JP3819037B2 - 削岩における送りの制御方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、削岩機が圧力流体作動式送りモータによって前方へ送り出される時に、圧力流体作動式削岩装置の送りを制御する方法に関するものである。
本発明は更に、圧力流体作動式削岩装置の送りの制御装置に関し、この制御装置は、削岩機と、削岩機が沿って移動する送りけたと、削岩機を、送りけたに沿って移動させるための圧力流体作動式送りモータと、削岩機の送りを調節する制御手段と、圧力流体の流れを調節し、それによって送りモータの送り量を調節する手段とを含む。
削岩作業の目標は、一方においては、全削岩作業を制御して、無駄な時間を最少限度にできるようにすることであり、他方においては、削岩装置が摩耗および損傷を受けることをできる限り少なくしながら、穴をできる限り所望の位置に近く開けることができるように実際の削岩作業を行なうことである。実際、今日の削岩装置においては衝撃パラメータ、回転パラメータ、および削岩機の送りをさまざまな制御によって調節することができる。実際に広く用いられている方法は、削岩力を調節し、事前に設定された制御パラメータに従って衝撃圧と送り圧の両方を自動制御によって調節するものである。削岩すべき岩石および削岩状況が変化するため、通常、別個の手動送り制御システムがある。手動送り制御システムによって送り圧を、それらのパラメータによって規定される圧力から変えることができる。この結果、削岩作業を条件に応じて調節することができる。しかし、カラーリングに関連して、もしくは実際の削岩を開始する前に、削岩作業を、送り圧力を調節することによって調節することは困難である。なぜならば、送り圧は、例えばドリルビットの動きおよびドリルロッドの曲がりに対する傾斜面の影響を考慮しておらず、したがって現在は、削岩工程を調節することはあまり容易ではない。送り装置の位置および送り装置のさまざまな摩擦因子自体が、カラーリング工程と、ドリルビットの岩石表面への移動とを１つの圧力値によって正確に制御することを不可能にしている。
本発明の目的は、削岩作業を、所望の場合カラーリング段階において、また特別な条件下での実際の削岩中においても、より良く調節できる削岩における送りの制御方法および制御装置を提供することである。
本発明の方法は、少なくともカラーリング段階において、送りモータの圧力導管内の圧力流体の圧力を測定し、圧力流体の圧力が、事前に設定された閾値より低いときに、送りモータへ送る圧力流体の体積流量を調節して、送り量を調節し、圧力流体の圧力が上記事前に設定された閾値よりも高いときに、送りモータへ送られる圧力流体の圧力を調節することによって送りを制御することを特徴とする。
本発明の装置は、送りモータの圧力導管内の圧力流体の圧力を検出する圧力検出器を含み、送りモータの圧力導管内の圧力が少なくともカラーリング段階において、事前に設定された閾値よりも低い場合、制御手段が圧力流体の体積流量を調節し、それによって送りモータの送り量を調節するように圧力検出器が制御手段を制御し、かつ送りモータの圧力導管内の圧力が、圧力検出器に対して事前に設定された値よりも高い場合、制御手段が、送りモータの圧力導管内の圧力流体の圧力を制御するように圧力検出器が制御手段を制御することを特徴とする。
本発明の基本的な概念は、ドリルビットをカラーリング段階で岩石の方へ移動させる時、ドリルビットが岩石の方へ移動する送り量を調整することである。例えば、表面が傾斜している場合、削岩作業開始時の送り量が少なくなるように調節し、この結果、カラーリングによって削岩装置が曲がったり、もしくは傾いたりすることがない。このようなことは、送り圧力が調節された場合に起こり得ることである。本発明の他の基本概念は、適切に岩石への接触が行なわれて、曲がり、もしくは傾斜の恐れが無い場合、送り制御装置が自動的に常用送り圧に切り替り、その時から削岩作業が、常用の削岩パラメータによる制御に従って行なわれることである。
本発明の利点は、岩石に接触することが可能であること、および送り量を調節することによってカラーリングを正確かつ綿密に行なえることである。この結果、使用者が削岩を制御することが簡単かつ容易である。同様に、ドリルビットが被削岩岩石に確実に接触している場合、調節が圧力の調節に基づいている通常の削岩を用いると安全である。このように使用者が削岩の制御を、快適に、かつ操作の点から見て論理的に行う。本発明の方法は、ドリル穴の位置決めの間違いおよび機械の故障を回避することに役立つと同時に、制御装置をより使い易くしている。
添付の図面において、本発明をより詳細に説明する。ここで、
第１図は、削岩装置に係る本発明による制御装置の実施例の概略図であり、
第２図は、本発明による制御装置を用いて得られる削岩中の量の曲線および圧力曲線の概略図である。
第１図は、削岩装置に係る本発明による制御装置の実施例の概略図である。この制御装置は削岩機１を含み、削岩機１にはドリルロッド２が連結している。ドリルロッド２の端部にはドリルビット３がある。削岩機１は削岩中に、送りけた４に沿って長さ方向に、送りけた４の前端部に向かって移動する。カラーリング段階では、送りけた４を先ず岩石５の方へ移動し、その後に削岩機１を前方へ動かす。
削岩機１は今日では通常は液圧により作動する。圧力流体は、圧力流体導管もしくは通常は圧力流体ホースを介して削岩機へ供給する。明確化のため同図には、送りモータ６に連結した圧力導管7aおよび7bしか示していない。圧力流体は、導管7aを介して送りモータへ送られて、削岩機１を削岩方向に移動させ、戻り圧力流体は、導管7bを介して排出される。戻り運動は普通は導管を交差連結することによって行なう。作動に関しては、圧力流体の供給を制御手段によって制御し、制御手段は、独立した制御ユニット８を含む。制御ユニット８は、さまざまなホース内の圧力流体の量と、同様にそれぞれのホース内の圧力とを、事前に手動で設定された調節パラメータに従って調節する。圧力流体は、それ自体は既知の方法で圧力流体ポンプ９によって供給し、圧力流体は圧力流体容器10へ戻る。ポンプと容器は一般的に知られたものであり、ここでは、より詳細には説明しない。
同図は送りモータ６の概略図であり、モータは記号で示す。モータは液圧モータもしくは液圧シリンダである。液圧モータと液圧シリンダのいずれも、削岩機１を送りけた４の長さの両方向にそれ自体は既知の方法で移動させる送りモータとして作動する。移送機構および連結部は一般的に知られたものであり、したがって、ここでは、より詳細には説明しない。圧力流体導管7aは流体を、送りモータ６に供給する。すなわち、圧力流体の供給が供給調節弁11によって制御されるような方法で、圧力流体ホースを制御する。調節弁を通って流れる圧力流体の体積流量は、手動送り制御装置12の位置によって左右される。送り量を、ある一般的に用いられる基準値とすることができる。基準値を必要に応じて、送り制御装置12によって増減することができる。更に、圧力検出器13が、送りモータの圧力流体導管7aへ連結している。ドリルビット３が岩石に当たり、その結果、送り抵抗が大きくなる時を検出器は検出する。適切な送り量でドリルビットによって岩石を徐々に、例えば、傾斜した岩石面において、送り圧力が圧力検出器13の設定値を越えることなしに切削することができる。実質的にフルサイズの掘削面をドリルビットが得るまでは低送り量を用いる。その後は圧力が上がり続ける。圧力検出器13が閾値圧力を越えたことを検出すると、送り制御装置12が圧力流体導管7a内の送り圧を、送り制御弁11を介して制御し始める。送り圧はその後、制御ユニット８のパラメータによって規定される水準に落ち着き、送り圧は、送り制御装置12によってその水準からいずれの方向にも偏向させることができる。実際において、圧力検出器13が、適切に岩石に接触するようになったことを検出すると、削岩作業は制御ユニット８によって制御されて、常用の連続削岩作業に切り替わり、その後、削岩手順は所望の方法で自動的に行われる。
何らかの理由で、被削岩材料に破砕岩石、もしくは中空空間がある場合、送り圧力は容易に圧力検出器13の閾値よりも低下する。その場合は圧力検出器13は、装置に、送り制御装置12を切り替えることにより、送り圧力よりもむしろ送り量を制御させて、圧力よりもむしろ送り制御弁11の体積流量を制御する。同様に、抵抗がほとんどない点を通過して、ドリルビット３が硬い面に達したとき、圧力検出器13は、送りを再び切り替えて、圧力に応じて作動する。
第２図は、第１図による削岩装置の実施例の送り圧力および送り量がさまざまな削岩状況においてどのように変化するかについての概略図である。同図の曲線Ｖは送り量を表し、曲線Ｐは送りモータ内の圧力流体の圧力を表す。
同図の左側のＡ点では、送りけたはカラーリング位置にある。右側のＰ点まで、曲線Ｖは、送りモータの送り量がどの程度一定になっているかを示しているが、それに対して送り圧力は、摩擦要因などが送りモータの送り抵抗を変えるので、わずかに変化している。Ｂ点で使用者は送り量を減速させ、送り量が低下するが、減速した後、Ｃ点までは実質的には一定状態を保つ。一方、送り圧力は、ある程度は変動しつづけている。Ｃ点でドリルビットは岩石面に接触し、送り圧力が上がり始めるが、送り量は実質的には同じ状態である。Ｄ点で送り圧力値が、圧力検出器13の事前に設定された閾値を越え、送り圧は実際のカラーリングに適した圧力水準に落ち着き、その水準で実質的に一定状態を保つが、送り量は変化し始める。原理的には、Ａ点から先は常に削岩機は作動可能状態になっているが、遅くともこの段階で削岩機の衝撃運転にスイッチを入れる。Ｅ点でカラーリング段階が終了し、送り圧力が、事前の設定通りに上がり始め、送り量が削岩抵抗に従って変化する。送り圧力は順次、削岩機の衝撃動作および回転動作を、それ自体は公知である適切な方法で制御する。
ドリルビットが、より軟らかい岩石もしくは破砕された岩石もしくは中空空間に当たると、送り圧力はＦ点で突然低下する。送り圧力が、圧力検出器13の事前に設定された閾値よりも低下すると、圧力検出器は削岩作業を、圧力よりもむしろ送り量を調節することによって制御し始める。この結果、Ｆ点からＧ点まで送り量は実質的には一定状態を保ち、送り圧力は条件によって変化する。Ｇ点で岩石材料が、より締まっていて、より硬いため、送り圧が再び上昇し始め、Ｈ点で圧力は圧力検出器13の事前に設定された閾値を越える。その後、上述のように送り圧力に基づいた削岩制御が始まり、送り量は変化し始める。
上述の説明と図面において、本発明を一つの例によって説明したが、本発明はこれらの説明や図面に限定されると解釈されるべきではない。本質的な特徴は、ドリルが岩石の方へ移動するに従って、送りを制御することによって、かつ、必要な場合、送り抵抗がほとんどない条件下において送り量を調節することによって削岩制御を行い、実際の削岩中はその送り制御を切り替えて、送り量の代わりに送り圧力を制御することである。その他の削岩手順を、さまざまな既知の方法で、かつ事前に設定された方法にしたがってさまざまな削岩シーケンスによって行うことができる。

Claims (5)

1. 削岩機を前方へ圧力流体作動式送りモータによって送るときの、圧力流体作動式削岩装置の送りの制御方法において、
   少なくともカラーリング段階において前記送りモータの圧力導管内の圧力流体の圧力を測定し、
   前記圧力流体の圧力が、事前に設定された閾値よりも低い場合に前記送りモータへ送られる前記圧力流体の体積流量を調節して送り量を調節し、
   前記圧力流体の圧力が前記事前に設定された閾値よりも高い場合に、前記送りモータへ送られる前記圧力流体の圧力を調節することによって、前記送りを制御することを特徴とする送りの制御方法。
2. 請求の範囲第１項記載の方法において、前記送りモータの圧力導管内の圧力流体の圧力を全削岩作業を通して測定し、
   前記圧力流体の圧力が前記事前に設定された閾値よりも低下したときに、送り制御を切り替えて前記圧力流体の体積流量を制御するようにして、送り量を調節し、
   前記圧力流体の圧力が前記事前に設定された閾値よりも再び上昇したときに、送り制御を切り替えて前記送りモータへ送られる前記圧力流体の圧力を調節することを特徴とする送りの制御方法。
3. 削岩機と、該削岩機が沿って移動する送りけたと、前記削岩機を前記送りけたに沿って移動させるための液圧作動式送りモータと、前記削岩機の送りを調節するための制御手段と、前記圧力流体の圧力の流れを調節して前記送りモータの送り量を調節するための手段とを含む、圧力流体作動式削岩装置のドリルの制御装置において、
   該制御装置は、前記送りモータの圧力導管内の圧力流体の圧力を検出する圧力検出器を含み、
   前記送りモータの圧力導管内の圧力が少なくともカラーリングの段階で、事前に設定された閾値よりも低いときに、前記制御手段が前記圧力流体の体積流量を調節して、それによって前記送りモータの送り量を調節するように、前記圧力検出器は前記制御手段を制御し、
   前記送りモータの圧力導管内の圧力が、前記圧力検出器に対して事前に設定された値よりも高いときに、前記制御手段が前記送りモータの圧力導管内の圧力流体の圧力を制御し始めるように、前記圧力検出器は前記制御手段を制御することを特徴とする制御装置。
4. 請求の範囲第３項記載の制御装置において、前記送りモータの圧力導管内の圧力が削岩中に上述の事前に設定された閾値よりも低下すると、前記圧力検出器は、前記制御手段を再度切り替えて前記圧力流体の体積流量、すなわち前記送りモータの送り量を制御するように、前記圧力検出器が前記制御手段を制御することを特徴とする制御装置。
5. 請求の範囲第３項または第４項記載の制御装置において、該制御装置は、前記圧力流体を前記送りモータへ供給するための手動制御装置を含み、
   前記圧力検出器は、前記圧力流体の体積流量もしくは圧力を、該圧力に対して設定している上述の閾値に基づいて前記手動制御装置に制御させることを特徴とする制御装置。

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