KR20200026701A - 암석 드릴링 디바이스 - Google Patents

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KR20200026701A
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KR1020190096785A
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빠시 헤메레이넨
띠모 세떼레
유하 뿌르시모
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산드빅 마이닝 앤드 컨스트럭션 오와이
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Abstract

암석 드릴링을 모니터링하는 방법 및 암석 드릴링 디바이스. 방법은, 암석 드릴링 디바이스의 공구 (9) 중에서 전파하는 응력파를 생성하는 단계, 공구 중에서 전파하는 응력파를 측정하는 단계, 및 드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 드릴링 파라미터를 측정하는 단계를 포함한다. 방법은, 공구 중에서 전파하는 측정된 응력파로부터, 드릴링될 암석 (12) 으로부터 도로 공구로 반사된 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나를 식별하는 단계; 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성을 결정하는 단계; 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성의 변화에 기초하여, 공구가 캐비티 (16) 에 접근하고 있는 것을 검출하는 단계를 더 포함한다.

Description

암석 드릴링 디바이스{ROCK DRILLING DEVICE}
본 발명은 암석 드릴링 디바이스 및 암석 드릴링을 모니터링하는 방법에 관한 것이다.
암석 드릴링에서, 타격 암반 드릴링 머신에 의해 암석에 구멍이 드릴링된다. 이와 관련하여, "암석" 이라는 용어는 바위, 암석 재료, 지각 및 다른 비교적 단단한 재료를 또한 포함하는 것으로 폭넓게 이해되어야 한다.
암석 드릴링 머신은 타격 디바이스를 포함하고, 타격 디바이스는 공구에 직접 또는 생크를 통하여 충격 펄스를 제공하여 공구에서 이동하는 응력파를 발생시킨다. 공구 또는 생크에 대한 타격 디바이스의 충격은 공구에서 압축 응력파를 제공하고, 공구에서 이 압축 응력파는 공구의 최외측 단부까지 전파된다. 압축 응력파가 공구의 최외측 단부에 도달하면, 공구는 그 파의 영향으로 인해 암석 내로 침투한다. 타격 디바이스에 의해 생성된 압축 응력파의 에너지 중 일부가 반사파로서 도로 반사되어, 공구에서 반대 방향으로, 즉 타격 디바이스를 향해 전파된다. 상황에 따라, 반사파는 오로지 압축 응력파 또는 인장 응력파를 포함할 수도 있다. 하지만, 반사파는 통상적으로 인장 응력파 성분 및 압축 응력파 성분 쌍방을 포함한다. 공구 중에서 이동하는 응력파는 측정될 수 있고, 측정 결과는 예를 들어 US-4,671,366 에 기개된 것처럼 암석 파쇄 디아비스의 제어에 사용될 수도 있다.
본 발명의 목적은 신규한 암석 파쇄 디바이스 및 암석 드릴링의 진행을 모니터링하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 독립항들의 구성들을 특징으로 한다.
본 발명은 암석 드릴링의 진행을 모니터링한다는 아이디어, 특히 암석 파쇄 디바이스의 공구가 암석의 캐비티에 들어가기 전에 공구가 캐비티에 접근하는 것을 검출하기 위해 드릴링을 모니터링한다는 아이디어에 기초한다.
개시된 본 발명에 의하면, 암석 드릴링 디바이스의 공구가 캐비티에 실제로 들어가기 전에 공구가 캐비티에 접근하고 있다는 것을 사전에 감지하여, 풀 드릴링 파워로 공구가 캐비티에 진입하는 것을 피하도록 암석 드릴링 디바이스의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 일부 실시형태들은 종속 청구항들에 개시되어 있다.
이하에서, 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시형태들에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1 은 암석 드릴링 리그 및 그 내부의 암석 드릴링 머신의 개략 측면도이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 암석 드릴링 머신의 공구의 개략 측면도이다.
도 3 은 암석 드릴링 시에 나타나는 응력파를 개략적으로 보여준다.
도 4 는 암석 드릴링 머신의 작동 중에 반사된 응력파 성분들의 에너지 진폭들, 드릴링 침투율 및 회전 압력을 나타내는 그래프들을 개략적으로 보여준다.
명확성을 위해서, 도면은 개시된 해법의 일부 실시형태를 간소화된 방식으로 보여준다. 도면에서, 유사한 도면부호는 유사한 요소를 나타낸다.
암석 드릴링은 적어도 하나의 암석 드릴링 머신을 포함하는 암석 드릴링 디바이스에 의해 암석에 구멍을 드릴링함으로써 수행된다. 이와 관련하여, "암석" 이라는 용어는 바위, 암석 재료, 지각 및 다른 비교적 단단한 재료를 또한 포함하는 것으로 폭넓게 이해되어야 한다. 암석 드릴링 머신은 직접적으로 또는 드릴 생크와 같은 어댑터를 통하여 공구에 충격 펄스를 제공하는 충격 메커니즘을 포함한다. 충격 펄스는 공구에서 전파되는 응력파를 발생시킨다. 응력파가 드릴링될 암석과 마주하는 공구의 단부에 도달하면, 공구는 응력파의 영향으로 인해 암석 내로 침투한다. 응력파의 에너지 중 일부는 반사파로서 도로 반사되고, 이는 공구에서 반대 방향으로, 즉 충격 메커니즘을 향해 전파된다. 상황에 따라, 반사된 응력파는 오로지 압축 응력파 또는 인장 응력파를 포함할 수도 있다. 하지만, 반사된 응력파는 통상적으로 인장 및 압축 응력파 성분들 쌍방을 포함한다.
도 1 은 암석 드릴링 리그 (1) 의 상당히 단순화된 측면도를 개략적으로 도시한다. 암석 드릴링 리그 (1) 는 가동 캐리어 (2) 및 붐 (3) 을 포함하고, 붐의 단부에는 프레임 (8'), 충격 메커니즘 (5) 및 회전 메커니즘 (6) 을 구비한 암석 드릴링 머신 (8) 이 제공된 공급 빔 (4) 이 있다. 도 1 의 암석 드릴링 리그 (1) 는, 암석 드릴링 머신 (8) 에 결합된 근위 단부 (9') 및 드릴링될 암석 (12) 을 향해 배향된 원위 단부 (9") 를 갖는 공구 (9) 를 더 포함한다. 공구 (9) 의 근위 단부 (9') 는 도 1 에서 점선으로 개략적으로 도시되어 있다.
도 1 의 암석 드릴링 리그 (1) 의 공구 (9) 는, 드릴 로드들 (10a, 10b, 10c) 또는 드릴 스템들 (10a, 10b, 10c) 또는 드릴 튜브들 (10a, 10b, 10c), 공구 (9) 의 근위 단부 (9') 에서의 드릴 생크 (14) 및 공구 (9) 의 원위 단부 (9") 에서의 드릴 비트 (11) 를 포함한다. 드릴 비트 (11) 에는 버튼 (11a) 이 제공될 수 있지만, 다른 드릴 비트 구조물도 또한 가능하다. 상호연결된 드릴 로드들, 드릴 스템들 또는 드릴 튜브들은 드릴 스트링을 형성한다. 도 1 의 실시형태에서, 그리고 도 3 에서, 드릴 스트링, 드릴 생크 (14) 및 드릴 비트 (11) 는 암석 드릴링 머신 (8) 의 공구 (9) 를 형성하고, 드릴 로드들, 드릴 스템들 또는 드릴 튜브들, 드릴 생크 (14) 및 드릴 비트 (11) 는 공구 (9) 의 부품들이다. 장공 드릴링으로도 알려진 부분 드릴 로드들에 의한 드릴링에서, 드릴링될 구멍의 깊이에 따른 다수의 드릴 로드들이 드릴 비트 (11) 와 암석 드릴링 머신 (8) 사이에 부착된다. 이하에서 단순화를 위해, 공구 (9) 는 드릴 로드들 (10a ~ 10c), 드릴 생크 (14) 및 드릴 비트 (11) 를 포함하는 것으로 가정하지만, 공구 (9) 의 실제 구현에 따라, 공구 (9) 는 드릴 로드들 대신에 드릴 스템들 또는 드릴 튜브들을 포함할 수도 있다. 도 2 은 도 1 에 도시된 암석 드릴링 머신 (8) 의 공구 (9) 의 측면도를 개략적으로 도시한다.
도 1 의 실시형태에서, 공구 (9) 를 지지하기 위해 공급 빔 (4) 에 부착된 가이드 지지부들 (13) 이 또한 개시되어 있다. 더욱이, 도 1 의 암석 드릴링 리그 (1) 는 공급 빔 (4) 에 배치되는 공급 메커니즘 (7) 을 또한 포함하고, 이 공급 빔에 대하여 암석 드릴링 머신 (8) 이 이동가능하게 배치된다. 드릴링 동안, 공급 메커니즘 (7) 은 공급 빔 (4) 상에서 암석 드릴링 머신 (8) 을 전방으로 밀어서 암석 (12) 에 대항하여 드릴 비트 (11) 를 밀도록 배치된다.
도 1 은 암석 드릴링 머신 (8) 의 구조와 관련하여 실제보다 훨씬 더 작은 암석 드릴링 리그 (1) 를 도시한다. 공급 빔 (4), 암석 드릴링 머신 (8) 및 공급 메커니즘 (7) 을 갖는 복수의 붐들 (3) 이 암석 드릴링 리그에 제공될 수 있음이 명백하지만, 명확성을 위해, 도 1 의 암석 드릴링 리그 (1) 는 단 하나의 붐 (3), 공급 빔 (4), 암석 드릴링 머신 (8) 및 공급 메커니즘 (7) 을 갖는다. 암석 드릴링 머신 (8) 이 일반적으로 드릴 비트 (11) 가 막히는 것을 방지하는 플러싱 수단을 포함한다는 것이 또한 명백하다. 명확성을 위해, 도 1 에는 플러싱 수단이 도시되어 있지 않다. 암석 드릴링 머신 (8) 은 유압식으로 (hydraulically) 작동될 수도 있지만, 공압식 또는 전기적으로 작동될 수도 있다.
위에서 개시된 암석 드릴링 디바이스 또는 암석 드릴링 머신은 탑해머형 (top-hammer-type) 드릴링 디바이스이다. 또한, 암석 드릴링 디바이스 또는 암석 드릴링 머신은 전술한 바와 다른 구조를 가질 수도 있다. 다운더홀 드릴링에 사용되는 드릴링 머신에서, 충격 메커니즘은 드릴 비트 옆에 있는 드릴링 구멍의 바닥에 위치되고, 드릴 비트는 드릴링 구멍 위에 위치된 회전 메커니즘에 드릴 로드들을 통해 연결된다.
충격 메커니즘 (5) 에는, 압력 매체의 영향 하에서 왕복운동하며 공구 (9) 와 충격 피스톤 사이에서 드릴 생크 또는 다른 종류의 어댑터와 같은 중간 피스를 통해 또는 직접적으로 공구에 타격하는 충격 피스톤이 제공될 수도 있다. 물론, 다른 구조의 충격 메커니즘도 또한 가능하다. 따라서, 충격 메커니즘 (5) 의 작동은 또한 어떠한 기계식 왕복운동 충격 피스톤없이 전자기 또는 유압의 사용에 기초할 수도 있고, 이와 관련하여 충격 메커니즘이라는 용어는 이러한 특징에 기초하는 충격 메커니즘을 또한 나타낸다.
충격 메커니즘 (5) 에 의해 생성된 응력파는 공구 (9) 의 원위 단부 (9") 에 있는 드릴 비트 (11) 를 향해 드릴 생크 (14) 및 드릴 로드들 (10a ~ 10d) 을 따라 전달된다. 응력파가 드릴 비트 (11) 에 도달하면, 드릴 비트 (11) 및 그의 버튼들 (11a) 은 드릴링될 암석 (12) 을 타격하고, 이로써 암석 (12) 에 강한 응력을 야기하여, 이로 인해 암석 (12) 에 균열이 형성된다. 통상적으로, 암석 (12) 에 가해지거나 작용하는 응력파의 일부는 공구 (9) 로 도로 반사되고 공구 (9) 를 따라 도로 충격 메커니즘 (5) 를 향해 반사된다. 드릴링 중에, 회전 메커니즘 (6) 은 공구 (9) 에 연속적인 회전력을 전달하여, 드릴 비트 (11) 의 버튼들 (11a) 이 충격 후에 그들의 위치를 변경하고 다음 충격 시에 암석 (12) 상의 새로운 지점에 타격하게 한다.
도 3 은 응력파를 개략적으로 보여주는데, 드릴링될 암석 (12) 을 향해 전파되는 응력파는 도면 부호 si 로 표시되고, 암석 (12) 으로부터 도로 공구 (9) 로 반사된 응력파는 도면 부호 sr 로 표시된다. 전술한 바와 같이, 공구 내로 생성되어 파쇄될 암석을 향해 이동하는 응력파의 에너지 중 일부는 반사된 응력파로서 도로 반사된다. 반사된 응력파는 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나로 구성되고, 즉, 반사된 응력파는 압축 응력파 및/또는 인장 응력파로 구성된다. 반사된 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파는 공구 (9) 와 관련되어 또는 공구 (9) 의 바로 근처에 배치된 측정 수단 (15) 에 의해 측정될 수 있다. 측정 수단 (15) 의 작동은 예를 들어 공구 (9) 내에서 이동하는 응력파들에 응답하여 공구 (9) 의 자화 변화를 측정하는 것에 기초할 수도 있다. 다양한 상이한 적절한 측정 수단이 암석 파쇄 분야의 통상의 기술자에게 공지되어 있으므로, 이러한 측정 수단의 보다 상세한 구성 또는 작동은 여기서 고려되지 않는다. 측정 수단 (15) 은 도 2 에 개략적으로 도시되어 있다.
여기서 개시된 해법에 의해, 공구 (9) 가 드릴링될 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에 공구 (9) 가 캐비티 (16) 에 접근하고 있다는 것이, 반사된 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나를 사용함으로써 검출될 수 있다. 캐비티 (16) 는 암석 중의 개방 공간 또는 개방 간극이며, 이 공간 또는 간극을 통해 응력파가 실질적으로 관통하지 않는다. 캐비티 (16) 도 또한 도 2 에 개략적으로 도시되어 있다.
여기에 개시된 암석 드릴링을 모니터링하기 위한 해법에서, 드릴링될 암석 (12) 을 향해 공구 (9) 중에서 전파되는 응력파가 공구 (9) 내로 생성된다. 공구 (9) 중에서 전파되는 응력파는 측정 수단 (15) 에 의해 측정된다. 더욱이, 드릴링 침투 속도, 즉 공구 (9) 가 암석 (12) 중에서 침투하는 속도를 나타내는 드릴링 파라미터가 측정된다.
드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 드릴링 파라미터는 드릴링 침투 속도 (DPR) 를 간접적으로 나타내는 파라미터일 수 있다. 그와 같은 파라미터는 예를 들어 피드 모터 또는 피드 실린더와 같은 피드 액추에이터로의 피드 오일 흐름과 같은 다른 드릴링 파라미터일 수 있다. 드릴링 침투 속도 (DPR) 는 또한 위치, 속도 및/또는 가속도 센서에 기초하여 직접 제공될 수 있다. 직접 또는 간접적으로 드릴링 침투 속도를 나타내는 드릴링 파라미터는 도 2 에 또한 매우 개략적으로 도시된 측정 수단 (17) 에 의해 측정될 수 있다.
공구 (9) 중에서 전파되는 측정된 응력파 및 드릴링 침투 속도 (DPR) 또는 드릴링 침투 속도를 나타내는 다른 드릴링 파라미터가 개별 측정 수단 (15, 17) 으로부터 적어도 하나의 연산 유닛 (18) 으로 전달되고, 이 연산 유닛은 암석 드릴링 머신 (8) 의 일부를 적어도 작동식으로 형성하며, 공구 (9) 가 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 접근하고 있는지를 결정하기 위해 공구 (9) 중에서 전파되는 측정된 응력파 및 드릴링 침투 속도를 나타내는 드릴링 파라미터를 분석하도록 구성된다. 암석 드릴링 리그 (1) 및 암석 드릴링 머신 (8) 을 고려하면, 연산 유닛 (18) 은 암석 드릴링 리그 (1) 및/또는 암석 드릴링 머신 (8) 의 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다. 또한, 연산 유닛 (18) 은 클라우드 서비스 시스템에 의해 구현될 수도 있다.
연산 유닛 (18) 은, 공구 (9) 중에서 전파되는 측정된 응력파로부터, 드릴링될 암석 (12) 으로부터 도로 공구 (9) 로 반사된 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나를 식별하도록 구성된다. 더욱이, 연산 유닛 (18) 은 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성을 결정하도록 구성된다. 반사 응력파의 압축 응력파 및/또는 인장 응력파의 적어도 하나의 추가적인 특성은 예를 들어 압축 또는 인장 응력파의 에너지, 압축 또는 인장 응력파의 감쇠 또는 지속기간 (duration), 압축 또는 인장 응력파의 진폭, 압축 또는 인장 응력파의 형태, 및 이들의 상호 관계 중 적어도 하나일 수 있다. 압축 또는 인장 응력파의 형태는 예를 들어 반사 응력파의 압축 또는 인장 응력파의 주파수 성분을 측정함으로써 결정될 수 있다.
연산 유닛 (18) 은, 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파의 적어도 하나에서의 적어도 변화에 기초하여, 공구 (9) 가 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에 공구 (9) 가 캐비티 (16) 에 접근하고 있다는 것을 검출하도록 또한 구성된다.
공구 (9) 가 캐비티 (16) 에 접근할 때, 드릴링 방향에서 보았을 때 캐비티 (16) 의 전방에 있는 암석의 암석 재료는 구부러지거나 진동하여, 공구 (9) 내로 생성된 응력파가 솔리드 암석 재료를 통한 것과 동일한 정도로 암석 재료를 통해 침투하는 것을 방지한다. 이러한 현상은, 응력파 측정 시작 시의 동일한 적어도 하나의 특성의 레벨에 비교되는 때, 압축 응력파 및 인장 응력파의 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성의 레벨 변화에 대한 응답으로 검출될 수 있다. 응력파 측정의 시작 시에 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성의 레벨, 또는 적어도 하나의 특성의 이전의 일정한 레벨은, 공구 (9) 가 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에 캐비티 (16) 에 접근할 가능성이 있는 공구 (9) 를 검출하기 위해 응력파의 측정 중에 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성의 레벨이 비교되는 기준 레벨을 제공한다. 공구 (9) 가 캐비티 (16) 에 접근한다는 해석의 응답의 기초가 되는 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성의 레벨의 변화는, 5, 10 또는 20 퍼센트와 같은 레벨의 현저한 변화일 수 있다.
공구 (9) 가 캐비티 (16) 에 접근하고 있는 것으로 검출되면, 캐비티 (16) 에 접근하는 공구 (9) 의 검출에 응답하여 적어도 하나의 캐비티 관련 작용이 개시될 수 있다. 적어도 하나의 캐비티 관련 작용을 개시하기 위해, 연산 유닛 (18) 은 암석 드릴링 머신 (8) 의 일부를 적어도 작동식으로 형성하는 제어 유닛 (19) 에 개별 트리거 신호 (TS) 를 전송할 수 있다. 제어 유닛 (19) 은 암석 드릴링 리그 (1) 및/또는 암석 드릴링 머신 (8) 의 임의의 적절한 위치에 위치될 수 있다. 제어 유닛 (19) 은 또한 연산 유닛 (18) 의 일부를 형성할 수도 있고, 환언하면, 연산 유닛 (18) 은 또한 제어 유닛 (19) 을 포함하거나 제어 유닛 (19) 의 기능을 제공할 수도 있다.
제어 유닛 (19) 은 트리거 신호 (TS) 의 수신에 응답하여 적어도 하나의 캐비티 관련 작용을 시작시키도록 구성된다. 캐비티 관련 작용은 예를 들어, 공구가 캐비티에 실제로 진입하기 전에 캐비티에 접근하는 공구를 검출하는 것에 응답하여 타격 압력, 공급 압력, 회전 압력, 플러싱 압력 및 타격 주파수 중 적어도 하나와 같은 암석 드릴링 머신의 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어하는 것일 수 있다. 이러한 방식에 의해, 드릴링, 즉 공구 (9) 가 풀 파워로 캐비티에 진입하는 것 (이는 공구 또는 암석 드릴링 머신에 손상을 야기하거나 드리링될 구멍의 방향을 의도된 방향으로부터 변화시킬 수 있음) 을 피할 수 있다. 대안적으로, 캐비티 관련 작용은 예를 들어 암석 드릴링 머신의 조작자에게 유효한 경고 신호의 설정일 수 있고, 따라서 조작자는 그의 고려에 따라 캐비티 (16) 로 인한 가능한 제어 작용을 개시할 수도 있다.
일 실시형태에 따르면, 연산 유닛 (18) 은, 드릴링 침투 속도 및 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성의 변화를 나타내는 드릴링 파라미터의 변화에 기초하여, 공구가 암석의 캐비티에 실제로 진입하기 전에 공구가 캐비티에 접근하고 있는 것을 검출하도록 구성된다. 드릴링 침투 속도를 나타내는 드릴링 파라미터의 변화는 그 드릴링 파라미터의 실제 값의 특정 변화, 또는 측정 기간 시작 시의 그 레벨 또는 이전의 일정 레벨과 비교할 때 그 드릴링 파라미터의 지배적인 일반 레벨의 변화를 나타낼 수 있다. 레벨 변화는 예를 들어 5, 10 또는 20 퍼센트일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 연산 유닛 (18) 은 공구 (9) 가 캐비티 (16) 에 진입하기 전에 드릴링 침투 속도 (DPR) 의 감소 및 반사 응력파의 압축 응력파의 진폭 감소에 응답하여 캐비티 (16) 에 접근하는 공구 (9) 를 검출하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 연산 유닛 (18) 은 공구 (9) 가 캐비티 (16) 에 진입하기 전에 드릴링 침투 속도의 감소 및 반사 응력파의 인장 응력파의 진폭 증가에 응답하여 캐비티 (16) 에 접근하는 공구 (9) 를 검출하도록 구성된다.
일 실시형태에 따르면, 연산 유닛 (18) 은, 드릴링 침투 속도를 나타내는 드릴링 파라미터와 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성 사이의 비율을 결정하도록, 그리고 드릴링 침투 속도를 나타내는 드릴링 파라미터와 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성 사이의 결정된 비율의 변화에 기초하여 캐비티 (16) 에 접근하는 공구 (9) 를 검출하도록 구성된다. 결정된 비율의 변화는 그 양의 실제 값의 특정 변화, 또는 측정 기간 시작 시의 그 레벨 또는 이전의 일정 레벨과 비교할 때 결정된 비율의 지배적인 일반 레벨의 변화를 나타낼 수 있다. 레벨 변화는 예를 들어 5, 10 또는 20 퍼센트일 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 암석 드릴링 머신은 암석 드릴링 머신의 회전 압력 (RP) 을 측정하기 위한 측정 수단 (20) 을 더 포함하고, 적어도 하나의 연산 유닛 (18) 은 드릴링 침투 속도의 감소, 암석 드릴링 머신의 회전 압력 (RP) 의 증가, 및 반사 응력파의 압축 응력파의 진폭 감소와 반사 응력파의 인장 응력파의 진폭 증가 중의 적어도 하나의 조합에 응답하여 캐비티 (16) 에 접근하는 공구 (9) 를 검출하도록 구성된다. 회전 압력을 측정하기 위한 측정 수단 (20) 은 예를 들어 회전 모터에서 압력 센서를 포함할 수 있다.
도 4 의 예는 공구 (9) 가 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 결국 진입하는 드릴링 상황에서의 회전 압력 및 드릴링 침투 속도뿐만 아니라 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파의 에너지 진폭을 나타내는 그래프를 개략적으로 보여준다.
도 4 의 개략적인 예에서, 약 90 초 내지 약 110 초의 시간 기간은 정상 드릴링 작업과 관련되며, 이 경우 정상 드릴링 작업은 드릴링될 암석의 암석 재료가 실질적으로 솔리드인 작업 상황을 나타낸다.
약 110 초의 시간 순간에, 반사 응력파의 인장 응력파의 에너지 진폭의 레벨에서의 느리지만 실질적으로 연속적인 증가뿐만 아니라 압축 응력파의 에너지 진폭의 레벨 및 회전 압력의 레벨에서의 약간의 증가의 시작, 및 드릴링 침투 속도의 감소의 시작을 볼 수 있다. 측정 거동이 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 접근하는 공구 (9) 에 응답하여 일어나서, 드릴링 방향에서 보았을 때 캐비티의 전방에 있는 암석의 암석 재료가 구부러지거나 진동하고, 이로써 공구 내로 생성된 응력파가 솔리드 암석 재료를 통한 것과 동일한 정도로 암석 재료를 통해 침투하는 것을 방지한다.
약 120 초의 시간 순간에, 공구가 캐비티에 진입하여, 반사 응력파의 인장 응력파 및 드릴링 침투 속도의 레벨들의 현저하고 빠른 증가를 볼 수 있다. 측정의 이러한 거동은 공구가 마침내 캐비티에 진입했음을 나타낸다.
도 4 의 예로부터, 개시된 해법에 의해, 공구가 캐비티에 실제로 진입하기 전에 암석 드릴링 머신의 공구가 캐비티에 접근하고 있다는 것을 사전에 검출할 수 있어서, 공구가 풀 드릴링 파워로 캐비티에 진입하는 것을 방지하도록 암석 드릴링 머신의 작동을 제어할 시간 기간이 존재한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 도 4 의 예에서, 그 시간 기간은 암석 드릴링 머신의 작동을 제어하기에 적절한 약 5 내지 10 초이다.
도 4 에 개시된 드릴링 상황은 공구가 캐비티에 접근하고 있는 드릴링 상황 및 측정의 개별 거동의 일례를 제공한다. 측정의 거동은 예를 들어 드릴링될 암석의 종류, 드릴링에 사용되는 공구의 종류, 및 드릴링될 암석 중의 캐비티의 특성으로 인해 도 4 에 개시된 것과 상이할 수 있다.
기술이 진보함에 따라, 본 발명의 개념이 다양한 방식으로 구현될 수 있다는 것은 본 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 본 발명 및 그의 실시형태들은 전술한 예로 제한되지 않고, 청구항들의 범위 내에서 변경될 수 있다.

Claims (15)

  1. 암석 드릴링을 모니터링하는 방법으로서,
    암석 드릴링 디바이스의 충격 메커니즘 (5) 에 의해 상기 암석 드릴링 디바이스의 공구 (9) 중에서 전파하는 응력파를 생성하는 단계,
    상기 공구 (9) 중에서 전파하는 상기 응력파를 측정하는 단계,
    드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 드릴링 파라미터를 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 공구 (9) 중에서 전파하는 상기 충격 메커니즘 (5) 에 의해 생성된 측정되는 상기 응력파로부터, 드릴링될 암석 (12) 으로부터 도로 상기 공구 (9) 로 반사된 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파를 식별하는 단계,
    상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성을 결정하는 단계,
    상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 상기 적어도 하나의 특성의 변화에 기초하여, 상기 공구 (9) 가 상기 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에, 상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 접근하고 있는 것을 검출하는 단계, 및
    상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 의 검출에 응답하여 적어도 하나의 캐비티관련 작용을 개시하는 단계
    를 특징으로 하는, 암석 드릴링을 모니터링하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 상기 드릴링 파라미터의 변화 및 상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 상기 적어도 하나의 특성의 변화에 기초하여, 상기 공구 (9) 가 상기 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에, 상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 접근하고 있는 것을 검출하는 단계
    를 특징으로 하는, 암석 드릴링을 모니터링하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 의 검출에 응답하여 상기 암석 드릴링 디바이스의 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어하는 단계
    를 특징으로 하는, 암석 드릴링을 모니터링하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 상기 드릴링 파라미터와 상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 상기 적어도 하나의 특성 사이의 비율을 결정하는 단계, 및
    상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 상기 드릴링 파라미터와 상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 상기 적어도 하나의 특성 사이의 결정된 비율의 변화에 기초하여, 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 를 검출하는 단계
    를 특징으로 하는, 암석 드릴링을 모니터링하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 진입하기 전에 상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 의 감소 및 상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파의 진폭 감소에 응답하여 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 를 검출하는 단계
    를 특징으로 하는, 암석 드릴링을 모니터링하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 진입하기 전에 상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 의 감소 및 상기 반사 응력파의 상기 인장 응력파의 진폭 증가에 응답하여 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 를 검출하는 단계
    를 특징으로 하는, 암석 드릴링을 모니터링하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암석 드릴링 디바이스의 회전 압력 (RP) 을 더 측정하는 단계,
    상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 의 감소, 상기 암석 드릴링 디바이스의 상기 회전 압력 (RP) 의 증가, 및 상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파의 진폭 감소와 상기 반사 응력파의 상기 인장 응력파의 진폭 증가 중의 적어도 하나의 조합에 응답하여 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 를 검출하는 단계
    를 특징으로 하는, 암석 드릴링을 모니터링하는 방법.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암석 드릴링 디바이스의 상기 적어도 하나의 작동 파라미터가 타격 압력, 공급 압력, 회전 압력, 플러싱 압력 및 타격 주파수 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 암석 드릴링을 모니터링하는 방법.
  9. 암석 드릴링 디바이스로서,
    프레임,
    공구 (9),
    상기 공구 (9) 중에서 전파하는 응력파를 생성하기 위한 충격 메커니즘 (5),
    상기 공구 중에서 전파하는 상기 충격 메커니즘 (5) 에 의해 생성된 상기 응력파를 측정하기 위한 측정 수단,
    드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 드릴링 파라미터를 측정하기 위한 측정 수단 (17), 및
    적어도 하나의 연산 유닛 (18) 을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 연산 유닛 (18) 은,
    상기 공구 (9) 중에서 전파하는 상기 충격 메커니즘 (5) 에 의해 생성된 측정되는 상기 응력파로부터, 드릴링될 암석 (12) 으로부터 도로 상기 공구 (9) 로 반사된 반사 응력파의 압축 응력파 및 인장 응력파 중 적어도 하나의 응력파를 식별하도록,
    상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 적어도 하나의 특성을 결정하도록,
    상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 상기 적어도 하나의 특성의 변화에 기초하여, 상기 공구 (9) 가 상기 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에, 상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 접근하고 있는 것을 검출하도록 구성되고,
    상기 암석 드릴링 디바이스는 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 의 검출에 응답하여 적어도 하나의 캐비티관련 작용을 개시하는 적어도 하나의 제어 유닛 (19) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 암석 드릴링 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연산 유닛 (18) 은, 상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 상기 드릴링 파라미터의 변화 및 상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 상기 적어도 하나의 특성의 변화에 기초하여, 상기 공구 (9) 가 상기 암석 (12) 의 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에, 상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 접근하고 있는 것을 검출하도록 더 구성되는 것을 특징으로 하는 암석 드릴링 디바이스.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 유닛 (19) 은 상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 실제로 진입하기 전에 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 의 검출에 응답하여 상기 암석 드릴링 디바이스의 적어도 하나의 작동 파라미터를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 암석 드릴링 디바이스.
  12. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연산 유닛 (18) 은,
    상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 상기 드릴링 파라미터와 상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 상기 적어도 하나의 특성 사이의 비율을 결정하도록, 그리고
    상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 를 나타내는 상기 드릴링 파라미터와 상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파 및 상기 인장 응력파 중 상기 적어도 하나의 응력파의 상기 적어도 하나의 특성 사이의 결정된 비율의 변화에 기초하여, 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 를 검출하도록
    구성되는 것을 특징으로 하는 암석 드릴링 디바이스.
  13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연산 유닛 (18) 은, 상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 진입하기 전에 상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 의 감소 및 상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파의 진폭 감소에 응답하여 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 암석 드릴링 디바이스.
  14. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연산 유닛 (18) 은, 상기 공구 (9) 가 상기 캐비티 (16) 에 진입하기 전에 상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 의 감소 및 상기 반사 응력파의 상기 인장 응력파의 진폭 증가에 응답하여 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 암석 드릴링 디바이스.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 암석 드릴링 디바이스는 상기 암석 드릴링 디바이스의 회전 압력 (RP) 을 측정하기 위한 측정 수단 (20) 을 더 포함하고,
    상기 적어도 하나의 연산 유닛 (18) 은, 상기 드릴링 침투 속도 (DPR) 의 감소, 상기 암석 드릴링 디바이스의 상기 회전 압력 (RP) 의 증가, 및 상기 반사 응력파의 상기 압축 응력파의 진폭 감소와 상기 반사 응력파의 상기 인장 응력파의 진폭 증가 중의 적어도 하나의 조합에 응답하여 상기 캐비티 (16) 에 접근하는 상기 공구 (9) 를 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 암석 드릴링 디바이스.
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