SE0802169A1 - Metod och anordning för att styra en bergborrmaskin - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 A0800l_O8lOl0 2 ersatt med en kugghjulsförsedd hydraulmotor som är monterad längst bak på mataren. Med hjälp av en kedja, som är fäst i släden, och ett kugghjul längst fram på mataren borrmaskinen framåt och bakåt. Det till hydraulmotorn på kedjemataren är i denna text definierad för släden med hydraultryck som går matarcylindern respektive som matningstryck.

Olika bergarter~ är olika svåra att borra i beroende på vilka mineraler de består av och vilken struktur bergarten har. Allmänt gäller att en ökning av borrningshastigheten (borrsjunkningen)utgör en indikation på att berget blir Detta förhållande utnyttjas dokumentet EP 1 102 917 Bl slagverkstrycket kontrolleras proportionellt mot matnings- att till en mjukare. exempelvis i där beskrivs hur trycket, så slagverkstrycket reduceras startborrningsnivå när borrmaskinen kommer in i ett område för med mjukare berg där mindre slagverksenergi behövs avverkning av berg. Denna reglering kan dock leda till en produktionsminskning om regleringen ställs in med för hög känslighet för att uppnå en lång livslängd.

Det är också betydelsefullt att bibehålla en bra kontakt med berget under dessa svåra bergförhållanden, speciellt vid borrning med hög slagkraft. att tillse Därför har ett dämpsystem anordnat att en god bergkontakt bibehålls utvecklats. Borrkronans anliggningstryck mot berget påverkas därmed via matningstrycket via en i dämpsystemet anordnad dämpkolv, vilken är anordnad att med ett hydraultryck (dämptryck) alstra en dämpkraft i dämpsystemet. Vid borrning trycks dämpkolven mot borrstålet, och därmed borrstålet mot berget, genom trycksättning av en mot dämpkolven verkande tryckkammare.

Dämpkolven är vanligtvis så anordnad, att om. dämpkolven kommer för långt fram, dvs. området framför borrstålet är så pass mjukt att slagkolvens slag får borrstålet, och därmed dämpkolven, att röra sig framåt och förbi ett normalläge öppnas, helt eller delvis, ett utlopp för 10 15 20 25 30 35 AO800l_08l0lO 3 nämnda tryckkammare, varvid en trycksänkning i tryckkammaren uppstår. Dämpsystemet skyddar även borrmaskinen genom att dämpa slagimpulsreflexer från berget.

Problem som kan uppkomma i samband med borrning är exempelvis hålavvikelse eller hålkrökning. Hålavvikelsen uppstår exempelvis pga. påhugg, avhjälpas av inriktningsfel av borrstålet vid och kan oftast att hålet skedet då ett nytt hål påbörjas, operatören. Hålkrökningen, dvs. kröker> av och får en kurvformig istället för en önskad rätlinjig utsträckning, är svårare för operatören att hantera. Det kan finnas flera orsaken till att hålkrökning uppstår exempelvis att kronan når ett parti med omväxlande hårdare och mjukare bergtyper med ett delningsplan som ligger snett mot borrningsriktningen. Hålkrökning kan även uppkomma då det förekommer sprickbildningar i berget samt direkta hålrum som kan vara fyllda med vatten eller lera vilket försvårar en kontinuerlig bergkontakt. Andra orsaker till hålkrökning kan vara att borrkronan inte är ordentligt kombination med att slipad och/eller i borrstålslängden har nått sin knäcklängd.

Ytterligare problem som kan uppstå vid borrning vid dålig bergkontakt är att borrsträngens borrstål som vanligen är sammanfogade med gängförband riskerar att gängas upp, så att gängförbanden upphör att vara åtdragna under pågående borrning.

Detta medför att det kan uppkomma skador på kontaktytor mellan han- och hon-gänga, exempelvis så kan kontaktytorna punktvis svetsas samman av friktionsvärmen, varvid en brottanvisning uppstår på gängorna, vilket kan medföra att borrstålen kan gå av.

Det existerar således ett behov av en förbättrad metod och anordning för styrning' av borrparametrar som åtminstone lindrar problem med den kända tekniken. 10 15 20 25 30 35 AO800l_O8lOlO REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett första ändamål med föreliggande att tillhandahålla borrparameter som löser ovanstående problem. uppfinning är en metod för styrning av åtminstone en Lösningen är en metod som har de karaktäriserande kännetecknen i krav 1.

En sådan metod för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg med en borrmaskin, innefattande en impulsalstrande anordning anordnad att med en genom, ett slagverkstryck alstrad slagkraft inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg, en rotationsalstrande anordning anordnad att med en genom ett alstrad ett rotationsmoment till stötorganet, rotationstryck rotation avge och en trycksättbar dämpkammare anordnad. att genom. ett dämptryck i dämpkammaren åtminstone delvis reglera borrmaskinens kontakt mot berget, innefattar att -bestämma ett första parametervärde representerande dämptrycket, -bestämma ett andra parametervärde representerande borrkronans rotationstryck, -bestämma en avvikelse mellan nämnda andra parametervärde och ett rotationstrycksreferensvärde, - bestämma ett dämptrycksreferensvärde i beroende av nämnda avvikelse, funktion av - reglera slagverkstrycket baserat på en nämnda avvikelse och nämnda dämptrycksreferensvärde.

Detta har fördelen att genom att reglera slagverkstrycket trycket i en att ett som funktion av rotationstrycket och dämpkammare kan det i varje läge säkerställas korrekt slagverkstryck i förhållande till dämptrycket och rotationen används. 10 15 20 25 30 35 Aoaoo1_os101o 5 Detta uppnås genom att om rotationstrycket ligger på en hög' nivå där~ matningstrycket reduceras skall även detta tillåta förhållandet mellan dämptrycket och slagverks- trycket korrigeras på ett lämpligt sätt.

Enligt en utföringsmetod av en metod enligt uppfinningen regleras slagverkstrycket på så sätt att det reflekterar förändringar i nämnda rotationstryck. Enligt en föredragen utföringsmetod av en metod enligt uppfinningen inkluderar metoden vidare steget att reglera slagverkstrycket under ett slagverkstrycksreferensvärde när det första parameter- värdet är mindre än ett dämptrycksreferensvärde och det andra parametervärdet är större än ett rotations- trycksreferensvärde. Enligt en föredragen utföringsmetod är slagverkstrycksreferensvärdet ett börvärde för slagverkstrycket.

Genom. att övervaka rotationstrycket och kombinera detta med en reglering av slagverkstrycket baserat på dämptrycket och är det möjligt att få en känsligare funktion så att risken för hålkrökning minskas men möjliggör också att en produktivitetsminskning undviks vid hålavvikelse pga. sänkt slagverkstryck. När det höga rotationstrycket reducerar reglernivån för dämptrycket kommer förhållandet mellan matningstryck och slagverks- trycket att minskas. Detta kommer att ge en ökad möjlighet att hantera situation när borrkronan kommer till ett delningsplan, framför allt när berget går från mjukt till hårt. När rotationstrycket har en högre nivå än vad som anses som normalt är det ganska liten risk att gängorna på fullgod. godkännas. borrstålen går upp även bergkontakten inte är Detta gör att ett högre slagverkstryck kan Funktionen bidrar även till att rakare hål kan erhållas då man borrar i sprucket berg. Riktningen på borrkronan kan bättre? bibehållas då ett högre slagverkstryck används vid sprick borrning. 10 15 20 25 30 35 E intervall A0800l_O8lOlO 6 Föreliggande uppfinning har ett flertal fördelar. T.ex. ökas livslängden på borrkronor, borrstål (borrsträng) och nackadapter. Denna fördel uppnås genom. att de skadliga reflexerna minskas eftersom skarpare reglernivåer kan sättas och slagverkstrycket regleras i beroende av rotationstrycket samt vilken bergkontakt kronan har. En ytterligare fördel är att skador på gängförbanden minskar.

En annan fördel med. föreliggande uppfinning' är att ett betydligt mera följsamt system erhålls.

Enligt en utföringsmetod av en metod enligt uppfinningen att slagverkstrycket oförändrat när det första parametervärdet varvid metoden inkluderar steget reglera är mindre än ett dämptrycksreferensvärde och det andra parametervärdet är ett större än rotationstrycks- referensvärde.

Enligt en utföringsmetod av en nætod enligt uppfinningen att ett nämnda innefattar metoden vidare steget slagverkstrycksgränsvärde sätts i beroende av funktion och att slagverkstrycket regleras i beroende av slagverkstrycksgränsvärdet.

Enligt en utföringsmetod av en nætod enligt uppfinningen bestäms rotationstrycket kontinuerligt och/eller med vissa intervall genonx avkänning, övervakning, uppmätning eller beräkning. Genom att bestämma nämnda tryck kontinuerligt är det möjligt att göra en kontinuerlig reglering av systemtrycket. Genom att bestämma nämnda tryck med vissa att blir känsligt för små fluktuationer. uppnås fördelen regleringen mindre Enligt en utföringsmetod av en nætod enligt uppfinningen utförs regleringen. med. hjälp av ett matematiskt samband mellan dämptryck, rotationstryck och slagverkstryck och/eller, uppslagning i en förutbestämd tabell. 10 15 20 25 30 35 AO800l_O8l0lO 7 Enligt en utföringsmetod av en metod enligt uppfinningen utgörs funktionen av någon, eller en kombination av några, ur gruppen: proportionell relering, integrerande reglering, deriverande reglering mot nämnda avvikelse och/eller nämnda dämptrycksreferensvärde.

Enligt en utföringsmetod av en metod enligt uppfinningen varvid metoden även innefattar att nämnda slagverkstryckökning regleras på så sätt att slagverkstryckökningen per tidsenhet hålls under ett tröskelvärde.

Enligt en utföringsmetod av en metod enligt uppfinningen varvid den rotationsalstrande anordningen innefattar en rotationsmotor och det andra parametervärdet är ett medelvärde baserat på åtminstone en rotationscykel för rotationsmotorn.

Enligt en utföringsmetod av en metod enligt uppfinningen varvid metoden även innefattar att nämnda impulsalstrande organ är rörligt fram och åter längs en matarbalk reglerat av ett nfitningstryck, och att nämnda matningstryck regleras i beroende av rotationstrycket.

Ett andra syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning för styrning av åtminstone en borrparameter som löser ovanstående problem.

Lösningen är en anordning som har de kännetecknen i krav ll.

En sådan. anordning för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg med en borrmaskin, innefattar en impulsalstrande anordning anordnad att med en genom ett slagverkstryck alstrad slagkraft inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg/ en rotationsalstrande anordning anordnad att med en genom ett rotationstryck alstrad. rotation avge ett rotationsmoment till stötorganet, karaktäriserande 10 15 20 25 30 35 AO800l_08l0lO 8 en trycksättbar dämpkammare anordnad att genom. rådande tryck i dämpkammaren åtminstone delvis reglera borrmaskinens kontakt mot berget, varvid det slagverkstrycket regleras i beroende av trycket i nämnda ett att borrmaskinens rörelse, dämpkammare, och styrsystenl anordnat styra varvid anordningen innefattar organ anordnade att utföra metoderna i enlighet med något av kraven l-10.

En dylik anordning, besitter fördelar motsvarande de ovan beskrivna.

Uppfinningen omfattar även ett datoriserat styrsystem som innefattar medel att utföra en metod att styra av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, i enlighet med någon av metoderna i kraven l-10.

Uppfinningen omfattar vidare ett datorprogram direkt nedladdningsbart i. en dators internminne, vilket program innefattar programkod för att kontrollera en metod enligt någon av metoderna i kraven l-10.

Uppfinningen omfattar även ett datorläsbart medium med ett inspelat datorprogram, vilket datorprogram är designat att få en dator att utföra stegen i enlighet med nætoden i något av kraven l-10.

Uppfinningen omfattar dessutom en borrigg innefattande ett datoriserat styrsystem enligt krav ll.

Fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av nedanstående beskrivning och patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, i vilka 10 15 20 25 30 35 Aosoo1_os1o1o figur 1 visar schematiskt på en borrigg utrustad med en anordning enligt föreliggande uppfinning, figur 2 visar en flytdämpare enligt känd teknik, figur 3 visar ett exempel på reglering av dämp- och slagverkstryck som en funktion av tiden, figur 4 visar ett exempel på reglering av nmtningstryck som funktion av rotationstryck, figur 5 visar ett exempel på reglering av slagverkstryck, enligt en exempelutföringsform av föreliggande uppfinning, figur 6 visar ett exempel på en display för reglering av slagverkstryck enligt figur 5 och figur 7 visar ett exempel på en detalj av ett styrsystem enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Följande beskrivning beskriver en underjordsrigg, men uppfinningen kan även appliceras på en ovanjordsrigg.

I figur l visas en bergborrningsrigg 10 för tunnel- drivning, malmbrytning eller installation av bergförstärkningsbultar vid t.ex. tunneldrivning eller gruvdrift. Borriggen 10 inkluderar en bom ll, vars ena ände lla är ledbart fäst vid en bärare 12, såsom ett fordon, via ett eller flera ledorgan och vid vars andra ände llb är anordnad en mätare 13 som uppbär en impulsalstrande anordning i form av en borrmaskin 14.

Borrmaskinen 14 är förskjutbar längs mataren 13, och genererar stötvågor som via en borrsträng 15 och en borrkrona 18 överförs till berget 17. Riggen 10 innefattar vidare en styrenhet 16 vilken kan användas vid styrning av borrparametrar enligt föreliggande uppfinning och enligt vad som kommer att beskrivas nedan. Styrenheten 16 kan användas för att övervaka position, riktning' och borrat avstånd etc. med avseende på borrmaskin och bärare.

Styrenheten innefattar en mikroprocessor, eller en (CPU) eller en halv- processor innefattande en centralprocessor fältprogrammerbar integrerad krets (FPGA) eller 10 15 20 25 30 35 A08001_08l0l0 10 ledarenhet innefattande programmerbara logikkomponenter och programmerbara kommunikationsenheter som reglerar borrmaskinens funktioner med styrfunktioner och utför stegen enligt metoden enligt någon aspekt av uppfinningen.

Detta utförs med hjälp av ett eller flera datorprogram, som. är lagrade åtminstone delvis i ett minne som är åtkomligt för styrenheten. Styrenheten 16 kan även användas för styrning av förflyttning av riggen 10, även om en detta. separat styrenhet naturligtvis kan användas för Borrmaskinen 14 innefattar på ett i och för sig känt sätt en rotationsanordning (ej visad) anordnad att rotera borrsträngen 15 under borrningen. Rotationsanordningen innefattar en rotationsmotor~ sonm drivs hydrauliskt genom ett rotationsvätskeflöde som emanerar från en första ledning 22. Trycket i ledningen 22 är rotationstrycket som 24. trycksensorn 24 uppmäts med en första trycksensor Styrenheten 16 tar emot signaler från den första och och därmed den första 22. med övervakar registrerar trycket i ledningen och/eller övervakning, Rotationstrycket uppmäts kontinuerligt vissa intervall genom. avkänning, uppmätning' eller beräkning. Trycksensorn 24 kan även, i en annan utföringsform ej visad, mäta rotationstrycket i rotationsmotorn. Parametervärde? Borrmaskinen 14 drivs framåt med en nwtningskraft av en matningsmotor (ej visad) som drivs hydrauliskt genom ett matningsflöde som emanerar från en andra pump 26 genom en andra ledning 28. Trycket i matarledningen 28 är matningstrycket som uppmäts med en andra trycksensor 30.

Styrenheten 16 tar emot signaler från trycksensorn 30 och övervakar och registrerar därmed trycket i den andra ledningen 28. Bergborrens position och hastighet bestäms med hjälp av en positionssensor (ej visad) på mätaren (13) ansluten till styrsystemet 16. Den hastighet som borrmaskinen och släden har under den tid. då det inte pågår någon borrning benämns här matningshastighet. Den hastighet som borrmaskinen och släden har under borrning benämns här borrsjunkning. 10 15 20 25 30 35 AO800l_08l0lO 11 inuti borrmaskinen (borrstålet) Genonn en slagverksmekanisnl (ej visad) överförs slagpulser till borrsträngen och därifrån vidare till berget genom att slagverksmekanismen slår mot en adapter (ej visad) fäst i borrsträngen 15 distalt borrkronan. Slagverksmekanism. drivs med. ett slagverkstryck (stötvågsgenererande tryck).

Borrmaskinen innefattar vidare ett dämparsystem.

Borrsträngen 15 matas mot berget via en dämpkolv (ej visad), anordnad i dämparsystemet. Förutom nämnda funktion att trycka borrsträngen mot berget har dämpkolven även en dämpande funktion.

Figur 2 visar dämparsystemet mer i detalj. Borrsträngen 15 matas mot berget via en dämpkolv 34, detta fall, en flytdämpare i anordnad i dämparsystemet. Borrsträngen matas mot berget via en hylsa 37 med hjälp av dämpkolven 34 varvid dämparen 34 slår mot adaptern 35. I drift överförs en med ett hydraultryck i en trycksättbar dämpkammare 38 bestämd kraft till adaptern 35 via dämpkolven 34 och hylsa 37, kraft att att borrkronan hela tiden hålls tryckt mot berget. där nämnda används för säkerställa Dämpkolven den ett att om förhållande till till ett nytt läge, vilket t.ex. ett hålrum, är vidare så anordnad förskjuts i borrningsriktningen i normalläge, t.ex. kan vara fallet om borrkronan når eller* om, en hårdare bergart övergår i en lösare bergart, i vilka fall slagkolvens slag slår iväg borrsträngen, åstadkoms en trycksänkning i dämpkammaren 38.

Hydraultrycket' i dämpkammaren 38 är dämptrycket som uppmäts med en tredje trycksensor, ej visad. Styrenheten 16 tar emot signaler från den tredje trycksensorn och övervakar och registrerar därmed dämptrycket. Genom. att mäta dämptrycket (alternativt kan dämptrycket i dämpkammaren representeras av ett tryck som uppmäts/bestäms i. eller vid eaï tryckmatningsledning till dämpkammaren 38) kan styrenheten 16 bestämma i vilken grad borrkronan har kontakt med berget, samt även dämpkolvens position relativt normalpositionen. 10 15 20 25 30 35 AO800l_08lOlO 12 I en annan utföringsfornn ej visad, kan även, en dämpkammare innefattande två dämpkammare utnyttjas.

Hydraultrycket i, eller i. en matningsledning till, dämpkammaren 38 utnyttjas sonl en första styrfunktion för en reglering av slagverkstrycket som en funktion av dämptrycket och tiden med syfte att uppnå bra bergkontakt. ett styrfunktionen Figur 3 visar exempel på en sådan reglering. Den första innefattar att reducera slagverkstrycket när vilket medför att dämptrycket sjunker, nackadaptern har trycks fram och bergkontakten är dålig, och öka slagverkstrycket när dämptryck är högt och när bergkontakten bedöms vara god. Den första styrfunktionen utnyttjas möjliggör därmed att kontrollerat växla mellan olika dämptrycksnivåer.

I styrsystemet finns ett antal gränsvärden för dämptrycket D definierade: ett första dämptryck Dl, motsvarande dämptrycket vid. ett lågt slagverkstryck, ett andra dämptryck D2 motsvarande dämptrycket vid ett högt slagverkstryck.

Grundprincipen för den första. styrfunktionen. är en reglering av slagverkstrycket som en funktion av dämptrycket när dämptrycket befinner mellan de två sig, dämptrycksnivåerna det första dämptrycket Dl och det andra dämptrycket D2. Det första dämptrycket D1 kan exempelvis utgöras av en nivå där slagverkstrycket är reducerat till startborrningsnivå, med syfte att utrustningen inte ska ta skada om, bergskontakten. går förloras till Det andra dämptrycket D2 kan eftersom» stötvågs- impulsen då inte överförs berget utan studsar tillbaka inom borrmaskinen. exempelvis utgöras av ett tryck vid vilket bergkontakten och ett högt eftersonx risken att skada utrustningen. är Inindre anses vara god, slagverkstryck därför kan godtas eftersom stötvågsimpulsen därvid överförs på ett effektivt sätt.

Slagverket är i detta fall reglerat så att det kan vara aktiverat då dämptrycket befinner sig i intervallet lågt dämptryck Dl till högt dämptryck D2. I figur 3 visas hur 10 15 20 25 30 35 AO8001_O8lOlO 13 slagverkstrycket hålls på en påhuggs- (startborrnings-) nivå S1 vid borrningens start och så länge som dämptrycket understiger den högre nivån D2. När dämptrycket vid en tidpunkt Tl överstiger trycknivån D2 ökas slagverkstrycket till normalborrningstrycket S2, där slagverkstrycket sedan bibehålls så länge som. dämptrycket inte understiger den lägre första dämptrycksnivån D1. Vid en senare tidpunkt T3 understiger dämptrycket trycknivån Dl och därmed sänks slagverkstrycket till startborrningsnivån S1. Sänkningen sker som en stegfunktion i detta fall men även andra funktioner kan utnyttjas i andra utföringsformer såsom exempelvis en proportionell funktion eller en rampfunktion, I samband med borrning så finns det trots regleringen med den ovanstående första styrfunktionen en risk att man borrar fast. att få Fastborrning medför att det antingen är svårt loss borrstången så att borrstången måste kvarlämnas i borrhålet från berget vilket i sig förorsakar en produktionsminskning. Om en borrstång måste kvarlämnas uppstår dessutom. problemet förutom. kostnaden för själva svårigheter i samband med att fortsatt efteråt stången och borrkronan även Dessutom finns risken den kvarvarande skall lastningen. borrkronan störa borrning eller bearbetningen av borrkaxet när detta krossas material Ofta eftersom: borrkronan innefattar hårdare som hårdmetall som kan förstöra utrustningen. när borrmaskinen är på väg att fastna så ökar rotationstrycket R till rotationsmotorn eftersom. det då krävs ett högre moment för att driva runt borrkronan. Därför har såsom visas i figur 4 en andra styrfunktion implementerats i styrsystemet. Den andra styrfunktionen reglerar matningstrycket som en funktion i beroende av rotationstrycket R. I figur 4 beskriver den horisontella axeln rotationstrycket och den vertikala axeln beskriver till matarcylindern är j. detta fall direkt proportionellt mot matningstrycket. Matningstrycket matarmotorn/ pmatningskraften. 10 15 20 25 30 35 AO800l_O8lOlO 14 I styrsystemet finns ett antal rotationstryck definierade, såsom två ändlägen för rotationstrycket: ett lägsta rotationstryck Rl, ett börvärde för rotationstrycket R2, ett gränsvärde för rotationstrycket R3 efter fastborrning, vilket rotationstryck som är större än börvärdet R2, samt ett tillåtna R4. Det rotationstrycket Rl motsvarar tomgång för rotationsmotorn, högsta rotationstryck lägsta när borrmaskinen är aktiverad men obelastad. Börvärdet för rotationstryck R2 motsvarar ett antaget rotationstryck för vilket motsvarar håller Det rotationstrycket R4 är definierat som ett tryck alldeles aktuell bergtyp, att gängförbanden på borrsträngen ihop. högsta tillåtna före det tryck som motsvarar att gängförbanden dras åt så mycket att de inte längre kan lossas. Om det högsta tillåtna rotationstrycket R4 uppnås aktiverar styrsystemet en fastborrningsskyddsfunktion. Fastborrningsskydd- funktionen backar borrmaskinen till dess att rotations- trycket understiger rotationstrycket efter fastborrning R3. Motsvarande matningstryck är: ett matningstryck vid fastborrning Ml, ett gränsvärde för matningstryck M2, samt ett börvärde för matningstryck vid normalborrning M3.

I figur 4 startar borrmaskinen med tomgångsrotations~ trycket RI och så länge normal borrning utförs understiger börvärdet för rotationstrycket rotationstrycket R2. I figuren och i styrsystemet motsvarar intervallet mellan tomgångsrotationstrycket Rl och börvärdet för rotations- trycket R2 normalborrning M3. Om fast matningstrycket vid borrmaskinen av någon anledning börjar borra ökar rotationstrycket såsom. ovan nämnts. Om rotationstrycket därvid passerar börvärdet för rotationstrycket R2 är styrsystemet anordnat att minska matningstrycket till gränsvärdet för matningstrycket M2. I detta fall sker minskningen av matningstrycket proportionellt mot rotationstrycket, men. minskningen. av' matningstrycket kan även ske enligt andra matematiska funktioner.

Trycknivån för gränsvärdet vid borrning M2 är vanligen fastställd. till en nivå där friktionen. precis övervinns och borrmaskinen börjar röra sig. Syftet är att vid denna 10 15 20 25 30 35 Aosoo1_0s1o1o 15 nivå minska bergkontakten något för borrkronan och därmed minska risken att borrmaskinen fastnar och att gängförbanden blir för hårt åtdragna så att de ej kan lossas. Om rotationstrycket trots detta fortsätta att stiga till det högsta tillåtna rotationstrycket R4 kommer styrsystemet att aktivera fastborrningsskyddsfunktionen och sänka matningstrycket till matningstrycket vid fastborrning Ml, i detta fall som en stegfunktion. Under förloppet fram till att fastborrningsskyddet aktiveras är flödet konstant och därmed är matningstrycket konstant på nivån för gränsvärdet för matningstrycket M. När fastborrningsskyddet därefter aktiveras regleras matnings- trycket så att borrsläden matas bakåt till dess att rotationstrycket understiger rotationstrycket efter fastborrning R3.

Det finns olika utföringsformer för funktionen för reglering av matningstrycket i beroende av rotations- trycket för olika riggtyper såsom ovan- eller underjordsriggar. Regleringen kan exempelvis utföras enligt en matematisk modell såsom proportionell, deriverande, integrerande reglering eller någon annan känd reglering.

När ovan beskrivna första och andra styrfunktioner kombineras så kan följande situation uppstå: Styrsystemet avläser ett ökande rotationstryck R, vilket medför att när rotationstrycket ökat över börvärdet för rotationstrycket R2 så minskar systemet Inatningstrycket M med. den andra styrfunktionen. Eftersom matningstrycket M minskar orsakar detta att bergkontakten försämras vilket medför att dämptrycket D minskas och i beroende av detta minskar styrsystemet med den första styrfunktionen slagverks- trycket S.

Denna situation får till följd. att det minskade matningstrycket M visserligen medverkar till att minska risken för att borrstålet knäcks men om borrkronan däremot träffar ett delningsplan. mellan olika bergtyper kan det uppstå en risk för hålkrökning eftersom förhållandet 10 15 20 25 30 35 A0800l_08l0l0 16 mellan matningstryck och slagverkstrycket är konstant, eftersom båda är reducerade. En annan följd att detta är också om inte systemet lyckas att räta upp hålet så finns sista delen av hålet kommer att borras med vilket risken den påhuggslagverk, kraftigt minskar borrsjunkningen och därmed produktiviteten.

Föreliggande att beskrivas mer i detalj uppfinning kommer nu med hänvisning till figur 5 som ett exempel på reglering av slagverkstrycket, enligt en utföringsform av uppfinningen som. har till syfte att öka borrsjunkningen och produktiviteten. I figur 5 visas en metod där slagverkstrycket regleras i beroende av rotationstyck och dämptryck. I visas tre kurvor figuren representerande slagverkstryck S, dämpningstryck D och rotationstryck R i beroende av en gemensam tidsaxel.

I styrsystemet finns förutom de fördefinierade gränsvärden för rotationstrycket som nämnts i beskrivningen till figur 4 ett ändlägen för rotationsborrning Rl och R4. rotationstrycksreferensvärde R5 definierat mellan För dämpningstrycket finns förutom de gränsvärden för dämptrycket som definierats i beskrivningen till figur 3 ett tredje gränsvärde för dämptrycket, ett dämptrycks- referensvärde Dref definierat, vilket dämptryck är lägre än det första dämptrycket Dl.

För slagverkstrycket finns som ovan nämnts i beskrivningen till figur 3 två nivåer för slagverkstrycket definierade i styrsystemet: slagverkstrycket vid påhugg S1 och, slagverkstrycket vid normalborrningstryck S2.

Metoden att ett första innefattar parametervärde Pl representerande Dessutom. bestäms ett rotationstryck R. dämptrycket D bestäms. andra parametervärde P2 representerande borrkronans avvikelse AR mellan nämnda andra ett Därefter bestäms en parametervärde och rotationstrycksreferensvärde R5, samt ett dämptrycksreferensvärde Dref i beroende av nämnda avvikelse AR. 10 15 20 25 30 35 AO800l_O8l0lO 17 Slagverkstrycket regleras baserat därmed på en funktion G(AR, Dref) referensvärde Dref. av nämnda avvikelse AR och nämnda dämptrycks- Borrningen i exemplet beskrivet i figur 5 börjar vid tiden TOO dämptrycksreferensvärdet Dref och börvärdet för rotations- trycket Rl.

Tll styrfunktionen visad i figur 3 mellan tidpunkterna TO och Tl. Detta vilket att och startar med ett slagverkstryck Sl för påhugg, Under tiden visad i intervallet mellan TOO och motsvaras kurvan av regleringen med den första intervall motsvarar normalborrning innebär rotationstrycket ligger under eller på börvärdet av rotationstryck R2. I detta fall har villkoren för reglering enligt förevarande metod ännu inte uppfyllts.

Dock om rotationstrycket R stiger så att börvärdet för rotationstryck R2 överskrids börjar styrsystemet reducera matningstrycket M, i enlighet med den andra styrfunktionen Detta att dämptrycket D sjunker orsakad av att bergkontakten därvid visad i figur 4. förorsakar samtidigt blir sämre.

Om rotationstrycket är större än rotationstrycks~ referensvärde R5 såsom visas vid tidpunkt Tl2 i figur 5 är också ett av villkoren för att aktivera den beskrivna metoden uppfyllt. Styrsystemet reglerar därmed slagverkstrycket baserat på följande metod: Styrsystemet bestämmer ett första parametervärde Pl representerande dämptrycket D, samt ett andra parametervärde P2 representerande borrkronans rotationstryck R. Därefter bestämmer styrsystemet en avvikelse AR mellan nämnda andra parametervärde P2 och ett rotationstrycksreferensvärde Rref för att efter det bestämma ett dämptrycksreferensvärde Dref i beroende av nämnda avvikelse AR. Därefter regleras slagverkstrycket baserat på en funktion av nämnda avvikelse och det första parametervärdet Pl.

I den visade utföringsformen innebär detta att när rotationstrycksreferensvärde R5 uppnåtts ändras villkoren 10 15 20 25 30 35 AO800l_O8lOlO 18 vid reglering av slagverstrycket och dämp- trycksreferensvärdet Dref utnyttjas som reglernivå istället för gränsnivån motsvarande det första dämptrycksvärdet Dl som beskrivs i figur 3. Detta innebär att när rotationstrycket R stiger exempelvis pga. fastborrning och. matningstrycket börjar reduceras i beroende därav så kommer styrsystemet att hålla kvar nivån för att slagverkstrycket på istället normalborrningstrycket S2 till När rotationstrycket åter sjunker under för sänka slagverkstrycket påhuggstrycket Sl. nivån för rotationstrycksreferensvärde R5, se punkt Tl4 i figur 5, så uppfylls inte längre villkoren för metoden och den första styrfunktionen reglerar återigen slagverkstrycket som beskrivet i figur 3.

Om borrkronan vidare träffar ett hålrum eller parti med löst att att att berg så dämptrycket minskar utan rotationstrycket samtidigt ökar kommer styrsystemet reducera slagverkstrycket redan på reglernivån dämptrycket för lågt slagvärde Dl se T5 i figur 5. sätt Slagverkstrycket regleras på så att det reflekterar förändringar i rotationstrycket.

Slagverkstrycket regleras väsentligen på så sätt att det reflekterar rotationstryck. förändringar i nämnda Rotationstrycket kan bestämmas kontinuerligt och/eller med vissa intervall genoni avkänning, övervakning, uppmätning eller beräkning.

Ovan har föreliggande uppfinning exemplifierats med en linjärreglering. Exempelvis kan slagverkstrycket vara reglerat som en funktion av rotationstryck och dämptryck varvid. nämnda funktion utgörs av någon, eller en kombination av några, ur gruppen: proportionell reglering, deriverande reglering, integrerande reglering mot nämnda avvikelse och/eller nämnda dämptrycksreferensvärde eller en kombination därav. Metoden kan även utföras med hjälp av ett matematiskt samband mellan dämptryck, rotationstryck och slagverkstryck och/eller, en förutbestämd tabell. uppslagning i 10 15 20 25 30 35 AO800l_O8lO1O 19 Slagverkstryckökning kan även regleras på så sätt att slagverkstryckökningen per tidsenhet hålls under ett tröskelvärde.

I en ytterligare utföringsform sätts ett slagverkstrycksgränsvärde i beroende av rotationstryck och dämptryck och slagverkstrycket regleras mot detta slagverkstrycksgränsvärde.

Att tillåta ett slagverkstryck S som är högre än normalborrningstrycket S2 har fördelen att borrning i t.ex. fall där lager med betydligt hårdare berg ligger insprängda i det borrade berget kan underlättas.

I en ytterligare utföringsfunktion begränsas slagverks- trycket om det första parametervärdet understiger dämptrycksreferensvärdet Dref.

Slagverkstrycket begränsas dessutom om det första parametervärdet understiger dämpsystemets tomgångstryck.

I ännu en utföringsform regleras slagverkstrycket att överstiga ett slagverkstrycksreferensvärde när det första parametervärdet P2 är mindre än ett dämptrycksreferensvärde och det andra» parametervärdet är ett större än rotationstrycksreferensvärde. ett Slagverks- trycksreferensvärdet är exempelvis börvärde för slagverkstrycket beräknat såsom ett matematiskt samband eller taget ur en tabell.

I en ytterligare utföringsform. regleras slagverkstrycket så att det bibehålls väsentligen kontinuerligt oförändrat när det första parametervärdet är mindre än ett dämptrycksreferensvärde och det andra parametervärdet är större än ett rotationstrycksreferensvärde_ I figur 6 en anordning 100 såsom en detalj av styrsystemet (16) för reglering av slagverkstryck enligt figur 5 10 15 20 25 30 35 A08001_081010 20 Anordningen innefattar ett första organ 110 som. påförs signaler från den första trycksensorn 24 som mäter rotationstrycket. Det första organet 110 är anordnat att bestämma ett första parametervärde P1 representerande rotationstrycket R. Anordningen innefattar vidare ett andre organ 120 som påförs signaler från den tredje trycksensorn 24 som mäter dämptrycket. Det andra organet 120 är anordnat att bestämma ett andra parametervärde P2 representerande dämptrycket D. ett Det första parametervärdet och Rref ett rotationstrycksreferensvärde påförs tredje organ 130 anordnat att bestämma en avvikelse AR mellan det andra parametervärdet R2 och rotationstrycks- referensvärdet Rref. Avvikelsen AR påförs ett fjärde organ 140 anordnat att bestämma ett dämptrycksreferensvärde Dref i beroende av nämnda avvikelse. Dämptrycksreferensvärde Dref och Avvikelsen AR påförs därefter ett femte organ 150 anordnat att reglera slagverkstrycket S baserat på en funktion av nämnda avvikelse och nämnda dämptrycksreferensvärde.

Figur 7 visar ett exempel på en display för reglering av slagverkstryck enligt figur 5 med en manometer vardera för rotations-, slagverks- och dämptrycket. att dämptrycket ligger j_ de streckade fälten i nønometrarna.

Under normalborrning dvs. rotationstrycket och Vilket inne bär att rotationstrycket ligger under börvärde rotationstryck R2 och dämptrycket ligger över nivån dämptrycket, högt dämptryck D2. I detta fall kommer förevarande uppfinning inte att påverka systemet.

Under de förhållandena att rotationstrycket stiger sig inom det rutade området så har styrsystemet med den andra styrfunktionen reducera Detta att börjat_ matningstrycket. orsakar dämptrycket sjunker eftersom bergkontakten inte är lika bra och kommer dämptrycket under nivån under det blir följden blir att första dämptrycket slagverkstrycket reduceras.

A0800l_O8lOlO 21 Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen utan fackmannen kan givetvis modifiera den på ett flertal sätt inom ramen för den av patentkraven definierade uppfinningen.

Claims (15)

10 15 20 25 30 35 A0800l_08l0lO 22 PATENTKRAV

1. EH1 metod för~ styrning av' åtminstone en1 borrparameter vid borrning i berg med en borrmaskin (14), innefattande en impulsalstrande anordning anordnad att med en genom ett slagverkstryck alstrad slagkraft inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg (18), en rotationsalstrande anordning anordnad att med en genom ett rotationstryck alstrad rotation avge ett rotationsmoment till stötorganet, och. en trycksättbar dämpkammare (38) anordnad. att genom ett dämptryck i dämpkammaren åtminstone delvis reglera borrmaskinens kontakt mot berget, kännetecknad av mi -bestämma ett första parametervärde (P1) representerande dämptrycket (D), -bestämma ett andra parametervärde (P2) representerande borrkronans rotationstryck (R), -bestämma en avvikelse (AR) mellan nämnda andra parametervärde och ett rotationstrycksreferensvärde (Rref), - bestämma ett dämptrycksreferensvärde (Dref) j_ beroende av nämnda avvikelse, - reglera slagverkstrycket (5) baserat på en funktion av nämnda avvikelse och nämnda dämptrycksreferensvärde.

2. Metod kontinuerligt och/eller med vissa intervall bestäms genom enligt krav l, varvid rotationstrycket (R) avkänning, övervakning, uppmätning eller beräkning. varvid ett

3. Metoden l-2, att enligt något av patentkraven innefattar (Sref) nämnda funktion och att slagverkstrycket (S) (Sref). metoden vidare steget slagverkstrycksgränsvärde sätts i beroende av regleras mot nämnda slagverkstrycksgränsvärde

4. Metod enligt något av patentkraven 1-3, varvid nämnda funktion utgörs av någon, eller en kombination av några, 10 15 20 25 30 35 Aosoo1_os1o1o 23 ur gruppen: proportionell reglering, deriverande avvikelse (Dref) reglering, nämnda (AR) integrerande (och/eller eller en kombination därav. reglering mot nämnda dämptrycksreferensvärde

5. Metoden enligt l-4, varvid regleringen utförs med. hjälp av ett matematiskt något av patentkraven samband mellan dämptryck, rotationstryck och slagverkstryck och/eller, uppslagning i en förutbestämd tabell.

6. Metod inkluderande enligt l-5, vidare slagverkstrycket något av att (S2) är mindre än dämptrycksreferensvärdet (P2) patentkraven steget reglera under normalborrningstrycket (P2) andra parametervärdet (Rref). när det första parametervärdet (Dref) och det är större än rotationstrycks- referensvärdet

7. Metod l-6, inkluderande steget att reglera slagverkstrycket (S) (S2) är större än dämptrycksreferensvärdet (P2) är (Rref). enligt något av patentkraven vidare mot normalborrningstrycket (P2) andra när det första parametervärdet (Dref) och det parametervärdet större än rotationstrycksreferensvärdet

8. Metoden enligt något av föregående patentkrav, varvid innefattar att nämnda sätt att tidsenhet hålls under ett tröskelvärde. metoden även slagverkstryckökning regleras på så slagverkstryckökningen per

9. Metoden enligt något av patentkraven l-8, varvid den rotationsalstrande anordningen innefattar en rotationsmotor och det andra parametervärdet är ett medelvärde baserat på åtminstone en rotationscykel för rotationsmotorn.

10. Metoden enligt något av kraven 1-9, varvid. metoden även innefattar att nämnda impulsalstrande organ är rörligt fram och åter längs en matare (l3)reglerat av ett 10 15 20 25 30 35 AO800l_O810lO 24 matningstryck (M), beroende av rotationstrycket (R). och att nämnda matningstryck regleras i

11. Anordning för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg med en borrmaskin (14), innefattande en impulsalstrande anordning anordnad att med en genom ett slagverkstryck alstrad slagkraft inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg (18), en rotationsalstrande anordning anordnad att med en genom ett rotationstryck alstrad rotation avge ett rotationsmoment till stötorganet, en trycksättbar dämpkammare (38) anordnad att genom rådande tryck i dämpkammaren åtminstone delvis reglera borrmaskinens kontakt mot berget, varvid det slagverkstrycket regleras i beroende av trycket i nämnda dämpkammare, och ett styrsystem (16) anordnat att styra borrmaskinens rörelse, kännetecknad av att anordningen innefattar organ anordnade att utföra metoderna i enlighet med något av kraven 1-10.

12. Ett datoriserat styrsystem som innefattar medel att utföra en metod att styra av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, i enlighet med någon av metoderna i kraven 1-10.

13. Ett datorprogram direkt nedladdningsbart i en dators internminne, vilket program innefattar programkod för att kontrollera en metod enligt någon av metoderna i kraven 1- 10.

14. Ett datorläsbart medium med ett inspelat datorprogram, vilket datorprogranl är designat att få en dator att utföra stegen i enlighet med v metoden i något av kraven 1-10.

15. En borrigg (10) innefattande ett datoriserat styrsystem enligt krav 12.