SE532483C2 - Metod, anordning och bergborrningsrigg för styrning av åtminstone en borrparameter - Google Patents

Description

25 30 532 433 ken. Det hydraultryck som driver matarcylinder/matarmotor kal- las allmänt matningstryck.

Vid borrning med en borrmaskin av ovanstående typ är det van- ligt att de rådande borrningsförhållandena ofta förändras. Det finns ett stort antal bergarter, och beroende pà hur deras uppbyggnad, t.ex. beträffande hårdhet, är de olika svåra att borra i. Allmänt anses mjuka och sprickiga berg representera de svåraste borrningsförhållandena. Vid borrning i mjuka berg finns det risk att delar av stötvågens energi reflekteras vid bergträffen och transporteras tillbaka genom borrsträngen till borrmaskinen. Följden av detta är att livslängden för borrkro- na, borrstål, och borrmaskin kan förkortas, med därmed associ- erade kostnadsökningar som följd. Borrningen kan försvåras yt- terligare av förhållanden såsom att olika hårda bergarter kan ligga insprängda i varandra i olika lager.

Allmänt gäller att en ökning av borrningshastigheten (borr- sjunkningen) utgör en indikation på att berget blir mjukare. I den kända tekniken finns flera lösningar som utnyttjar detta förhållande. I en känd lösning är en strypning anordnad på re- tursidan av den hydrauliska matarmotorn. Om i detta fall borr- sjunkningen blir större än vad som anses vara normalt kommer strypningen att börja strypa flödet genom motorn, varvid en tryckdifferens byggs upp på retursidan. Tryckökningen medför att tryckdifferensen över matarmotorn minskar, och genom att låta denna tryckdifferens reglera en ventil som i sin tur pà- verkar slagverkstrycket kan slagverkstrycket reduceras till en startborrningsnivà eller väsentligen helt stängas av när borr- kronan kommer in i ett område med mjukare berg.

En liknande lösning beskrivs i EP 1 102 917 Bl, med skillnaden att strypningen i detta fall är placerad uppströms om matarmo- torn. I denna lösning mäts trycket över strypventilen, och om tryckdifferensen blir för hög påverkas slagverkstrycket. 10 15 20 25 30 532 flßß Gemensamt för de ovan angivna lösningarna är att de är svåra att ställa in när borriggen kommer på plats för borrning på en ny lokalisering. Detta beror t.ex. på att medan en viss tryck- differens över matarmotorn/strypventilen kan vara lämplig för slagverktrycksänkning i en bergart, kan en helt annan tryck- differens vara lämplig vid en annan typ av berg.

Det existerar således ett behov av en förbättrad metod och an- ordning för reglering av slagverkstrycket, i synnerhet vid förändringar av borrningsförhàllanden, som åtminstone lindrar problem med den kända tekniken.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Ett syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en metod för styrning av åtminstone en borrparameter som löser ovanstående problem.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhanda- hålla en anordning för styrning av åtminstone en borrparameter som löser ovanstående problem.

Dessa och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom en metod för styrning av borrparametrar, såsom definie- ras i patentkrav 1, och genom en anordning enligt patentkrav 17.

Enligt föreliggande uppfinning uppnås ovan nämnda syften genom en metod och en anordning för styrning av borrparametrar vid borrning i berg med en borrmaskin. Vid borrningen är en im- pulsalstrande anordning medelst ett stötorgan är anordnat att inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg, varvid nämnda impulsalstrande anordning är förskjutbar i borrnings- riktningen relativt ett bärarorgan, varvid vid borrningen en trycknivå för ett stötvàgsgenererande tryck regleras. En borr- ningshastighet för nämnda borrning bestäms, varvid nämnda borrningshastighet bestäms medelst en bestämning av borrmaski- 10 15 20 25 532 483 nens rörelse relativt nämnda bärarorgan, och nämnda stötvågs- genererande tryck regleras som funktion av nämnda bestämda borrningshastighet.

Detta har fördelen att genom att reglera ett stötvågsgenere- rande tryck såsom ett slagverkstryck som funktion av den fak- tiska borrningshastigheten kan det i varje läge säkerställas att ett korrekt slagverkstryck i förhållande till aktuell borrningshastighet används. Detta medför i sin tur att skadli- ga reflexer kan undvikas, både under startborrning och normal- borrning. Uppfinningen har också fördelen att osäkerheter i hydraulkomponentfunktioner, t.ex. p.g.a. att de är beroende av oljans viskositet och omgivningstemperatur, kan minskas.

Föreliggande uppfinning har också fördelen att ett enkelt in- ställbart system kan erhållas, där hastighetsnivåer för re- gleringens början och slut, samt slagverkstryckets max och min vid regleringen enkelt kan inställas från borriggens opera- törspanel, och även ändras/anpassas under drift.

Föreliggande uppfinning avser även en dylik anordning, varige- nom fördelar motsvarande de ovan beskrivna erhålls.

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

Kort beskrivning av rítningarna Fig. 1 visar ett exempel pà en borrigg där föreliggande upp- finning kan tillämpas.

Fig. 2 visar den i fig. l på borriggen anordnade borrmaskinen mer i detalj.

Fig. 3 visar borrmaskin och matarbalk för den i fig. l visade borriggen mer i detalj. 10 15 20 25 30 E32 flßß Fig. 4 visar ett exempel på en reglering av slagverkstrycket som funktion av faktisk borrningshastighet.

Fig. 5 visar ett exempel på reglering av slagverkstryck enligt en annan exempelutföringsform av föreliggande uppfinning.

Fig. 6 visar ett exempel på reglering vid hålrumsdetektering enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformar Föreliggande uppfinning kommer nu att exemplifieras med hän- visning till en bergborrningsrigg av den i fig. 1 visade ty- pen. I fig. 1 visas en bergborrningsrigg 10 för tunneldriv- ning, malmbrytning eller installation av bergförstärkningsbul- tar vid t.ex. tunneldrivning eller gruvdrift. Borriggen 10 in- kluderar 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 matarbalk 13 som uppbär en impulsalstrande anordning i form av en borrmaskin 14. Borr- maskinen 14 är förskjutbar längs matarbalken 13, och genererar stötvågor som via en borrsträng 15 och en borrkrona 18 över- förs till berget 17. Riggen 10 innefattar vidare en styrenhet 16, vilken kan användas vid styrning av borrparametrar enligt föreliggande uppfinning och enligt vad som kommer att beskri- vas nedan. Styrenheten 16 kan användas för att övervaka posi- tion, riktning och borrat avstånd etc. med avseende på borrma- skin och bärare. Styrenheten 16 kan även användas för styrning av förflyttning av riggen 10, även om en separat styrenhet na- turligtvis kan användas för detta.

I fig. 2 visas borrmaskinen 14 mer i detalj. Borrmaskinen in- nefattar en adapter 31, vilken i sin ena ände är försedd med medel 30, t.ex. gängor, för anslutning till en borrsträngkom- ponent (ej visad) i nämnda borrsträng 15. Borrmaskinen inne- fattar vidare en i längsled rörlig slagkolv 32, vilken genom slag mot adaptern 31 överför slagpulser till borrsträngen 10 15 20 25 30 532 483 (borrstàlet) och därifrån vidare till berget. Slagen àstadkoms genom trycksättning av slagkolvens från berget vända ände med ett stötvågsgenererande tryck (slagverkstryck). Borrkronans anliggningstryck mot berget påverkas medelst ovan nämnda mat- ningstryck via en hylsa 33 med hjälp av en dämpkolv 34, vilken är anordnad i ett dämparsystem, vilket även används för att dämpa slagimpulsreflexer från berget. I drift överförs en med ett hydraultryck i en första dämpkammare 37 bestämd kraft till adaptern 3l via dämpkolv 34 och hylsa 33, där nämnda kraft an- vänds för att säkerställa att borrkronan hela tiden hålls tryckt mot berget.

Förutom nämnda funktion för att trycka borrsträngen mot berget har dämpkolven även en dämpande funktion. När ett slag ger upphov till bergreflexer dämpas dessa genom att dämpkolven 34 pressas in i en andra dämpkammare 38, varvid vätska i den andra dämpkammaren 38 pressas mot den första dampkammaren 37 genom en liten spalt som bildas mellan dämpkolven 34 och kam~ marväggen 35 när dämpkolven 34 pressas in i den andra dämpkam- maren 38, vilket resulterar i en bromsande tryckökning i den andra dämpkammaren 38.

I fig. 3 visas matarbalken 13 med borrmaskin 14 mer i detalj.

Borrmaskinen 14 är fäst vid en längs mätaren förskjutbar släde 41, vars rörelse längs matarbalken 13 styrs av en matarcylin- der 40, vilken i detta exempel utgörs av en hydraulcylinder.

Vid borrning inställs matarbalken i position för borrning, fö- reträdesvis med borrmaskinen 14 så långt tillbakaskjuten som möjligt i syfte att möjliggöra att en borrsträngskomponent 42 av passande längd kan kopplas till borrmaskinen via nämnda ad~ apter 31 utan att borrkronan 18 hamnar för långt ifrån ett vid matarbalken 13 anordnat främre borrstöd 43. Vid ett nytt borr- hàls början bör stödet för borrkronan/borrsträngen vara så bra som möjligt för att undvika att borrhâlet vid borrningens 10 15 20 25 30 532 1333 start böjer av i felaktig riktning. Således styrs, innan borr- ningen börjas, matarbalken på så sätt att den trycks mot ber- get, varvid borrkronan kan styras så att den hamnar på önsk- värt (litet) avstånd från berget, varvid matarcylindern 40 se- dan vid borrning kan användas för att anbringa ett tillämpligt matningstryck mot berget. Vanligtvis startas en rotation av borrkronan (borrsträngen) innan borrkronan trycks mot berget för att påbörja borrningen med tillämpligt startborrningsför- farande. Varefter borrningen fortskrider kommer matarcylindern att förskjuta borrmaskinen i riktning mot berget för att, när släden 40 förskjutits i riktning mot berget till ett främre ändläge, frikopplas från den in i berget borrade borrsträng- komponenten så att en ny borrsträngkomponent kan anslutas mel- lan borrmaskin och borrsträngkomponent 42, varvid borrningen kan fortsätta till dess ett hål av önskad längd erhållits. I de fall borrsträngkomponenten 42 i sig själv tillhandahåller önskat háldjup behöver naturligtvis inte någon ytterligare borrsträngkomponent användas.

Såsom nämnts ovan används i den kända tekniken trycket till matarcylindern 40 vid bestämning av om borrningen går för fort, dvs. om den borrade bergarten är lös eller om borrningen kommit in i ett hàlrum, och, i beroende därav, minska/stänga av slagverkstrycket i syfte att undvika skadliga reflexer.

Detta förfarande för bestämning av om borrningen går för fort har dock nackdelen att endast en uppskattad borrningshastighet erhålls, vilken kan skilja sig avsevärt från den faktiska borrningshastigheten. Vidare, på grund av att denna kända lös- ning är hydraulikkomponentbaserad, kan det vara svårt att på ett tillfredsställande sätt inställa slagverkstryckets beroen- de av matningstrycket. Detta beror t.ex. på att olika bergar- ter kan kräva olika påverkan på slagverkstrycket i beroende av matningstrycket. Om berget är hårt erfordras en sänkning av 10 15 20 25 30 532 483 slagverkstrycket vid ett visst matningstryck, medan borrning i ett mjukt berg erfordrar sänkning av slagverkstryket vid ett helt ett annat matningstryck. Vidare kommer en matare som inte är korrekt underhållen eller justerad att resultera i att tryckförändringen inte blir lika tydlig, vilket därmed ytter- ligare försvårar reglering.

Föreliggande uppfinning åtminstone lindrar nackdelarna med da- gens system, och kommer nu att beskrivas mer i detalj med hän- visning till fig. 3 och fig. 4. Istället för att ett hydraul- tryck används vid slagverkstryckregleringen används enligt fö- religgande uppfinning borrmaskinens hastighet relativt en bä- rare, såsom matarbalken 13. Genom att använda borrmaskinens hastighet relativt matarbalken erhålls en betydligt noggranna- re regleringsgrund jämfört med en reglering baserad på ett hydraultryck eller -flöde, och därmed kan också en betydligt noggrannare reglering av slagverkstrycket utföras.

Enligt uppfinningen kan borrningshastigheten t.ex. bestämmas med hjälp av en hastighetssensor 44 som mäter borrmaskinens (slädens) hastighet relativt matarbalken. Alternativt kan en positionssensor användas för att mäta borrmaskinens (slädens) positionsförändring med tiden, och därur kan sedan på sedvan- ligt sätt hastigheten bestämmas. Positionssensorn kan t.ex. vara anordnad att mäta relativ förflyttning längs matarbalken, vilket t.ex. kan åstadkommas genom att en på släden (eller ma- tarbalken) anordnad IR-sensor detekterar förflyttning (hastig- het) genom att riktas mot en på matarbalken (släden) anordnad avläsningsskala, varvid det reflekterade ljuset kan användas för positionsbestämning. Avläsningsskalan kan antingen vara anordnad på ett sådant sätt att enbart relativförflyttning kan detekteras, eller på ett sådant sätt att absolutpositionsde- tektering kan utföras, t.ex. med hjälp av någon lämplig av IR- sensorn detekterbar kodning. I fig. 3 visas sensorn 44 anord- 10 15 20 25 30 533 ÅBQ nad på släden 41. Föreliggande uppfinning är inte begränsad till användning av IR-sensorer, utan godtycklig typ av till- lämpliga sensorer kan användas, såsom t.ex. en lasersensor.

I fig. 4 visas ett exempel på en reglering av slagverkstrycket som funktion av faktisk borrningshastighet. Fig. 4 visar två grafer, där den övre visar slagverkstryck som funktion av ti- den, och dess beroende av borrningshastigheten, vilken i den nedre grafen visas som funktion av tiden. Såsom visas i figu- ren regleras slagverkstrycket mellan en första nivå, S1, vil- ken anger en reducerad nivå där slagverkstrycket betraktas som lågt, såsom t.ex. ett slagverkstryck anpassat för startborr- ning, och en andra nivå S2, som utgör nämnda normalborrnings- nivå, dvs. en nivå där slagverkstrycket är på den nivå som an- ses erforderlig för den specifika bergart som borras. Såsom inses kan dessa nivåer i praktiken vara olika för olika typer av berg.

Såsom visas i fig. 4 tillåts slagverkstrycket ligga på normal- borrningsnivå så länge som borrningshastigheten är lägre än en viss hastighet, i fig. 4 angiven som B2. Såsom visas i figuren är hastigheten B2 satt högre än den borrningshastighet (borr- sjunkning) Bl som betraktas som normal för ifrågavarande berg, vilket medger viss variation i borrningshastighet innan re- glering enligt uppfinningen påbörjas. Vad som anses utgöra normal borrningshastighet kan t.ex. bestämmas genom att ett eller flera provhàl borras på någon lämplig plats, t.ex. en plats där det är känt att berget är homogent och har en hård- het som är karakteristisk för området som ska borras. B2 kan t.ex. anges som x% (x>l00) av normal borrningshastighet Bl.

Om borrningshastigheten överskrider hastigheten B2 påbörjas reglering enligt föreliggande uppfinning. Reglering utförs när borrningshastigheten befinner sig, t.ex. mellan de i fig. 4 visade borrningshastigheterna B2 och B3. 10 15 20 25 30 532 483 10 Vid t2 överskrider borrningshastigheten hastigheten B2 och en minskning av slagverkstrycket påbörjas när borrningshastighe- ten överstiger denna hastighet. I det visade exemplet används en proportionell styrning av slagverkstrycket mot borrnings- hastigheten, dvs. är borrningshastighetsökningen linjär, är även slagverkstrycksänkningen linjär. När sedan borrningshas~ tigheten vid t3 når den högre hastigheten B3 är slagverks- trycket reducerat till startborrnings- (eller annan lämplig) nivå S1 så länge som borrningshastigheten är lika med eller, såsom visas mellan t3 och t4, överstiger borrningshastigheten B3. När sedan borrningshastigheten åter understiger hastighe~ ten B3, vid t4, följer slagverkstrycket åter borrningshastig- heten proportionellt för att vid t5 åter anta normalborrnings- tryck, där det sedan ligger kvar till dess att borrningshas- tigheten åter överstiger hastigheten B2 eller borrningen av- slutas. Istället för att regleringen av slagverkstrycket sker ned till startborrningsnivà kan regleringen vara anordnad att ske till en godtycklig andel av aktuellt normalborrningstryck eller helt stängas av om borrningshastigheten överstiger has- tigheten B3.

Förutom att ovan nämnda nackdelar med känd teknik lindras har uppfinningen även fördelen att antalet nödvändiga hydraulkom- ponenter minskas, vilka, förutom att de är relativt dyra, har osäker funktion, t.ex., p.g.a. att de är beroende av oljans viskositet, vilken i sin tur är beroende av omgivningstempera- tur och typ av olja som används. Föreliggande uppfinning har också fördelen att inverkan av de trögheter och friktioner som med tiden kommer att uppstå i matarbalken avsevärt kan minskas eller helt elimineras.

Vidare har föreliggande uppfinning hittills exemplifierats med linjär reglering. Slagverkstrycket kan dock naturligtvis re- gleras enligt en godtycklig funktion av borrningshastigheten. 10 15 20 25 30 532 433 ll T.ex. kan slagverkstrycket vara anordnat att minska/öka expo- nentiellt eller logaritmiskt mot borrningshastigheten. Med fördel kan en matematisk funktion användas, som enkelt kan programmeras in, t.ex. i styrenheten 16 och användas vid re- gleringen. Alternativt kan funktionen utgöras av en tabell- funktion, dvs. att för varje borrningshastighet slås motsva- rande slagverkstryck upp i en tabell.

I en alternativ utföringsform ökas slagverkstrycket trapp- stegsformat, där en viss ökning (minskning) av borrningshas- tigheten resulterar i ett steg upp (ned). Varje steg är dock litet i förhållande till den totala skillnaden mellan den för- sta nivån (S1) och den andra nivån (S2).

I fig. 5 visas ytterligare en utföringsform av föreliggande uppfinning, vilken fram till t5 är densamma som fig. 4, men där det för slagverkstrycket finns ytterligare en nivå S3, vilken utgör ett slagverkstryck som är högre än normalborr- ningstrycket S2. I denna utföringsform tillåts slagverkstryck- et, när borrningshastigheten, vid t6, understiger normalborr- ningshastigheten Bl, stiga ända upp till nivån S3. T.ex. kan i detta fall, såsom visas i figuren mellan t6 och t7, den be- skrivna regleringen även användas för att låta slagverkstryck- et följa borrningshastigheten när denna understiger normal- borrningshastigheten. Att tillåta att slagverkstrycket över- stiger normalborrningstrycket har fördelen att borrning i t.ex. fall där lager med betydigt hårdare berg ligger in- sprängda i det borrade berget kan underlättas/möjliggöras. Vid sådana situationer kan det vara så att slagverkstrycket S2 vid normalborrning inte är tillräckligt för att bryta det hårda berget. Genom att vid en sådan situation öka slagverkstrycket till en nivå överstigande normaltrycket ökas energin i avgivna stötvågor, vilket medför att sektioner med hårdare berg kan forceras på detta sätt. När sedan det hårdare bergpartiet har 10 15 20 25 30 532 483 12 forcerats och borrningshastigheten åter ökar, mellan t8 och t9 i fig. 5 för att vid t9 åter uppnå normalborrningshastighet Bl regleras slagverkstrycket på motsvarande sätt för att vid t9 åter nå normalborrningsnivån S2.

Ovan har enbart reglering av slagverkstryck som funktion av borrningshastigheten beskrivits. Denna reglering kan även kom- bineras med en reglering av matningstrycket, dvs. även mat- ningstrycket kan anordnas att regleras baserat på borrnings- hastigheten enligt samma princip, dvs. att matningskraften minskas vid ökad borrningshastighet och/eller ökas vid minskad borrningshastighet. Borrningshastighetens inverkan på mat- ningstrycket respektive slagverkstrycket kan dock vara anord- nad att vara olika för respektive tryckreglering. T.ex. kan den relativa förändringen av slagverkstrycket vara större än den relativa förändringen av matningstrycket, eller tvärtom.

Likaså kan slagverkstrycket t.ex. regleras enligt en första funktion, t.ex. linjärt, medan matningstrycket regleras enligt en andra funktion, t.ex. icke-linjärt.

Liksom angivits för slagverkstrycket ovan kan matningstrycket regleras mellan två nivåer, såsom t.ex. en startborrningsnivå och en normalborrningsnivå, vilka naturligtvis kan vara olika för olika typer av berg. Vidare kan även regleringen av mat- ningstrycket vara anordnad att ske till en godtycklig andel av aktuellt normalborrningstryck eller helt stängas av om borr- ningshastigheten överstiger t.ex. hastigheten B3.

I fig. 6 visas en borrningstillämpning vid vilken föreliggande uppfinning med fördel kan tillämpas. Såsom nämnts ovan betrak- tas mjuka och sprickiga berg som svårast att borra i. När borrkronan vid borrning kommer in i ett hålrum minskas plöts- ligt motståndet och borrningshastigheten ökar kraftigt, varvid vid hastighetsökningen den ovan beskrivna regleringen kan an- vändas. Om borrningshastigheten kommer upp i för hög hastighet 10 15 20 25 30 532 433 13 kan dock problem uppstå. Om t.ex. hâlrummet är fyllt med lera kan i borrkronan anordnade hål för utsläpp av spolmedium för spolning av borrhålet under borrning sättas igen, med risk att de vid borrningen bildade resterna, det s.k. borrkaxet, sätter igen borrhålet och förhindrar att borrsträngen kan dras ut ur hålet efter avslutad borrning. Ett annat problem som kan upp- stå om borrningshastigheten kommer upp i för hög hastighet är att borrningsutrustningen kan skadas när borrkronan slutligen når slutet av hålrummet och det blir ett plötsligt stopp.

I de fall föreliggande uppfinning kommer in i ett hålrum ooh hastigheten av denna anledning ökar, med följden enligt ovan- stående att åtminstone slagverkstrycket minskas, kommer has- tighetsökningen att minskas jämfört med ett system utan re- glering enligt föreliggande uppfinning, och hastighetsökningen kan även helt upphöra, om än vid en förhållandevis hög hastig- het såsom t.ex. kan ses mellan t3 och t4 i fig. 4. Även de i bakgrundsbeskrivningen ovan angivna lösningarna kan användas för att hantera dylika situationer. I det fall en strypning är anordnad på retursidan av en hydraulisk matarmo- tor kommer strypningen att börja strypa flödet om borrsjunk- ningen blir större än vad som anses vara normalt, och, såsom nämnts, kommer tryckdifferensen över matarmotorn att minska, vilket förutom användningen för att minska slagverkstrycket enligt ovan i sin tur resulterar i att momentet från matarmo- torn minskar och sàldes förhindrar att borrningshastigheten ökar ytterligare. Även i den i EP l 102 917 Bl beskrivna lösningen kommer den uppströms om matarmotorn anordnade strypningen att se till att borrningshastigheten inte ökas ytterligare.

Både föreliggande uppfinning och de tidigare kända lösningarna lider dock av egenheten att hastigheten genom hålrummet inte kommer att understiga normal borrningshastighet (hastigheten 10 l5 20 25 30 532 433 14 genom hålrummet kan även vara väsentligt högre än normal borr- ningshastighet såsom visats ovan i anknytning till fig. 4).

Särskilt i lösa bergarter där den normala borrsjunkningen är relativt hög kommer detta att medföra att hastigheten kan vara hög när borrkronan åter träffar berg, med överhängande skade- risk som följd. Enligt en aspekt av föreliggande uppfinning kan denna skaderisk reduceras då det enligt uppfinningen är möjligt att elektroniskt inställa reglernivåer för matnings- tryck och slagverkstryck, där dessa nivåer kan inställas på ett sådant sätt att de inte påverkar systemet under normal borrning. Den elektroniska regleringen enligt uppfinningen kan inställas på ett sådant sätt att precis när borrningshastighe- ten överskrider ett visst värde, vilket tack vare den enligt uppfinningen noggrant bestämbara borrningshastigheten kan sät- tas till ett värde som ligger över men ändå mycket nära en hastighet som utgör normal borrningshastighet, kan en re- glering av matningstryck och/eller slagverkstryck utföras som både är snabb, dvs. en liten hastighetsskillnad kan ge en stor inverkan på tryckregleringen.

Uppfinningen möjliggör således att för alla hastigheter upp till detta värde kan borrningen ske med opåverkade parametrar.

För lösningarna enligt den kända tekniken är detta betydligt svårare eftersom reglering i dessa är baserad på hydrauliska strypningar, där strypningens storlek påverkar regleringen.

Detta har nackdelen att det kan vara svårt att erhålla en strypfunktion som ger tillräckligt stor strypning vid en has- tighet som endast är något högre än normalborrningshastighet utan att denna strypning påbörjas redan vid en lägre hastig- het, vilket då påverkar slagverkstryck och/eller slagverks- tryck vid normalborrning.

Detta exemplifieras av den i fig. 6 visade utföringsformen av föreliggande uppfinning, där situationer såsom när borrkronan 10 15 20 25 30 532 483 15 kommer in i ett hàlrum pà ett enkelt sätt kan hanteras. Enligt denna utföringsform övervakas borrningshastigheten, och när borrningshastigheten överskrider en hastighet H4 som represen- terar en första ”hålrumshastighet”, dvs. hastigheten är högre än vad som är möjligt vid borrning i berg, sätts matningshas~ tighet, matningstryck och slagverkstryck till förutbestämda nivåer till dess att hàlrummets slut detekteras. Det i fig. 6 visade tidsdiagrammet börjar med normala förutsättningar, dvs. borrning sker med ett högt (dvs. för den borrade bergarten normalborrningstryck) slagverkstryck S2 samtidigt som borr- ningen framskrider med normal hastighet H2. Vid tiden tl bör- jar borrningshastigheten att öka p.g.a. att borrkronan är på väg in i ett hàlrum, och när borrningshastigheten vid t2 när hastigheten ”hàlrumshastighet” H4, vilken utgör en hastighet som är högre eller lika med den i fig. 5 visade hastigheten B3, sänks hastigheten till en förutbestämd ”trans- port”hastighet H3 samtidigt som slagverkstrycket reduceras till pàhuggstryck Sl eller annan lämplig trycknivà.

Hastighets- och tryckinställningen upprätthålls sedan till dess att hastigheten vid t3 sjunker under normal borrningshas~ tighet till en andra hàlrumshastighet H1 som är lägre än transporthastigheten H2, vid vilket hålrummet anses passerat och bergkontakt åter erhållits. Hastigheten sjunker till det lägre värdet H1 när borrkronan åter får bergkontakt eftersom det reducerade slagverkstrycket inte är tillräckligt för att bryta berget med normal hastighet. När bergkontakt detekterats på detta sätt ändras slagverkstryckbegränsning- ar/borrningshastighetsbegränsningar till de som används vid normal borrning, varvid slagverkstrycket tillåts att åter öka till normalborrningstryck S2, varvid även borrningshastigheten på grund av det ökade slagverkstrycket kommer att öka för att åter nå en för bergarten normal borrningshastighet H2. Slag- verkstryckökningen kan vara snabb, såsom visas i figuren, al- 10 15 20 25 30 532 433 16 ternativt utgöras av ett lämpligt påhuggsförfarande för att inte riskera hålavvikelse.

Den i fig. 6 visade lösningen kan även kombineras med ett an- tal andra funktioner. Vid slående borrning används ofta en ro- tering (indexering) av borrsträngen för att borrkronans stift vid varje slag ska träffa nytt berg. T.ex. kan denna rota~ tionshastighet ökas alternativt minskas vid passage genom hål- rummet. Alternativt, eller i tillägg därtill, kan spolnings- trycket ökas för att minska risken för att borrkronans spolhål sätts igen.

Den i fig. 6 visade utföringsformen har fördelen att borrkro- nans passage genom ett hàlrum blir mycket kontrollerad. Tack vare att hastigheten kan hållas vid en låg hastighet kan ris- ken för att skador uppstår vid bergkontakt minskas avsevärt.

Hålrumshastigheten (transporthastigheten) kan dessutom vara så anordnad att den beroende på det borrade bergets hårdhet kan vara både högre och lägre jämfört med normal borrningshastig- het. Den i fig. 6 visade lösningen har även fördelen att den är enkel att ställa in. Hastighetsinställningar för de hastig- heter när hålrum ska anses vara detekterat respektive bergkon- takt åter ha uppnåtts kan enkelt regleras från riggens kon- trollpanel, och kan även vid behov justeras under pågående borrning.

Såsom visats ovan är föreliggande uppfinning tillämplig både vid startborrning och vid normalborrning. Uppfinningen är sär- skilt fördelaktig vid förhållanden där berget innehåller många sprickor, och/eller där bergets hårdhet varierar kraftigt så att borrstålet emellanåt tappar kontakt med framförvarande berg, i vilka fall risken för att skadliga reflexer uppstår kan minskas.

Vidare har föreliggande uppfinning beskrivits i anslutning till en slående bergborrmaskin innefattande en slagkolv, där 10 15 532 Åßå 17 slagpulsens energi i princip består av slagkolvens kinetiska energi som överförs till borrstàlet. Föreliggande uppfinning är dock även tillämplig vid andra typer av impulsalstrande an- ordningar, såsom anordningar där stötvågsenergin istället ge- nereras som tryckimpulser vilka överförs till borrsträngen fràn ett energilager genom ett stötorgan som endast utför en mycket liten rörelse.

Såsom inses, men för tydlighetens skull här anges innefattar ”reglering av ett tryck som funktion av en hastighet” enligt föreliggande uppfinning inte den typ av styrning som innebär att slagverkstrycket abrupt sänks från normalborrningstryck till t.ex. startborrningstryck så fort borrningshastigheten passerar ett tröskelvärde.

Vidare, även om uppfinningen i ovanstående beskrivning har ex- emplifierats i anknytning till en underjordborrningsrigg, är uppfinningen lika tillämplig för användning även vid ovanjord- borrningsriggar, liksom för andra borrningstillämpningar än de ovan exemplifierade.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 532 483 18 Patentkrav Metod för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, varvid vid borrningen en impulsalstrande anordning medelst ett stötorgan är anordnat att inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg, varvid nämn- da impulsalstrande anordning är förskjutbar i borrnings- riktningen relativt ett bärarorgan, varvid vid borrningen en trycknivå för ett stötvàgsgenererande tryck regleras, kânnetecknad av att den innefattar stegen att: - bestämma en faktisk borrningshastighet för nämnda borr- ning, varvid nämnda faktiska borrningshastighet bestäms medelst en bestämning av borrmaskinens rörelse relativt nämnda bärarorgan, och - reglera nämnda stötvàgsgenererande tryck som funktion av nämnda bestämda borrningshastighet, varvid det stöt- vågsgenererande trycket minskas vid en ökning av nämnda borrningshastighet, och varvid det stötvàgsgenererande trycket ökas vid en minskning av nämnda borrningshastig- het. Metod enligt krav l, varvid nämnda bergborrningsrigg in- nefattar minst en bom med en första ände och en andra ände, varvid nämnda första ände är fäst vid en bärare och varvid nämnda bärarorgan är fäst vid nämnda andra ände. Metod enligt något av kraven 1-2, varvid nämnda bäraror- gan utgörs av en matarbalk. Metod enligt något av kraven 1-3, kânnetecknad av att nämnda borrningshastighet bestäms med hjälp av en bestäm- ning av positionsförändringar för nämnda borrmaskin rela- tivt nämnda bärarorgan. Metod enligt något av kraven 1-4, kännetecknad av att nämnda rörelse för nämnda borrmaskin relativt nämnda bä- rare bestäms medelst givarorgan. 10 15 20 25 30 10. ll. 532 433 19 . Metod enligt något av kraven 1-5, kânnetecknad av att nämnda reglering av det stötvàgsgenererande trycket som funktion av borrningshastigheten utförs när borrningshas- tigheten överstiger en första hastighet. . Metod enligt något av kraven l-6, kännetecknad av att vid nämnda reglering det stötvàgsgenererande trycket regleras mellan en första nivå, väsentligen motsvarande en normal- borrningsnivå, och en andra nivå, varvid nämnda andra nivå väsentligen utgörs av någon ur gruppen: startborr- ningsnivå, väsentligen avstängt, en andel av nämnda nor- malborrningsnivâ. . Metod enligt något av kraven l-7, kännetecknad av att det stötvågsgenererande trycket regleras på så sätt att det reflekterar förändringar i nämnda borrningshastighet. Metod enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att nämnda funktion utgörs av någon, eller en kombination av några, ur gruppen: proportionellt mot borrningshastighe- ten, omvänt proportionellt mot borrningshastigheten, ex- ponentiell mot borrningshastigheten, logaritmisk mot borrningshastigheten, en bestämd relation till borrnings- hastigheten. Metod enligt något av kraven 1-9, kännetecknad av att re- gelringen utförs med hjälp av ett matematiskt samband mellan borrningshastighet och stötvågsgenererande tryck och/eller genom uppslagning i en tabell innefattande ett förhållande mellan borrningshastighet och stötvågsgenere- rande tryck. Metod enligt något av kraven l-10, varvid borrningshas- tigheten kontinuerligt och/eller med vissa intervall be- stäms genom avkänning, övervakning, uppmätning eller be- räkning. 10 15 20 25 30 12. 13 14 15. l6. 532 433 20 Metod enligt något av kraven l-ll, kännetecknad av att den vidare innefattar steget att, om nämnda borrningshas- tighet understiger en normal borrningshastighet, reglera det stötvågsgenererande trycket som funktion av nämnda borrningshastighet, varvid det stötvàgsgenererande tryck- et ökas till en nivå överstigande en normalborrningsnivå. .Metod enligt något av kraven 1-12, kännetecknad av att den vidare innefattar steget att, när nämnda borrnings- hastighet överskrider en första hålrumshastighet, repre- senterande en hastighet vid vilken det bestäms att borr- ningen har nått ett hàlrum, inställa borrmaskinens maxi- mala matningshastighet till en förutbestämd hastighet. .Metod enligt krav 13, kännetecknad av att den vidare in- nefattar steget att, efter det att nämnda första hålrums- hastighet har detekterats, öka nämnda stötvàgsgenererande tryck till ett normalborrningstryck när borrningshastig- heten understiger en andra, lägre hàlrumshastighet, re- presenterande en hastighet vid vilken borrningen har nått slutet av nämnda hålrum. Metod enligt något av kraven 1-14, varvid nämnda impuls- alstrande organ utgörs av en sedvanlig slagkolv. Anordning för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, varvid vid borrningen en impulsalstrande anordning medelst ett stötorgan är anordnat att inducera stötvàgor i ett mot berget verkande verktyg, varvid nämn- da impulsalstrande anordning är förskjutbar i borrnings- riktningen relativt ett bärarorgan, varvid vid borrningen en trycknivå för ett stötvàgsgenererande tryck regleras, kännetecknad av att den innefattar organ för att: - bestämma en faktisk borrningshastighet för nämnda borr- ning, varvid nämnda faktiska borrningshastighet bestäms medelst en bestämning av borrmaskinens rörelse relativt 10 15 20 25 30 17. 18. 19 20. 21 22 532 483 21 nämnda bärarorgan, och - reglera nämnda stötvågsgenererande tryck som funktion av nämnda bestämda borrningshastighet, varvid anordningen vidare innefattar organ för att vid nämnda reglering minska det stötvågsgenererande trycket vid en ökning av nämnda borrningshastighet, och öka det stötvàgsgenereran- de trycket vid en minskning av nämnda borrningshastighet. Anordning enligt krav 16, varvid nämnda bergborrningsrigg innefattar minst en bom med en första ände och en andra ände, varvid nämnda första ände är fäst vid en bärare och varvid nämnda bärarorgan är fäst vid nämnda andra ände. Anordning enligt något av kraven 16-17, kännetecknad av att nämnda bärarorgan utgörs av en matarbalk. .Anordning enligt något av kraven 17-18, kännetecknad av att nämnda organ för bestämning av nämnda borrningshas- tighet är anordnade att bestämma borrningshastigheten med hjälp av en bestämning av positionsförändringar för nämn- da borrmaskin relativt nämnda bärarorgan. Anordning enligt något av kraven 16-19, kännetecknad av nämnda organ för bestämning av nämnda borrningshastighet är anordnade att bestämma nämnda rörelse för nämnda borr- maskin relativt nämnda bärare medelst givarorgan. .Anordning enligt något av kraven 16-20, kännetacknad av att nämnda organ för att reglera det stötvågsgenererande trycket som funktion av borrningshastigheten är anordnade att utföra regleringen när borrningshastigheten översti- ger en första hastighet. .Anordning enligt något av kraven 16-21, kännetecknad av att nämnda organ för att reglera nämnda stötvågsgenere- rande tryck är anordnade att reglera det stötvågsgenere- rande trycket mellan en första nivå, väsentligen motsva- 10 15 20 25 30 23 24. 25. 26. 27 532 433 22 rande en normalborrningsnivå, och en andra nivå, varvid nämnda andra nivå väsentligen utgörs av någon ur gruppen: startborrningsnivå, väsentligen avstängt, en andel av nämnda normalborrningsnivå. .Anordning enligt något av kraven 16-22, kännetecknad av att nämnda organ för att reglera nämnda stötvàgsgenere- rande tryck är anordnade att reglera det stötvågsgenere- rande trycket på så sätt att det reflekterar förändringar i nämnda borrningshastighet. Anordning enligt något av kraven 16-23, kännetecknad av att nämnda funktion utgörs av någon, eller en kombination av några, ur gruppen: proportionellt mot borrningshastig- heten, omvänt proportionellt mot borrningshastigheten, exponentiell mot borrningshastigheten, logaritmisk mot borrningshastigheten, en bestämd relation till borrnings- hastigheten. Anordning enligt något av kraven l6~24, kännetecknad av att nämnda organ för att reglera nämnda stötvàgsgenere- rande tryck är anordnade att utföra regelringen med hjälp av ett matematiskt samband mellan borrningshastighet och stötvågsgenererande tryck och/eller genom uppslagning i en tabell innefattande ett förhållande mellan borrnings- hastighet och stötvågsgenererande tryck. Anordning enligt något av kraven 16-25, varvid borrnings- hastigheten kontinuerligt och/eller med vissa intervall bestäms genom avkänning, övervakning, uppmätning eller beräkning. .Anordning enligt något av kraven l6~26, kännatecknad av att den vidare innefattar organ för att, om nämnda borr- ningshastighet understiger en normal borrningshastighet, reglera det stötvågsgenererande trycket som funktion av nämnda borrningshastighet, varvid det stötvågsgenererande 10 15 20 28 29. 532 583 23 trycket ökas till en nivå överstigande en normalborr- ningsnivå. .Anordning enligt något av kraven 16-27, kännetecknad av att den vidare innefattar organ för att, när nämnda borr- ningshastighet överskrider en första hålrumshastighet, representerande en hastighet vid vilken det bestäms att borrningen har nått ett hålrum, inställa borrmaskinens maximala matningshastighet till en förutbestämd hastig- het. Anordning enligt krav 28, kännetecknad av att den vidare innefattar organ för att, efter det att nämnda första hålrumshastighet har detekterats, öka nämnda stötvàgsge- nererande tryck till ett normalborrningstryck när borr- ningshastigheten understiger en andra, lägre hålrumshas- tighet, representerande en hastighet vid vilken borrning- en har nått slutet av nämnda hålrum. 30.Anordning enligt något av kraven 16-29, kännetecknad av 31. att nämnda impulsalstrande organ utgörs av en sedvanlig slagkolv. Bergborrningsrigg, kännetacknad av att den innefattar en anordning enligt något av kraven 16-30.