[發明專利]鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法及實現該方法的裝置

有效

• 申請號: 201310436780.X
• 申請日: 2013-09-23
• 公開（公告）號: CN103470181A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 童深根;安德斯·約翰松;邁克爾·洛夫格倫;弗雷德里克·奧曼;王強
• 申請（專利權）人: 阿特拉斯科普柯（南京）建筑礦山設備有限公司
• 主分類號: E21B6/00
• 分類號: E21B6/00
• 代理公司: 北京金信立方知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 黃威;胡上海

技術領域

本發明涉及鑿巖機控制領域，尤其涉及一種鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，本發明還涉及一種實現該方法的裝置。

背景技術

沖擊、推進、回轉和排渣是鑿巖機鉆孔工作的四個基本環節，其主要通過推進導向裝置、推進力發生裝置、旋轉控制模塊、推進控制模塊、沖擊控制模塊、鑿巖機和鉆具，所述鑿巖機又包括旋轉裝置和沖擊裝置來實現鉆孔動作。推進導向裝置在鉆孔時起導向作用，推進力發生裝置則產生作用于鑿巖機上的推進力，從而使鉆具與孔底巖石緊密地接觸，沖擊裝置產生間歇性的沖擊功，通過鉆具間歇性的沖擊巖層，與此同時旋轉裝置會產生旋轉扭矩使鉆具在鉆孔過程中連續回轉使下次沖擊時為新的巖層界面，從而完成鑿巖動作。排渣裝置通過使用高壓水或者壓縮空氣使破碎的巖石清理到孔口外。

一般的，旋轉裝置的輸出扭矩以反比的方式控制推進力發生裝置推進力的大小。旋轉裝置的輸出扭矩和推進力發生裝置的推進力成正比的關系。高效的鑿巖過程是通過控制推進力發生裝置的推進力的大小來保持旋轉裝置扭矩的基本恒定。在鉆孔作業時，操作人員可以設定最大的推進力。在實際的應用中，還可以用旋轉裝置的工作壓強控制推進力發生裝置的推進壓強旋轉裝置的工作壓強設定有最大工作預設值和防卡預設值，當旋轉壓強超過最大工作預設值時，實際的推進力開始從最大值減小（此時最大的推進力設定值不變，只是最大值達不到設定值）。正常情況下，一旦推進力減小，旋轉裝置的工作壓強就開始減小。鑿巖系統回歸正常作業狀態。

然而由于實際鉆孔環境中巖層狀況的不均勻，還存在以下問題：

當鉆具從空洞、軟巖、夾層（無負載）撞擊到硬巖（有負載）時，推進力發生裝置的推進壓強發生階躍，相應的旋轉壓強也會發生階躍（旋轉壓強超過最大工作預設值）而達到卡鉆預設值。即推進壓強的階躍會導致鉆具不能正常鉆進和旋轉，因而發生卡鉆，推進導向裝置由前進（鉆進）狀態直接變為后退狀態，一般稱這種情況稱為“反卡”。在推進導向裝置后退過程中，巖層對鉆具的約束逐漸減小直至消失，從而也使旋轉壓強減小，旋轉壓強小于防卡預設值時，旋轉裝置的工作壓強控制推進力發生裝置由后退狀態再次變為前進狀態。

圖3為現有技術中推進力、旋轉扭矩隨時間變化的示意圖，如圖2所示，在第①階段時，由于鉆具上無負載也未和巖石接觸，因此鉆具再次前進時近似通過“空洞”狀態，推進力發生裝置在無負載的情況下高速向前運行。在第②階段時，當鉆具再次撞擊到硬巖，推進壓強將階躍升高，推進壓強的階躍也引起旋轉壓強的階躍，推進壓強的階躍很容易達到防卡預設值導致鉆具不能正常鉆進和旋轉。發生卡鉆后的第③階段，推進導向裝置由前進（鉆進）狀態變為后退狀態。如果不控制的話，反卡過程會重復出現，即再次“反卡”。

卡鉆和重復的反卡會影響鑿巖機的正常鉆進工作、降低鑿巖速度和生產效率，還會對鑿巖機和鉆具產生不可恢復的損害，使其實際使用壽命縮短，需要經常更換鉆具和鑿巖機維護。鉆具的頻繁更換和鑿巖機維護勢必會使鑿巖成本增加，同時推進壓強的階躍還會導致鉆孔直線度產生偏差。為了解決這一技術問題，現有技術中通常采用限制最大的推進速度來避免推進壓強的階躍，即在鉆具由空洞（軟巖）進入硬巖或者由硬巖進入空洞（軟巖）時對推進速度等進行控制，從而達到防止卡鉆的目的。但是這樣的系統設置往往比較復雜，成本較高，同一推進速度并不能適用于不同巖層狀況下的鉆進工作。當巖層狀況變化時，需要隨時根據巖層狀況快速設定不同的推進速度，操作比較復雜，而且多數情況下只有經驗豐富的操作人員才能勝任。

發明內容

鑒于現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種可以有效解決鑿巖機的卡鉆及重復的反卡問題并保護鑿巖裝置的推進力單向延遲響應方法。

為了實現上述目的，本發明提供的一種鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，該裝置包括推進導向裝置、推進力發生裝置、旋轉控制模塊、推進控制模塊、沖擊控制模塊、鑿巖機和鉆具，所述鑿巖機又包括旋轉裝置和沖擊裝置，該方法包含以下步驟：

1）通過所述旋轉控制模塊監測所述旋轉裝置的扭矩的大小以確定旋轉壓強的大??；

2）由所述旋轉壓強的大小變化確定所述鉆具的負載狀態：當所述旋轉壓強的大小發生增加時，即判斷所述鉆具已由無負載狀態進入有負載狀態；當所述旋轉壓強的大小發生階躍減小時，即判斷所述鉆具已由有負載狀態進入無負載狀態；

3）當所述鉆具由無負載狀態進入有負載狀態時，控制所述推進力發生裝置對所述鉆具施加緩慢增加的推進力。