DE69901697T2

DE69901697T2 - Verfahren und vorrichtung zum steuern des bohrvorgangs beim erdbohren

Info

Publication number: DE69901697T2
Application number: DE69901697T
Authority: DE
Inventors: Timo Kiikka; Jorma Maeki; Timo Muuttonen
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-03-16
Publication date: 2003-03-06
Anticipated expiration: 2019-03-17
Also published as: WO1999047313A1; JP4050468B2; AU3178599A; PL190025B1; FI980586A0; US6112832A; RU2223171C2; PL342896A1; EP1064123A1; AU750436B2; FI103825B1; ZA200004824B; NO20004633L; CA2323950C; ATE218416T1; CA2323950A1; NO315551B1; FI103825B; FI980586A; DE69901697D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Bohrvorgangs eines Gesteinsbohrers in einer Bohrmaschine mit einem Rahmen, einem Schlagkolben, der in dem Rahmen vorgesehen ist und sich in dessen Längsrichtung bewegt, einem Schaft, der auf einer axialen Verlängerung des Schlagkolbens angeordnet ist, und mindestens einem Kolben, der in dem Rahmen in axialer Richtung desselben bewegbar vorgesehen ist, wobei der Kolben angeordnet ist, um auf den Schaft zu wirken und ihn gegen das Vorderende der Bohrmaschine aufgrund eines Druckmediums zu stoßen, welches auf die hintere Fläche des Kolbens wirkt, woraufhin mindestens während des Bohrvorgangs der Druck des Bohrmediums derart ist, daß die kombinierte Kraft aller Kolben, die auf den Schaft wirken und ihn nach vorn stoßen, die Vorschubkraft übersteigt, welche während des Bohrvorgangs auf die Bohrmaschine wirkt, so daß wenn der Schaft auf allen Kolben ruht, er an seinem optimalen Aufprallpunkt angeordnet ist, wobei bei dem Verfahren der Druck des auf den Schaft wirkenden Druckmediums gemessen wird.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zum Steuern des Bohrvorgangs eines Gesteinsbohrers, wobei die Vorrichtung eine Bohrmaschine aufweist mit einem Rahmen, einem Schlagkolben, der in dem Rahmen in dessen Längsrichtung bewegbar vorgesehen ist, einem Schaft, der auf einer axialen Verlängerung des Schlagkolbens angeordnet ist, und mindestens einem Kolben, der in dem Rahmen in seiner axialen Richtung beweglich vorgesehen ist, wobei der Kolben in einem Zylinderraum in der axialen Richtung der Bohrmaschine positioniert und angeordnet ist, um auf den Schaft einzuwirken und ihn gegen die Vorderseite der Bohrmaschine aufgrund eines Druckmediums zu stoßen, welches auf die hintere Fläche des Kolbens wirkt, woraufhin mindestens während des Bohrvorgangs der Druck des Druckmediums derart ist, daß die Kraft, welche auf den Schaft wirkt und ihn nach vorn stößt, die Vorschubkraft übersteigt, die während des Bohrvorgangs auf die Bohrmaschine wirkt, so daß wenn der Schaft auf allen Kolben ruht, er an seinem optimalen Aufprallpunkt angeordnet ist, wobei die Vorrichtung Mittel aufweist zum Messen des Drucks des Druckmediums.
Wenn Löcher mit einem Gesteinsbohrer in Gestein gebohrt werden, verändern sich die Bohrbedingungen auf unterschiedliche Weise. Das Gestein besteht aus Schichten von Gesteinsmaterial mit unterschiedlichen Härtegraden, weshalb die Eigenschaften, die sich auf das Bohren auswirken, wie zum Beispiel die Aufprallkraft und der Vorschub, entsprechend dem laufenden Bohrwiderstand eingestellt werden sollten. Sonst erfolgt das Bohren unregelmäßig, weil der Bohrer sich in einem weichen Material schnell vorbewegt und in einem harten Gestein langsam. Dadurch ergeben sich verschiedene Probleme, die zum Beispiel mit der Lebensdauer der Bohrvorrichtung und der Steuerfähigkeit des Bohrverfahrens zusammenhängen. Ein Beispiel zur Lösung dieser Probleme betrifft das Einstellen der Aufprallkraft der Bohrmaschine durch Überführen des Schaftes nach vorn von dem optimalen Aufprallpunkt in der Längsrichtung, wenn eine geringere Aufprallkraft von dem Schlagkolben zum Schaft übertragen werden soll. Der Schaft wird mittels hydraulisch betriebener Kolben bewegt, welche den Schaft von hinten entweder direkt oder über eine Hülse abstützen. Wenn der Druck eines in einem Zylinderraum, der hinter den Kolben angeordnet ist, wirkenden Druckmediums verändert wird, ist es möglich, die Länge der Bewegung der Kolben und somit die Position des Schaftes einzustellen. Auf diese Weise ist es möglich, einen gewünschten Leistungsbetrag über den Schaft zu der Bohrstange zu übertragen, während der Rest des Aufpralls durch ein Dämpfungspolster gedämpft wird, welches am Vorderende des Schlagkolbens vorgesehen ist. Eine solche Anordnung ist in dem finnischen Patent 84701 beschrieben.
Die finnische Patentanmeldung 944,839 beschreibt eine bekannte Steuerungsart der Bohrleistung einer Gesteinsbohrvorrichtung, wobei der Zweck darin liegt, das Auftreten einer Beschädigung des Bohrers zu verhindern. Die Druckschrift beschreibt, daß wenn die Bohrmaschine auf eine Fläche trifft, wo der Bohrwiderstand kleiner ist und der Bohrer somit leichter in das Gestein eindringt, das Bohren normal fortgesetzt wird mit der Ausnahme, daß der Betrieb der Schlagvorrichtung ganz angehalten wird, bis das in Bearbeitung befindliche Material härter wird und der Bohrvorgang wieder das Schlagen erfordert. Die Vorrichtung weist einen Kolben eines Rückholdämpfers auf, der sich in der Richtung des Schlagkolbens bezüglich dem Rahmen der Maschine bewegt und der in der Lage ist, sich nach vorn zur Bohrkrone hin zu bewegen, wenn der Bohrwiderstand vorübergehend kleiner wird. Dies führt zu einer Druckabnahme in der Kammer hinter dem Kolben. Wenn der Druck unter ein vorbestimmtes Druckniveau fällt, hält das Ventil die Zufuhr von Druckmedium zu der Schlagvorrichtung an, woraufhin der Schlagkolben keine weiteren Stöße mehr liefert. Wenn der Bohrer wieder auf hartes Gestein stößt und der Druck in der Kammer hinter dem Kolben eine bestimmte Druckgrenze überschreitet, wird die Verbindung zu der Schlagvorrichtung geöffnet, und der Schlagkolben beginnt erneut, Schläge zu liefern.
Die vorgenannten, bekannten Anordnungen haben sich jedoch hinsichtlich der wirksamen und genauen Steuerung der Bohrmaschinen als unzureichend erwiesen. Sie beeinflussen nur die Steuerung der Aufprallkraft, schaffen aber nicht Mittel zum Einstellen und Steuern des Bohrvorgangs in verschiedenen Weisen. Sie rufen auch Kraftverlust hervor, was bedeutet, daß hydraulische Pumpen, Rohre und andere hydraulische Komponenten unnötig groß gestaltet werden müssen.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines besseren und vielseitigeren Verfahrens und einer solchen Vorrichtung zur Steuerung des Betriebes einer Bohrmaschine als früher.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor einen Rücklaufimpuls mißt, der von dem zu bohrenden Gestein zu der Bohrvorrichtung zurück reflektiert wird und der sich aus dem Aufprall des Schlagkolbens ergibt, wobei der Rücklaufimpuls als ein Druckimpuls erfaßt wird, wenn der Druck in dem Raum hinter dem Kolben mittels des Drucksensors gemes sen wird, und daß die Meßdaten des reflektierten Druckimpulses für die Steuerung des Betriebes der Bohrmaschine verwendet werden.
Ferner ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor einen Rücklaufimpuls mißt, der von dem zu bohrenden Gestein zu der Bohrvorrichtung zurück reflektiert ist und der sich aus dem Aufprall des Schlagkolbens ergibt, wobei der Rücklaufimpuls als ein Druckimpuls erfaßt wird, wenn der Druck in dem Raum hinter dem Kolben mittels des Drucksensors gemessen wird, und daß die Meßdaten des reflektierten Druckimpulses für die Steuerung des Betriebes der Bohrmaschine verwendet werden.
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, daß ein Drucksensor verwendet wird, um Druckimpulse in einer Druckkammer zu messen, die hinter einem oder mehreren Kolben angeordnet ist, welche den Schaft von hinten stützen. Wenn der Vorschubwiderstand am Bohrkopf abnimmt, beginnt der Aufprallpunkt, sich von dem optimalen Punkt des Aufpralls nach vorn zu bewegen. Dies bedeutet, daß mindestens ein Teil der Energie des Schlagkolbens gedämpft wird. Deshalb ist ein Rücklaufimpuls, der in einem weicheren Material gebildet wird, schwächer, weshalb der sich ergebende Druckimpuls kleiner und möglicherweise kürzer ist als in einer normalen Situation. Statt zweier oder mehrerer Kolben ist es auch möglich, einen einzigen Kolben zu verwenden, welcher den Schaft mittels des Drucks des Druckmediums abstützt. In einem solchen Fall erfolgt die Messung von der Druckkammer dieses einzigen, ringförmigen Kolbens. Das Fehlen von Druckimpulsen oder Veränderungen bei normalen Werten werden als eine Situation erfaßt, die von einem normalen Bohrbetrieb durch den Drucksensor abweicht, der angeordnet ist, um den Druck in den Kammern hinter dem Kolben (den Kolben) zu messen. Die Meßdaten des Drucksensors werden dem Steuersystem der Bohrmaschine zugeführt, welches dann die Basis dieser Betriebsdaten des Bohrers, zum Beispiel die Bohrparameter, einregelt, welche den Vorschubdruck und den Aufpralldruck einschließen. Die Kraft oder Leistung des Bohrvorgangs wird eingeregelt, bis der optimale Aufprallpunkt wieder erreicht ist.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß es jetzt möglich ist, die Aufpralleistung der Bohrmaschine und die anderen Bohrparameter auf wirtschaftliche und effektive Weise in jeder Situation zweckmäßig einzustellen. Der Bohrprozeß kann jetzt während des Bohrens gemessen werden, und die erhaltenen Daten können auf verschiedene Wege zur Steuerung des Bohrvorgangs verwendet werden. Es ist auch leichter als früher, spezielle Situationen zu steuern. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht auch das Erfassen und Speichern der Eigenschaften unterschiedlicher Schichten des zu bohrenden Loches in einer Steuereinheit für spätere Benutzung. Auf der Grundlage dieser Daten ist es zum Beispiel möglich, den Bohrvorgang am Ziel zu planen und die Gesteinseigenschaften graphisch aufzuzeichnen. Es ist ferner möglich, die Druckimpulse, welche von dem Drucksensor geschaffen werden, dazu zu verwenden, Schlüsse betreffend die Bedingung oder Lage der Bohrkrone zu ziehen und die Meßdaten bei Fehldiagnosen zu verwenden. Ein anderer Vorteil besteht darin, daß die Anordnung gemäß der Erfindung den Bedarf der Bohrvorrichtung an Kraft verringert, der seinerseits die Kosten erniedrigt. Die vorliegende Anordnung kann auch mit bestehenden Vorrichtung in recht einfacher Weise verbunden werden.
Die Erfindung wird nun in größerer Einzelheit in der anliegenden Zeichnung beschrieben, in denen
Fig. 1 schematisch teilweise im Schnitt das Vorderende eines Gesteinsbohrers gemäß der Erfindung zeigt,
die Fig. 2a und 2b schematisch Druckkurven zeigen, welche aus einem Raum hinter den Kolben gemessen werden, und
Fig. 3 schematisch im Teilschnitt eine andere Ausführungsform einer Bohrmaschine gemäß der Erfindung zeigt.
Fig. 1 zeigt schematisch und teilweise im Schnitt die Vorderseite eines Gesteinsbohrers. Die Bohrmaschine weist einen Schlagkolben 1 und einen koaxial angeordneten Schaft 2 auf, welcher von dem Schlagkolben gelieferte Schläge aufnimmt. Die Schlag- bzw. Aufprallkraft wird über Bohrstangen übertragen, die gewöhnlich als Verlängerung des Schaftes zu einer Bohrkrone angeordnet sind, welche auf das Gestein trifft und es bricht. Die Aufpralltätigkeit des Schlagkolbens 1 wird in diesem Zusammenhang nicht in größerer Einzelheit diskutiert, denn sie ist auf dem einschlägigen Gebiet bekannt und einem Fachmann ersichtlich. Der Schaft 2 wird in an sich bekannter Weise von einem Drehmotor gedreht, welcher eine Rotationshülse dreht, die um den Schaft 2 herum vorgesehen ist, der in der Lage ist, sich bezüglich der Hülse axial zu bewegen. Sowohl Aufbau als auch Betrieb des Drehmotors und der Rotationshülse sind dem Fachmann bekannt, weshalb sie hier nichtin größerer Einzelheit diskutiert werden. Um das hintere Ende des Schaftes 2 ist ferner eine separate Stützhülse 3 angeordnet, welche den Schaft 2 während des Bohrens abstützt. Die Stützhülse 3 stützt den Schaft 2 mittels einer angeschrägten Stützfläche 3a ab, die mit einer entsprechend angeschrägten Stützfläche 2a in dem Schaft 2 in Berührung kommt. Hinter der Stützhülse 3 gibt es einige Kolben 4a und 4b, die mit der hinteren Fläche der Stützhülse 3 verbunden sind oder indirekt mechanisch auf diese wirken. Um die Stützhülse 3 herum kann sich auch ein Anschlagring 5 befinden, welcher die Bewegung der Kolben 4a und 4b zur Vorderseite der Bohrmaschine hin einschränkt. Die Kolben 4a und 4b sind in Zylinderräumen angeordnet, die in einem Rahmen 6 oder einem separaten Zylinderabschnitt gebildet sind und die parallel zur Achse des Schlagkolbens 1 verlaufen, und Leitungen 7a und 7b für Druckfluid führen zu den Zylinderräumen. Solch ein Druck des Druckmediums wird auf die hintere Fläche der Kolben 4a, 4b mindestens während des Bohrvorgangs aufgebracht, so daß die kombinierte Kraft der Kolben, welche auf den Schaft 2 wirken und ihn nach vorn stoßen, die Vorschubkraft übersteigt, welche während des Bohrvorgangs auf die Bohrmaschine einwirkt. Es gibt verschiedene Kolben 4a und 4b in dem Rahmen 6 der Bohrmaschine, und sie werden vorzugsweise in mindestens zwei separate Gruppen aufgeteilt, die unterschiedliche Bewegungslängen zum Vorderende der Bohrmaschine hin haben. Die Bohrmaschine weist ferner einen Absorber 8 vorn am Zylinderraum des Schlagkolbens 1 oder über den Bewegungsabstand eines Kolbenteils 1a des Schlagkolbens 1 am Vorderende der Bohrmaschine auf. Das Vorderende des Kolbenteils 1a des Schlagkolbens 1 liefert einen Schlag an diesen Absorber, wenn der Schlagkolben 1 an seinem normalen, optimalen Aufprallpunkt aus irgendeinem Grund vorbeischlägt. Ein solcher Aufbau ist an sich bekannt und wird deshalb hier nicht in größerer Einzelheit beschrieben.
Die Vorrichtung weist ferner Meßleitungen 19a und 19b auf, die vorzugsweise mit den Leitungen 7a, 7b derart verbunden sind, daß ein Druckimpuls, der hinter den Kolben 4a wirkt, mittels eines Drucksensors 20 gemessen werden kann, der mit der Meßleitung 19a verbunden ist. Dies ist die einfachste Anordnung, es ist natürlich auch möglich, eine separate Bohrung in dem Rahmen 6 für den Drucksensor vorzusehen. Meßdaten werden elektrisch von dem Drucksensor 20 zu einer Steuereinheit 21 zugeführt, wo die Daten verarbeitet werden können. Erforderlichenfalls überträgt die Steuereinheit 21 ein Steuersignal zu einer Betätigungseinrichtung 22, die beispielsweise ein Stellglied sein kann, welches den Vorschub einstellt, oder ein Ventil, welches den Druck der Schlagvorrichtung einstellt. Es ist möglich, der Steuereinheit 21 eine große Menge unterschiedlicher Meßdaten zuzuführen, welche den Bohrprozeß betreffen, so daß die Steuereinheit 21 den Betrieb der Bohrmaschine in jeder Situation auf der Grundlage der Daten in zweckmäßiger Weise steuern kann. Die Figur zeigt auch einen zweiten Drucksensor 23, welcher den Druck hinter den anderen Kolben 4b mißt und entsprechend mit der Steuereinheit 21 verbunden ist. Somit ist es möglich, einen Druckimpuls entweder separat von den Kolben 4a oder 4b oder zusammen aus beiden Kolben zu messen. Es ist auch möglich, nur einen Drucksensor zu verwenden, in welchem Fall die Leitungen 7a und 7b der Kolben 4a und 4b gemäß der gestrichelten Linie 24 zusammen verbunden sind, was bedeutet, daß der zweite Drucksensor 23 nicht erforderlich ist. In der Praxis kann ein Druckimpuls auf einfachere Weise nur von hinter den Kolben 4a gemessen werden, was bedeutet, daß die Kolben 4a und 4b in unterschiedlichen Druckkreisläufen angeordnet sind. Dies beruht auf der Tatsache, daß weil die Kolben 4a sich gegen das Vorderende der Bohrmaschine nur zu einer Position bewegen können, welche dem optimalen Aufprallpunkt des Schaftes entspricht, Druckimpulse nur erzeugt werden, wenn sich der Schaft zum hinteren Ende der Bohrmaschine mit einer solchen Kraft bewegt, die ihn an seinem optimalen Aufprallpunkt vorbeibewegt. Wenn Druckimpulse auf solche Weise gemessen werden, schaffen sie vorzugsweise eine zuverlässige Grundinformation für die Umsetzung der Steuerung.
Fig. 2a zeigt schematisch eine normale Druckkurve, die aus dem Raum hinter den Kolben gemessen wurde. Wenn der Bohrwiderstand des zu bohrenden Gesteins normal ist und die Kolben den Schaft zu dem optimalen Aufprallpunkt bewegt haben, liefert der Schlagkolben einen Aufprall auf den Schaft mit voller Kraft, von welchem der Aufprall weiter zu den Bohrstangen und somit auch zu der Bohrkrone übertragen wird. Sobald der Bohrkopf auf das harte Gestein auftrifft, erzeugt er eine Rücklaufbewegung, die nach rückwärts reflektiert und über die Bohrstangen zum Schaft übertragen wird. Da der Schaft mittels der Stützhülse 3 belastet wird und die Kolben ihn nach vorn stoßen, wird die Spannung, die aus dem Gestein reflektiert wird, auch zu den Kolben übertragen, die sich deshalb in ihren Zylinderräumen als Ergebnis dieses reflektierten Impulses nach rückwärts bewegen. Die Rückwärtsbewegung der Kolben erzeugt einen schnellen Druckanstieg, mit anderen Worten einen Rücklaufimpuls in dem Raum hinter den Kolben. Dies kann man in Fig. 2a als einen Druckimpuls B sehen, der sich gegenüber dem durchschnittlichen Druckniveau klar unterscheidet. Das Auftreten dieses Druckimpulses B in der Druckkurve wird speziell überwacht. Die Druckimpulse B sind immer größer als das durchschnittliche Druckniveau. Mindestens die Kraft, Amplitude, Anstiegsrate bzw. Flankensteilheit und Frequenz des Auftretens des Druckimpulses kann für die Steuerung des Bohrens verwendet werden. Druckimpulse A, die in der Figur gezeigt sind und kleiner sind als der Druckimpuls B, ergeben sich aus Druckveränderungen des Druckfluids, wenn die Kolben 4a und 4b dem Druck in der Druckleitung der Schlagvorrichtung unterworfen werden. Wenn das dem zu messenden Zylinderraum der Kolben zugeführte Druckfluid aus einer separaten Druckquelle oder über eine Druckleitung gefördert wird, die von dem Schlagkreislauf separat ist, gibt es keinen Druckimpuls A, der sich aus der Aufpralltätigkeit ergibt, sondern die durchschnittliche Druckkurve wird im wesentlichen eben bzw. nivelliert sein.
Fig. 2b zeigt ihrerseits eine Druckkurve, bei der es überhaupt keine Druckimpulse B gibt. Die Kurve zeigt nur eine Druckveränderung A, die sich aus Druckänderungen des Aufprallkreislaufes ergibt. Das Fehlen des Druckimpulses B oder die Schwäche des Impulses liegt daran, daß der Bohrkopf mit einer normalen Bohrkraft in ein weiches Bohrmaterial eingedrungen ist, was bedeutet, daß der Bohrer eine Zeitlang schneller arbeitet als gewöhnlich. Der Schaft hat sich demnach aus dem optimalen Auftreffpunkt nach vorn bewegt, weshalb der Absorber des Schlagkolbens mindestens einen Teil des Aufpralls aufnimmt. Da die Kraft des Aufpralls auf diese Weise verringert wird, trifft die Bohrkrone das Gestein nicht mit einer großen Kraft, noch erzeugt sie einen ähnlichen Rückprall wie bei einer normalen Bohrsituation oder einem sich ergebenden Rücklaufimpuls. Auf der anderen Seite hält ein weiches Gesteinsmaterial nicht einem Aufprall in gleichem Ausmaß stand wie ein hartes Material, und es erzeugt daher in dem Bohrgerät nicht einen ähnlichen Rücklaufimpuls.
Fig. 3 zeigt eine weitere andere Ausführungsform des Vorderendes einer Bohrmaschine gemäß der Erfindung im Teilschnitt. Die Bezugszahlen entsprechen denen der Fig. 1. Die in der Figur gezeigte Anordnung entspricht im übrigen der Anordnung der Fig. 1 mit der Ausnahme, daß in Fig. 3 einige getrennte Kolben durch hülsenartige Kolben ersetzt sind, die koaxial um den Schlagkolben 1 herum angeordnet sind. In diesem Fall sind die Kolben 14a und 14b derart angeordnet, daß der Kolben 14a in der äußersten Position steht, und eine Druckleitung 17a ist mit dem Kolben 14a so verbunden, daß er durch sie vollständig zu einer passenden Fläche 15a gestoßen werden kann. Der Kolben 14b ist seinerseits koaxial innerhalb des Kolbens 14a angeordnet, und Druckfluid wird längs einer Leitung 17b hinter den Kolben 14b zugeführt. Wenn der Kolben 14b gegen eine passende Fläche 15b ruht, wird der Schaft 2 zu einer neuen Position nach vorn bewegt, welche sich von dem optimalen Aufprallpunkt unterscheidet. Wie schon in Fig. 1 gezeigt ist, wird der Druck aus dem Raum entweder hinter beiden Kolben 14a, 14b oder nur den Kolben 14a gemessen. Die Leitungen 17a und 17b sind mit einer Meßleitung 19a verbunden, die mit einem Drucksensor 20 versehen ist, welcher den reflektierten Druckimpuls mißt. Dementsprechend ist die Leitung 17b mit einer Meßleitung 19b verbunden, die mit einem Drucksensor 23 versehen ist, welcher den reflektierten Druckimpuls mißt. Hinsichtlich der Messung und Benutzung des Druckimpulses ist die Situation ähnlich wie in Fig. 1. In ähnlicher Weise ist es auch bei dieser Ausführungsform möglich, den Druckimpuls mit nur einem Sensor zu messen, was bedeutet, daß die Leitungen 17a und 17b mit der Meßleitung 19a verbunden sind, die durch eine gestrichelte Linie 24 gezeigt ist, und der Drucksensor 23 ist nicht erforderlich.
Die Zeichnung und die zugehörige Beschreibung dienen nur der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Gedankens. Die Einzelheiten der Erfindung können im Rahmen der Ansprüche verändert werden. Zum Beispiel braucht der Aufbau der Bohrmaschine nicht dem in den Figuren gezeigten identisch zu sein, sondern das Dämpfen des Schlagkolbens kann zum Beispiel auf irgendeine andere Art erfolgen. Ferner können die Kolben angeordnet sein, um direkt auf den Schaft zu wirken, was bedeutet, daß nicht eine separate Hülse zwischen dem Schaft und den Kolben notwendig ist. Ein Axiallager kann zwischen dem Schaft und den Kolben vorgesehen sein, und es ist koaxial zu dem Schaft und dem Schlagkolben positioniert. Die Analyse und die Verwendung des aus dem Drucksensor erhaltenen Meßsignals kann auch Signalverarbeitungsverfahren verwenden, welche das Herausziehen von mehr veränderten Daten aus dem Meßsignal ermöglicht, beispielweise betreffend die Dauer, die Energie und die Frequenz des reflektierten Impulses, und diese Meßdaten können dann verwendet werden, um die Bohrmaschine in wirksamer Weise zu steuern.

Claims

1. Verfahren zum Steuern des Bohrvorganges eines Gesteinsbohrers in einer Bohrmaschine mit einem Rahmen (6), einem Schlagkolben (1), der in dem Rahmen (6) vorgesehen ist und sich in seiner Längsrichtung bewegt, einem Schaft (2), der auf einer axialen Verlängerung des Schlagkolbens (1) angeordnet ist, und mindestens einem Kolben (4a, 4b, 14a, 14b), der in dem Rahmen (6) in axialer Richtung desselben beweglich vorgesehen ist, wobei der Kolben angeordnet ist, um auf den Schaft (2) zu wirken und ihn in Richtung nach vorn von der Bohrmaschine aufgrund eines Druckmediums zu stoßen, welches auf die hintere Fläche des Kolbens wirkt, woraufhin mindestens während des Bohrvorganges der Druck des Druckmediums derart ist, daß die kombinierte Kraft aller Kolben, die auf den Schaft (2) wirken und ihn vorwärts stoßen, die Vorschubkraft übersteigt, die während des Bohrvorganges auf die Bohrmaschine wirkt, so daß wenn der Schaft (2) auf allen Kolben (4a, 4b, 14a, 14b) ruht, er an seinem optimalen Aufprallpunkt angeordnet ist, wobei bei dem Verfahren der Druck des auf den Schaft (2) wirkenden Druckmediums gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (20, 23) einen Rücklaufimpuls mißt, der aus dem zu bohrenden Gestein zu der Bohrvorrichtung zurück reflektiert wird und der sich aus dem Aufprall des Schlagkolbens (1) ergibt, wobei der Rücklaufimpuls als ein Druckimpuls (B) erfaßt wird, wenn der Druck in dem Raum hinter dem Kolben (4a, 4b) 14a, 14b) mittels des Drucksensors (20, 23) gemessen wird, und daß die Meßdaten des reflektierten Druckimpulses (B) für die Steuerung des Betriebes der Bohrmaschine verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorschub der Bohrmaschine auf der Basis des Meßergebnisses des sich aus dem reflektierten Rücklaufimpuls ergebenden Druckimpulses (B) eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufprallkraft der Bohrmaschine auf der Basis des Meßergebnisses des sich aus dem reflektierten Rücklaufimpuls ergebenden Druckimpulses (B) eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der Bohrmaschine auf der Basis der Kraft des sich aus dem reflektierten Rücklaufimpuls ergebenden Druckimpulses (B) gesteuert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb der Bohrmaschine auf der Basis der Amplitude des Druckimpulses (B), der sich aus dem reflektierten Rücklaufimpuls ergibt, gesteuert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vorbestimmte Grenzen für die Meßvariablen des Druckimpulses (B) eingestellt werden und, wenn ein Meßergebnis unter die Grenzen fällt, eine Steuereinheit (21) der Bohrmaschine den Aufpralldruck und/oder den Vorschub so steuert, daß der optimale Aufprallpunkt wieder erreicht wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckimpuls nur aus einem Raum hinter einem solchen Kolben (4a, 14a) gemessen wird, der in seiner vordersten Position den Schaft abstützt, der sich somit in dem optimalen Aufprallpunkt befindet.

8. Vorrichtung zum Steuern des Bohrvorganges eines Gesteinsbohrers, wobei die Vorrichtung eine Bohrmaschine aufweist mit einem Rahmen (6), einem Schlagkolben (1), der in dem Rahmen (6) in dessen Längsrichtung bewegbar vorgesehen ist, einem Schaft (2), der auf einer axialen Verlängerung des Schlagkolbens (1) angeordnet ist, und mindestens einem Kolben (4a, 4b, 14a, 14b), der in dem Rahmen (6) in dessen axialer Richtung beweglich vorgesehen ist, wobei der Kolben in einem Zylinderraum in der axialen Richtung der Bohrmaschine positioniert und angeordnet ist, um auf den Schaft (2) einzuwirken und ihn nach vorn von der Bohrmaschine aufgrund eines Druckmediums zu stoßen, welches auf die hintere Fläche des Kolbens wirkt, woraufhin mindestens während des Bohrvorganges der Druck des Bohrmediums derart ist, daß die Kraft, die auf den Schaft (2) wirkt und ihn nach vorn stößt, die Vorschubkraft übersteigt, die während des Bohrvorganges auf die Bohrmaschine wirkt, so daß wenn der Schaft (2) auf allen Kolben (4a, 4b, 14a, 14b) ruht, er an seinem optimalen Aufprallpunkt angeordnet ist, wobei die Vorrichtung Mittel aufweist zum Messen des Druckes des Druckmediums, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor (20, 23) einen Rücklaufimpuls mißt, der von dem zu bohrenden Gestein zu der Bohrvorrichtung zurück reflektiert wird und der sich aus dem Aufprall des Schlagkolbens (1) ergibt, wobei der Rücklaufimpuls als ein Druckimpuls (B) erfaßt wird, wenn der Druck in dem Raum hinter dem Kolben (4a, 4b, 14a, 14b) mittels des Drucksensors (20, 23) gemessen wird, und daß die Meßdaten des reflektierten Druckimpulses (B) für das Steuern des Betriebes der Bohrmaschine verwendet werden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinheit (21) angeordnet ist, um den Vorschub der Bohrmaschine auf der Basis des Druckimpulses (B), welcher durch den Drucksensor (20) gemessen wird, einzustellen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (21) angeordnet ist, um die Aufprallkraft der Bohrmaschine auf der Basis des Druckimpulses (B), welcher durch den Drucksensor (20) gemessen wird, einzustellen.