SE530113C2 - Förfarande och anordning för positionsbestämning av en bergförstärkningsbult - Google Patents

Description

25 30 530 'H3 Ett problem med denna dokumentering är dock att det kan vara både svårt och tidsödande att med en tillfredställande noggrannhet bestämma förstärkningsbultarnas position. Således existerar det ett behov av en förbättrad anordning för positionering av bergbultinstallationer.

Uppfinningans ändamål och viktigaste särdrag Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande och en anordning som möjliggör noggrann och tidseffektiv positionsbestämning av förstärkninga- bultinstallationer och som därmed löser ovanstående problem.

Detta och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom ett förfarande såsom definierat i patentkrav l, och en anordning såsom definierad i patentkrav 12.

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls ett förfarande för positionering av åtminstone en bergförstärknings- bultinstallation i en tunnel eller en gruva, varvid bultinstallationen är anordnad att utföras medelst en borrigg, varvid nämnda borrigg innefattar minst en bom med en första ände och en andra ände, varvid nämnda första ände är fäst vid en bärare via minst ett ledorgan, och varvid nämnda bom är anordnad att uppbära ett installationsverktyg. Förfarandet innefattar stegen att medelst pà borriggen anordnade organ bestämma en position för nämnda bärare, bestämma åtminstone en vridningsvinkel för nämnda bom relativt bäraren genom bestämning av en vridningsvinkel för nämnda ledorgan, och bestämma bergförstärkningsbultens position i tunneln eller gruvan baserat på nämnda bärarposition och nämnda bestämda vridningsvinkel.

Detta har fördelen att bergförstärkningsbultens exakta position på ett enkelt sätt kan bestämmas genom bestämning av positionen för installationsverktygets installationsände, dvs. 74285: 2006-07-17 10 15 20 25 30 530 113 den punkt där bultens yttre ände hamnar. Positionen kan automatiskt lagras i t.ex. ett datorminne. Genom att lagra positionen för ett flertal eller tunnelns/ortens samtliga bergförstärkningsbultar erhålls på ett enkelt sätt en sammanställning av bultinstallationer som sedan kan mappas på en karta över tunneln eller orten. Skulle det sedan i framtiden hända att bitar/partier av tunnelns(ortens) väggar och/eller tak släpper kan det på den upprättade kartan enkelt ses vilken/vilka bultar som funnits installerade på platsen i fråga. En mycket exakt bultposition kan bestämmas, eftersom bomledens vridningsvinkel relativt bäraren används vid bultens positionsbestämning. Vidare bör bommens längd användas vid bestämningen av bultens position, och används t.ex. en bom med en viss längd kan således bultens ”offset” i förhållande till bäraren bestämmas, vilket medger en mycket noggrann positionsbestämning. I det fall bommens längd är teleskopiskt reglerbar används bommens vid installationstidpunkten aktuella längd. Dessutom kan genom kännedom om bomvinkeln även installationshålets riktning bestämmas, varför även utsträckningen för hela bultens längd kan bestämmas. I detta fall lagras företrädesvis en riktning från installationspunkten, där denna riktning t.ex. kan anges enligt tunnelns/ortens koordinatsystem.

Bommen kan även vara fästad till bäraren via fler än en led, varvid vridningsvinkeln relativt bäraren för samtliga dessa leder kan användas för bestämning av bultinstallationens position. Vidare kan bultinstallationsverktyget vara anordnat på en matarbalk, vilken i sin tur kan vara ledbart fäst till bommens från bäraren vända ände via en eller flera leder, varvid även vridningsvinkelinställningen för denna/dessa led(er) kan användas vid bestämning av bultposition (och riktning. 74285; 2006-07-17 10 15 20 25 30 530 113 Motsvarande fördelar uppnås med motsvarande anordnings- särdragskrav.

Kortfattad beskrivning av ritningar Uppfinningen kommer nu att beskrivas mer i detalj mot bakgrund av ett utföringsexempel och med hjälp av den bifogade rit- ningen, varpå: Fig. l schematiskt visar en borrigg enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 2 schematiskt visar en exempelutföringsform enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av en exempelutföringsform Vid tunneldrivning används ofta stora borriggar där en bärare innefattar ett flertal bommar med därmed associerade borrmaskiner. Tunneldrivningen sker ofta ett fåtal meter i taget, typiskt 2-6 m, där borriggen borrar ett stort antal hål enligt en förutbestämd borrplan. Hållängden är vanligtvis 2-6 m, och efter borrningen laddas dessa med sprängämne för efterföljande sprängning. Borrningen av dessa hål tar lång tid, typiskt förlöper ett arbetsskift eller ännu längre tid innan borriggen behöver flyttas för sprängning/ny borrning.

Vid malmbrytning borras betydligt färre hål, men i gengäld är dessa betydligt längre, upp till i storleksordningen 50 m eller längre, varför en ”borrningsomgång” även här kan ta lång tid. Inte heller produktionsborrningsriggen behöver således flyttas särskilt ofta. Eftersom det är mycket viktigt att både tunneldrivning och malmbrytning sker exakt där så är avsett inmäts dessa riggar mycket noggrant innan en ny borrningsomgång inleds. Denna inmätning utförs av gruvutsättare (lantmätare) som med hjälp av totalstationer (takymetrar) utför noggrann inmätning av riggarna. Denna inmätning är tidskrävande, men utgör ändå endast en liten del av den tid borriggen står på ett och samma ställe. 74285; 2006-07-17 10 15 20 25 30 530 'H3 När det gäller bergförstärkningsriggar, däremot, utgörs dessa av betydligt mindre riggar som typiskt inte står stilla lika länge innan de förflyttas. Tiden de står stilla beror på hur tätt bultar måste sättas, bultlängd, typ av bult, osv., men stilleståndstiden kan vara så liten som ca 30 minuter. Vid tunneldrivning sker förflyttningen ofta i sidled eller endast en liten bit framåt, för insättning av en ny bergförstärkningsbult. Såsom nämnts ovan installeras förstärkningsbultarna sällan enligt ett förutbestämt schema, utan installeras ofta efter operatörens bedömning, dvs. på de ställen där denne anser att en förstärkning erfordras. En av anledningarna till detta är att positionsbestämning av riggen med takymeter tar lång tid, och då riggen ofta måste flyttas endast en kort tid efter uppställning tar positionsbestämning med takymeter en alltför stor del av riggens drifttid, kanske i storleksordningen 50% av tiden, för att vara ekonomisk.

Såsom också nämnts ovan leder detta ofta till att ingen eller bristfällig dokumentation av förstärkningsbultarnas lokalisering erhålls som resultat.

Föreliggande uppfinning löser detta problem med en bergförstärkningsrigg av den i fig. 1 visade typen. I fig. 1 betecknar nummer 10 generellt en borrigg för 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 matare 13 som uppbär ett bultinstallationsverktyg 14. Bultinstallationsverktyget 14 är förskjutbar längs mätaren 13 och utgörs åtminstone delvis av en borrmaskin för borrning av förstärkningsbulthál. Riggen 10 innefattar vidare en styrenhet 16 vilken används för bestämning av positionen för installerade förstärkningsbultar enligt föreliggande uppfinning genom att övervaka position, riktning och borrat 74285; 2006-07-17 10 15 20 25 30 530 'H3 avstånd etc. med avseende på borrmaskin och bärare.

Styrenheten 16 kan även användas för styrning av förflyttning av riggen 10. Alternativt kan riggförflyttning ske medelst en separat styrenhet. Funktionen enligt föreliggande uppfinning kan med fördel implementeras i en befintlig vid borriggen anordnad beräkningsenhet, t.ex. som en integrerad del av borriggens styrsystem. Borrhàlets (dvs. förstärkningsbultens monteringshål) position relativt bäraren bestäms enligt uppfinningen genom avläsning av bommens (bomledernas) vridläge relativt bäraren respektive matarens (matarledernas) vridläge relativt bommens ll från mätaren vända ände. Genom avläsning av bomledernas och matarledernas vridlägen kan en mycket noggrann bestämning av matarspetsen (matarens vid borrning mot berget vända ände) göras, och därmed borrhålets position relativt bäraren. Ledorganen är vanligtvis försedda med absolutpositionsgivare, varvid vid varje tidpunkt en absolutposition för varje bomled kan erhållas. Anordnandet av dessa absolutpositionsgivare är känd i sig, och kommer därför inte att förklaras närmare här. Med kända ledvridningsvinklar kan styrenheten 16 genom tillämpliga geometriska beräkningar beräkna matarspetsens läge relativt bäraren. För denna beräkning erfordras även bommens längd, vilken kan finnas lagrad i ett minne i eller förbundet med styrenheten. Är bomlängden teleskopiskt reglerbar finns avkänningsorgan för bestämning av bomförlängningen. Vidare kan matarens vinkel bestämmas, varvid även bultens riktning i berget kan bestämmas och lagras. Även om styrenheten här visas såsom positionerad på bäraren kan den även vara positionerad på en på avstånd belägen plats, varvid ledvridlägen kan skickas t.ex. trådlöst till den på avstånd belägna platsen för att där beräkna förstärkningsbultens position/riktning. 74285; 2006-07-17 10 15 20 25 30 530 'H3 Den hittills bestämda positioneringen av förstärkningsbulten ger bultens position relativt bäraren, vilket utgör en mycket viktig del av föreliggande uppfinning, eftersom den sammanlagda längden av bom och matare kan vara ansenlig, och avståndet mellan två extrempositioner kan ändra en bultposition avsevärt jämfört med om enbart en riggposition används. Borriggen 10 innefattar vidare organ för bestämning av riggens (bärarens) position i tunneln/gruvan. Dessa organ kan t.ex. utgöras av en eller flera på bäraren anordnade roterande lasrar, där den roterande laserstrålen används för att detektera och bestämma vinkel till i gruvan anordnade referensmärken. Detta åskådliggörs av fig. 2, där borriggen visas uppifrån. I figuren innefattar borriggen en roterande laser 20 och vidare visas tre referensmärken 21, 22, 23. Dessa referensmärken kan t.ex. utgöras av uppsatta reflektorer, vars position i samband med uppsättningen kan tillgängliggöras för borriggens styrsystem. Referensmärkenas position kan med fördel utgöras av en absolutposition, åtminstone i förhållande till ett för tunneln/gruvan fastställt koordinatsystem, så att den medelst positionsbestämningsorganen bestämda bärarpositionen direkt kan inprickas på ett koordinatsystem/en karta över tunneln/gruvan. Användningen av åtminstone tre reflektorer medger att positionsbestämningsorganen kan bestämma bärarens position medelst triangulering. Såsom inses ger triangulering positionsbestämning i två dimensioner. Den tredje (höjden) är dock normalt redan känd sedan tidigare, framförallt vid tunneldrivning där tunneln ofta borras enligt mycket strikta toleranser beträffande lokaliseringen, och höjden för tunnelns golv och tak således är väl känd och kan sammansättas med positionsdata enligt uppfinningen. Vid gruvdrift kan reflektorerna t.ex. vara kodade så att det framgår i vilken ort de är uppsatta, varvid höjden erhålls genom kännedom om ortens höjd i gruvans koordinatsystem. Denna 74285,' 2006-07-17 10 15 20 25 30 530 113 höjdinformation kan antingen finnas tillgänglig i borriggens styrsystem, alternativt kan denna sammanställning ske i en på avstånd belägen övervakningscentral, dit riggpositionsdata skickas. Föreliggande uppfinning har således fördelen att ingen extern inmätning av riggen behöver ske, utan riggen kan hantera detta själv. Dessutom kan medelst den roterande lasern positionen erhållas kontinuerligt.

För att möjliggöra en noggrann positionsbestämning av bäraren kan med fördel reflektorernas position bestämmas med hjälp av takymeter. Den roterande laserns räckvidd vid positionsbestämning är i storleksordningen 40 m, varför uppsatta reflektorer framförallt vid tunnelborrning kan användas för snabb positionsbestämning av borriggen under lång tid, såsom ett skift eller t.o.m. dagar, innan en eller flera nya eller flyttade reflektorer erfordras för positionsbestämningen. Förutom kännedom om riggens position bör även riggens lutningsvinkel bestämmas, dvs. framåt/bakåt och/eller i sidled, eftersom denna lutning kommer att påverka bommens riktning och därmed bestämningen av förstärkningsbultens position. Denna bärarlutning kan t.ex. bestämmas genom att bäraren innefattar en lutningsgivare såsom ett gyro.

Sammantaget kan alltså en mycket god bultpositionbestämning utföras, och då denna positionsbestämning utförs av en styrenhet kan den direkt lagras i ett minne i borriggen, t.ex. tillsammans med bulttyp. Alternativt kan positionen skickas till en på avstånd belägen central för insamling av data.

Härigenom är det möjligt att övervaka och dokumentera installationer utförda av inte endast en utan också flera riggar i en tunnel eller gruva eller i flera tunnlar eller gruvor. Denna överföring kan t.ex. vara anordnad att utföras trådlöst via något i t.ex. en gruva förekommande system för 74285; 2006-07-17 lO 15 20 25 30 530 'H3 trådlös kommunikation, såsom t.ex. med hjälp av ett WLAN eller ett mobilkommunikationssystem. Överföringen kan vara IP (Internet Protocol) -baserad. Genom att sedan mappa bestämda bultpositioner på en karta eller ett koordinatsystem över gruvan/tunneln kan på ett enkelt sätt utföras en sammanställning av tunnelns/gruvans installerade förstärkningsbultar.

Uppfinningen kan även användas för att installera förstärkningsbultar enligt en förutbestämd plan, t.ex. för att säkerställa att ett tillräckligt antal bultar per ytenhet installeras. Genom användning av lämplig mjukvara är det också möjligt att stöda installationen på platsen genom tillhanda- hållande av positioneringsinformation från ett minne för att presenteras till en operatör eller, för automatisk styrning av processen, t.ex. från en på avstånd belägen plats.

Vidare är det genom användning av tillämplig mjukvara t.ex. möjligt att presentera visuellt förstärkningar gjorda i en specifik tunnel eller gruva i olika format, t ex i 3D på en monitor.

Förutom bultposition kan även annan bultinstallationsdata lagras med bultpositionen. Sådana data kan t.ex. i fallet av en expanderbar rörformig bult som är expanderad med tryckfluid utgöras av: maximumtryck uppnått under expansion, varaktighet av expansionstid över en förutbestämd trycknivà, bultspänning, bulttyp, bultlängd, bultdiameter, och eventuell volym av förankrande injekteringsbruk.

För en vanlig bergsförstärkningsbult som kan ha exempelvis mekaniska medel såsom expansionsmedel med skruvgänga, eller inga expansionsmedel alls, här kallade icke rörformig bult, är installationsparametrarna: expansionsspänning, bultspänning, bulttyp, bultlängd, bultdiameter och eventuell volym av 74285; 2006-07-17 10 15 20 530 'H3 10 förankrande injekteringsbruk. För andra typer av bultar kan andra parametrar vara intressanta att logga.

I ovanstående beskrivning har bärarpositioneringssystemet angivits som ett reflektoravsökande lasersystem. Det ligger dock inom ramen för föreliggande uppfinning att använda godtyckligt system med vilket en god positionering av borriggen kan utföras från denna, t.ex. kan radiosändare användas för triangulering medelst signaler mottagna från dessa, i vilket fall företrädesvis riktantenner används för bestämning av sändarnas riktning relativt bäraren.

Vidare utgörs den i ovanstående beskrivning beskrivna bommen av en bom av fast längd eller en bom med teleskopiskt reglerbar längd. Installationsverktyget kan dock även vara fäst till bäraren via två eller flera till varandra ledbart fästade bompartier. En sådan anordning kan t.ex. användas för att ge ökad manövrerbarhet i trånga utrymmen, och vid bultpositionsbestämningen används i detta fall även ett vridläge för nämnda bompartier relativt varandra, vilket företrädesvis bestäms genom bestämning av åtminstone en vridningsvinkel för det/de ledorgan som sammanbinder nämnda bompartier. 74285; 2006-07-17

Claims (24)

10 15 20 25 30 530 113 ll P A T E N T K R A V

1. l. Förfarande för positionering av en bergförstärkningsbult i en tunnel eller en gruva, varvid bultinstallationen är anordnad att utföras medelst en borrigg, Varvíd nämnda b0rri9g innefattar minst en bom med en första ände och en andra ände, varvid nämnda första ände är fäst vid en bärare via minst ett ledorgan, och varvid nämnda bom är anordnad att uppbära ett installationsverktyg, kännetecknat av att förfarandet innefattar stegen att: - medelst på borriggen anordnade organ bestämma en position för nämnda bärare, - bestämma åtminstone en vinkel för nämnda bom relativt bäraren genom bestämning av en vridningsvinkel för nämnda ledorgan, och - bestämma bergförstärkningsbultens position i tunneln eller gruvan baserat på nämnda bärarposition och nämnda bestämda vridningsvinkel.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid bergförstärkningsbultens position bestäms baserat på en längd för nämnda bom.

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, varvid förfarandet vidare innefattar steget att bestämma en riktning för nämnda förstärkningsbult.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, kännetecknat av att nämnda bestämning av en position för nämnda bärare innefattar riktningsbestämning till minst tre referenspunkter.

5. Förfarande enligt krav 4, varvid nämnda riktningsbestämning utförs medelst minst en roterande laser eller minst en riktantenn.

6. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda bultpositionsbestämning vidare innefattar en bestämning av bärarens lutning i sidled och/eller längsled. 74285b.d0C; 2007-03-12 lO 15 20 25 30 530 'H3 12

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det vidare innefattar steget att lagra nämnda bultposition i ett minne.

8. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det vidare innefattar steget att lagra bultpositioner för ett flertal förstärkningsbultar i ett minne.

9. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det vidare innefattar steget att transformera lagrade data till en form som kan visualiseras.

10. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att det vidare innefattar steget att överföra nämnda bestämda bultposition till en på avstånd belägen lokalisering.

11. ll. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att nämnda bom består av minst två till varandra ledbart fästade bompartier, varvid även åtminstone en vinkel för nämnda bompartier relativt varandra används vid nämnda bultpositionsbestämning.

12. Anordning för positionering av en bergförstärkningsbult i en tunnel eller en gruva, varvid bultinstallationen är anordnad att utföras medelst en borrigg, varvid nämnda borrigg innefattar minst en bom med en första ände och en andra ände, varvid nämnda första ände är anordnad att fästas vid en bärare via minst ett ledorgan, och varvid nämnda bom är anordnad att uppbära ett installationsverktyg, kännetecknat av att anordningen innefattar: - på borriggen anordnade organ för bestämning av en position för nämnda bärare, - organ för bestämning åtminstone en vinkel för nämnda bom relativt bäraren genom bestämning av en vridningsvinkel för nämnda ledorgan, och - organ för bestämning av bergförstärkningsbultens position i 74285b. doc; 2007-03-12 10 15 20 25 530 113 13 tunneln eller gruvan baserat på nämnda bärarposition och nämnda bestämda vridningsvinkel.

13. Anordning enligt krav 12, varvid bergförstärkningsbultens position är anordnad att bestämmas baserat på en längd för nämnda bom.

14. Anordning enligt krav 12 eller 13, varvid anordningen vidare innefattar organ för att bestämma en riktning för nämnda förstärkningsbult.

15. Anordning enligt något av kraven 12-14, kännetecknad av att den vidare innefattar organ för att utföra nämnda bestämning av en position för nämnda bärare genom riktningsbestämning till minst tre referenspunkter.

16. Anordning enligt krav 15, varvid nämnda riktningsbestämning är anordnad att utföras medelst minst en roterande laser eller minst en riktantenn.

17. Anordning enligt något av kraven 12-16, kännetecknad av att den vidare innefattar organ för att vid nämnda bultpositionsbestämning vidare bestämma bärarens lutning i sidled och/eller längsled.

18. Anordning enligt något av kraven 12-17, kännetecknad av att den vidare innefattar organ för att lagra nämnda bultposition i ett minne.

19. Anordning enligt något av kraven 12-18, kännetecknad av att den vidare innefattar organ för att lagra bultpositioner för ett flertal förstärkningsbultar i ett minne.

20. Anordning enligt något av kraven 12-19, kännetecknad av att det vidare innefattar organ för att transformera lagrade data till en form som kan visualiseras. 742B5b.d0C; 2007-03-12 10 530 'H3 14

21. Anordning enligt något av kraven 12-20, känneteCkna¿ av att den vidare innefattar organ för att överföra nämnda bestämda bultposition till en på avstånd belägen lokalisering.

22. Anordning enligt något av kraven 12-21, kännetecknad av att den åtminstone delvis utgör en integrerad eller associerad del av styrsystemet till en borrigg.

23. Anordning enligt något av kraven 12-22, kännetecknad av att nämnda bom består av minst två till varandra ledbart fästade bompartier, varvid även åtminstone en vinkel för nämnda bompartier relativt varandra är anordnad att användas vid nämnda bultpositionsbestämning.

24. Borrigg, kännetecknad av att den innefattar en anordning enligt något av kraven 12-23. 74285b.d0C7 2007-03-12