NO336946B1 - System, apparat og fremgangsmåte for å kontrollere energiforbruk under en fjellboreprosess - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for å regulere kraftforbruket under en fjellboreprosess med et fjellboreapparat, idet fjellboreapparatet omfatter en hovedkraftforsyning for å levere kraft for fjellboreprosessen og som omfatter minst delprosesser med slag og/eller dreining og spyling, hvor fremgangsmåten omfatter justere spyleeffekten delvis som funksjon av hulldybden, og regulere slageffekten og/eller dreieeffekten og spyleeffekten slik at dets totale kraftforbruk av hver delprosess blir regulert.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å regulere kraftforbruk under en fjellboringsprosess av den type som er definert i innledningen til krav 1.

Oppfinnelsen angår videre et system og et fjellboringsapparat av den type som er definert i innledningen til krav 11 og 21.

Fjellboringsapparater kan brukes på forskjellige områder, for eksempel for boring av tunneler, gruver, fjellforsterkning, løfteboring og for å bore sprenghull, slamhull og huller for å installere fjellbolter.

Fjellboring utføres ofte ved slagboring hvor et boreverktøy montert i enden av en borestang blir tildelt støtpulser av et hammerstempel anordnet på motstående side av borestangen og som drives for repeterende støt på borestangen. I den ytterste ende av boreverktøy et er det borekroner som penetrerer fjellet og bryter det opp ved støtet av hammerstemplet.

Boreverktøyet kan også trykkes mot fjellet for å opprettholde kontakten mellom verktøyet og fjellet for å sikre at så mye støtenergi som mulig fra hammerstemplet blir overført til fjellet. For å gjøre boreprosessen mer effektiv, kan boreverktøyet videre dreies noe mellom støtene, slik at borkronen slår mot et nytt sted ved hvert støt. Borkaksen blir spylt vekk fra hullet ved hjelp av et passende middel. Dette middelet er vanligvis luft ved overflateboreutstyr, vann i undergrunnsapparater. Alternativt, kan vannstøv med eller uten et kjemisk tilsetningsmiddel brukes i begge apparattyper.

Boreverktøyet omfatter videre en krafttilførsel, for eksempel en dieselmotor som brukes for å produsere kraft for de kraftkrevende funksjoner av fjellborings-apparatet. Disse funksjonene kan omfatte en kompressor for å produsere spyletrykk/- strøm, slagkraft, dreiekraft, matekraft, matehastighet, hydrauliske pumper og kjøle-vifter.

Fjellboring kan videre utføres av apparater som bare bruker dreining og tilført trykk for å bryte fjellet eller apparater som bare bruker dreining for å bryte opp fjellet.

Hovedkrafttilførselen er dimensjonert slik at alle funksjoner kan brukes ved maksimalrate samtidig hele tiden for å sikre riktig funksjon.

Et problem med eksisterende fjellboreutstyr er imidlertid at de ofte forbruker mer kraft enn nødvendig under boreprosessen, hvilket fører til for stort drivstoffforbruk og generering av varme og støy.

Følgelig er det et behov for en forbedret fjellboringsfremgangsmåte som løser ovennevnte problem.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å regulere kraftforbruket under en fjellboringsprosess som løser ovennevnte problem. Formålet oppnås ved en fremgangsmåte for å regulere kraft forbruket under fjellboringsprosessen ifølge den karakteriserende del av krav 1.

Et annet formål med oppfinnelsen er å tilveiebringe et system for å regulere kraftforbruket under en fjellboringsprosess som løser ovennevnte problem. Dette formål oppnås av et system som defineres i den karakteriserende del av krav 11.

Det er videre et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et fjellboringsapparat som løser ovennevnte problem. Dette formål oppnås av et fjellboringsapparat ifølge krav 21.

Fremgangsmåten for å regulere kraftforbruket under en fjellboringsprosess med et fjellboringsapparat omfatter justering av spylekraften minst delvis som funksjoner av hulldybden og regulerer minst slagkraften og/eller dreiekraften og spylekraften, slik at det horisontale effektforbruk av hver delprosess reguleres slik at kraften fra hovedkraftforsyningen holdes ved eller under et bestemt nivå. Dette har den fordel at bare den nødvendige mengde kraft ved en bestemt hulldybde brukes for spyling og at den gjenværende kraft kan brukes for andre funksjoner og/eller for å spare kraft og derved mindre drivstoff-forbruk og mindre støy og varme.

Spylekraften kan justeres minst delvis som funksjon av hulldiameteren og/eller diameteren av powerstangen.

Strømmen av spylemedium kan holdes vesentlig konstant under boreprosessen, dvs. at spylekraften øker med øket hulldybde. Hulldybden kan videre måles kontinuerlig. Dette har den fordel at strømmen kan holdes på nøyaktig det nødvendige strømningsnivå for å vedlikeholde spylingen av borehullet og således kan spylekraften holdes på lavest mulig verdi gjennom hele boreprosessen.

Strømmen av spylemedium kan økes i det meste litt med økt hulldybde. Dette har den fordel at strømmen, etter hvert som hulldybden øker, kan økes noe for ytterligere å kompensere for hulldybden og/eller borestangskjøter og/eller borekaks som kan sette seg fast i veggen av borehullet.

Dette krever at spylekraften bestemmes av en datamaskin. Datamaskinen kan være koplet til et minne hvor det er lagret en tabell som består av en eller flere lister av forskjellige typer boreverktøy og/eller typer av borestenger og fortrinnsvis beregningsbarometre som brukes ved en valgt kombinasjon. Spylekraften kan bestemmes basert på lagret data om type boreverktøy og/eller type borestang og/eller hulldybde. Dette har den fordel at strømmen av spylemedium kan holdes på ønsket nivå uavhengig for eksempel av hvilken boreverktøydiameter og/eller borestangdiameter som brukes.

Oppfinnelsen kan brukes i konvensjonelle fjellboreapparater, feks. apparater som bruker slag eller dreining eller en kombinasjon av disse.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere, der

fig. 1 viser et eksempel på utførelse av et fjellboringsverktøy ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et blokkskjema som beskriver et eksempel av utførelsen ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et eksempel på fjellboreapparat ifølge oppfinnelsen. På figuren er det vist et fjellboreapparat 1, i dette eksempel en overflateborvegg. Boreriggen 1 er vist brukt ved boring av et hull 2 fra jordnivået som har nådd en dybde a og som er beregnet å nå et hull med dybde P for eksempel 30 meter, idet det ferdige hull indikeres av avbrutte linjer. (Det viste forhold mellom borerigghøy den/hull dybden er ikke ment å være nøyaktig. Den totale høyde y av selve boringen kan for eksempel være 10 meter.)

Boreriggen 1 er forsynt med en topphammer 11 montert via en fjellborevugge 13 på en mater 5. Materen 5 er festet til en bom 15 via en måteholder 12. Topphammeren 11 hamrer mot et boreverktøy 3 med en eller flere borkroner 4 via en borestang 6 boret av en stangbærer 14. Topphammeren 11 er kraftdrevet fra en hydraulikkpumpe 10 drevet av en dysemotor 9 via et ledningsrør festet til materen 5 (hydraulikkmateren er ikke vist på figuren). Borkaksen blir spylt ut av hullet 2 av trykkluft som monteres gjennom et rør, fortrinnsvis i midten av borestangen 6, og blir tømt nær boreverktøyet 3. Trykkluften spyler borkaks oppover og gjennom og ut av hullet 2 som vist av de oppadvendte piler på fig. 1. I stedet for trykkluft kan andre spylemedier brukes, for eksempel vanntåke med eller uten tilsatt kjemikalier. Trykkluft blir matet til borestangen 6 fra kompressoren 8 via et rør 7. Kompressoren 8 blir i sin tur drevet av dieselmotoren 9.

I nåværende borerigger må dieselmotoren 9 være tilstrekkelig kraftig for samtidig å kunne drive både kompressoren og hydraulikkpumpen i full rate samt kjølevifter og andre apparater. Kompressoren drives alltid ved eller nær sin maksimumsrateboring og kompressoren kan for eksempel forbruke 120 hp av en dieselmotors totale kapasitet på for eksempel 300 hp, forbruker kompressoren en stor mengde drivstoff som fører til generering av store mengder utløpsgasser og støy og varme som videre fører til mer støy og driftstoff-forbruk på grunn av at kjøleviftene må drives hardere.

Ifølge oppfinnelsen kan disse ulempene imidlertid reduseres ved å drive kompressoren ved det kraftnivået som er nødvendig. Ved begynnelsen av boringen av et hull er for eksempel spyleeffekten som kreves for å produsere en strøm av spylemedium som er tilstrekkelig for å evakuere borekaks, relativt liten og således bør kompressoren ikke levere mer enn den nødvendige effekt. Dette betyr at dieselmotoren i sin tur kan drives med redusert kraft som således resulterer i minsket drivkraft-forbruk, mindre varme og mindre støy. Alternativt kan effekten som så spares ved å drive kompressoren med redusert kraft brukes for å tilføre mer kraft til topphammeren enn det som ellers ville være mulig og som derved fører til raskere boring i den første og/eller den største del av hullet.

Reduksjonen i kompressoreffekten kan oppnås på forskjellig måte avhengig av kompressortype. I en displacement-kompressor, kan for eksempel effekten reduseres enten ved å redusere omdreiningstallet eller avlaste kompressoren ved å stenge innløpet.

Reguleringen av kompressoreffekten vil nå bli beskrevet under henvisning til fig. 2 som viser et blokkskjema over et styresystem. Figuren viser en borerigg 21 med en dieselmotor 22. Dieselmotoren er direkte eller indirekte koplet til en kompressor 23, en hydraulikkpumpe 29, kjølevifter 24, annet apparatur 25, en topphammer 26 og en styreenhet 27, for eksempel en datamaskin. Datamaskinen er videre koplet til kompressoren 23 og/eller hydraulikkpumpen og/eller kjøleviftene 24 og/eller apparatene 25.

For å regulere kompressoreffekten, forsyner en føler 28, for eksempel montert på materen, styreenheten 27 med en informasjon om gjeldende hulldybde og styreenheten 27 vil deretter overføre, for eksempel via en CAN-buss, styresignalet til kompressoren 23, herunder informasjon om hvilken effekt-trykk som skal leveres for å produsere den ønskede strøm av spylemedium. Styreenheten kan videre styre signalet til dysemotoren og/eller kjøleviftene og/eller andre apparater etter behov, omfattende for eksempel ønskede effektverdier. Styreenheten 27 kan omfatte et minne 30 som er koplet til eller befinner seg i denne og som lagrer ønskede verdier for kompressorinnstillingene kontra hulldybder, slik at kompressoren kan justeres riktig. Alternativt, eller i tillegg kan det videre lagres beregningsbarometre som brukes i forbindelse med hulldybden for å beregne en ønsket kompressoreffekt. Disse beregningsparametrene kan være avhengig av type boreverktøy og/eller type borestang. Fortrinnsvis lagres beregningsbarometrene for hver mulig kombinasjon av boreverktøy og/eller borestang. I en alternativ utførelse vil det være lister lagret i minnet, idet hver liste omfatter kompressorinnstillinger kontra dybde for hver kombinasjon. For eksempel kan det være verdier lagret for hver cm, dm eller m av økt hulldybde. Det er også mulig å lagre verdier som oppstår i en økt strøm etter hvert som hulldybden øker for å kompensere for de ovennevnte faktorer.

I et annet eksempel på utførelser (ikke vist) kan føler som avføler den faktiske strøm være koplet til styreenheten slik at denne kontinuerlig kan sende styresignaler til kompressoren basert på strømningsverdiene. Strømmen kan for eksempel beregnes som liter pr. omdreining av kompressoren, omdreining pr. minutt (R.P.M), arbeidstid/total tid.

Denne ønskede strøm kan i et annet eksempel på utførelse innstilles bare ved å sette en verdi på en kontroll eller ved å sende et signal om den ønskede verdi til styreenheten via et maskingrensesnitt, for eksempel en skjerm og/eller et tastatur.

Oppfinnelsen har for eksempel den fordel at når det bores smale hull, behøver kompressoren ikke arbeide ved full kraft under hele boreprosessen hvilket fører til drivstoff-besparelser og/eller ekstra effekt for topphammeren gjennom boreprosessen.

I den ovennevnte beskrivelse har oppfinnelsen blitt beskrevet i forbindelse med en overflateborerigg med en hydraulisk topphammer. Oppfinnelsen kan imidlertid gjerne brukes med annen type boreapparat med separat drevet spyling og boring. For eksempel kan oppfinnelsen brukes i forbindelse med fjellboreapparater som bruker både slag og dreining for å utføre fjellboringen. Oppfinnelsen kan også brukes i fjellboring hvor bare dreining og tilført trykk brukes for å bryte fjellet, eller hvor det bare brukes dreining som for eksempel, tilfellet ved boring i mykt fjell, for eksempel i fjellgruver. I tilfeller hvor dreining brukes for å bryte fjellet, kan kraften som spares ved redusert spyling utnyttes for raskere dreining og derved raskere boring.

Det vil videre fremgå at tallrike andre følere, for eksempel temperaturfølere kan koples til styringen for å forsyne den med nyttig informasjon for regulering av bruken av fjellboreapparatet.

Claims (21)

1. En fremgangmåte for å regulere kraftforbruket under en fjellboreprosess med et fjellboreapparat, hvor selve boreapparatet omfatter en hovedkraftforsyning for å tilføre kraft for fjellboreprosessen og som omfatter minst delprosessene med slag og/eller dreining og spyling,karakterisert vedat fremgangsmåten omfatter trinnene: justering av spyleeffekten minst delvis som en funksjon av hulldybden, og regulere minst slagkraften og/eller dreiekraften og spyleeffekten, slik at det totale effektforbruk av hver delprosess blir regulert.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat spyleeffekten videre blir justert minst delvis som funksjon av diameteren i hullet og/eller diameteren av borestangen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2,karakterisert vedat det totale effektforbruk av hver delprosess reguleres slik at kraften fra hovedkraftforsyningen holdes ved eller under et bestemt nivå.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1 -3,karakterisert vedat strømmen av spylemedium holdes vesentlig konstant gjennom boreprosessen.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3,karakterisert vedat strømmen av spylemedium økes med økt hulldybde.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-5,karakterisert vedat hulldybden blir målt kontinuerlig.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-6,karakterisert vedat strømmen av spylemedium blir målt kontinuerlig.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-7,karakterisert vedat den nødvendige spyleeffekt bestemmes av en datamaskin.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat datamaskinen er koplet til et minne som lager en tabell omfattende en eller flere lister som minst delvis omfatter type boreverktøy og/eller type borestang og/eller hulldybde og at spyleeffekten som er basert på lagrede verdier.

10. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-9,karakterisert vedat slaget utføres av en hydraulisk topphammer.

11. System for å regulere kraftforbruket under en fjellboreprosess med et fjellboreapparat, hvor fjellboreapparatet omfatter en hovedkraftforsyning for å tilføre kraft for boreprosessen og som omfatter minst delprosessene med slag og/eller dreining og spyling, der systemet erkarakterisert vedat det omfatter: anordning for å justere spyleeffekten minst delvis som funksjon av hulldybden, og anordning for å regulere minst slagkraften og/eller dreiekraften og spylekraften, slik at det totale kraftforbruket av hver delprosess blir kontrollert.

12. System ifølge krav 11,karakterisert vedat det videre omfatter en anordning for å justere spyleeffekten minst delvis som funksjon av hulldybden og/eller diameteren av borestangen.

13. System ifølge krav 11 eller 12,karakterisert vedat systemet er anordnet for å regulere det totale kraftforbruk av hver delprosess, slik at kraften fra hovedkraftforsyningen holdes ved eller under et bestemt nivå.

14. System ifølge ett av kravene 11-13,karakterisert vedat systemet er anordnet for å holde strømmen av spylemedium vesentlig konstant gjennom hele boreprosessen.

15. System ifølge ett av kravene 11-13,karakterisert vedat systemet er anordnet for å øke strømmen av spylemedium med økt hulldybde.

16. System ifølge ett av kravene 11-15,karakterisert vedat systemet er anordnet for kontinuerlig å måle hulldybden.

17. System ifølge ett av kravene 11-16,karakterisert vedat systemet er anordnet for kontinuerlig å måle strømmen av spylemedium.

18. System ifølge ett av kravene 11-17,karakterisert vedat systemet er anordnet for å bestemme den nødvendige spyleeffekt ved hjelp av datamaskinen.

19. System ifølge krav 18,karakterisert vedat datamaskinen er koplet til et minne anordnet for å lagre en tabell som omfatter en eller flere lister som minst delvis omfatter type boreverktøy og/eller borestang og/eller hulldybde og at spyleeffekten blir bestemt basert på lagrede verdier.

20. System ifølge ett av kravene 11-19,karakterisert vedat slaget blir anordnet for utførelse av en hydraulisk topphammer.

21. Fjellboreapparat,karakterisert vedat det er anordnet for å innbefatte et system ifølge ett av kravene 11-20.