksinnön mukaisesti tiedonvälitys voidaan suorittaa joko suoraan äänitaajuuksilla tai näillä taajuuksilla kantoaaltoa esim. AM-moduloimalla. Kantoaallon taajuus voi tällöin edullisesti olla sama kuin suuntimistaajuus. Vielä kuvioihin 3 ja 4 viitaten on syytä todeta, että suuntimistapauksessa (kuvio 3) induktanssien ja välinen keskinäisinduktanssi M on suurimmillaan silloin kun kela on poratangon 10 pituusakselilla C-C. Keksinnön olennaisena perustana on se, että poratanko 10 on luontaisesti ferromagneettista ainetta, " jonka on hyvin suuri, jonka johdosta keloille ja Lj on saatavissa aikaan verraten suuri keskinäisinduktanssi M ja siitä aiheutuva tiedonvälityksen ja suuntimisen kannalta riittävän kiinteä kytkentä. Sunntimisessa käytettävälle taajuudelle f on helposti kokeilemalla löydettävissä sopiva arvo. Kovin suurten taajuuksien käyttö ei liene edullista, koska tällöin poratangon 10 aiheuttamat hystereesishäviöt kasvavat suureksi, jotka häviöt ovat tunnetusti suoraan verrannollisia taajuuteen. Toisaalta poratangon materiaalia ei voitane valita pääasiallisesti esillä olevaan menetelmään soveltuvaksi .

1. Menetelmä louhinnan nousuporauksessa poran suuntimiseksi ja/tai sähköisen tiedonvälityksen suorittamiseksi porauksen lähtöpaikan (a) ja tulopaikan (b) välillä, jossa menetelmässä mainittu suuntiminen ja/tai tiedonvälitys suoritetaan käyttämällä hyväksi induktiivista kytkentää (M), tunnettu siitä, että mainittu induktiivinen kytkentä (M) on pääasiallisesti toteutettu ferromagneettista ainetta olevan porakangen (10) välityksellä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että porauksen lähtöpaikassa (a) porakangen (10) ympärille sijoitetaan induktiokela (12), johon syötetään sopivan taajuinen (fQ) suuntimisjännite, joka suunnitaan porauksen tulopaikkaan (b) ajoitetulla induktiokelalla (15) esim. siihen indusoituva jännite maksimoimalla. S 57824

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tiedonvälityksen suorittamiseksi porauksen lähtöpaikassa (a) on sijoitettu pora-tangon (10) ympärille induktiokela (12), että tulopaikassa on poratangon (10) tai sen jatkeen ympärille sijoitettu toinen induktiokela (15) ja että tiedonvälitys suoritetaan sopivimmin puhetaajuisena poratankoon (10) syntyvän magneettikentän välityksellä.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähtöpaikassa (a) tai tulopaikassa (b) olevaa induktiokelaa ja/tai (12;15) käytetään sekä suuntimiseen että tiedonvälitykseen.

5. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tiedonvälitys tapahtuu suoraan puhetaajuudella tai käyttämällä puhetaajuu-della moduloitua kantoaaltoa, joka taajuus sopivimmin on sama kuin suuntimis-signaalin taajuus (fQ).