CN116472396A - 在将钻柱取出期间对钻进参数进行控制的装置 - Google Patents

在将钻柱取出期间对钻进参数进行控制的装置 Download PDF

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CN116472396A CN202180079003.7A CN202180079003A CN116472396A CN 116472396 A CN116472396 A CN 116472396A CN 202180079003 A CN202180079003 A CN 202180079003A CN 116472396 A CN116472396 A CN 116472396A
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Abstract

本发明涉及一种用于在将钻柱(6)从钻孔中取出期间对岩石钻进机器(3)进行控制的装置(2)，岩石钻进机器(3)以可移动的方式布置在进给器(7)上，该装置包括：‑致动器(10)，该致动器布置成使岩石钻进机器(3)沿着进给器(7)在与钻进方向相反的方向上移动；‑旋转马达(9)，该旋转马达布置成使所述钻柱(6)旋转；以及‑致动器控制器(4)，该致动器控制器布置成在将钻柱(6)从钻孔中取出期间对致动器(10)进行控制，该致动器控制器(4)布置成基于操作参数、比如由旋转马达(9)产生的用以使钻柱旋转的扭矩(Tq)根据第一模式或第二模式来控制致动器(10)，其中，致动器控制器(4)布置成在第一模式下对致动器(10)使岩石钻进机器(3)移动的移动速度(v)进行控制，并且其中，致动器控制器(4)布置成在第二模式下对由致动器(10)提供的用以使岩石钻进机器(3)移动的力(F)进行控制。本发明还涉及一种钻机(1)。

Description

在将钻柱取出期间对钻进参数进行控制的装置
技术领域
本发明涉及在将钻柱从钻孔中取出期间对操作钻进参数进行控制的装置。本发明还涉及包括这种装置的钻机。
背景技术
在岩石钻进的技术领域中，不同的钻进参数比如钻柱的旋转速度、作用在钻进机器上的进给力、冲击力等在整个钻进操作中持续地受到监测和控制。
在钻进操作结束之后，钻柱从钻孔中被逐根地取回、优选地以耗时尽可能最少的方式从钻孔中被逐根地取回。这可以通过在使钻柱持续旋转的同时将钻柱以恒定且相对高的移动速度向后拉动来实现。
可能出现的问题是，在钻柱取出期间，钻柱可能会卡在孔的内部的某处。通常，这意味着将需要重新推进钻柱，直到通过重新开始将钻柱向后进给或拉动而可以再次将钻柱取出为止。这是麻烦的，不仅因为这很耗时，而且因为这可能会在钻柱和/或钻进设备的其他部分中造成不希望的张力。钻柱在其轴向方向上、即在钻进方向上通常是非常坚固的，但是在正交方向上却不是同样坚固的，使得在发生死锁时在该方向上可能产生的力可能会对钻柱的一些部分造成损坏。
实现克服或至少缓解现有技术的缺点中的至少一个缺点或一些缺点的装置和方法将是有利的。特别地，找到使由于不希望的死锁而造成的停机时间最小化的装置和方法将是有利的。
发明内容
本发明的目的是提供一种以有效且使导致停机和/或材料损坏的问题的风险降低的方式将钻柱从孔中取回的装置及方法。该目的借助于本发明根据第一方面和第二方面来实现。
根据第一方面，本发明涉及一种用于在将钻柱从钻孔中取出期间对岩石钻进机器进行控制的装置，岩石钻进机器以可移动的方式布置在进给器上，该装置包括：
-致动器，该致动器布置成使岩石钻进机器沿着进给器在与钻进方向相反的方向上移动，
-旋转马达，该旋转马达布置成使钻柱旋转，以及
-致动器控制器，该致动器控制器布置成在将钻柱从钻孔中取出期间对致动器进行控制，该致动器控制器布置成基于来自参数集的至少一个操作参数根据第一模式或第二模式来控制致动器，该参数集包括：由旋转马达产生的用以使钻柱旋转的扭矩的表示、由旋转马达提供的钻柱的旋转速度的表示、由致动器提供的用以使岩石钻进机器沿与钻进方向相反的方向移动的力的表示、以及由致动器提供的岩石钻进机器的移动速度的表示，
其中，致动器控制器布置成在第一模式下对致动器使岩石钻进机器沿钻进方向相反的方向移动的移动速度进行控制，并且其中，致动器控制器布置成在第二模式下对由致动器提供的用以使岩石钻进机器沿与钻进方向相反的方向移动的力进行控制。
该装置的优点在于，它能够在第一模式与第二模式之间进行调节，其中，第一模式应当在环境允许该装置将钻柱从钻孔中快速取出时使用。另一方面，当基于给定的操作参数认为有必要采取预防措施时，致动器可以在更加失效安全的第二模式下操作。因此，提供了整体快速且可靠的操作，而不会损害钻进设备的功能。
根据本发明的实施方式，致动器控制器配置成响应于来自参数集的至少一个操作参数超过第一阈值或下降到第一阈值以下而将致动器的控制从第一模式切换至第二模式。
这是在需要时根据第二模式将操作初始化的有利方式。
根据本发明的实施方式，致动器控制器配置成在由旋转马达产生的扭矩的表示超过第一扭矩阈值时将致动器的控制从第一模式切换至第二模式。
由旋转马达产生的扭矩可以有利地用作触发者，以在将钻柱取出期间在不同的模式之间对致动器进行控制并提供一种使取出操作自动化的方式。
根据本发明的实施方式，致动器控制器配置成响应于由旋转马达产生的扭矩的表示以超过第一阈值速率的速率、例如以超过第一导数系数的导数系数增加而将致动器的控制从第一模式切换至第二模式。
根据本发明的实施方式，旋转控制器布置成在第二模式下将钻进机器的旋转马达控制成使旋转速度保持在第一旋转速度或保持成高于第一旋转速度。
这是有利的，因为旋转将会防止钻柱被阻塞。
根据本发明的实施方式，岩石钻进机器为液压岩石钻进机器，并且其中，由旋转马达产生的扭矩的表示根据输送至旋转马达以驱动旋转马达旋转的液压流体的旋转压力的表示来确定。
根据本发明的实施方式，致动器控制器布置成在第一模式下将致动器控制在与第一移动速度对应的移动速度。
恒定的速度是有利的，因为它可以允许钻柱的取出操作快速进行。
根据本发明的实施方式，致动器控制器布置成当在确认钻柱被阻塞之后重新启动取出操作时将致动器控制在与第二移动速度对应的移动速度，该第二移动速度小于第一移动速度。
这是有利的，因为这降低了在敏感地重新启动取出操作时发生操作故障的风险。
根据本发明的实施方式，致动器控制器布置成当下述扭矩的表示达到第二扭矩阈值以下时将致动器的控制从第二模式切换至第一模式：该扭矩由旋转马达提供并用以产生钻柱的与第一旋转速度对应的旋转速度。
这是有利的，因为这为致动器控制器提供了从在第二模式下操作时返回至更快速的第一模式的可靠方式。
根据本发明的实施方式，致动器包括液压马达，并且其中，致动器控制器为配置成对液压流体向致动器的供应进行控制的控制装置，并且其中，致动器控制器在第一模式下对输送至致动器的液压流体的流进行控制，并且在第二模式下对输送至致动器的液压流体的压力进行控制。
这是一种根据支配环境在两种不同的模式中的任何一种模式下控制液压马达的有利方式。
根据第二方面，本发明涉及一种钻机，该钻机包括岩石钻进机器以及如上所述的用于在将与岩石钻进机器连接的钻柱从钻出的钻孔中取出期间对岩石钻进机器的运动进行控制的装置。
根据详细描述和附图，本发明的根据三个方面的其他实施方式以及本发明的优点将变得明显。
附图说明
下面将参照附图对本发明的具体实施方式进行描述，在附图中：
图1是根据本发明的一方面的钻机的一部分的非常示意性的视图，
图2是具有根据本发明的一方面的装置的进给器的示意图，
图3是根据本发明的一方面的装置的示意图，
图4是现有技术的装置随着时间的推移的进展的示意图，
图5是根据发明的一方面的装置随着时间的推移的进展的示意图，
图6是根据本发明的替代方面的装置随着时间的推移的进展的示意图，以及
图7是根据本发明的具体实施方式的装置的示意性方案。
具体实施方式
在图1中，示意性地示出了钻机1。钻机1包括布置在可延伸吊臂11的外端部处的进给器保持器12。进给器保持器12布置成承载进给器，进给器优选地以能够相对于进给器保持器12移动的方式布置。
所示的钻机1仅是可以使用本发明的装置的钻机的示例。本发明的装置可以用于各种应用、包括潜孔钻进以及孔内钻进，其中，冲击单元布置在于进行钻进操作期间位于钻孔内部的钻柱的外端部处。在位于钻孔外部的进给器上优选地布置有旋转单元。钻机1还可以包括布置在进给器上的岩石钻进机器。
在图2中，示意性地示出了钻机的进给器7。进给器7布置在进给器保持器12上，进给器保持器优选地布置在吊臂、比如图1中所示的可延伸吊臂11的外端部处。通常，进给器7能够沿其轴向方向相对于进给器保持器12移位，并且进给器保持器12优选地能够相对于吊臂11倾斜。岩石钻进机器3以可移动的方式布置在进给器7上，使得该岩石钻进机器3能够沿着长形进给器7的长度来回移动。
岩石钻进机器3包括旋转马达9，该旋转马达9布置成经由钻柱保持器8而为构造成在例如岩石上钻孔的钻柱6提供旋转速度R。根据应用和钻机的类型，岩石钻进机器3可以包括旋转马达9和冲击单元两者，但是在一些应用中，冲击单元布置在钻柱的外端部处，使得可以说岩石钻进机器3由旋转马达9构成。在本申请中，术语“岩石钻进机器”3以广泛的含义使用，以便涵盖任何下述这样的钻进机器：该钻进机器以可移动的方式布置，并且包括布置成将钻柱驱动到岩石等中的任何类型的旋转马达。
在进给器7处布置有致动器10，以使钻进机器3沿与钻进方向相反的方向移动，以便从钻孔的内部取回钻柱6。具体地，致动器10可以由布置成使岩石钻进机器3沿着长形的进给器7来回移动的装置构成，并且可以包括一个或更多个液压马达、具体地为液压缸。这样的装置在向前的钻进方向上可以是更牢固的，因为与将钻柱6从钻孔中取出相比，将钻柱推入到岩石中需要更大的动力。然而，鉴于岩石钻进机器3驱动向前运动，因此也可以存在相反的布置情况，致动器10也可以布置成在与钻进方向相反的方向上是更牢固的。在特定实施方式中，致动器10也可以是布置成仅使钻进机器3沿与钻进方向相反的方向移动以从钻孔中取回钻柱6的单独的致动器。
在图3中，示意性地图示了用于在将钻柱6从钻孔取出期间对岩石钻进机器3的操作进行控制的装置2。包括该装置的钻机1被图示为封围整个装置2的方框。
该装置2包括布置成对致动器10进行控制的致动器控制器4。常规地，致动器10设置成将钻柱6以恒定的移动速度从钻孔中取出。在本发明的装置中，致动器控制器4布置成基于至少一个操作参数根据第一模式或第二模式来控制致动器10。操作参数优选地为以下参数中的一者：由旋转马达9产生的扭矩Tq的表示；由旋转马达9提供的钻柱6的旋转速度R的表示；由致动器10提供的用以使岩石钻进机器3移动的力F的表示；以及由致动器10提供的岩石钻进机器3沿与钻进方向相反的方向的移动速度v。
致动器控制器4布置成在第一模式下对致动器10使岩石钻进机器3沿与钻进方向相反的方向移动的移动速度v进行控制，并且致动器控制器4布置成在第二模式下替代地对由致动器10提供的用以使岩石钻进机器3沿与钻进方向相反的方向移动的力F进行控制。
在正常情况下，优选地根据第一模式来控制致动器10、即对致动器10使岩石钻进机器3沿与钻进方向相反的方向移动的移动速度v进行控制。也就是说，在第一模式下，取出钻柱6的操作通常可以相对快速地进行。第二模式旨在于取出钻柱6的操作有遇到问题的风险时、即于通过具有积聚的岩石的较窄通道时使用，这些积聚的岩石可能阻碍位于钻柱6的外端部处的钻头并导致钻柱6的取出操作停止。
在于第一模式与第二模式之间进行选择时可能需要注意的一个方面是，预见何时从一种模式切换至另一种模式可能是有用的。例如，障碍物或阻挡物可能随着时间的推移而积累或立即出现，使得从第一模式切换至第二模式的需要可能缓慢出现或立即出现。因此，本发明包括下述步骤：对至少一个操作参数进行监测，使得致动器控制器4可以根据所述操作参数来控制致动器10。操作参数可以选自包括下述各者的参数集：由旋转马达9产生的扭矩Tq的表示、由旋转马达9提供的钻柱的旋转速度R的表示、由致动器10提供的用以使岩石钻进机器3移动的力F的表示、或者由致动器10提供的岩石钻进机器3的移动速度v的表示。致动器控制器4也可以根据下述各者来控制致动器10：多于一个的操作参数，其中，每个参数可以与单独的阈值进行比较；以及/或者参数的特定组合，其中，至少两个参数组合为可以与共同阈值进行比较的共同值。
致动器控制器4布置成在第一模式下通过根据致动器10所遇到的阻力提供可变力F来将致动器10使岩石钻进机器3移动的移动速度v控制成设置为第一移动速度v1。如果阻力增加，则致动器10将需要提供增大的力F，以使移动速度v保持在第一移动速度v1。
致动器控制器4布置成在第二模式下替代地对由致动器10提供的用以使岩石钻进机器3移动的力F进行控制。因此，致动器10使岩石钻进机器3移动的移动速度v将根据致动器10使岩石钻进机器3移动所遇到的阻力而变化。通常，在第二模式下，致动器10使岩石钻进机器3移动的移动速度v将降低，并且移动速度v将与致动器10使岩石钻进机器3移动所遇到的阻力成反比。然而，在第二模式下，如果钻柱6可以在未遇到任何明显阻力的情况下被取出，则移动速度v也可能不受控制地增加。
该装置还可以包括旋转驱动控制器5，该旋转驱动控制器布置成对由岩石钻进机器3的旋转马达9为钻柱6提供的旋转速度R进行控制。如果没有出现问题，则通过根据钻柱所遇到的阻力提供可变扭矩Tq而将旋转速度R控制为第一旋转速度R1，阻力需要由旋转马达9的动力来克服，以使旋转速度R保持在第一旋转速度R1。
在图3中图示的是，致动器控制器4可以接收来自岩石钻进机器3的旋转马达9以及致动器10两者的反馈。反馈可以包括由致动器10提供的力F的表示和由旋转马达9提供的扭矩Tq的表示。反馈还可以包括由旋转马达9提供的钻柱的旋转速度R的表示、由致动器10提供的岩石钻进机器3的移动速度v的表示。可以布置有传感器，以对钻柱的旋转速度R和岩石钻进机器3的移动速度v进行监测。
力F和扭矩Tq的表示可以为分别由致动器10和旋转马达9提供的直接的力和扭矩。对于液压致动器10和液压旋转马达9而言，这些表示可以分别由供应至致动器10和旋转马达9的液压流体的压力来提供。在所示的实施方式中，致动器10被图示为液压缸，该液压缸的可移动的活塞经由连接器13连接至岩石钻进机器3，以使岩石钻进机器3移动。
对于电动马达而言，这些表示可以基于分别对致动器10和旋转马达9进行驱动的输送电流。
根据本发明，致动器控制器4可以根据接收到的反馈而以力F的表示和扭矩Tq的表示的形式进行作用，以使移动速度v保持在期望的第一移动速度v1。
在下面和附图中，假设不同参数的表示、即扭矩Tq、力F、旋转速度R和移动速度v的表示与这些参数的实际值对应。然而，应该注意的是，致动器控制器4将根据相关参数的表示来控制致动器10，这些表示可以以多种方式实现，但是这些表示应当对应成尽可能地接近相关参数的实际值。
致动器控制器4布置成在第二模式下通过替代地向致动器10提供有限的力F而使得岩石钻进机器3的移动速度v可以发展为低于第一移动速度v1。致动器控制器4可以布置成响应于扭矩Tq的表示增加到第一扭矩阈值Tq1以上而将致动器10的驱动从第一模式切换至第二模式。响应于此，可以通过对由致动器10提供的力F进行限制而使得岩石钻进机器3的移动速度v可以发展为低于第一移动速度v1。
在图4中，示出了典型的现有技术的情况，其中，不同的操作参数作为操作时间t的函数示出。所述不同的操作参数为：致动器10使岩石钻进机器3移动的移动速度v、由致动器10提供的用以使岩石钻进机器3移动的力F、由旋转马达9所产生的扭矩Tq、以及由旋转马达9提供的钻柱的旋转速度R。
在表示的第一部分中，没有任何障碍物并且钻柱可以以恒定的移动速度v向后移动、即与钻进方向相反地移动，该恒定的移动速度v可以对应于期望的和预设的第一移动速度。另外，旋转速度R可以保持在与期望的和预设的第一旋转速度对应的恒定的旋转速度。在时间t1处，钻柱遇到了阻碍钻柱移动和旋转的障碍物。
在所表示的常规装置中，当钻柱遇到阻碍钻柱移动和旋转的障碍物时，为了试图使移动速度v保持在期望的第一移动速度并使旋转速度R保持在期望的第一旋转速度，以下两者将增加：进给力F，比如针对液压驱动装置的进给压力；以及扭矩Tq，比如针对液压岩石钻进机器的旋转压力。这对于较小的障碍物、如被卡在钻柱与孔的内部之间的小型岩石来说可能是成功的。然而，在所表示的典型场景下，这会导致其中钻柱将在下述情况之后被卡住的操作故障：旋转速度R和移动速度v两者均突然下降，直到时间t2，在时间t2处，尽管进给力F和扭矩Tq两者均处于它们各自预设的最大值，但是旋转速度R和移动速度v两者均为零。
这种类型的操作故障通常可以通过使钻柱的移动方向反向来解决、即在钻柱6由旋转马达9旋转的同时通过利用致动器10将钻柱推回到钻孔中来解决。这可能成功也可能不成功。在重新启动钻柱6的取出时，始终存在钻柱将被立即阻塞或卡住的风险。在所有情况下，操作故障都将会使操作复杂化并产生不希望的时间损失，并且操作故障可能在钻柱上产生不希望的张力，该张力可能会对岩石钻进机器3和/或钻柱6的钻杆造成损坏。
根据本发明的实施方式，可以在很大程度上避免钻柱6的阻塞。另外，如果钻柱被阻塞，则可以在更加失效安全的模式下重新启动操作，这所述更加失效安全的模式在一定程度上可以被视为使钻柱被阻塞的风险最小化的抗阻塞模式。
在图5中，以非常示意性的方式示出了根据本发明的实施方式进行控制的取出钻柱的操作。当没有障碍物时，该操作可以根据第一模式进行操作，但是一旦在时间t1注意到障碍物，就可以注意到相对于现有技术的差异。在所示的实施方式中，扭矩Tq用作触发者，其用于触发致动器控制器4根据第二模式来控制致动器10。在操作中，根据扭矩Tq的表示来估计扭矩Tq，对于液压钻进机器而言，扭矩Tq可以根据由钻进机器中的旋转马达提供的旋转压力来估计。当扭矩Tq的表示超过第一扭矩阈值Tq1时，致动器控制器4被触发以根据第二模式来控制致动器10。
作为替代方案，致动器控制器4可以配置成响应于由旋转马达9产生的扭矩Tq以超过预设的第一速率的速率增加而将致动器10从第一模式控制至第二模式。换言之，由旋转马达9产生的扭矩Tq的导数系数DTq/dt超过预设的第一导数系数DTq/dt1。在图5中，例如呈导数系数DTq/dt1形式的这样的预设的第一速率可以在所图示的时间t1与时间t2之间的部分中被超过，其中，扭矩Tq以较高的速率增加，使得扭矩Tq的增加被加快并超过预设的第一速率。
在时间t1之后的时间段中，不同于如现有技术中那样使力F和扭矩Tq增加至预设的最大水平，钻柱的取出将根据第二模式来操作，在第二模式下，对力F进行控制，并且将允许移动速度v降低到第一移动速度v1以下。
在第二模式下，致动器控制器4可以通过对由致动器10提供的用以使岩石钻进机器3移动的力F进行调节来控制致动器10。具体地，致动器控制器4可以通过对力F不应超过的第一力阈值F1进行调节来对岩石钻进机器3的运动进行控制。例如，致动器控制器4可以通过响应于扭矩Tq的表示变化为高于第一扭矩阈值Tq1而降低第一力阈值F1来对岩石钻进机器3的运动进行控制。在根据第二模式的操作的后续阶段中，响应于扭矩Tq的表示来控制力F，其中，扭矩Tq的表示的增加可以意味着力F的降低。在具体实施方式中，只要致动器控制器4根据第二模式来控制致动器10，力F就保持在较低的恒定水平。
在所示的实施方式中，导致力F增加和/或扭矩Tq增加的障碍物将不会导致操作故障。相反地，可以使该障碍物失效，使得操作可以恢复正常。失效优选地通过使旋转速度R保持继续处于恒定的第一旋转速度R1来实现，这进而通过下述方式来实现：增加由旋转马达9提供的扭矩Tq，同时对由致动器10提供的力F进行限制，使得将允许岩石钻进机器3的移动速度v减小。
具体地，该装置2包括旋转驱动控制器5，该旋转驱动控制器5布置成对由岩石钻进机器3的旋转马达9提供给钻柱6的旋转速度R进行控制。旋转驱动控制器5可以布置成使旋转速度R保持在第一旋转速度R1或保持成高于第一旋转速度R1，即使在扭矩Tq的表示已经达到第一扭矩阈值Tq1以上时也是如此。
在时间t2处，扭矩Tq已经达到第二扭矩阈值Tq2以下，该第二扭矩阈值Tq2低于第一扭矩阈值Tq2。这由致动器控制器4从下述反馈信号中注意到：该反馈信号显示出扭矩Tq的表示已经达到该第二扭矩阈值Tq2以下。因此，在时间t2处，致动器控制器4将返回为根据第一模式来控制致动器10，在第一模式中，该致动器控制器4对致动器10使岩石钻进机器3移动的移动速度v进行控制。具体地，致动器控制器4将致动器10控制成提供与第一移动速度v1对应的移动速度v。因此，在第一模式下，岩石钻进机器3应当以与第一移动速度v1对应的恒定的移动速度v移动。在第一模式下，致动器控制器4对输送至致动器10的液压流体的流进行控制，并且在第二模式下，致动器控制器4对输送至致动器10的液压流体的压力进行控制。
岩石钻进机器3可以为液压岩石钻进机器，其中，由旋转马达9产生的扭矩Tq的表示可以根据输送至旋转马达9以驱动旋转马达9旋转的压力来确定。
作为替代方案，岩石钻进机器可以为电动岩石钻进机器，其中，由旋转马达9产生的扭矩Tq的表示根据输送至旋转马达9以驱动旋转马达9旋转的电流来确定。在这样的实施方式中，致动器控制器4可以是这样的控制单元：该控制单元配置成对布置成使岩石钻进机器3移动的电动马达7的电力进行控制。
在图6中，示出了将钻柱从钻孔中取出的第二操作的非常示意性的表示，该第二操作根据本发明的装置来控制。
在表示的第一部分中，在所表示的时间t1之前，没有任何障碍物存在，并且钻柱可以以与期望的第一移动速度v1对应的恒定的移动速度v向后移动、即与钻进方向相反地移动。另外，旋转速度R可以保持在与期望的第一旋转速度R1对应的恒定的旋转速度。在与第一模式对应的这个阶段期间，由致动器10提供的力F和由钻进机器3提供的扭矩Tq两者均可以保持处于相当恒定且相当低的水平。
在时间t1处，钻柱遇到了阻碍其移动和/或旋转的障碍物。因此，在该点处，由致动器10提供的力F和由钻机3提供的扭矩Tq两者均需要增加，以使移动速度v保持在第一移动速度v1并使旋转速度R保持在第一旋转速度R1。在所图示的场景下，致动器控制器4反应得不够快，使得当扭矩Tq超过第一扭矩阈值Tq1时，致动器控制器4没有时间对由致动器10提供的力F进行限制。因此，结果将与现有技术一样、即钻柱将被阻塞。在时间t2处，钻柱被阻塞，并且移动速度v和旋转速度R两者均为零。
在时间t3处，缩回操作“向后”重新启动、即沿正常的钻进方向重新启动，以将钻柱从其阻塞位置释放。因此，从时间t3开始，向致动器施加负向力，使得被阻塞的钻柱将以负向的移动速度v被进一步推入到钻孔中，并且在时间t4处，使负向力反转为适于再次将钻柱从钻孔中取出的力F。此时，旋转速度R已经达到期望的第一旋转速度R1。
该阶段中的操作的不同之处在于，期望的移动速度下降至第二移动速度v2。因此，不是以第二模式重新启动操作，而是以第一模式、但是以低于第一移动速度v1的第二移动速度v2重新启动操作。在时间t5处达到第二移动速度v2，并且移动速度v从时间t5到时间t6保持在第二移动速度v2。
当钻柱重新进入造成阻塞的障碍物所在的区域时，阻力将增加，并且因此需要将由致动器10提供的力F和由钻机3提供的扭矩Tq增加成使移动速度v保持在第二移动速度v2并使旋转速度R保持在第一旋转速度R1。在时间t6处，由钻进机器3提供的扭矩Tq达到第一扭矩阈值Tq1以上，这会将触发致动器控制器4根据第二模式来控制致动器10，在第二模式下，由致动器10提供的力F将被限制于第一力阈值F1，该第一力阈值F1响应于由钻进机器3提供的Tq的增加而降低。因此，从时间t6开始，将允许致动器使钻进机器3和钻柱6移动的移动速度v发展为低于第二移动速度v2。
因此，响应于阻塞而在重新启动时设置的第二移动速度v2将允许致动器控制器4将致动器10控制成对出现的障碍物及时作出反应。此外，在降低的第二移动速度v2的帮助下，从第一模式至第二模式的快速切换使得可以穿越钻孔内的障碍物，而不会再次将钻柱卡在钻孔内。
应当注意的是，第二模式下的重新启动可能会具有导致致动器使钻进机器3和钻柱6移动的移动速度v不受控制地增加的风险，如果钻柱6进入麻烦的区域，则这可能造成问题，因为这可能会导致严重的或至少是不受控制的冲击，从而具有对钻进设备的各个部件造成损坏的风险。因此，鉴于由于重新进入具有已知障碍物的区域而导致重复阻塞的明显风险，移动速度v被替代性地控制为低于第一移动速度v1的第二移动速度v2。
在时间t7处，由钻进机器3提供的Tq达到第二扭矩阈值Tq2以下，这将触发致动器控制器4根据第一模式来控制致动器10，其中，致动器10将再次被进行速度控制、即被控制成使钻进机器以特定的移动速度v移动，在这种情况下，该特定的移动速度v应当对应于第一移动速度v1。作为更加失效安全的替代方案，该操作可以替代地根据第一模式、但以与较低的第二移动速度v2对应的特定的移动速度v继续进行。这是操作员在发生事故时和/或根据优选的预设操作参数集的一部分可以决定的操作选择。
另外，移动速度v可以基于各种操作参数、比如所使用的钻头的类型、钻出钻孔的岩石的硬度等而预设为特定的移动速度vn。
在时间t8处，由钻进机器3提供的Tq已经达到较低的“稳态”水平，并且旋转速度R和移动速度v两者均处于与第一旋转速度R1和第一移动速度v1对应的优选水平。只要致动器控制器4没有接收到指示已遇到障碍物的反馈，则这种稳定状态将被保持。从时间t8开始，只要没有出现新的障碍物，则操作将根据第一模式继续进行。
在图7中，示出了根据本发明的实施方式的液压方案的非常示意性的表示。
在所示的实施方式中，该装置包括用于旋转马达9的第一导管14和用于致动器10的第二导管15，第二导管15与第一导管14分开。在第一管道14中布置有第一泵16，以提供用以驱动旋转马达9的流。第一泵16可以布置成向旋转马达9提供高达某一压力阈值的流。这可以通过第一弹簧偏置旁通阀17来实现，该第一弹簧偏置旁通阀17布置成当第一导管中的压力超过与第一扭矩阈值Tq1对应的特定压力阈值时打开经过旋转马达9的旁通管线18。
在第二导管15中布置有第二泵19，以提供用以驱动致动器10的液压流。第二泵19可以布置成向致动器10提供高达某一压力阈值的流。这可以通过第二弹簧偏置旁通阀20来实现，该第二弹簧偏置旁通阀20布置成当第二导管15中的压力超过与第一力阈值F1对应的特定压力阈值时打开经过致动器10的旁通管路21。
从第一导管14至第二导管15的第二弹簧偏置阀20可以布置有先导管线22，以基于第一导管管线14中的压力来控制第二弹簧偏置阀20。具体地，在先导管线22中传递的先导信号将用于使打开第二弹簧偏置旁通阀20所需的压力阈值降低。因此，第二弹簧偏置旁通阀20响应于降低的旋转压力而打开，并且通过致动器10的流将减少，使得通过致动器10的供给压力将降低。另外，因此，移动速度v将降低。因此，先导管线22用于使对由致动器10提供的力进行限制的第一阈值力F1减小。
上面已经参照具体实施方式描述了本发明。然而，本发明不限于这些实施方式。对于本领域的技术人员明显的是，在所附权利要求的范围内，其他实施方式是可能的。

Claims (11)

1.一种用于在将钻柱(6)从钻孔中取出期间对岩石钻进机器(3)进行控制的装置(2)，所述岩石钻进机器(3)以可移动的方式布置在进给器(7)上，所述装置包括：
-致动器(10)，所述致动器(10)布置成使所述岩石钻进机器(3)沿着所述进给器(7)在与钻进方向相反的方向上移动，
-旋转马达(9)，所述旋转马达(9)布置成使所述钻柱(6)旋转，以及
-致动器控制器(4)，所述致动器控制器(4)布置成在将所述钻柱(6)从钻孔(6)中取出期间对所述致动器(10)进行控制，所述致动器控制器(4)布置成基于来自参数集的至少一个操作参数根据第一模式和第二模式来控制所述致动器(10)，所述参数集包括：由所述旋转马达(9)产生的用以使所述钻柱旋转的扭矩(Tq)的表示、由所述旋转马达(9)提供的所述钻柱的旋转速度(R)的表示、由所述致动器(10)提供的用以使所述岩石钻进机器(3)沿与所述钻进方向相反的方向移动的力(F)的表示、以及由所述致动器(10)提供的所述岩石钻进机器(3)的移动速度(v)的表示，
其中，所述致动器控制器(4)布置成在所述第一模式下对所述致动器(10)使所述岩石钻进机器(3)沿与所述钻进方向相反的方向移动的移动速度(v)进行控制，并且其中，所述致动器控制器(4)布置成在所述第二模式下对由所述致动器(10)提供的用以使所述岩石钻进机器(3)沿与所述钻进方向相反的方向移动的力(F)进行控制。
2.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，所述致动器控制器(4)配置成响应于来自所述参数集的至少一个操作参数超过第一阈值或下降到所述第一阈值以下而将所述致动器(10)的控制从所述第一模式切换至所述第二模式。
3.根据权利要求1所述的装置(2)，其中，所述致动器控制器(4)配置成响应于由所述旋转马达(9)产生的所述扭矩(Tq)的表示超过第一扭矩阈值(Tq1)而将所述致动器(10)的控制从所述第一模式切换至所述第二模式。
4.根据权利要求1或3所述的装置(2)，其中，所述致动器控制器(4)配置成响应于由所述旋转马达(9)产生的所述扭矩(Tq)的表示以超过第一阈值速率(DTq/dt1)的速率(DTq/dt)增加而将所述致动器(10)的控制从所述第一模式切换至所述第二模式。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(2)，其中，旋转控制器(5)布置成在所述第二模式下将所述钻进机器的所述旋转马达控制成使所述旋转速度(R)保持在第一旋转速度(R1)或保持成高于所述第一旋转速度(R1)。
6.根据权利要求3、4或5所述的装置(2)，其中，所述岩石钻进机器(3)为液压岩石钻进机器，并且其中，由所述旋转马达(9)产生的所述扭矩(Tq)的表示根据液压流体的旋转压力(P)的表示来确定，所述液压流体输送至所述旋转马达(9)以驱动所述旋转马达(9)旋转。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(2)，其中，所述致动器控制器(4)布置成在所述第一模式下控制所述致动器(10)达到与第一移动速度(v1)对应的移动速度(v)。
8.根据权利要求7所述的装置(2)，其中，所述致动器控制器(4)布置成当在确认所述钻柱(6)被阻塞之后重新启动取出操作时控制所述致动器(10)达到与第二移动速度(v2)对应的移动速度(v)，所述第二移动速度(v2)低于所述第一移动速度(v1)。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(2)，其中，所述致动器控制器(4)布置成当下述扭矩(Tq)的表示达到第二扭矩阈值(Tq2)以下时将所述致动器(10)的控制从所述第二模式切换至所述第一模式：所述扭矩(Tq)由所述旋转马达(9)提供并用以产生所述钻柱(6)的与第一旋转速度(R1)对应的旋转速度(R)。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置(2)，其中，所述致动器(10)包括液压马达，并且其中，所述致动器控制器(4)是配置成对液压流体向所述致动器(10)的供应进行控制的控制装置，并且其中，所述致动器控制器(4)在所述第一模式下对输送至所述致动器的液压流体的流进行控制，并且在所述第二模式下对输送至所述致动器(10)的液压流体的压力进行控制。
11.一种钻机(1)，所述钻机(1)包括岩石钻进机器(3)以及根据前述权利要求中的任一项所述的装置(2)，所述装置(2)用于在将与所述岩石钻进机器(3)连接的钻柱(6)从钻出的钻孔中取出期间对所述岩石钻进机器(3)的运动进行控制。
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