SE533084C2 - Borrigg samt metod och kontrollsystem för reglering av en matningshastighet hos nämnda borrigg - Google Patents

Description

25 30 35 533 Üíifi en kugghjulsförsedd hydraulmotor (matarmotor). Släden med borrmaskinen kan sedan drivas framåt och bakåt längs balken med hjälp av en vid släden fäst och av matarmotorn driven kedja, vilken löper längs matarbalken. Det hydraultryck som driver matarcylinderlmatarrnotor kallas allmänt matartryck och anger med vilken kraft som borrkronan pressas mot berget. Den hastighet som borrmaskinen och släden har under borrningen benämns allmänt borrsjunkning eller matningshastighet. Matningshastigheten (borrsjunkningen) regleras vanligen genom att matarcylindern/matarmotorn styrs med en elektroniskt styrd hydraulisk ventil.

Flödesekvationen för en hydraulisk ventil ger att flödet q från ventilen är lika med öppningsarean A för ventilen gånger roten ur tryckdifferensen Ap över ventilen, där G1, CZ är konstanter: q= crAm/Aïrcz <1) Genom att hålla tryckdifferensen Ap konstant blir flödet q från ventilen genom ventilen direkt proportionellt mot öppningsarean A. Därmed kan flödet q styras genom att kontrollera öppningsarean A om tryckdifferensen Ap hålls konstant.

För att kontrollera borriggen vid exempelvis utförande av olika borrningsapplikationer, och manövrering samt förflyttning av riggen innefattar borriggen vanligen ett styrsystem innefattande en styrenhet. Styrsystemet ställs in genom att borrparametrar, såsom exempelvis önskat matningstryck, för olika applikationer matas in. Styrsystemet ställs från början in med generella borrparametrar. l riggens program finns ett stort antal borrfunktioner motsvarande dessa applikationer och vissa av dessa är framtagna för särskilda situationer som t.ex. påhugg, dvs. startprocessen innan borrkronan når berget, borrning, fastborrning, inbromsning av släden, eller utbackning av borrstålet.

För varje borrfunktion fastställs att antal borrparametrar. parametervärden är utprovade i förväg för respektive riggsort.

Dessa När dagens styrsystem ska ställas in så matar operatören eller serviceteknikern in ett antal värden på borrparametrarna. Det önskade matningstryck som ställs in motsvarar det verkliga trycket i systemet, vilket medför att det är relativt enkelt att göra en prognos för denna borrparameter eftersom det inställda 10 20 25 30 35 533 Bält värdet för matningstrycket och det verkliga trycket är direkt kopplade till varandra.

För att ställa in matningshastigheten (borrsjunkningen) dvs. hur snabbt som släden/borrmaskinen ska drivas framåt matningshastigheten (borrsjunkningen) måste motsvarande flöde ställas in. Den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen styrs vanligen genom att flödet genom ventilen anordnas direkt proportionellt mot en styrström till ventilen. Varje önskat flöde bestäms genom att operatören eller serviceteknikern fastställer motsvarande styrström som borrparameter till den elektroniskt styrda hydraulventilen. Om tryckdifferensen över ventilen hålls konstant öppnas den tryckkompenserade ventilens öppningsarea proportionellt mot den satta strömmen och på så sätt fås ett flöde som reglerar matningshastigheten. Varje strömvärde motsvarar en specifik hastighet men eftersom ström inte är ett direkt värde för hastighet så är det mycket svårare för operatören att få en känsla för vilken ström som kommer att resultera i vilken hastighet vid inställningen av riggen. Det kräver en lång erfarenhet av styrsystemet för att veta vilken hastighet som ett specifikt strömvärde motsvarar. När sedan operatören eller serviceteknikerna jobbar med en annan borrigg med en annan ventil eller andra dimensioner på matningscylinder/matarmotor så motsvarar samma styrström en helt annan matarhastighet. Detta resulterar ofta i att operatören/serviceteknikern ställer in styrsystemet med förmodade lämpliga värden för borrparametrarna och sedan testar värdena genom att utföra provborrningar. Under provborrningarna utförs korrigeringar manuellt av styrströmmarna för hydraulventilen för att passa den aktuella applikationen. Om operatörenlserviceteknikern förlitar sig på provborrning för att korrigera parametrarna så finns alltid risken att provborrningen för någon applikation utelämnas och därmed korrigeras inte motsvarande parametrar. Det förekommer också att inställningarna blir inaktuella när borriggen utnyttjats en tid och utrustningen blir sliten.

Styrströmmen är vidare beroende av vilken matarcylinder eller matarmotor som används i det aktuella fallet.

Vid borrning med en borrmaskin av ovanstående typ är det vanligt att de rådande borrningsförhållandena ofta förändras. Det finns ett stort antal bergarter, och beroende på hur deras uppbyggnad, t.ex. beträffande hårdhet, är de olika svåra att borra i. Allmänt gäller att en ökning av 10 15 20 25 30 35 533 4 matningshastigheten (borrsjunknlngen) utgör en indikation på att berget blir mjukare.

Ovanstående gör också att det är svårt att göra generella rekommendationer för hur riggarna ska ställas in eftersom styrströmmarna sällan motsvarar samma hastighet för olika riggsorter. Det gör att det är svårt att ställa in borriggen på plats för borrning på en ny lokalisering. Det existerar således ett behov av en förbättrad metod och anordning för reglering av matningshastigheten.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ett första ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en metod av inledningsvis angivet slag som löser ovanstående problem.

Lösningen är en metod som har de karaktäriserande kännetecknen i krav 1.

En sådan metod för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, där en impulsalstrande anordning genom ett stötorgan är anordnat att inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg utnyttjas, varvid den impulsalstrande anordningen är förskjutbart anordnad i borriktningen relativt ett bärorgan, och den impulsalstrande anordningen är anordnad med en styrenhet, innefattar: a) att bestämma en referenshastighet, b) att bestämma en aktuell matningshastighet, c) att beräkna en styrsignal i beroende av referenshastigheten och den aktuella matningshastigheten, och d) att automatiskt i beroende av styrslgnalen reglera en ny matningshastighet för den nämnda impulsalstrande anordningen.

Detta möjliggör att reglera styrsystemet direkt genom att den önskade hastigheten ställs in direkt. Detta har fördelen att operatören kan göra en noggrann hastighetsinställnlng istället för att anta ett strömvärde som representerar en förmodad hastighet. En fördel med uppfinningen är att den verkliga aktuella matningshastigheten utnyttjas. Vanligen är operatören genom sin erfarenhet väl medveten om vilken den verkliga aktuella 10 15 20 25 30 35 533 Üâšíl matningshastigheten är och genom jämföra referenshastigheten med denna matningshastlghet har operatören ett värde att referera till. Detta är både intuitivt enklare för en operatör/servicetekniker samt tidsbesparande eftersom operatören/serviceteknikern inte behöver pröva fiera olika strömvärden som han sedan väljer emellan för varje hastighet utan systemet istället utför denna inställning automatiskt. Eftersom regleringen sker automatiskt ijämförelse med den verkliga aktuella matningshastigheten möjliggörs att specifika parametrar för en specifik borrigg med större säkerhet ställs in på ett korrekt sätt. Eftersom inställningsprocessen härmed är förenklad samt risken för felaktiga inställningar av riggen är minimerad blir behovet av utbildning av operatören mindre, vilket dessutom innebär en resursbesparing. En ytterligare fördel med att bestämma borrparametrar individuellt är att inställningen av parametrar inte påverkas av vilken sorts rigg och därmed vilken matarcylinder eller matarrnotor som används i det aktuella fallet utan ställs in korrekt för varje individuell borrigg. l en utföringsform enligt uppfinningen repeteras stegen b-d. Detta är en fördel eftersom en iterativ process kan ge ett mer noggrant resultat. Detta gör det möjligt att successivt styra in styrsignalen till en önska hastighet. Det gör det dessutom möjligt att snabba upp processen, eftersom processen är väl kontrollerad.

I en utföringsform enligt uppfinningen bestäms den aktuella matningshastigheten i beroende av en positionsförändring av den impulsalstrande anordningen relativt bärorganet. l en föredragen utföringsform mäts den aktuella positionen med en positionsgivare. Detta är en fördel eftersom borriggar enkelt utrustas med positionsgivare med syfte att ange slädens position på matarbalken. Den aktuella hastigheten beräknas exempelvis i beroende av en positionsförändring under en uppmätt tidsperiod. l en utföringsform enligt uppfinningen bestäms den aktuella hastigheten genom att beräkna den impulsalstrande anordningens acceleration. Därvid utnyttjas exempelvis en accelerometer för att bestämma accelerationen och sedan beräknas hastigheten i beroende av utsignalen från accelerometern. 10 15 20 25 30 35 533 ÜEi-fi l en utföringsform enligt uppfinningen mäts den aktuella hastigheten med en hastighetsgivare. Det är enkelt att utrusta en släde eller matarbalk med en hastighetsgivare och ansluta denna till styrenheten. l en utföringsform enligt uppfinningen beräknas styrsignalen i beroende av skillnaden mellan den aktuella matningshastigheten och referenshastigheten.

Eftersom den aktuella matningshastigheten är en verklig uppmätt matningshastighet möjliggör detta en snabb och effektiv inställning av systemet. l en utföringsform enligt uppfinningen beräknas styrsignalen i beroende av medelvärdet av ett flertal på varandra följande bestämda värden för den aktuella matningshastigheten och referenshastigheten. Detta gör det möjligt att filtrera bort brus och eventuella enstaka onormala värden. l en utföringsform enligt uppfinningen regleras den nya matningshastigheten så att den är lika med referenshastigheten eller lägre än referenshastigheten. Då begränsas hastigheten dels av den aktuella borrsjunkningen dels av miljöförutsättriingar, exempelvis att borrkronan passerar en luftficka i berget, vilket förorsakar att hastigheten plötsligt ökar och motorn accelererar snabbt.

Eftersom referenshastigheten är en övre gräns för den nya hastigheten accelererar inte motorn på ett sätt som annars skulle ha varit skadligt för borrmaskinen. Då blir den nya matningshastigheten även begränsad av den fysiska borrsjunkningen. Detta gör det möjligt att reglera hastigheten så att plötsliga accelerationer av borrmaskinen undviks. Detta är annars en risk möjliggör att den aktuella borrsjunkningen och miljöförutsättningar, såsom bergets beskaffenhet är begränsande faktorer vid hastigheter den nya hastigheten istället begränsas av l en utföringsform enligt uppflnningen reglerar ett flödesreglerat matningstryck den impulsalstrande anordningens förflyttning längs med bärorganet varvid flödet därvid regleras som funktion av styrsignalen. Detta gör det möjligt att styra borrrnaskinens rörelse med en hydraulventil. l en utföringsform enligt uppfinningen innefattar metoden vidare att matningsflödet regleras. Detta gör det möjligt att styra borrmaskinens rörelse 10 15 20 25 30 35 533 ÜB-“íl med exempelvis en elektriskt styrd hydraulventil. l en annan utföringsform kan även en hydraulpilot utnyttjas för att styra hydraulventilen.

I en utföringsform enligt uppfinningen innefattar metoden vidare att matningsflödet Pl-regleras (proportionell och integrerande reglering) i beroende av en referenshastighet. Vilket är en fördel exempelvis när styrsystemet reglerar mot att referenshastigheten är konstant under en tidsperiod. l en utföringsform enligt uppfinningen innefattar metoden vidare att matningsflödet PlD~regleras (proportionell, integrerande och deriverande reglering) i beroende av en referenshastighet. Detta är en fördel om den aktuella hastigheten ökar och minskar plötsligt och oförutsett exempelvis till följd av att borrkronan stöter på håligheter eller luftfickor i berget eller löst bergmaterial. l en utföringsform enligt uppfinningen innefattar metoden vidare att den nya matningshastigheten regleras så att den är inom ett intervall innefattande referenshastigheten. Detta är en fördel då en relativt konstant borrningshatighet behövs. Ett typiskt värde för intervallet är l_-5% av referenshastigheten. Åven snävare intervall är fördelaktiga.

Ett andra ändamål med uppfinningen är att åstadkomma ett datoriserat kontrollsystem som löser ovanstående problem.

Lösningen är ett kontrollsystem som har de karaktäriserande kännetecknen i krav 16.

Ett sådant datoriserat kontrollsystem som innefattar medel att utföra en metod att styra av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, i enlighet med kraven 1-15.

Uppfinningen omfattar även ett datorprogram direkt nedladdningsbart i en dators internminne, vilket program innefattar programkod för att kontrollera en metod enligt metodkrav 1-15 enligt uppfinningen. Uppfinningen omfattar dessutom ett datorläsbart medium med ett inspelat datorprogram, vilket 10 15 20 25 30 35 533 084 datorprogram är designat att få en dator att utföra stegen enligt något av kraven 1-15.

Uppfinningen omfattar vidare en borrigg innefattande ett datoriserat kontrollsystem enligt krav 16.

Fördelaktiga vidareutvecklingar av uppfinningen framgår av nedanstående beskrivning och patentkrav.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall närmare förklaras genom beskrivning av utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur 1 visar en bergborrningsrigg enligt en utföringsform av uppfinningen, figur 2 visar en matarbalk med borrmaskin på borriggen i figur 1 mer i detalj, flgur 3 visar ett reglersystem enligt en utföringsform av uppfinningen, figur 4A visar en datordisplay enligt känd teknik, figur 4B visar en datordisplay enligt en utföringsform av uppfinningen, figur 5A visar ett flödesdiagram enligt en utföringsform av uppfinningen och figur 5B visar ytterligare ett flödesdiagram enligt en utföringsform av uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Följande beskrivning beskriver en underjordsrfgg, men uppfinningen kan även appliceras på en ovanjordsrigg.

Figur 1 visar en bergbormingsrigg 10 för tunneldrivning, malmbrytning eller installation av bergsförstärkningsbultar vid tex. tunneldrivning eller gruvdrift.

Borriggen 10 inkluderar en bom 11, vars ena ände 11a är ledbart fäst vid en bärare 12, såsom ett fordon, via ett eller flera ledorgan och vi vars andra ände 11b är anordnad en matarbalk 13 som uppbär en impulsalstrande anordning i form av en borrmaskin 14. Borrmaskinen 14 är förskjutbar längs matarbalken 13, och genererar stötvågor som via en borrsträng 15 och en borrkrona 18 överförs till berget 17. Riggen 10 innefattar vidare ett datoriserat kontrollsystem innefattande en styrenhet 16, vilken kan användas vid styrning av 10 15 20 25 30 35 533 D84 borrparametrar enligt föreliggande uppfinning och enligt vad som kommer att beskrivas nedan. Styrenheten 16 kan användas för att övervaka position, riktning och borrat avstånd osv. med avseende på borrmaskin och bärare. ett Det datoriserade kontrollsystemet kan även användas för förflyttning av riggen 10, även om ett separat kontrollenhet naturligtvis kan användas för detta. Det datoriserade kontrollsystemet utnyttjas även för att övervaka position, riktning och borrat avstånd osv. med avseende på borrmaskin och bärare. l figur 2 visas matarbalken 13 med borrmaskinen 14 mer i detalj. Bornnaskinen 14 är fäst vid en längs matarbalken 13 förskjutbar släde 20, vars rörelse längs matarbalken 13 styrs av en matarcylinder 22, vilken i detta exempel utgörs av en hydraulcylinder. Ett altemativt sätt att driva borrmaskinen 14 framåt är att använda en så kallad kedjematare, där matarcylindern är ersatt med en kugghjulsförsedd hydraulmotor som är monterad längst bak på mataren. Med hjälp av en kedja, som är fäst i släden, och ett kugghjul längst fram på mataren för släden med borrmaskinen framåt och bakåt. Vid borrning inställs matarbalken 13 i position för borrning, företrädesvis med borrmaskinen 14 så långt tillbakaskjuten som möjligt i syfte att möjliggöra att en borrsträngskomponent 24, i nämnda borrsträng 15, kan kopplas till borrrnaskinen via en i borrmaskinen 14 innefattad adapter 26. Adaptem är i sin ena ände fäst i borrrnaskinen 14 och i sin andra ände försedd med medel, exempelvis gängor, ej visade, för anslutning till borrsträngskomponenten 24.

På detta sätt är borrkronan 18 lokaliserad relativt nära ett vid matarbalken 13 anordnat främre borrstöd 27. Vid matarbalkens bortre ände är också i detta fall en slangtrumma 28 anordnad, slangtrumman styr slangar för försörjning av till borrrnaskinens 14 olika enheter under borrning. Varefter borrningen fortskrider kommer matarcylindern att förskjuta borrmaskinen i riktning mot berget för att, när släden 20 förskjutits i riktning mot berget till ett främre ändläge, frikopplas från den in i berget borrade borrsträngskomponenten så att en ny borrsträngskomponent av passande längd kan anslutas mellan borrmaskin och borrsträngskomponent 24, varvid borrningen kan fortsätta till dess ett hål av önskad längd erhållits. l de fall borrsträngskornponenten 24 i sig själv tillhandahåller önskat håidjup behöver naturligtvis inte någon ytterligare borrsträngskomponent användas. 10 15 20 25 30 35 533 084 10 På bärarens 12 matarbalk 13 sitter en positionsgivare monterad, ej visad i figur.

Positionsgivaren mäter slädens 20 och därmed borrmaskinens 14 position relativt matarbalken 13 och sänder positionsangivelser till styrenheten 16.

Styrenheten 16 beräknar med hjälp av positionsangivelserna hur lång sträcka som borrats.

Figur 3 visar en schematisk utföringsform av ett reglersystem 30 som reglerar en borrmaskin 31. Borrmaskinen är 31 fast anordnad vid en släde som är glidbart anordnad vid en matarbalk 32. Reglersystemet 30 innefattar en styrenhet 33 som är anordnad att reglera borrmaskinens 31 rörelser. En matarcylinder 35 är anordnad vid balken för att reglera slädens och därmed borrmaskinens rörelse, borrsjunkningen, framåt eller bakåt längs matarbalken 32 genom att reglera matarcylindems 35 rörelser. Vid matarcylinderns 35 kolvstång 35a är ett vajerhjul 37 fast anordnat i mataroylinderns rörelseriktning.

Vajerhjulet 37 är anordnat att driva en vajer 38 som är fäst vid matarbalken i sin ena ände 38a och i sin andra ände 38b vid släden. Matarcylindern 35 är på så sätt anordnad att reglera borrmaskinens 31 rörelser framåt eller bakåt genom att matarcylindern driver vajerhjulets 37 rotation medsols eller motsols. Istället för att förflytta borrmaskinen med ett vajerhjul och en vajer kan även ett kugghjul och en kedja användas. Vid användning av en matarcylinder 35. är vajerdrift fördelaktigt. Vid användande av en hydraulmotor är kedjedrift fördelaktigt.

Styrenheten 33 styr därmed borrmaskinens 31 rörelser genom att reglera matarcylinderns 35 rörelser. Vid inställningen av styrsystemet i denna utföringsform matar operatören 39 in olika borrparametrar, exempelvis matartryck och olika referenshastigheter för olika applikationer för borriggen, till styrenheten 33 via en display, ej visad. En elektroniskt styrd hydraulisk ventil 40 är ansluten till styrenheten 33. Styrenheten 33 styr borrmaskinens rörelser genom att styra flödet q från den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen 40 till matarcylindern 35. Den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen 40 är ansluten tili matarcylindern så att den reglerar matarcylinderns 35 kolvstångs 35a rörelser. Flödet q styrs genom att hålla tryckdifferensen Ap över ventilen konstant, därmed blir flödet q direkt proportionell mot öppningsarean A för ventilen. Matningsflödet q strömregleras, så att hydraulventilens 40 öppningsarea A är anordnad proportionell mot en styrström. 10 15 20 25 30 35 533 G84 11 Den hydrauliska ventilen 40 är anordnad vid en tank 41. Tryckdifferensen är lika med differensen av trycket för flödet från den hydrauliska ventilen 40, dvs. det tryck som går till matarcylindern p2, och trycket p1 för flödet till den hydrauliska ventilen 40: Ar>=p2-p1 (2) Matningstrycket p2, begränsas till ett maximalt önskvärt matningstryck med en hydraulisk ventil 42. Den hydrauliska ventilen 42 kontrolleras av styrsystemet 33. Den hydrauliska ventilen 42 är anordnad vid tanken 41. Systemtrycket begränsar det maximala matningstryck som kan erhållas. Systemtrycket regleras med hjälp av en pump som drivs med borriggens huvudmotor, i detta fall en dieselmotor 36. Det kan även vara en elmotor, speciellt när riggen är en underjordsrigg.

Tryckdifferensen Ap över den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen 40 hålls väsentligen konstant genom att styra trycket p1 till ventilen med en mekanisk tryckregelande ventil 43. Tryckdifferensen Ap över den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen 40 kontrolleras genom att styra trycket till den hydrauliska ventilen 40 genom att kontrollera trycket pt med en tryckreglerande ventil 43.

På riggens matarbalk 33 är här vidare en positionsgivare 45 anordnad för att bestämma borrmaskinens position X relativt matarbalken. Positlonsgivaren 45 är ansluten till styrenheten 33. Positionsgivaren 45 skickar information om borrmaskinens position X till styrenheten 32. Utifrån borrmaskinens fortlöpande position räknar styrenheten ut hur långt som borrats. Styrenheten 33 är även utrustad med en tidsregistrerande anordning. l denna utföringsform beräknar styrenheten 33 borrmaskinens positionsförändring i beroende av information från positionsgivaren 45 och den tidsregistrerande anordningen, och därefter en aktuell matningshastlghet. I beroende av den en önskad referenshastighet och den aktuella matningshastigheten beräknar styrenheten 33 en styrsignal S.

Styrenheten beräknar därefter automatiskt en ny matningshastighet för den nämnda impulsalstrande anordningen i beroende av styrsignalen S.

Referenshastigheten hämtas exempelvis från borrparametrarna för den aktuella applikationen eller från ett tidigare uppmätt värde för den aktuella 10 15 20 25 30 35 533 034 12 applikationen. Slutligen beräknar styrenheten 33 en styrström S i beroende av styrsignalen S. Styrenheten 33 reglerar automatiskt den hydrauliska ventilen 40 genom att reglera ventilens styrström så att flödet genom ventilen ändras så att det motsvarar den nya matningshastigheten för borrmaskinen.

Styrenheten 33 reglerar i detta fall den nya hastigheten som en PID-regulator, men kan självklart även reglera den nya hastigheten som någon annan typ av regulator, exempelvis en Pl-regulator, eller en adaptiv regulator.

Om istället matarcylindern är ersatt med en kugghjulsförsedd hydraulmotor i en annan utföringsform, ej visad i figur, drivs borrmaskinen framåt genom att använda en så kallad kedjematare. Släden med borrmaskinen drivs framåt och bakåt längs balken med hjälp av en vid släden fäst och av hydraulmotorn driven kedja, vilken löper längs matarbalken. Den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen är därvid ansluten till styrenheten 33. Styrenheten styr i detta fall borrmaskinens rörelser genom att styra flödet q från den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen till hydraulmotorn. Den elektroniskt styrda hydrauliska ventilen är ansluten till hydraulmotom så att den reglerar hydraulmotorns kolvstångs rörelser. Flödet q styrs på samma sätt som ovan beskrivits genom att hålla tryckdifferensen Ap över ventilen konstant, därmed blir flödet q direkt proportionell mot öppningsarean A för ventilen.

Matningsflödet q strömregleras, så att hydraulventilens öppningsarea A är anordnad proportionell mot en styrström. l en första utföringsform av en borrapplikation utförs begränsande styrning: Operatören bestämmer för denna applikation en maximal hastighet för borrmaskinen som referenshastighet. När den aktuella matningshastigheten, närmar sig den angivna maximala hastigheten så beräknar styrenheten en ny styrström avsedd att strypa flödet från hydrauliska ventilen och matarcylindern bromsas därmed. Därmed säkerställer styrenheten att hastigheten inte ökar ytterligare. När hastigheten sjunker beräknar och sänder styrenheten ytterligare en ny styrström till den hydrauliska ventilen så att ventilöppningen ökas för att inte borrningen ska försämras. Vid denna utföringsform där en maximal hastighet tillåts uppnås den maximala hastigheten inte under borrning i fast berg eftersom penetrationshastigheten genom berget begränsar borrsjunkningen. Det är först när borrmaskinen träffar hålrum eller lättborrade 10 15 20 25 30 35 533 DB!! 13 partier i berget som matningshattigheten kan öka för snabbt och styrenheten initierar en begränsning av hastigheten när den närmar sig den angivna maximala hastigheten. Därmed skyddas utrustningen från att få en för hög hastighet eller att accelerera för snabbt varvid annars utrustningen riskerar att gå sönder eller borrkax gör att borrkronan sätter igen eller borrkronan fastnar eftersom spolmediet som avlägsnar borrkaxet försvinner ut i sprickor i berget. l en andra utföringsform av en borrapplikation regleras en önskad hastighet: Operatören anger en bestämd medelhastighet som referenshastighet för matningshastigheten. Vilket innebär att om den aktuella hastigheten är för låg ökar styrenheten 33 den hydrauliska ventilens 40 utstyrning. Vidare om den aktuella hastigheten är för hög minskar styrenheten den hydrauliska ventilens 40 utstyrning. Denna styralgorltm är iämplig vid exempelvis igängning och urgängning av borrstål. Då är det viktigt att hålla en förutbestämd hastighet för att inte nöta på gängorna i onödan. Då styrs borrmaskinen så att den nya hastigheten är inom ett intervall. Ett typiskt intervall är referenshastigheten 15%. Även snävare intervall är fördelaktiga. l en annan utföringsform grovregleras styrsignalen genom att tillföra styrenheten en referenstabell som anger en specifik ventilutstyrning för en viss matningshastighet. Därefter finjusterar styrenheten den aktuella hastigheten genom att reglera styrsignalen vid drift av borriggen. l en annan utföringsform ei visad är istället för positionsgivaren en accelerometer (ei visad) anordnad vid matarbalken för att bestämma accelerationen av borrmaskinen relativt matarbalken och den aktuella matningshastigheten beräknas sedan i beroende av nämnda acceleration. l ytterligare en utföringsform av en borrapplikation utnyttjas en kalibreringsfunktion utförd i det datoriserade kontrollsystemet eller i en extern dator för att ställa in en referenstabell. Kalibreringen utförs när riggen är ny och när en komponent i riggen bytts ut. l ännu en utföringsform av en borrapplikation drivs riggen i ett ”nödläge” exempelvis om positionsgivaren går sönder. Då utnyttjas en referenstabell, på samma sätt som ovan beskrivits. Detta ger visserligen inte en lika korrekt 10 15 20 25 30 35 533 084 14 hastighet men ändå en tillräckligt noggrann inställning så att det möjliggör fortsatt borrning med riggen, exempelvis till dess att reservdelar har anlänt.

Figur 4A visar två datordisplayer 50a, 50b, enligt känd teknik, i vilka referensparametrar år inmatade såsom begynnelseparametrar, exempelvis olika matartryck (bar) och olika strömvärden (mA) representerande olika hastigheter för olika applikationer för borriggen hämtade ur en referenstabell.

Olika borrparametrar kan vara maximalt matningstryck, minimalt matningstryck, önskat matningstryck vid borrning, matningstryck vid påhugg, ström för kalibrering, ström motsvarande maximal hastighet framåt, ström motsvarande minimal hastighet framåt, ström motsvarande hastighet vid borrning framåt, ström motsvarande hastighet vid borrning bakåt och/eller ström motsvarande maximal hastighet vid påhugg.

Figur 4B visar två datordisplayer 50c, 50d, enligt en utföringsform av uppfinningen, i vilket en operatör matar in begynnelseparametrar, exempelvis olika matartryck (bar) och olika hastigheter (m/min) för olika applikationer för borriggen. Olika borrparametrar kan vara matningstryck vid påhugg, önskat matningstryck vid borrning maximalt matningstryck vid borrning, minimalt matningstryck vid borrning, kalibreringshastighet, önskad hastighet vid borrning, hastighet vid påhugg, maximal hastighet framåt, och/eller maximal hastighet bakåt. Även andra borrparametrar är möjliga.

Figur 5A visar ett flödesschema för en metod för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg, varvid en impulsalstrande anordning borrar i berg genom ett stötorgan som är anordnat att inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg. Den impulsalstrande anordningen är förskjutbart anordnad i borriktningen relativt ett bärorgan. Den impulsalstrande anordningen är anordnad med en styrenhet.

Metoden innefattar följande steg: a) En första borrparameter ställs in genom att bestämma en referenshastighet, genom att operatören matar in ett värde för referenshastigheten i styrsystemet manuellt eller genom att styrenheten automatiskt hämtar referenshastigheten ur en referenstabell (60). 10 15 20 25 30 35 533 084 15 b) En andra borrparameter, en aktuell matningshastighet bestäms (61). Den aktuella matningshastigheten är ett uppmätt värde för hastigheten eller ett beräknat värde för hastigheten i beroende av ett uppmätt värde för accelerationen. c) En styrsignal beräknas i beroende av referenshastigheten och den aktuella hastigheten genom en förutbestämd beräkningsmetod i styrenheten (64).

Beräkningsmetoden kan vara av varianterna Pl- eller PlD-regelering eller adaptiv reglering. Styrsignalen kan även beräknas i beroende av differensen mellan absolutbeloppet av den aktuella matningshastigheten och den önskade matningshastighet. d) En ny matningshastighet regleras automatiskt i beroende av styrsignalen. l en utföringsform reglerar styrsignalen en ventil som styr den impulsalstrande anordningens rörelser relativt ett bärorgan (66).

Figur 5B visar ett flödesschema för en annan utföringsfonn av metoden för styrning av åtminstone en borrparameter vid borrning i berg. Metoden innefattar ovanstående steg samt följande steg: e) Stegen b-d upprepas (68). Detta utförs exempelvis till dess den nya hastigheten är inom ett föredraget intervall av referenshastigheten. l en annan utföringsform utförs detta steg så att den nya hastigheten närmar sig referenshastigheten utan att överskrida densamma. l en fysisk implementering av styrenheten innefattar denna en logik enhet, en dator enhet eller en kalkylerande enhet innefattande en mikroprocessor eller processorer innefattande en CPU (Central processing unit) eller en FPGA (field-programmable gate array) eller någon annan halvledarenhet innefattande programmerbara logikkomponenter och programmerbara kopplingar som utför stegen i metoden enligt en aspekt av denna uppfinning. Detta utför med hjälp av ett eller flera datorprogram, som är sparade åtminstone till en del i ett programminne som styrenheten har åtkomst till. Datorprogrammen innefattar programkodelement eller mjukvara som kan få datorn att utföra metoden 10 533 084 16 genom att utnyttja ekvationer, algoritmer, data och beräkningar som tidigare beskrivits.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsexemplen utan fackmannen kan givetvis modifiera den på ett flertal sätt inom ramen för den av patentkraven definierade uppfinningen. Således kan exempelvis istället för en positionsgivare en hastighetsgivare utnyttjas, varvid en särskild givare som anger borrmaskinens hastighet anordnas vid matarbalken. Vidare kan borrmaskinens rörelser istället för att styras elektriskt styras hydraulisk eller pneumatiskt. Olika matarkonstruktioner kan utnyttjas exempelvis med en elmotor, eller med en kulskruv.

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 533 084 17 PATENTKRAV

1. En metod för reglering av en matningshastighet vid borrning i berg (17), varvid vid borrningen en impulsalstrande anordning (14, 31) genom ett stötorgan (15) är anordnat att inducera stötvågor i ett mot berget verkande verktyg(18), varvid den impulsalstrande anordningen är förskjutbart anordnad i borriktningen relativt ett bärorgan (13, 32), varvid den impulsalstrande anordningen är anordnad med en styrenhet (33). kännetecknat av att metoden innefattar: a) att mata in en referenshastighet till styrenheten, b) att bestämma en aktuell matningshastighet, c) att beräkna en styrsignal (S) i beroende av referenshastigheten och den aktuella matnlngshastigheten, och d) att automatiskt i beroende av styrsignalen reglera en ny matningshastighet för den nämnda impulsalstrande anordningen

2. Metoden enligt krav 1 varvid, stegen b-d repeteras.

3. Metoden enligt något av kraven 1-2, varvid styrsignalen (S) beräknas i beroende av skillnaden mellan den aktuella matningshastlgheten och referenshastigheten.

4. Metoden enligt något av kraven 1-3, varvid den aktuella matningshastigheten bestäms i beroende av en positionsförändring av den impulsalstrande anordningen (14, 31) relativt bärorganet(13, 32).

5. Metoden enligt krav 4, varvid den aktuella positionen (X) mäts med en positionsgivare.

6. Metoden enligt något av kraven 3-5, varvid accelerationen av den impulsalstrande anordningen (14, 31)bestäms relativt bärorganet (13,32) och den aktuella matningshastigheten bestäms i beroende av nämnda acceleration.

7. Metoden enligt något av kraven 1-2, varvid den aktuella hastigheten mäts med en hastighetsgivare. 01 10 20 25 30 35 533 D84 18

8. Metoden enligt något av kraven 1-7 varvid, referenshastigheten hämtas ur en referenstabell (50a-d).

9. Metoden enligt något av kraven 1-8 varvid, styrsignalen (S) även beräknas i beroende av ett medelvärde av ett flertal tidigare uppmätta värden för den aktuella matningshastigheten.

10. Metoden enligt något av de föregående kraven varvid, den nya matningshastigheten regleras så att den är lägre eller lika med referenshastigheten.

11. Metoden enligt något av kraven 1-8 varvid, den nya matningshastigheten regleras så att den är inom ett intervall innefattande referenshastigheten.

12. Metoden enligt något av föregående krav varvid, ett flödesreglerat matningstryck (p2) reglerar den impulsalstrande anordningens (14, 31) förflyttning längs med bärorganet (13,32), varvid flödet (q) regleras som funktion av styrsignalen (S).

13. Metoden enligt krav 12 varvid, metoden vidare innefattar att matningsflödet strömregleras.

14. Metoden enligt något av kraven 12-13 varvid, metoden vidare innefattar att matningsflödet regleras i beroende av en referenshastighet, enligt någon av följande regieringsmetoder: Pl, PID.

15. Metoden enligt något av föregående krav varvid, referenshastigheten hämtas från en referenstabell (50a-d) som anger en specifik ventilutstyrning för en viss hastighet.

16. Ett datoriserat kontrollsystem som innefattar medel att utföra en metod att för reglering av en matningshastighet vid borrning i berg, i enlighet med kraven 1-15. 533 G84 19

17. Ett datorprogram direkt nedladdningsbart i en dators internminne, vilket program innefattar programkod för att kontrollera en metod enligt krav 1-15.

18. Ett datorläsbart medium med ett inspelat datorprogram, vilket datorprogram är designat att få en dator att utföra stegen enligt något av kraven *l-15.

19. En borrigg innefattande ett datoriserat kontrollsystem enligt krav 16.