SE529230C2 - Anordning och metod vid borrning i berg - Google Patents

Description

15 20 25 30 529-230 2 Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en anordning för styrning av borrparametrar som löser ovanstående problem.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en metod för styrning av borrparametrar som löser ovan- stående problem.

Dessa och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom en anordning för styrning av borrparametrar, såsom defi- nieras i patentkrav l, och genom en metod enligt patentkrav 6.

Enligt föreliggande uppfinning uppnås ovan nämnda syften genom en anordning för styrning av borrparametrar vid borrning i berg, varvid anordningen är så anordnad att ett borrverktyg medelst en eller flera borrstángskomponenter till en borrma- skin är anslutbart. Anordningen innefattar organ, t.ex. en ro- tationsmotor, för att vid borrning rotera borrverktyget och tillhandahålla ett åtdragningsmoment för åtdragning av skarvar mellan en eller flera ur gruppen: borrverktyg, en eller flera borrstångskomponenter och borrmaskin. Anordningen är inrättad att reglera borrverktygets rotationshastighet baserat på till- gängligt åtdragningsmoment.

Detta har fördelen att, då åtdragningsmomentet som erfordras för att hålla ihop skarvarna är rotationshastighetsberoende, borrstàngens rotationshastighet kan sänkas så att tillgängligt åtdragningsmoment även blir tillräckligt åtdragningsmoment för att hälla ihop skarvarna.

Detta har också fördelen att föreliggande uppfinning är väl lämpad för s.k. startborrning eller pàhuggsborrning. Eftersom reducerad matningskraft används vid startborrningen påverkar detta även tillgängligt åtdragningsmoment då åtdragningsmomen- 7284l.d0C; 2004-12-10 10 15 ~2O 25 30 i 529 230 3 tet är beroende av matningskraften. I normalfallet inställs en rotationshastighet som är anpassad till slagverkstrycket och matningstrycket vid fullborrning, vilket i sin tur normalt an- vänds med det matningstryck som används vid fullborrning. Den- na rotationshastighet kommer således att vara baserad på ett V beräknat tillgängligt maximalt åtdragningsmoment som är betyd- ligt större än vad som är fallet under startborrning, vilket ökar risken för att ett lösgörande moment enligt ovan uppstår, varvid skador på borrstàngen kan uppstå. Genom att istället tillämpa föreliggande uppfinning kan rotationshastigheten sän- kas och anpassas till tillgängligt àtdragningsmoment, vilket således möjliggör undvikande av lossdragning och därav beroen-, de skador.

Tillgängligt åtdragningsmoment kan erhållas som funktion av rotationstrycket. Detta har fördelen att tillgängligt åtdrag- ningsmoment kan erhållas på ett enkelt sätt.

Anordningen kan vidare innefatta matningsorgan för att trycka borrverktyget mot ett underlag, varvid anordningen kan vara inrättad att öka/minska tillgängligt åtdragningsmoment genom ~ att öka/minska matningstrycket.

Anordningen kan vidare vara inrättad att kontinuerligt och/eller med vissa intervall erhålla rotationstrycket genom avkänning, övervakning, uppmätning eller beräkning, samt att jämföra det erhållna rotationstrycket med det som erfordras vid borrverktygets aktuella rotationshastighet och minska borrverktygets rotationshastighet om aktuellt tryck är mindre än det erfordrade. Jämförelsen kan utföras med hjälp av ett samband mellan erforderligt rotationstryck och borrverktygets rotationshastighet och/eller genom uppslagning i en tabell in- nefattande ett förhållande mellan erforderligt rotationstryck och borrverktygets rotationshastighet. 72841.d0C; 2004-12-10 lO 15 20 25 ' 529 230 4 Detta har fördelen att det hela tiden under borrningsprocessen kan säkerställas att rotationshastigheten inte är för hög i förhållande till rotationstrycket.

Anordning kan vidare vara inrättad att använda matningstrycket vid reglering av rotationshastigheten.

Föreliggande uppfinning avser även en dylik metod, varigenom fördelar motsvarande de ovan beskrivna erhålls.

Ytterligare fördelar uppnås genom olika aspekter av uppfin- ningen och kommer att framgâ av följande detaljerade beskriv- ning.

Kort beskrivning av ritningarna Figur l visar ett exempel på en borrmaskin där föreliggande uppfinning kan tillämpas.

Figur 2 visar ett diagram över förhållandet mellan erforder- ligt rotationstryck och rotationshastighet.

Figur 3 visar ett styrsystem enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I figur l visas ett exempel på en bergborrningsanordning 10 där föreliggande uppfinning kan tillämpas. Anordningen inne- fattar en borrmaskin 1 som i drift ansluts till ett borrverk- tyg såsom en borrkrona 2 via en borrstång 3 bestående av en eller flera borrstångskomponenter 3a, 3b, där borrstångskompo- nenten närmast borrmaskinen utgörs av en i borrmaskinen anord- nad adapter 4. Borrmaskinen innefattar vidare en slagkolv 5 som är rörlig fram och åter i borrstångens 3 axiella riktning.

Vid borrning överförs energi från slagkolven 5 till borrstàng- en 3 via adaptern 4 och sedan från borrstångskomponent 3a, 3b 7284l.d0C; 2004-12-10 l0 15 20 25 s29 zzot till borrstångskomponent 3a, 3b och slutligen till berget 6 via borrkronan 2.

Förutom att borrkronan 2 vid borrning utsätts för slagpulser, roteras den för att stiften på borrkronan 2 hela tiden ska träffa nytt berg, vilket ökar borrningens effektivitet. Borr- kronan 2 roteras med hjälp av borrstången 3 som i sin tur ro- teras av företrädesvis en rotationsmotor 7.

Bergborrmaskinen l är vidare rörlig längs en matarbalk 8 me- delst en matningsmotor eller cylinder på sedvanligt sätt med hjälp av t.ex. kedja eller vajer för att hela tiden trycka borrmaskinen l mot berget 6. För att inte skarvarna mellan borrstångskomponenterna 3a, 3b skall gå isär vid borrning, in- nefattar borrmaskinen 1 även en bussning ll som medelst en kolv 12 trycks mot adaptern 4 och därmed borrstången 3 så att borrkronan 2 har bättre kontakt med berget 6 och t.ex. inte hänger fritt i luften när nästa stöt från slagverket sker.

Kolven 12 kan även användas för att dämpa reflexer från borr- kronans 2 bergträffar.

Vid borrning inställs en rotationshastighet för borrstången 3, och därmed borrkronan 2. Det är möjligt att hela tiden reglera rotationshastigheten enligt slagverksfrekvens så att oavsett slagverksfrekvens hela tiden borrkronans stift hamnar på öns- kad plats, t.ex. att stiften vid nästkommande slag hela tiden hamnar mittemellan stiftpositionerna vid föregående slag.

Erforderligt varvtal, n, för att önskad indexering, z, av borrkronans periferi (krondiameter D) skall erhållas kan be- räknas ur följande ekvation: n=-7;Z-D--f-6O[rpm], 728414106; 2004-12-10 lO 15 20 25 30 i 529 250 där f är slagverksfrekvensen. Varvtalet enligt ekvationen kan reduceras om kronans förslitning blir för stor. Vanligtvis sker dock ingen varvtalsförändring vid ändring av slagverks- tryck eftersom slagverksfrekvensen endast beror av roten ur slagverkstrycket. Istället beräknas enligt ovanstående ekva- tion ett varvtal som passar bäst för det högsta slagverkstryck som används och därmed associerad slagverksfrekvens.

Vid borrningen är storleken av borrstångens rotationsmoment avgörande för huruvida skarvarna mellan borrstångskomponenter kommer att vara tillräckligt åtdragna eller inte. Vanligtvis används rotationstrycket för att beräkna rotationsmomentet. Om dock inte tillräckligt àtdragningsmoment kan erhållas med hjälp av rotationstrycket (erforderligt åtdragningsmoment på- verkas, förutom av rotationshastighet, även av berget och kro- nan) kan matningskraften ökas för att erhålla tillräckligt mo- ment.

Under vissa förhållanden är dock erforderligt åtdragningsmo- ment inte tillräckligt för att kunna säkerställa att borr- stångens skarvar går åtdragna, och skarvarna riskerar därför att lösgöras.

Enligt föreliggande uppfinning löses detta genom att vid behov minska rotationsvarvtalet så att detta anpassas till det åt- dragande moment som finns att tillgå.

Ett exempel på ett förhållande där det kan förekomma att till- räckligt åtdragningsmoment inte finns tillgängligt är, såsom tidigare nämnts, vid s.k. startborrning eller borrningens pà- hugg. Det är viktigt att starten genomförs på ett korrekt sätt då det är under denna del som hàlets riktning bestäms. Både riktningsfel och eventuell krökning resulterar i stor avvikel- se som i sin tur medför stor belastning på borrutrustningen och försvàrade sprängningsförhàllanden. 72841.doc: 2004-12-10 lO 15 20 25 30 is29 zso För att erhålla en bra startborrning så att det kan säkerstäl- las att hålet hamnar på avsedd plats och har rätt riktning vill man bland annat borra den första delen av hålet med redu- cerad matningskraft och reducerad borreffekt för att borrstå- let inte skall slinta mot bergets yta, vilken ofta är ojämn och inhomogen p.g.a. t.ex. tidigare sprängning. Således kan man vid startborrningen inte öka matningskraften godtyckligt utan att riskera borrhålets placering/riktning.

För en exemplifierad borrmaskin kan matningstryck vid start- borrning t.ex. börja vid l30 bar för att vid fullborrning ut- göras av 200 bar. När då startborrning sker med en borrstàngs- rotationshastighet som är beräknad efter det högsta matnings- trycket, och därmed hög slagverksfrekvens, är risken stor att borrverktyget slås fast och att, på grund av den tidigare nämnda torsionsvridningen, ett lösgörande moment som är större än tillgängligt àtdragningsmoment uppstår, vilket kan leda till skarvlossdragning med skadlig värmeutveckling och för- störda gängor som följd.

Vid startborrning är det heller inte nödvändigt att borrkronan roteras med ett varvtal som är avpassat efter optimal borr- sjunkning, utan det är viktigare att borrningen sker på ett säkert sätt. Såldes kan med föreliggande uppfinning istället rotationsvarvtalet anpassas efter tillgängligt åtdragningsmo- ment.

I fig. 2 visas ett diagram över erfordrad rotationstryckökning som funktion av varvtalet. Såsom kan ses i diagrammet förelig- ger ett samband mellan rotationstryck (och därmed rotationsmo- ment) och varvtal. pm anger det tomgångsrotationstryck som er- fordras för att rotera borrstången när kronan inte är i kon- takt vid berget och orsakas bland annat av friktion i motor, växellåda, etc. I diagrammet anger punkten A det rotations- 7284l.doc; 2004-12-10 10 15 20 25 30 i 529 2300 8 varvtal nfifll och rotationstryck pfifll som är uträknat för exem- pelborrmaskinen vid det högsta tryck som används, t.ex. 200 bar. Såsom visas i figuren är detta rotationstryck dock större än det rotationstryck pflßfi som finns tillgängligt vid start- borrning när maximalt matningstryck ej kan användas utan att riskera att det uppstår problem med hålets riktning/position.

Om således nful används vid startborrning är det stor risk att skarvarna lösgörs med ovannämnda problem som följd. Om däremot rotationsvarvtalet sänks till det som anges av punkten B i fi- gur 2 kan istället borrstången roteras med ett rotations- tryck/àtdragningsmoment som är tillräckligt för att hålla ihop skarvarna, eftersom det erfordrade rotationstrycket är lägre än vad som finns tillgängligt. Såsom visas i figur 2 kan skillnaden mellan tomgångsrotationstryck och rotationstryck vid högsta varvtalet utgöras av 20 bar. Detta tryck är dock endast exemplifierande och kan naturligtvis utgöras av det som gäller för den/de specifika borrmaskin(er) där uppfinningen implementeras.

I figur 3 visas ett styrsystem för reglering av rotationsvarv- talet. Styrsystemet innefattar en styrenhet 30 till vilken en givare 31 för rotationsmotorns 7 tryck och en givare 32 för borrstàngens rotationshastighet är anslutna. Borrstångens ro- tationshastighet kan t.ex. representeras av flödet genom rota- tionsmotorn eller erhållas genom direkt mätning av borrstàng- ens rotation. Styrenheten 30 kan vidare vara anordnad att sty- ra ett antal ventiler 33, 34, vilka till exempel styr flödet genom rotationsmotorn 7 och matningstrycket. Alternativt kan Styrenheten vara anordnad att tillhandahålla värden till en ytterligare styrenhet som i sin tur styr olika tryck.

Regleringen sker genom att aktuellt varvtal och rotationstryck erhålls, t.ex. genom mätning, avkänning eller övervakning. Det uppmätta rotationstrycket jämförs sedan med en förutbestämd 72841 . dOC; 2004-12-10 10 15 20 25 30 529 230 relation mellan rotationstryck och rotationsvarvtal, såsom den som visas av diagrammet i figur 2. Jämförelsen kan t.ex. utfö- ras genom uppslagning i en tabell, i vilken finns lagrat er- fordrade rotationstryck för olika rotationsvarvtal. Baserat på jämförelsen kan sedan flödet genom rotationsmotorn 7, och där- med rotationshastigheten, regleras. Istället för användning av uppslagning i en tabell kan ett matematiskt samband mellan ro- tationsvarvtal och erfordrat rotationstryck användas för att beräkna erfordrat rotationstryck.

Om maximalt rotationstryck inte är tillräckligt för att säker- ställa att borrstångsskarvarna hålls ihopdragna kan styrenhe- ten öka matningstrycket för att på så sätt öka rotationstryck- et. Om däremot matningstrycket redan är maximalt, eller om nå-V gon matningstrycksbegränsning föreligger, såsom vid t.ex. startborrning, kan rotationsvarvtalet istället sänkas. Styren- heten kan reglera matningstrycket antingen genom att direkt styra en ventil 34 som styr flöde och tryck till matningsmo- torn/cylindern eller genom att tillhandahålla värden till en ytterligare styrenhet som i sin tur styr tryck/flöde till mat- ningsmotorn/cylindern. Används föreliggande uppfinning vid startborrning där slagverkstryck och matningstryck övergår från en första reducerad nivå till väsentligen fullborrningsnivå, ändras hela tiden det tillgängliga mat- ningstrycket, varför rotationshastigheten också hela tiden kan ändras (ökas) i enlighet därmed.

Föreliggande uppfinning har ovan beskrivits i samband med startborrning. Uppfinning är dock även tillämpbar vid normal- borrning. Om t.ex. berget innehåller många sprickor eller om bergets hårdhet varierar kraftigt kan situationer uppstå där tillgängligt åtdragningsmoment inte är tillräckligt för att säkerställa att skarvarna mellan borrkro- na/borrstångskomponenter/borrmaskin hålls ihop. Genom regler- 72841.dOC; 2004-12-10 1ä529 230 10 principen enligt uppfinningen direkt minskas rotationsvarvta- let, så att erfordrat àtdragningsmoment minskas. T.ex. kan ro- tationsvarvtalet vid ett sådant tillfälle minskas till precis det varvtal som motsvarar tillgängligt åtdragningsmoment.

Föreliggande uppfinning har ovan beskrivits med hänvisning till en viss borrmaskinstyp. Uppfinningen kan dock naturligt- vis användas i andra borrmaskinstyper, t.ex. sådana utan däm- pare och bussning. 72841 .docä 2004-12-10

Claims (9)

10 l5 20 25 i 529 230 i ll Patentkrav

1. l. Anordning för styrning av borrparametrar vid borrning i berg, varvid borranordningen är så anordnad att ett borrverk- tyg medelst en eller flera borrstångskomponenter till en borr- maskin är anslutbart, varvid anordningen innefattar organ för att vid borrning rotera borrverktyget och tillhandahålla ett àtdragningsmoment för åtdragning av skarvar mellan en eller flera ur gruppen: borrverktyg, en eller flera borrstångskompo- nenter och borrmaskin, kännetecknad av att anordningen är in- rättad att reglera borrverktygets rotationshastighet baserat på tillgängligt àtdragningsmoment.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda organ utgörs av en rotationsmotor.

3. Anordning enligt krav 2, kännetecknad av att den är inrät- tad att erhålla tillgängligt åtdragningsmoment som funktion av rotationstrycket.

4. Anordning enligt krav 3, kännetecknad av att den vidare är inrättad att: - kontinuerligt och/eller med vissa intervall erhålla rota- tionstrycket genom avkänning, övervakning, uppmätning eller beräkning, samt - jämföra det erhållna rotationstrycket med det som erfordras vid borrverktygets aktuella rotationshastighet och minska borrverktygets rotationshastighet om aktuellt tryck är mindre än det erfordrade.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad av att den vidare är inrättad att utföra jämförelsen med hjälp av ett samband, t.ex. matematiskt, mellan erforderligt rotationstryck och borrverktygets rotationshastighet och/eller genom uppslagning 72841b; 2005-09-23 10 15 20 25 529 230 12 i en tabell innefattande ett förhållande mellan erforderligt rotationstryck och borrverktygets rotationshastighet.

6. Metod för styrning av borrparametrar vid borrning i berg, varvid ett borrverktyg medelst en eller flera borrstàngskompo- nenter till en borrmaskin är anslutbart, varvid vid borrning borrverktyget roteras och ett åtdragningsmoment tillhandahålls för åtdragning av skarvar mellan en eller flera ur gruppen: borrverktyg, en eller flera borrstångskomponenter och borrma- skin tillhandahålls, kännetecknad av steget att reglera borr- verktygets rotationshastighet baserat på tillgängligt åtdrag- ningsmoment.

7. Metod enligt krav 6, varvid tillgängligt åtdragningsmoment erhålls som funktion av rotationstrycket.

8. Metod enligt krav 7, kännetecknad av de ytterligare stegen att: - kontinuerligt och/eller med vissa intervall erhålla rota- tionstrycket genom avkänning, övervakning, uppmätning eller beräkning, samt - jämföra det erhållna rotationstrycket med det som erfordras vid borrverktygets aktuella rotationshastighet och minska borrverktygets rotationshastighet om aktuellt tryck är mindre än det erfordrade.

9. Metod enligt krav 8, kännetecknad av steget att utföra jäm- förelsen med hjälp av ett samband, t.ex. matematiskt, mellan erforderligt rotationstryck och borrverktygets rotationshas- tighet och/eller genom uppslagning i en tabell innefattande ett förhållande mellan erforderligt rotationstryck och borr- verktygets rotationshastighet. 7284111; 2005-09-23