SE540309C2 - Anordning och förfarande vid bergborrning - Google Patents

Description

ANORDNING OCH FÖRFARANDE VID BERGBORRNING UPPFINNINGENS OMRÅDE Uppfinningen hänför sig till en borrmaskin för drivning av en borrsträng, varvid borrmaskinen innefattar: ett i en axiell led mot respektive från ett hållarbord rörligt drivhuvud för axiell drivning av borrsträngen, en i drivhuvudet anordnad rotator för rotationsdrivning av borrsträngen, en till rotatorn tillhörande borrsträngschuck, ett första nyckelgreppsdon anordnat i anslutning till hållarbordet, ett andra nyckelgreppsdon anordnat i anslutning till rotatorn. Uppfinningen hänför sig även till ett motsvarande förfarande.

BAKGRUND TILL UPPFINNINGEN Det är känt att utföra konventionell stigortsborrning och uppåtgående stigning såväl som nedåtgående upprymning för borrning med diametrar uppgående till över sex meter. Tekniken utnyttjas bl. a. i samband med väg- och vattenbyggnad, inom gruvindustrin för borrning av schakt för ventilation, dränering, avvattningsorter, återfyllnings- och uppfodringshål, slitshål liksom för tilloppstuber för vattenkraftverk .

För upprymningsborrning borras först ett pilothål i riktning från borrmaskinen till ett åtkomligt utrymme, i vilket en upprymningsborrkrona fästs vid den fria änden av borrsträngen. Därefter sker upprymningsborrningen genom att borrkronan drivs under rotation i riktning mot borrmaskinen, varvid borrkronan sönderdelar berget. Under processen sker en omfattande hantering av borrsträngskomponenter/borrör, vilka vid drivning från borrmaskinen successivt adderas till borrsträngen och vid drivning mot borrmaskinen successivt lösgörs och tas bort från borrsträngen. Konventionell borrning av detta slag sker under manuellt överinseende av en operatör.

För att vid upprymningsprocessen kunna lösgöra ett borrör, vilket i sin helhet befinner sig ovanför borrmaskinens hållarbord, säkras borrsträngen vid hållarbordet.

Detta genomförs genom att operatören korrekt positionerar ett nyckelgrepp på borrsträngskomponenten för ingrepp av ett nyckelgreppsdon, vilket brukar benämnas "bordsnyckelgrepp", vid hållarbordet. Därefter kan gängingreppet mellan rotatorns borrsträngschuck och den översta borrsträngskomponenten brytas genom att rotatorn backas. Resten av borrsträngen är nu således rotationslåst av det första nyckelgreppet.

Därefter vidtar operatören nya åtgärder så att ett ytterligare nyckelgreppsdon, i området av drivhuvudet, ska kunna bringas att ingripa med borrsträngskomponentens nyckelgrepp för brytning och urgängning av gängan mellan denna översta borrsträngskomponent och den resterande borrsträngen.

Den lösgjorda borrsträngskomponenten förflyttas därefter från borrsträngsläget till ett komponentlager.

Sedan förflyttas drivhuvudet med sin rotator och borrsträngschuck axiellt för att göra ingrepp med gängan tillhörande den nu översta komponenten i borrsträngen, som fortfarande är låst av det första, vid hållarbordet inrättade nyckelgreppsdonet.

Efter lösgöring av borrsträngen från det första nyckelgreppsdonet fortgår sedan processen med fortsatt upprymningsdrivning. När nästa borrsträngskomponent nått ett läge ovanför hållarbordet upprepas ovannämnda sekvens.

Det beskrivna förfarandet är tids-, precisions- och arbetskrävande, vilket sammantaget medför en utdragen och därigenom kostsam borrprocess.

EP 2487 325 A2 beskriver ett system för maskinell positionering och ansättning av nyckeldon vid en raise boring machine. WO2014/133440 avser en metod och ett borrarrangemang för fasthållning av borrsträngsmedel. ÄNDAMÅL OCH VIKTIGASTE KÄNNETECKEN FÖR UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med föreliggande uppfinning att anvisa en borrmaskin av ovannämnt slag, vilken adresserar och åtminstone lindrar problemen med den kända tekniken.

Detta uppnås vid en borrmaskin av det inledningsvis definierade slaget genom att den innefattar ett i området av hållarbordet inrättat första sensorarrangemang för avkänning av ett första vridläge för ett nyckelgrepp på en borrsträngskomponent, ett andra sensorarrangemang för avkänning av ett andra vridläge för det andra nyckelgreppsdonet, och ett minne för lagring av data representerande det andra vridläget.

Genom dessa särdrag möjliggörs att avkänna ett första vridläge i förhållande till hållarbordet för ett nyckelgrepp på en borrsträngskomponent och möjliggöra vridning av borrsträngen till ett korrekt vridläge för ingrepp med det första nyckelgreppsdonet. Vidare, utgående från nämnda lagrade data, automatiskt beräkna och relatera vridläget för det andra nyckelgreppsdonet till ett nyckelgrepp hos den översta borrsträngskomponenten i en borrsträng, vilket möjliggör effektivare borrsträngshantering i samband med en upprymningsprocess, då borrsträngskomponenter successivt ska avlägsnas från borrsträngen.

Det andra nyckelgreppsdonet är ihopkopplat med rotatorn/borrsträngschucken för att vara roterbart tillsammans därmed för lossvridning av den undre gängan vid initierat första nyckelgreppsdon.

I synnerhet föredraget är en beräkningsenhet inrättad för att utgående från nämnda lagrade data representerande det andra vidläget bestämma en vinkel mellan det andra vridläget och ett vridläge för det första nyckelgreppsdonet och därigenom en vinkel mellan det andra vidläget och nämnda nyckelgrepp. Detta medger full automatisering av hanteringsprocessen vid upprymningsborrning genom att borrmaskinens system kan beräkna erforderlig rotationsposition för att möjliggöra ansättning av det andra nyckelgreppsdonet.

Det är föredraget att det andra sensorarrangemanget innefattar åtminstone en sensor på drivhuvudet, vilken är anordnad att samverka med åtminstone en avkänningsindikator i anslutning till det andra nyckelgreppsdonet. I synnerhet föredras att nämnda andra sensorarrangemang inkluderar vardera minst en sensor ur gruppen: optisk sensor, induktiv sensor, kapacitiv sensor, Hall-effektsensor, magnetostriktiv sensor och rent mekanisk rotationsavkännande sensor. Denna sensor är inrättad att samverka med en avkänningsindikator och företrädesvis ett flertal avkänningsindikatorer, var och en i enlighet med den valda sensorprincipen utgjord av en kontrastmarkering, en klack, en urtagning, ett element med avvikande tekniska egenskaper, såsom en magnet eller ett element av magnetiserbart material etc.

När det gäller det första sensorarrangemanget innefattar detta företrädesvis i en enkel utföringsform minst en ljusalstrare och en optisk sensor, placerade så att en ljusstråle eller ljusstrålar däremellan har fri passage när ett nyckelgrepp är i korrekt höjd- och vridläge. När inget nyckelgrepp är i korrekt höjd- och vridläge bryts ljusstrålen däremellan .

Det kan nämnas att här avses sådana nyckelgrepp, som lämpligen utgörs av inarbetade urtagningar i godset i de cirkulärcylindriskt rörformiga borrsträngselementens yttre begränsningsytor för bildande av åtminstone ett par väsentligen plana parallella nyckelgreppsytor.

Det andra sensorarrangemanget är föredraget inrättat att avkänna det andra vridläget för det andra nyckelgreppsdonet i ett tillstånd av ej initierat åtdragningssamband mellan borrsträngschucken och en övre gänga av en borrsträngskomponent, som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet. Härigenom kan erhållas en direkt relation i form av nämnda vinkel mellan det andra vidläget och nämnda nyckelgrepp fasthållet av det första nyckelgreppsdonet, varför felkällor resulterande av beräkningsbehov kan undvikas.

Borrmaskinen är härvid företrädesvis inrättad att med borrsträngschucken först etablera åtdragningssamband med nämnda övre gänga hos en borrsträngskomponent, som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet, genom att dra till ett kontaktläge, varifrån backas under vinkelmätning till ett sensortriggläge, vilket således blir ett känt vinkelläge.

Utifrån dessa data kan vinkelskillnaden mellan borrsträngskomponentens nyckelgrepp och det andra nyckelgreppsdonet nu beräknas. Denna beräknade vinkelskillnad sparas nu i minnet.

Uppnående av kontaktläget konstateras då ett tröskelmomentvärde nåtts och uppnående av läget för åtdragen gänga konstateras då ett slutmomentvärde nåtts.

Slutmomentvärdet är beräknat så att ingen nämnvärd ytterligare åtdragning ska ske under en efterföljande upprymningsoperation.

Borrmaskinen är vidare föredraget inrättad att initiera det första nyckelgreppsdonet att ingripa med ett nyckelgrepp på nästa borrsträngskomponent efter en genomförd upprymningsoperation motsvarande längden av en uppdragen borrsträngskomponent och att initiera brytning av nämnda övre gänga mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och rotatorns borrsträngschuck. Detta åstadkoms genom backning av rotatorn samtidigt som nästa borrsträngskomponent är rotationslåst av det första nyckelgreppsdonet.

Borrmaskinen är vidare fördelaktigt inrättad att därefter ansluta det andra nyckelgreppsdonet till den uppdragna borrsträngskomponentens övre nyckelgrepp och backa rotatorn för att bryta gängan mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och nästa borrsträngskomponent.

Genom att borrmaskinen föredraget är anordnad att i samband med brytning av nämnda övre gänga mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och borrsträngschucken efter brytningen först dra gängan tills kontaktläget nås, vilket liksom ovan detekteras genom att tröskelmomentvärdet uppnås. Därefter återroteras (backas) borrsträngschucken vinkeln A tills den vinkel nås, vilken beräknats som det övre nyckelgreppsdonets avvikelse från det övre nyckelgreppet.

Vridningen genom återrotation utförs därigenom en sådan vinkel att det i princip möjliggörs för det andra nyckelgreppsdonet att komma till inriktning med ifrågavarande nyckelgrepp för att vid ingreppsinitiering snabbt finna ingrepp därmed.

Vid äventyr att ansatsen att ansluta det andra nyckelgreppsdonet till detta nyckelgrepp skulle misslyckas av någon anledning görs en söksekvens med ett sökmönster fram och tillbaka under små men tilltagande vridningsvinklar av rotatorn för att finna ett korrekt anslutningsläge. Vid misslyckad initiering av det andra nyckelgreppsdonet även efter genomförd söksekvens avges en signal, innebärande att manuell assistans behöver insättas.

Borrmaskinen inkluderar föredraget en borrsträngskomponenthanterare inkluderande en gripare för gripning av och en manövreringsarm för förflyttning av en lossdragen borrsträngskomponent. Även denna gripare och denna manövreringsarm är fördelaktigt automatiskt styrbara för minimering av behov av personalinsatser.

Det föredras att griparen uppvisar en rotationssensor såsom en avkänningsrulle för avkänning av rotation av en borrsträngskomponent. Härigenom kan genom anläggning av avkänningsrullen mot borrsträngskomponenten konstateras om en gängbrytning av den övre gängan skett som avsetts genom att rotatorn roteras och genom rotationssensorn verifieras att borrsträngskomponenten inte medroterar.

Det är en betydande fördel att det första nyckelgreppsdonet är anordnat förskjutbart och permanent ovridbart anslutande till hållarbordet. Det första nyckelgreppsdonet är härvid föredraget inrättat linjärt förskjutbart mellan ett inaktivt läge och ett aktivt läge, vilket är ett ingreppsläge för ingrepp med ett nyckelgrepp. Det första nyckelgreppsdonet är vid en föredragen utföringsform lämpligen anordnat förskjutbart längs på hållarbordet inrättade linjära styrningar mellan dessa lägen och är därmed permanent ovridbart anslutande till hållarbordet. Förskjutbarheten ombesörjs lämpligen av ett par hydraulcylindrar.

Genom att såväl det andra nyckelgreppsdonet som borrsträngschucken är permanent ihopkopplade med rotatorn för att vara roterbart tillsammans därmed uppnås fördelar som förenklat rotationsdrivsamband mellan enheterna och konstruktionsmässig enkelhet.

Uppfinningen avser även ett förfarande för hantering av borrsträngskomponenter i en borrmaskin för drivning av en borrsträng, varvid förfarandet innefattar: axiell drivning av borrsträngen med ett i en axiell led mot respektive från ett hållarbord rörligt drivhuvud, rotationsdrivning av borrsträngen med en i drivhuvudet anordnad rotator, avkänning av ett första vridläge för ett nyckelgrepp på en borrsträngskomponent genom ett första sensorarrangemang, vilket är inrättat vid, (eller i anslutning till) ett på eller i anslutning till hållarbordet anordnat första nyckelgreppsdon, vridning av borrsträngen tills nyckelgreppet är inriktat med det första nyckelgreppsdonet, ansättning av det första nyckelgreppsdonet i nämnda nyckelgrepp. Förfarandet utmärks av avkänning av ett andra vridläge för ett andra nyckelgreppsdon anordnat i anslutning till rotatorn genom ett andra sensorarrangemang, och lagring av data representerande det andra vridläget i ett minne.

Förfarandet enligt ovan inkluderar föredraget att avkänning av det andra vridläget för det andra nyckelgreppsdonet sker genom åtminstone en sensor på drivhuvudet anordnad att samverka med åtminstone en avkänningsindikator i anslutning till det andra nyckelgreppsdonet.

Nämnda andra vridläge avkänns föredraget av minst en sensor ur gruppen: optisk sensor, induktiv sensor, kapacitiv sensor, Hall-effektsensor, magnetostriktiv sensor och rent mekanisk rotationsavkännande sensor.

Utgående från nämnda data representerande det andra vidläget bestäms fördelaktigt en vinkel mellan det andra vridläget och ett vridläge för det första nyckelgreppsdonet och därigenom en vinkel mellan det andra vidläget och nämnda nyckelgrepp.

Det andra vridläget för det andra nyckelgreppsdonet avkänns lämpligen i ett tillstånd av ej initierat åtdragningssamband mellan borrsträngschucken och en övre gänga av en borrsträngskomponent, som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet.

Efter lösgöring av det första nyckelgreppet utförs sedan en upprymningsoperation. Åtdragningssambandet etableras föredraget med nämnda övre gänga av en borrsträngskomponent, som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet, genom att dra till ett läge för åtdragen gänga enligt vad som förklaras ovan, varefter upprymningsoperationen utförs.

Efter genomförd upprymningsoperation, motsvarande längden av en uppdragen borrsträngskomponent, initieras fördelaktigt det första nyckelgreppsdonet att ingripa med ett (undre) nyckelgrepp på nästa borrsträngskomponent, initieras brytning av en gänga mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och borrsträngschucken. Efter vidarerotering enligt ovan ansluts föredraget det andra nyckelgreppsdonet till den uppdragna borrsträngskomponentens (övre) nyckelgrepp, och bryts gängan mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och nästa borrsträngskomponent.

En lossdragen borrsträngskomponent grips och förflyttas företrädesvis av en borrsträngskomponenthanterare inkluderande en manövreringsarm med en gripare.

Rotation av en gripen borrsträngskomponent avkänns lämpligen av en griparen tillhörande avkänningsrulle.

Föredraget sker förskjutning av det första nyckelgreppsdonet linjärt i förhållande till hållarbordet mellan inaktivt och aktivt läge.

Föredraget sker rotering av det andra nyckelgreppsdonet och borrsträngschucken tillsammans med rotatorn genom att dessa komponenter är permanent ihopkopplade.

Ytterligare särdrag och fördelar framgår av följande detaljbeskrivning.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGAR Uppfinningen ska nu närmare beskrivas med ledning av utföringsexempel och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: Fig. 1 illustrerar en stigortsborrmaskin i en sidovy, Fig. 2 visar i en detaljvy respektive delvis i sektion stigortsborrmaskinen i Fig. 1 i större skala, Fig. 3 schematiskt illustrerar en vridningssekvens i samband med gängåtdragning respektive gänglösgöring, Fig. 4a och b illustrerar en anordning för rengöring och infettning av en gänga till en borrsträngskomponent, och principen för det första sensorarrangemanget, Fig. 5 illustrerar borrsträngschucken och principen för det andra sensorarrangemanget, Fig. 6a, b och c visar hållarbordet med det första nyckelgreppsdonet samt principen för detektering av ett korrekt vridläge av ett övre nyckelgreppet, och Fig. 7 schematiskt illustrerar en förfarandesekvens enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Den i Fig. 1 illustrerade borrmaskinen 1 är en stigortsborrmaskin, vilken är utformad för drivning i riktningar både från och mot borrmaskinen. Borrmaskinen 1 uppvisar ett hållarbord 5, vilket vilar på ett fundament, vilket i sin tur omfattar medel för att fästa borrmaskinen vid ett underlag såsom en yta av en bergformation 3. Borrmaskinen kan uppställas för att vara riktad för verkan i olika riktningar.

Ett drivhuvud 6 är rörligt axiellt i riktningarna av dubbelpilen A och inrättat att driva en borrsträng 8 för alstrande av ett pilotborrhål 4 respektive ett upprymt schakt eller dylikt (antytt med streckade linjer och betecknat med 4') i bergformationen 3. Läget för drivhuvudet 6 avkänns genom ett längdsensorarrangemang 125, vilket är i stånd att avge signaler för beräkning av t. ex. i vilket läge den översta borrsträngskomponenten befinner sig i förhållande till hållarbordet.

Vid sidan av borrmaskinen 1 är visad en borrsträngskomponenthanterare 19 för införande till respektive uttagande av borrsträngskomponenter från ett borrsträngsläge i borrmaskinen 1.

Borrsträngskomponenthanteraren 19 inkluderar en gripare 20, vilken är uppburen av en manövreringsarm 21. Denna är kapabel att förflytta en gripen borrsträngskomponent mellan sagda borrsträngsläge och ett lager eller upplag.

Griparen 20 uppvisar en rotationssensor i form av en avkänningsrulle 22, vilken är inrättad så att den kan bringas till anliggning mot en borrsträngskomponent så att den därigenom är i stånd att detektera om en borrsträngskomponent är satt i rotation. På detta sätt kan det vid rotation av borrsträngschucken fastställas att borrsträngskomponenten inte roterar och därmed verifieras att brytning av en gänga mellan borrsträngschucken och den översta borrsträngskomponenten har utförts på vederbörligt sätt och blivit lyckosam. 33 indikerar en enhet för rengöring och infettning av hangängan till en borrsträngskomponent. Denna enhet kommer att beskrivas mer i detalj nedan.

I Fig. 2 visas mer i detalj delar av borrmaskinen 1 med det i en axiell led enligt dubbelpilen A rörliga drivhuvudet 6. Hållarbordet 5 är visat med ett i anslutning därtill inrättat första nyckelgreppsdon 11, vilket i Fig. 2 är visat infört och i ingrepp med ett undre nyckelgrepp 24 på borrsträngskomponenten 7. Ett övre nyckelgrepp på sagda borrsträngskomponent 7 är betecknat med hänvisningsbeteckning 14.

Drivhuvudet 6 uppbär en rotator 9, vilken är ihopkoppladc med en borrsträngschuck 10 (antydd med streckade linjer) med en hongänga för samverkan med en hangänga överst på en borrsträngskomponent. En hangänga på den av det första nyckelgreppsdonet 11 fasthållna (översta) borrsträngskomponenten 7 är betecknad med 18.

Fig. 2 visar det läge, som råder, då en borrsträngskomponent har plockats bort från borrsträngen och drivhuvudet är på väg mot hållarbordet för att initiera rotatorn att gänga på borrsträngschucken 10 på gängan 18 för att genomföra en ny upprymning motsvarande längden av en borrsträngskomponent. Efter pågängning och åtdragning genomförs nu upprymning en sådan längd.

Därefter initieras ånyo det första nyckelgreppsdonet 11 för att gripa ett undre nyckelgrepp på nästa borrsträngskomponent .

I anslutning till rotatorn 9 i drivhuvudet 6 är inrättat ett andra nyckelgreppsdon 12, vilket är inrättat att samverka med det övre nyckelgreppet 14 på en borrsträngskomponent. Det andra nyckelgreppsdonet 12 är rotationsfast förenat med rotatorn och borrsträngschucken men förflyttbart axiellt för att sättas i eller ur ingrepp med nämnda övre nyckelgrepp 14.

För åstadkommande av detta ingrepp är det andra nyckelgreppsdonet 12 utrustat med fyra i omkretsled fördelade ingreppsbackar 37 (tre visade), vilka är radiellt rörliga för att i införda lägen ingripa i, respektive för att i utförda lägen frigöra nämnda nyckelgrepp. 13 indikerar ett i anslutning till det första nyckelgreppsdonet 11 på hållarbordet 5 inrättat första sensorarrangemang för att detektera höjd- och vridläge på det övre nyckelgreppet 14 (alternativt det undre nyckelgreppet 24) för en borrsträngskomponent. Vid vridning och axiell förflyttning av borrsträngen är det första sensorarrangemanget i stånd att detektera nyckelgreppets 14/24 läge för medgivande av att borrsträngen vrids och axiellt förflyttas i sådan utsträckning och till ett sådant läge att det första nyckelgreppsdonet 11 ska kunna initieras till ingrepp med det undre nyckelgreppet 24.

Det är även inrättat ett andra sensorarrangemang 15 för detektering av ett andra vridläge, nämligen ett vridläge för det andra nyckelgreppsdonet 12. Detta kan föredraget utnyttjas för att i ett åtdraget läge av borrsträngschucken 10 med gängan 18 relatera det andra vridläget för det andra nyckelgreppsdonet 12 till ett vridläge för sagda övre nyckelgrepp 14 för samma borrsträngskomponent när denna är fast i det första nyckelgreppsdonet.

Sålunda erhållna data möjliggör på ett fördelaktigt sätt, genom rotation av rotatorn, inriktning av det andra nyckelgreppsdonet 12 med ett övre nyckelgrepp på en borrsträngskomponent som ska lösgöras från resten av borrsträngen. Härigenom underlättas och uppsnabbas initiering av det andra nyckelgreppsdonet 12 samt möjliggörs automatisering av processen.

En CU-beräkningsenhet 16 är inrättad för hantering av data levererat från nämnda sensorarrangemang och för att kommunicera med en krets för initiering av rotatorn 9, de båda nyckelgreppsdonen 11, 12, den axiella drivningen av drivhuvudet etc. Ett tillhörande minne är betecknat med hänvisningsbeteckning 17.

Borrsträngschucken 10 antyds med streckade linjer i Fig. 2, men framgår tydligare innanför det andra nyckelgreppsdonet 12 på Fig. 5.

Fig. 3 illustrerar med hjälp av en vridningsvinkelredovisning schematiskt en sekvens för att få fram en relation mellan nyckelgreppet och det andra nyckelgreppsdonet vid åtdragning av borrsträngschucken på en hangänga. Sekvensen utförs vid sänkt borrsträngschuck 10 för åtdragning därmed med den övre gängan 18 i det i Fig. 2 visade läget.

Sekvensen inleds med att chucken roteras "framåt" enligt pilen ROT för ernående av ett kontaktläge K då gängan är "lätt" åtdragen.

Därefter inleds vinkelmätning under avgängningsrotation, dvs. chucken roteras "bakåt" vinkeln A till ett läge då det andra sensorarrangemanget 15 gör utslag eftersom en avkänningsindikator eller "flagga" detekteras (se Fig. 5, avkänningsindikator 25 detekteras av sensor 45), vilket i Fig. 3 indikeras med läget I. Vinkelskillnaden mellan borrsträngskomponentens 7 nyckelgrepp och det andra nyckelgreppsdonet kan nu beräknas, och denna beräknade vinkelskillnad sparas nu i minnet 17.

Gängförbandet mellan borrsträngschucken 10 och gängan 18 i Fig. 2 åtdras därefter till ett läge för åtdragen gänga G till ett erforderligt moment för borrningsdriften en vinkel B.

I detta åtdragningstillstånd sker upprymning såsom ovan beskrivits tills den översta borrsträngskomponenten i sin helhet befinner sig ovanför hållarbordet 5 och det första nyckelgreppsdonet 11 kan initieras. Detta kan ske efter att från det första sensorarrangemanget 13 erhållits signaler att det övre nyckelgreppet 14 för nästa borrsträngskomponent befinner sig i en korrekt position för denna initiering av det första nyckelgreppsdonet 11.

Gängan mellan borrsträngschucken och den översta borrsträngskomponenten kan nu brytas genom backning av rotatorn 9 och vridning vinkeln C. Därefter införs griparen 20 för samverkan med denna borrsträngskomponent, varvid avkänningsrullen 22 genom sin kontakt med denna borrsträngskomponent 7 verifierar att borrsträngskomponenten inte vrids vid vridning av rotatorn 9, vilket innebär att rätt gänga verkligen har brutits. Gängan vrids sedan vinkeln D åter till kontaktläget K.

Därefter fortsätter vridningen av rotatorn i gänglösgörande riktning vinkeln A tillbaka till utgångsläget I, varvid det andra nyckelgreppsdonet 12 nu i princip är ansättningsbart i det övre nyckelgreppet 14 i den översta borrsträngskomponenten.

Då systemet verifierat att det andra nyckelgreppsdonet 12 varit lyckosamt med att ingripa korrekt med detta nyckelgrepp 14 kan gängförbandet mellan den översta borrsträngskomponenten 7 och nästa borrsträngskomponent, vilken är fasthållen i hållarbordet 5, brytas genom backning av rotatorn 9 och det andra nyckelgreppsdonet 12.

Borrsträngskomponenten 7 frigörs nu genom lösgöring av det andra nyckelgreppsdonet 12 och därefter sker borttagning av den nu fria borrsträngskomponenten med hjälp av borrsträngskomponenthanteraren 19 och förflyttning av borrsträngskomponenten till ett lager.

Om ansatsen att ansluta det andra nyckelgreppsdonet 12 till förevarande övre nyckelgrepp skulle misslyckas av någon anledning efter återvridningen till läget I, utförs en söksekvens innebärande att det görs ett sökmönster fram och tillbaka under ökande vridningsvinklar av rotatorn 9 och det andra nyckelgreppsdonet 12 för att finna ett korrekt anslutningsläge. Vid misslyckad initiering av det andra nyckelgreppsdonet efter genomförd söksekvens avges en signal, innebärande att manuell assistans behöver insättas.

I Fig. 4a och b visas tydligare enheten 33 för rengöring och infettning av hangängan 18 till en borrsträngskomponent. Denna enhet är mycket viktig för att garantera korrekt sammandragning av två borrsträngskomponenter och för att undvika oönskad permanent fastdragning mellan dem. Enheten 33 är automatiskt aktiverbar inför varje påskarvning av en ny borrsträngskomponent till borrsträngen.

Enheten 33 innefattar tre grupper av borstar för rengöring och infettning, vilka är uppburna av en nedåt öppen stomme så att hela enheten kan föras på ett påträdningsartat sätt för att omfatta gängan, som ska behandlas.

En första grupp omfattar ett antal roterbara stålborstar 38 ställda för verkan mot skuldran 39 hos borrsträngskomponenten, som ska behandlas. Dessa borstar 38 i den första gruppen är koppformigt utformade och roterbara kring respektive axlar, vilka är parallella med axeln till borrsträngskomponenten som ska behandlas. Med sina respektive borst riktade väsentligen axiellt angriper de mot den axiellt riktade skuldrans yta och rensar denna från fasta smörjmedelsrester mm. och ombesörjer effektivt rengöring för tillförsäkrande av adekvat anliggning vid sammangängning med nästa borrsträngskomponent. Då den första gruppen borstar förs ner mot skuldran 39 roteras lämpligen enhetens 33 stomme samt borstarna 38 så att borstarna även kommer att utföra viss rengöringsverkan mot själva gängan 18.

En andra grupp borstar 40 och en tredje grupp borstar 41 är utformade och arrangerade för infettning av gängan 18 och skuldran 39. Det ska noteras att borstarna 40 och 41 är förflyttbara axiellt i förhållande till enhetens 33 stomme och därmed i förhållande till den första gruppen borstar 38, vilket framgår av de två inbördes lägena visade i Fig. 4a och b. Härigenom ombesörjs alternativt aktivering av borstarna 38 (inställning enlig Fig. 4a) eller borstarna 40 och 41 (inställning enligt Fig. 4b).

Den andra gruppen borstar 40 är arrangerade med borsten riktade väsentligen i en riktning parallellt med borrsträngskomponentens axel under det att den tredje gruppen borstar 41 är arrangerade med borsten vinklade för anpassning till gängans konvinkel.

I enhetens 33 parkerade läge, vilket i princip framgår av Fig. 1, är inrättat arrangemang för infettning av borstarna 40 och 41. Detta arrangemang kan exempelvis omfatta fettsprutor för samverkan med borstarna 41 och ett fettråg, i vilket borstarna 40 neddoppas.

En rengörings- och behandlingssekvens innefattar: 1. Enhetens 33 borstar 40 och 41 fylls med smörjfett genom att en fettspruta införs i borstpaketets inre och den andra gruppens borstar är neddoppade i ett fettråg. 2. Enheten 33 svängs in i borrsträngsläget. 3. Enheten 33 trycks axiell nedåt mot gängan och skuldran, som ska behandlas under rotation av borstpaketet, med borstarna i det i Fig.4a visade läget för rengöring av skuldran. 4. Enheten 33 dras axiellt upp samtidigt som den andra och tredje gruppens borstar 40 och 41 förs axiellt nedåt för infettning såsom visas i Fig. 4b . Enheten 33 förs axiellt uppåt, från borrsträngsläget och till parkeringsläget i Fig. 1.

Fig. 4a visar även schematiskt principen för det första sensorarrangemanget 13 för detektering av ett korrekt höjdläge eller axiellt läge för det övre nyckelgreppet 14 hos borrsträngskomponenten 7 i förhållande till hållarbordet. 34' är en alstrare av en ljusstråle 36', vilken avkänns av en optisk sensor 35'.

Fig. 5 visar mer i detalj det andra nyckelgreppsdonet 12 med de fyra i omkretsled fördelade ingreppsbackarna 37 samt borrsträngschucken 10. Ingreppsbackarna 37 samverkar för sin aktivering, dvs. sina radiella rörelser för ingrepp med ett nyckelgrepp på en borrsträngskomponent, med aktiveringsringen 42. Denna aktiveringsring är förbunden med de fyra ingreppsbackarna 37 med ej visade länkdon så att en rörelse nedåt av aktiveringsringen medför rörelse av ingreppsbackarna 37 radiellt inåt. I sitt mest nedförda läge, befinner sig aktiveringsringen 42 radiellt utanför ingreppsbackarna 37 så att dessa av aktiveringsringen låses i sitt införda ingreppsläge.

En svängbar manövreringsgaffel 43 ingriper i ett ringformat spår radiellt ytterst på aktiveringsringen 42. En hydraulcylinder 44 trycksätts på sina respektive sidor för att förläna manövreringsgaffeln 43 svängningsrörelse i avsedd riktning.

Fig. 5 visar även en princip för funktionen av det andra sensorarrangemanget 15, varvid minst en sensor 45 såsom en Hall-effektsensor, en magnetostriktiv sensor, en kapacitiv sensor, en induktiv sensor, en optisk sensor eller en rent mekanisk rotationsavkännande sensor är inrättad att samverka med ett flertal avkänningsindikatorer 25 i form av till exempel flaggor, klackar eller dylikt inrättade i anslutning till, på eller associerat med det andra nyckelgreppsdonet 12. I den visade utföringsformen är avkänningsindikatorerna 25 belägna i linje med ett centralt parti av var och en av de fyra radiellt rörliga ingreppsbackarna 37. Det inses att avkänningsindikatorerna 25 kan vara av olika slag beroende på slag av sensorarrangemang, som används.

I Fig. 6a, b och c visas hållarbordet 5 med det första nyckelgreppsdonet 11 samt principen för detektering av ett korrekt vridläge av det övre nyckelgreppet 14.

Det första nyckelgreppsdonet 11 är inrättat linjärt förskjutbart mellan ett inaktivt läge, vilket visas i Fig. 6a och b, och ett aktivt läge eller ingreppsläge, vilket visas i Fig. 6c. Det första nyckelgreppsdonet 11 är anordnat förskjutbart längs på hållarbordet 5 inrättade linjära styrningar mellan dessa lägen och är därmed permanent ovridbart anslutande till hållarbordet 5. I den visade utföringsformen ombesörjs förskjutbarheten av ett par hydraulcylindrar.

Det första sensorarrangemanget 13 innefattar i detta utföringsexempel två ortogonalt inrättade sensoranordningar.

Det inses att med det övre nyckelgreppet 14 i korrekt vridläge (Fig. 6b), en optisk signal i form av ljusstrålarna 36' och 36'' alstrade av ljusalstrare 34' och 34'' kan registreras av det första sensorarrangemangets optiska sensorer 35' resp. 35'', under det att ett felaktigt vridläge (Fig. 6a) för det övre nyckelgreppet 14, gör att en sådan optisk signal blockeras. Det inses av dessa Figurer att även vid ett felaktigt höjdläge av det övre nyckelgreppet 14 en sådan optisk signal kommer att blockeras.

Det är även möjligt att alstra och detektera två (eller flera) ljusstrålar på olika höjd eller en i höjdled utbredd ljusstråle för att öka höjdprecisionen vid mätningen.

Ljusstrålarna 36' och 36'' kan även vara på olika höjd.

Med det övre nyckelgreppet 14 i korrekt vridläge (Fig. 6b) och höjdläge i förhållande till hållarbordet 5, registrerat av det första sensorarrangemangets optiska sensorer 35' resp. 35'', kan nu det första nyckelgreppsdonet 11 införas till ingrepp med det undre nyckelgreppet 24, vilket visas i Fig. 6c Fig. 7 illustrerar en förfarandesekvens enligt en utföringsform av uppfinningen, varvid: Position 26 indikerar sekvensens start.

Position 27 indikerar att i anslutning till etablering av ett åtdragningssamband mellan borrsträngschucken och en övre gänga hos en borrsträngskomponent, som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet, avkänna ett andra vridläge för det andra nyckelgreppsdonet genom det andra sensorarrangemanget, och lagring av data för det andra vridläget.

Position 28 indikerar frigörande av det första nyckelgreppsdonet och utförande av en upprymningsoperation motsvarande längden av en borrsträngskomponent.

Position 29 indikerar efter genomförd upprymningsoperation avkänning av ett första vridläge för ett nyckelgrepp på nästa borrsträngskomponent genom det första sensorarrangemanget, vridning och förflyttning av borrsträngen tills nyckelgreppet är inriktat samt ansättning av det första nyckelgreppsdonet i nämnda nyckelgrepp.

Position 30 indikerar brytning av en gänga mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och borrsträngschucken.

Position 31 indikerar anslutning av det andra nyckelgreppsdonet till den uppdragna borrsträngskomponentens övre nyckelgrepp utgående från nämnda lagrade data, brytning av gängan mellan den uppdragna, översta borrsträngskomponenten och nästa borrsträngskomponent och bortförande av den losstagna borrsträngskomponenten.

Position 32 indikerar sekvensens avslutning.

Sekvensen utförs upprepat efter behov. Sekvensstegen enligt ovanstående positioner kan kompletteras med ytterligare steg, t. ex. under hänsynstagande till s. k. utrullning, vilket innebär att efter att rotationsdrift avbrutits, borrsträng med borrkrona och ansluten rotator kommer att fortsätta att vridas en viss vinkel på grund av trögheten i systemet. Denna utrullning estimeras företrädesvis upprepat under processen och tas hänsyn till vid ansättning av det första nyckelgreppsdonet 11 med ledning av det första sensorarrangemanget 13.

Ytterligare steg kan även vara föredragna enligt vad som framgår av ovanstående beskrivning.

Uppfinningen kan modifieras ytterligare inom ramen för de efterföljande patentkraven. Sålunda kan principen för uppfinningen utnyttjas vid olika typer av borrmaskiner såsom utöver för upprymningsborrning även för s. k. slot boring, varvid ett flertal delvis överlappande hål borras vid sidan av varandra. Tillämpning är aktuell vid raise boring och box boring. Det inses att borrning kan ske i alla riktningar, med borrmaskinen riktad nedåt enligt bilagda Figurer, åt sidorna och uppåt. Dessutom kan borrmaskinen snedställas för borrning med olika valfria vinklar mot vertikalriktningen liksom mot horisontalplanet.

I konsekvens därmed inses att med termen "översta borrsträngskomponenten" inte nödvändigtvis inte behöver avse en vertikalt överst belägen borrsträngskomponent utan snarare den borrsträngskomponent, som befinner sig närmast drivhuvudet.

Uppfinningen har huvudsakligen beskrivits utgående från upprymningsprocessen då borrsträngskomponenter successivt tas bort från borrsträngen. Denna process är den mest komplicerade och kräver mest av insatser för att kunna automatiseras. En borrmaskin enligt uppfinningen kan med fördel utnyttjas automatiskt även vid addering av borrsträngskomponenter till borrsträngen, varvid i så fall det andra nyckelgreppsdonet 12 inte är behövligt.

Det utesluts inte att det andra sensorarrangemanget 15 för avkänning av ett andra vridläge för det andra nyckelgreppsdonet 12 är associerat med någon del av rotatorn och avger ett indirekt värde på det andra vridläget.

Det är även fullt möjligt att insätta en absolutvinkelgivare som det andra sensorarrangemanget 15 för avkänning av det andra vridläget för det andra nyckelgreppsdonet. I detta fall behöver inget inmätningsförfarande av vinkeln A företas.

Avkänning av rotation av en borrsträngskomponent 7 för att verifiera korrekt brytning av gängan mellan borrsträngschucken och borrsträngskomponenten kan ske även genom andra rotationssensormedel än genom en griparen 20 tillhörande avkänningsrulle 22. T ex kan en optisk sensor vara inrättad separat på riggen.

Förfarandet kan realiseras med borrsträngskomponenter med endast ett nyckelgrepp men det föredras att borrsträngskomponenterna uppvisar ett övre och ett undre nyckelgrepp för att underlätta gripning med de båda nyckelgreppsdonen.

Claims (25)

PATENTKRAV:

1. Borrmaskin (1) för drivning av en borrsträng (8), varvid borrmaskinen innefattar: - ett i en axiell led mot respektive från ett hållarbord (5) rörligt drivhuvud (6) för axiell drivning av borrsträngen (8), - en i drivhuvudet (6) anordnad rotator (9) för rotationsdrivning av borrsträngen (8), - en till rotatorn (9) tillhörande borrsträngschuck (10), - ett i området av hållarbordet (5) inrättat första sensorarrangemang (13) för avkänning av ett första vridläge för ett nyckelgrepp (14;24) på en borrsträngskomponent (7), kännetecknad av - ett första nyckelgreppsdon (11) anordnat i anslutning till hållarbordet (5), - ett andra nyckelgreppsdon (12) anordnat i anslutning till rotatorn (9), - ett andra sensorarrangemang (15) för avkänning av ett andra vridläge för det andra nyckelgreppsdonet (12), och - ett minne (17) för lagring av data representerande det andra vridläget.

2. Borrmaskin enligt krav 1, kännetecknad av - att en beräkningsenhet (16) är inrättad för att utgående från nämnda data representerande det andra vidläget bestämma en vinkel mellan det andra vridläget och ett vridläge för det första nyckelgreppsdonet (11) och därigenom en vinkel mellan det andra vidläget och nämnda nyckelgrepp (14;24).

3. Borrmaskin enligt krav 1 eller 2, kännetecknad av - att det andra sensorarrangemanget (15) innefattar åtminstone en sensor på drivhuvudet (6), vilken är anordnad att samverka med åtminstone en avkänningsindikator (25) i anslutning till det andra nyckelgreppsdonet (12).

4. Borrmaskin enligt något av föregående krav, kännetecknad av att nämnda första respektive andra sensorarrangemang (11;15) inkluderar vardera minst en sensor ur gruppen: optisk sensor, induktiv sensor, kapacitiv sensor, Hall-effektsensor, magnetostriktiv sensor och rent mekanisk rotationsavkännande sensor.

5. Borrmaskin enligt något av föregående krav, kännetecknad av - att det andra sensorarrangemanget (15) är inrättat att avkänna det andra vridläget för det andra nyckelgreppsdonet (12) i ett tillstånd av ej initierat åtdragningssamband mellan borrsträngschucken (10) och en övre gänga (18) av en borrsträngskomponent (7), som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet (11).

6. Borrmaskin enligt krav 5, kännetecknad av att borrmaskinen är inrättad: - att etablera åtdragningssamband med nämnda övre gänga (18) av en borrsträngskomponent (7), som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet (11), genom att dra till ett läge för åtdragen gänga.

7. Borrmaskin enligt krav 5 eller 6, kännetecknad av att borrmaskinen omfattar: - organ för att initiera det första nyckelgreppsdonet (11) att ingripa med ett nyckelgrepp på nästa borrsträngskomponent efter en genomförd upprymningsoperation motsvarande längden av en uppdragen borrsträngskomponent (7), och - organ för att initiera brytning av nämnda övre gänga (18) mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och rotatorn (9).

8. Borrmaskin enligt något av kraven 5 - 7, kännetecknad av att den är inrättad att efter brytning av nämnda övre gänga (18) mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och rotatorn (9) ansluta det andra nyckelgreppsdonet till den uppdragna borrsträngskomponentens nyckelgrepp (14), och - att bryta gängan mellan den uppdragna borrsträngskomponenten och nästa borrsträngskomponent.

9. Borrmaskin enligt något av föregående krav, kännetecknad av en borrsträngskomponenthanterare (19) inkluderande en gripare (20) för gripning av och en manövreringsarm (21) för förflyttning av borrsträngskomponenter.

10. Borrmaskin enligt krav 9, kännetecknad av att griparen (20) uppvisar en rotationssensor för avkänning av rotation av en gripen borrsträngskomponent.

11. Borrmaskin enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det första sensorarrangemanget (13) innefattar minst en ljusalstrare och en optisk sensor, placerade så att en ljusstråle eller ljusstrålar däremellan har fri passage när ett nyckelgrepp är i korrekt höjd- och vridläge.

12. Borrmaskin enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det första nyckelgreppsdonet (11) är anordnat förskjutbart och permanent ovridbart anslutande till hållarbordet (5).

13. Borrmaskin enligt något av föregående krav, kännetecknad av att det andra nyckelgreppsdonet (12) och borrsträngschucken (10) är permanent ihopkopplade med rotatorn (9) för att vara roterbara tillsammans.

14. Förfarande för drivning av en borrsträng (8) innefattande: - axiell drivning av borrsträngen (8) med ett i en axiell led mot respektive från ett hållarbord (5) rörligt drivhuvud (6), - rotationsdrivning av borrsträngen (8) med en i drivhuvudet (6) anordnad rotator (9), - avkänning av ett första vridläge för ett nyckelgrepp (14;24) på en borrsträngskomponent genom ett första sensorarrangemang (13), vilket är inrättat vid ett på hållarbordet anordnat första nyckelgreppsdon (11), - vridning av borrsträngen (8) tills nyckelgreppet (14;24) är inriktat med det första nyckelgreppsdonet (11), - ansättning av det första nyckelgreppsdonet (11) i nämnda nyckelgrepp (14;24), - avkänning av ett andra vridläge för ett andra nyckelgreppsdon (12) anordnat i anslutning till rotatorn (9) genom ett andra sensorarrangemang (15), och - lagring av data representerande det andra vridläget i ett minne (17).

15. Förfarande enligt krav 14, innefattande: - avkänning av det andra vridläget för det andra nyckelgreppsdonet (12) genom åtminstone en sensor på drivhuvudet (6) anordnad att samverka med åtminstone en avkänningsindikator (25) i anslutning till det andra nyckelgreppsdonet (12).

16. Förfarande enligt krav 14 eller 15, innefattande: - bestämning av en vinkel mellan det andra vridläget och ett vridläge för det första nyckelgreppsdonet (11) och därigenom en vinkel mellan det andra vidläget och nämnda nyckelgrepp (14) utgående från nämnda data representerande det andra vridläget .

17. Förfarande enligt något av kraven 14 - 16, innefattande: - avkänning av det andra vridläget för det andra nyckelgreppsdonet (12) i ett tillstånd av ej initierat åtdragningssamband mellan borrsträngschucken (10) och en övre gänga (18) av en borrsträngskomponent (7), som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet (11).

18. Förfarande enligt krav 17, innefattande: - etablering av åtdragningssambandet med nämnda övre gänga (18) av en borrsträngskomponent (7), som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet (11), genom att dra till ett läge för åtdragen gänga.

19. Förfarande enligt krav 17 eller 18, innefattande: - initiering av det första nyckelgreppsdonet (11) att ingripa med ett nyckelgrepp (14;24) på nästa borrsträngskomponent efter genomförd upprymningsoperat ion motsvarande längden av en uppdragen borrsträngskomponent (7), och - brytning av gängan mellan den övre gängan och (18) borrsträngschucken (10).

20. Förfarande enligt krav 19, innefattande: - anslutning av det andra nyckelgreppsdonet (12) till den uppdragna borrsträngskomponentens nyckelgrepp (14), och - brytning av gängan mellan den uppdragna borrsträngskomponenten (7) nämnda nästa borrsträngskomponent, som är fasthållen av det första nyckelgreppsdonet (11).

21. Förfarande enligt något av kraven 14 - 20, innefattande: - gripning och förflyttning av en lossdragen borrsträngskomponent (7) med hjälp av en borrsträngskomponenthanterare (19) inkluderande en manövreringsarm (21) med en gripare (20).

22. Förfarande enligt krav 21, innefattande: - avkänning av rotation av en gripen borrsträngskomponent (7) genom en griparen (20) tillhörande rotationssensor såsom en avkänningsrulle (22).

23. Förfarande enligt något av kraven 14 - 22, innefattande: - avkänning av nämnda andra vridläge av minst en sensor ur gruppen: optisk sensor, induktiv sensor, kapacitiv sensor, Hall-effektsensor, magnetostriktiv sensor och rent mekanisk rotationsavkännande sensor.

24. Förfarande enligt något av kraven 14 - 23, innefattande: - förskjutning av det första nyckelgreppsdonet (11) i förhållande till hållarbordet (5) mellan inaktivt och aktivt läge.

25. Förfarande enligt något av kraven 14 - 24, innefattande: - rotering av det andra nyckelgreppsdonet (12) och borrsträngschucken (10) tillsammans med rotatorn (9) genom att dessa komponenter är permanent ihopkopplade.