NO322310B1 - Fremgangsmate for a korrigere posisjonsfeil ved fjellboring, og fjellboreanordning med posisjons-korreksjonsutstyr - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å korrigere posisjonsfeil ved fjellboring, hvor en bom, festet fra en ende tit en bærer og dreibar i forhold til denne omkring forbindelser, og et fjellbor, montert dreibart til den andre enden av bommen, er anordnet i boreposisjonen for boring av et hull på en måte slik at bommen, er styrt ved å benytte styreanordninger for boreriggen i forhold til forskjellige bevegelser inntil bommen er i sin innstilte posisjon, hvori avviket til bommens virkelige posisjon fra den beregnede teoretiske posisjon er målt, bommens posisjon er korrigert på basis av det målte avviket og hvor de målte avvikene er lagret i hukommelsen til boreriggen.

Oppfinnelsen er ytterligere relatert til en fjellboreanordning med posisjonskorresksjonsutstyr, omfattende en bærer, en bom festet dreibart omkring forbindelsene i forhold til bæreren, et fjellbor festet dreibart til den andre enden av bommen, forbindelsessensorer som indikerer posisjonene til de forskjellige bomforbindelsene, og styreanordninger for å styre bommen til boreposisjonen for boring av et hull, nevnte fjellboringsutstyr innbefatter en hukommelsesanordning.

Høyere og høyere presisjon er påkrevet for operasjonen av en fjellborerigg, slik at utgravning kan gjøres så økonomisk som mulig. Automatisk borebompo-sisjonering og styringsanordninger er i dag ofte benyttet med det formål å mulig-gjøre at hullene bores så nøyaktig som mulig ved deres antatte posisjoner. For praktiske styringsformål, er forskjellige typer av forbindelsessensorer festet til bommene, og målet er å ta i betraktning de geometriske dimensjonene til bommen og deres kinematikk så godt som mulig ved beregning av boreposisjonen og retningen. Problemet med automatiske styringsløsninger realisert på denne måten er imidlertid at forskjellige typer av nedbøyninger, klaringer og andre ting bevirker feil resultat ved at den virkelige posisjonen av borkronen kan betydelig avvike fra posisjonen hvor den bør være i henhold til planen.

US patent 4.698.570 presenterer en løsning hvor målet er å korrigere feil med kjent utstyr ved å avdele operasjonsområdet til borebommen, d.v.s. rekke-vidden til bommen i en spesiell bæreposisjon, til kvadrater og med en spesifikk korreksjonsverdi tilegnet for hvert kvadrat i alle retninger av koordinatsystemet. Dette er i praksis oppnådd ved å innstille utstyret til å styre bommen og matebjelken, stik at borkronen er, i teorien, ved senteret av det angjeldende kvadratet, hvoretter feilene i de forskjellige retninger har blitt målt og matet inn i hukommelsen til styreutstyret. Under normal borebruk, korrigerer riggen bommen og mate-bjelkeposisjonen i henhold til kvadratet ved hvilket den antatte hullposisjonen er lokalisert på basis av de lagrede, faste korreksjonsverdiene til det angjeldende kvadratet. Problemet med denne løsningen er at et tredje nettverk må være benyttet for området som skal bores for å få et tilstrekkelig antall av korreksjonsdata for de forskjellige bomposisjonene. Videre, etter som borkronen kan være posisjonert ved en spesifikk lokalitet ved å benytte et antall av forskjellige bomposisjoner, er et korreksjonssystem basert på bare lokaliteten av borkronen umulig å kompense-re for de forskjellige feilene basert på forskjellige bomposisjoner og således er den tilsiktede presisjonen ikke oppnådd.

Målet med denne oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte og fjellboreanordning for å unngå feilene med de kjente løsninger og for sikkert, og så enkelt som mulig, korrigere feilene forårsaket av bombevegelser. Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at avviket til bomposisjonen fra den teoretiske posisjonen er målt ved forhåndsbestemte intervaller som en funksjon av posisjonen til minst en bomforbindelse, og at når bommen og fjellboret posisjoneres til boreposisjonen, korrigeres bomposisjonen under bombevegelse, på basis av det lagrede avviket som svarer til posisjonen til forbindelsen svarende til aktuell boreposisjon.

Fjellboreanordningen i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet ved at hukommelsesanordningen er tilpasset for lagring av avvikene mellom den sanne posisjonen av bommen og den beregnede posisjonen beregnet på basis av forbin-detsessensorverdiene som funksjon av dreievinkelen til minst en bomforbindelse, og en beregningsanordning for å korrigere bomposisjonen under bombevegelse på basis av avvikene lagret i nevnte hukommelsesanordning og svarende til verdien indikert av forbindelsessensorer) til nevnte forbindelse.

Den vesentlige ideen med oppfinnelsen er å bestemme i det minste feilene

til de forskjellige bombevegelsene som hovedsakelig bevirker en feil, d.v.s. avvikene mellom den sanne bomposisjonen og den teoretiske posisjonen, beregnet på basis av bevegelsessensoren, primært til innstillingsverdien indikert ved vinkel-sensoren til dreievinklene, som svarer til den angjeldende bevegelse, en bevegelse ved en tid eller to bevegelser ved en tid praktiserbar i forhold til bevegelsen av passende intervaller og med korrigering av bomposisjonen på basis av feilene, d.v.s. avvikene, målt i forhold til bevegelse eller angjeldende bevegelser og for hver bevegelse separat. Dette muliggjør f.eks. definisjonen av feil på basis av

dreievinklene mellom bommen og bæreren, og på basis av rotasjonsvinklene til rotasjonsmekanismen til matebjelken, d.v.s. såkalt overrullingsmekanisme. Den vesentlige ideen med den foretrukne utførelsen av oppfinnelsen er fremdeles at når feilene er ved innstilte verdier posisjonert ved passende intervaller har blitt bestemt og lagret i hukommelsen til styringsanordningen, er en matematisk tilnærming vedrørende alterasjonen av feilen dannet mellom to målte punkter ved bevegelse fra ett punkt til et annet hvorved, når en posisjon er lokalisert i et slikt område, er tilstrekkelig nøyaktige tilnærminger for å korrigere feilen tilgjengelig.

Fordelen ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er at allerede ved å definere feilene som en funksjon av hovedforbindelsen og deres dreievinkler, er rela-tiv nøyaktig informasjon av feilene til bomposisjonen tilgjengelig og således er det enkett å korrigere feilen i de forskjellige bom- og matebjelkeposisjoner ved å kom-pensere for kun feilene bevirket av de mest signifikante feilkildene. Dette betyr at en eller en liten mengde av korrigeringsdata behøver å mates inn i hukommelsen til styreanordningen, hvilket gjør kontraheringen enklere å utføre. Videre, når av-viksforandringen mellom de målte punktene er kalkulert matematisk, er en tilstrekkelig nøyaktig tilnærming av feilen mellom de målte verdiene alltid oppnådd, og den totale feilen og den resulterende påkrevde kompensasjon kan være beregnet ved å benytte feildefinisjoner gjort ved relativt store intervaller. Dette avgrenser antallet av målingspunkter nødvendig for definisjonen av avvik.

Oppfinnelsen vil nå beskrives nærmere ved hjelp av den vedføyde tegning, hvor

Fig. 1 er et skjematisk riss av en bom benyttet i en fjellborerigg, og

Fig. 2 viser skjematisk definisjonen av feil som en funksjon av en forbindelse, f.eks. dreievinkelen til forbindelsen mellom bommen og bæreren til fjellboreriggen. Fig. 1 viser skjematisk en fjellborerigg med en bærer (bærevogn) 1 og en bom 4 dreibart forbundet omkring forbindelser 2 og 3. Bommen kan vendes i forhold til bærevognen og andre bombevegelser kan utføres ved å benytte forskjellige aktuatorer av kjent type, slik som den hydrauliske sylinder 2a skjematisk vist i tegningen. Slike aktuatorer som er av kjent type som således og innlysende for fagpersonen, er ikke forklart i detalj i tegningen. Bommen kan være av enhver kjent type eller en konstruksjon som kan være konstruert eller sammenstilt på en normal måte. Bommen kan bestå av en eller flere deler som kan, under bombevegelser, dreies ved forbindelsene eller akslene mellom disse eller, f.eks., flyttes lineært i forhold til hverandre. I denne patentsøknaden og patentkravehe, betyr bombevegelser alle disse vendende, roterende, eller lineære bevegelser mellom bommen og bærevognen, de forskjellige deler av bommen, så vel som mellom bommen og matebjelken festet til dens ende. Bommen 4 kan f.eks. være én tele-skopisk bom hvis lengde kan være justert lengre eller kortere i retningen indikert ved pilen 5. Ved toppenden av bommen 4, er dreieforbindelse 6 og 7 rundt hvilke matebjelker 8 kan være dreiet i forhold til bomenden. Videre kan den innbefatte en roterende anordning 9 til hvilken matebjelken 8 er festet parallell til aksen av rota-sjonsanordningen, slik at matebjelken 8, og fjellboret 10 som beveger seg langs den,.kan roteres rundt nevnte akse idet deres retning forblir uforandret.

Fig. 2 viser skjematisk hvorledes feilen som oppstår ved forskjellige vinkel-posisjoner til en enkel forbindelse, eksemplifisert i dette tilfellet ved den horisonta-le svingforbindelsen mellom bommen og bærevognen, kan være definert i henhold til oppfinnelsen. For dette formål er dreievinkelen avdelt i ni sektorer, slik at, i teori, når en kommando er gitt til styreanordningen for å dreie bommen til en viss vinkel, vil den være posisjonert nøyaktig til den definert vinkel.

For å bestemme feilen er bommen dreiet ved hjelp av styreanordningen, f.eks. en definert vinkelsektor om gangen, som igjen er utført på automatiske rigger ved styreanordningen på basisen av signalene gitt av bevegelsessensorene, i dette tilfelle vinkelsensorene. Tilsvarende benytter operatøren på ikke-automatiske rigger manøvreringsstyringene for å dreie bommen i den ønskede retningen inntil den beregnede vinkel er oppnådd.

I hver bomposisjon er avviket til bomposisjonen fra den teoretiske posisjonen målt, og feilene er lagret i hukommelsen. Dette gir det øvre feildiagrammet, merket med A, vist i fig. 2, som er lagret til bruk i hukommelsen til styreutstyret d.v.s. styreanordningen som vanligvis er en enkel enhet. Avvikene til bomposisjonen er enkel og uttrykkes som avvik til posisjonen av fjellboreverktøyet, d.v.s. borkronen, og som avvik av fjellboringsretningen, d.v.s. aksen til borstålet mellom fjellboret og borkronen. Definert på denne måte, er feilen entydig og korreksjon av feilen i koordinatsystemet relater til fjellet er lett å utføre. I dette tilfellet represen-tert i diagrammet A, er en fast feilverdi benyttet i et visst spenn, hvorved den posi-tive eller negative feilverdi, d.v.s. avviket, av et målepunkt indikert ved en prikk er benyttet for korreksjon på begge sider av målepunktet halvveis mellom to måle-punkter. For å oppnå en viss grad av sannsynlig verdi mellom de nøyaktige måle-punktene, er en feilkorreksjonskutve formet i likhet med f.eks. det i diagram B i fig. 2, slik at feilverdiene mellom tilstøtende dreievinkler er kombinert og feilawiket er kalkulert på basis av dette. En lineær forandring er den enkleste å bruke, hvorved en matematisk rett linje mellom feilverdiene er kalkulert når manøvrering fra en posisjon til den andre og, på basis av dreievinkelen, tilnærmingen for feilen. Dette er illustrert i diagram B i fig. 2 ved de rette linjene trukket mellom de målte prikke-ne vist i diagram A i fig. 2.1 steden for rette linjer kan forskjellige typer av ikke-lineære til nærminger naturligvis være benyttet, men i de fleste tilfeller ér dette ikke nødvendig.

Når avvikene i henhold til forbindelsesdreievinkelen, d.v.s. feilene, har blitt definert i forhold til en forbindelsésakse, er de så definert på tilsvarende måte for dreievinklene til de andre forbindelsesaksene til den samme forbindelsen. Videre, .hvis matebjelken er montert til enden av bommen benytter en rotasjonsmekanisme, er feilene bevirket av dreievinklene til rotasjonsmekanismen målt og lagret i hukommelsen. Gjennomført på denne måten kan de mest signifikante feil-årsakertas med i betraktningen, og den endelige feilen som påvirker posisjonen til borkronen kan være definert ved å summere opp feilverdiene til hver komponent. Dette sørger for en effektiv og sikker styremetode med et relativt tite antall av målte feilverdier, med nevnte fremgangsmåte som tar i betraktning virkningen av de forskjellige komponentene til bommen og feilen til borkroneposisjonen som et resultat av de forskjellige posisjonene til bommen og dens deler. I praksis er en enklere måte å korrigere feilen på å korrigere feilen som er oppstått som en funksjon av hver dreiebevegelse på basis av de målte awiksverdiene som svarer til hver bevegelse, hvorved resultatet er at borkronen er beroende på feilkorrigeringene ganske nøyaktig i sin konstruerte plassering og boreaksen i den ønskede retningen.

Under virkelig boreoperasjon, hvorved avvikene har blitt målt separat og lagret på forhånd i hukommelsesorganene til boreriggens styreanordninger, er korreksjonen av posisjonen på rigger med automatisk styring realisert automatisk slik at når styreanordningen starter å kontrollere bommen med det mål å bevege den til den ønskede boreplasseringen, er en feilkorreksjon relatert til hver bevegelse utført automatisk, slik at den beregnede innstillingsverdi for bomposisjonen er korrigert på basis av awiksverdiene lagret i hukommelsen. På denne måte kan hele korreksjonen av bore- og posisjoneringsfeil utføres fullstendig automatisk for hvert hull som skal bore i henhold til en boreplan laget i overensstemmelse med enhver generelt anvendt fremgangsmåte. I manuelle implementeringer, tar styre-anordningene til fjellboreriggen, d.v.s. hukommelse og beregningsutstyret automatisk i betraktning avviket svarende til dreievinkelen og korrigerer f.eks. avlesninge-ne av displayet som indikerer bomposisjonen på en måte at de viser den riktige posisjonen av bommen, slik som borkroneposisjonen og borretningen uten at ope-ratøren i praksis selv merker at korrigeringen av en feil har foregått.

Oppfinnelsen har blitt presentert i beskrivelsen ovenfor og i tegningene i formen av kun eksempler, og den er på ingen måte begrenset til dette. Den vesentlige ting er at feilene, d.v.s. awiksverdiene, som påvirker borkroneposisjonen er definert som resultater av forskjellige bevegelsesposisjoner av bomforbindelsene, bomdelene og komponentene og at feilen er korrigert på basis av de målte awiksverdiene, en eller flere bevegelser samtidig. Dette kan gjøres ved å ta i betraktning alle forbindelsene eller, mer foretrukket, kun de mest signifikante feil forårsaket av bevegelser av forbindelsen eller komponentene på basis av hvilke den totale feilen som påvirker borkroneposisjonen kan tilstrekkelig nøyaktig beregnes og så korrigeres med tilstrekkelig nøyaktighet.

Awikene for hver bevegelse, d.v.s. feilene som en funksjon av forbindel-sesposisjonene kan også være modellert som en kontinuerlig funksjon over hele bevegelsen av forflytningen og således for f.eks. dreievinkler som vinkelawiksver-dier over hele dreievinkelområdet. Hvis høyest mulige feilkorreksjonsnøyaktighet er ønsket, er det naturligvis nødvendig å definere awiket for hver bevegelse fra innstillingsverdien og å gjøre korreksjonen for hver bevegelse.

Claims (14)

1. Fremgangsmåte for å korrigere posisjonsfeil ved fjellboring, hvor en bom, festet fra én ende til en bærer (1) og dreibar i forhold til denne omkring forbindelser (2, 3,6, 7), og et fjellbor (10), montert dreibart til den andre enden av bommen, er anordnet i boreposisjonen for boring av et hull på en måte slik at bommen, er styrt ved å benytte styreanordninger for boreriggen i forhold til forskjellige bevegelser inntil bommen (4) er i sin innstilte posisjon, hvori avviket til bommens virkelige posisjon fra den beregnede teoretiske posisjon er målt, bommens posisjon er korrigert på basis av det målte avviket og hvor de målte avvikene er lagret i hukommelsen til boreriggen, karakterisert ved at avviket til bomposisjonen fra den teoretiske posisjonen er målt ved forhåndsbestemte intervaller som en funksjon av posisjonen til minst en bomforbindelse, og at når bommen (4) og fjellboret (10) posisjoneres til boreposisjonen, korrigeres bomposisjonen under bombevegelse på basis av det lagrede avviket som svarer til posisjonen til forbindelsen svarende til aktuell boreposisjon.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at avviket til bomposisjonen fra den beregnede teoretiske posisjon er målt i dreieretningen til i det minste en forbindelse mellom bommen (4) og bæreren (1).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at avviket av bomposisjonen fra den beregnede teoretiske posisjonen måles som en funksjon av posisjonene til to forbindelser (2, 3, 6, 7), i kryssende posisjon til hverandre, mellom bommen (4) og bæreren (1).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at avviket til bomposisjonen fra den beregnede teoretiske posisjon måles som en funksjon av to vinkler (a), slik at de teoretiske punktene som indikerer bomposisjonen i horisontal og vertikal retning ved forhåndsdefinerte intervaller i et todimensjonalt koordinatsystem, avviket er definert som en funksjon av posisjonene til de kryssende forbindelsene (2, 3,6,7).

5. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at avvikene som svarer til hver forbindelsesposisjon måles ved forhåndsdefinerte intervaller i en viss forbindelsesposisjonsverdi, og ved posisjonering av bommen (4) til boreposisjonen, korrigeres den beregnede teoretiske posisjon av bommen (4) på basis av avvikene svarende til forbindelses-posisjonene som oppnås på denne måte.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at avviket mellom tilstøtende* lagrede forbindelsespo-sisjoner for hver dreiebevegelse defineres ved å beregne en tilnærming for avviks-forandringen fra en posisjonsverdi til den andre på basis av de målte avvikene mellom nevnte forbindelsesposisjonsverdier.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at tilnærmingen for avviket beregnes mellom awiksverdiene lagret i en hukommelse.

8. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at i tillegg bevirket av i det minste en annen bevegelse måles awiket som en funksjon av verdien til bevegelsessensoren, og den teoretiske posisjonen av bommen (4) korrigeres på basis av awiket som svarer i tillegg til denne bevegelse ved posisjonering av bommen til boreposisjonen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at på en bom (4) utstyrt med en rotasjonsmekanisme (9) for dreiing av fjellbor (10) sammen med dets matearm (8) rundt en akse parallell til boreaksen, måles awiket bevirket av rotasjonsbevegelsen mellom den sanne posisjonen av bommen (4) og den teoretisk beregnede posisjonen av bommen, og at posisjonen av bommen korrigeres på basis av avvikene som svarer til posisjonen av bommen så vel som forbindelsene mellom bommen og bæreren (1), og posisjonen av rotasjonsmekanismen (9).

10. Fremgangsmåte ifølge ethvert av de foregående krav, karakterisert ved at avvikene lagres som avvik av borkroneposisjonen til fjellboret (10) og avvikene til borretningen bestemmes av borstålaksen.

11. Fjellboreanordning med posisjonskorresksjonsutstyr, omfattende en bærer (1), en bom (4) festet dreibart omkring forbindelsene (2,3,6,7) i forhold til bæreren, et fjellbor (10) festet dreibart til den andre enden av bommen (4), forbindelsessensorer som indikerer posisjonene til de forskjellige bomforbindelsene, og styreanordninger for å styre bommen til boreposisjonen for boring av et hull, nevnte fjellboringsutstyr innbefatter en hukommelsesanordning, karakterisert ved at hukommelsesanordningen er tilpasset for lagring av avvikene mellom den sanne posisjonen av bommen (4) og den beregnede posisjonen beregnet på basis av forbindelsessensorverdiene som funksjon av dreievinkelen (a) til minst en bomforbindelse, og en beregningsanordning for å korrigere bomposisjonen under bombevegelse på basis av avvikene lagret i nevnte hukommelsesanordning og svarende til verdien indikert av forbindelsessensoren til nevnte forbindelse.

12. Fjellboreanordning ifølge krav 11, karakterisert ved at hukommelsesanordningen er anordnet for å lagre avvikene mellom den sanne posisjonen av bommen (4) og den teoretiske verdien beregnet på basis av forbindelsessensorene som en funksjon av dreievinklene (a) til to til hverandre kryssende forbindelser (2,3,6,7) mellom bommen (4) og bæreren (1), og beregningsanordningen er anordnet for å korrigere bomposisjonen på basis av avvikene, lagret i nevnte hukommelsesenhet svarende til posisjonen og indikert ved forbindelsessensorene til begge forbindelser (2,3,6, 7).

13. Fjellboreanordning ifølge krav 12, karakterisert ved at hukommelsesanordningen er anordnet for å lagre avvikene i et todimensjonalt koordinatsystem mellom den sanne posisjonen av bommen og den teoretiske posisjonen beregnet på basis av forbindelsessensorene som en funksjon av posisjonene til to kryssende forbindelser (2,3, 6,7).

14. Fjellboreanordning ifølge ethvert av kravene 11-13, utstyrt med en separat rotasjonsmekanisme for å rotere fjellboret (10) i forhold til bomenden dg omkring en akse som er parallell med boreaksen til fjellboret, hvori hukommelsesanordningen er anordnet for å lage avvikene mellom den sanne posisjonen av bommen (4) og den teoretiske posisjonen beregnet på basis av forbindelsessensorene, som en funksjon av posisjonen til rotasjonsmekanismen (9) og beregningsanordningen er anordnet for å korrigere bomposisjonen og dreievinkelen (a) til forbindelsen (2,3, 6, 7) mellom bommen (4) og bæreren (1) og tilsvarende dreievinkelen til rotasjonsmekanismen på basis av de tilsvarende avvikene.