[發(fā)明專利]控制沖擊鉆機(jī)的鉆鑿過(guò)程的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202080024616.6
• 申請(qǐng)日: 2020-03-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113646506A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肯尼斯·韋德菲爾特;邁赫迪·薩達(dá)蒂;塞繆爾·恩布盧姆;馬蒂亞斯·格特貝格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安百拓鑿巖有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): E21B44/00
• 分類(lèi)號(hào): E21B44/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 唐京橋;姜婷

描述了一種控制沖擊鉆機(jī)的鉆鑿過(guò)程的方法，該方法包括：根據(jù)饋送力和壓痕深度來(lái)收集數(shù)據(jù)。該方法還包括基于所收集的數(shù)據(jù)來(lái)確定沖擊過(guò)程，以及確定沖擊過(guò)程(實(shí)線)與參考沖擊過(guò)程(虛線)之間的偏差。該方法還包括基于偏差來(lái)調(diào)整與鉆鑿過(guò)程相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)鉆鑿參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采礦業(yè)。更具體地，本發(fā)明涉及一種控制鉆機(jī)的鉆鑿過(guò)程的方法。本發(fā)明還涉及一種鉆機(jī)，該鉆機(jī)被配置成在鉆鑿期間由該方法控制。

背景技術(shù)

在礦山和其他工地，安裝在鉆機(jī)上的鑿巖機(jī)(rock drill)用于在基巖中鉆孔。沖擊式巖石鉆鑿是在巖石中鉆鑿的常用方法。在沖擊式巖石鉆鑿期間，巖石被鉆頭以高頻撞擊巖石的方式壓碎，從而鉆頭上設(shè)置的按鈕壓碎巖石。旋轉(zhuǎn)鉆頭，以便按鈕在每次沖撞下都能擊中新的巖石表面。由于鉆鑿?fù)ǔＴ谏羁字羞M(jìn)行，因此鉆頭通常布置在鉆桿上，而鉆桿又布置在安裝在鉆機(jī)中的適配器上。適配器、鉆桿和鉆頭一起形成稱為鉆柱的組件。在沖擊鉆機(jī)中，沖擊元件(例如沖擊活塞)撞擊適配器，從而使沖量沿鉆柱分布，沿孔向下，最后通過(guò)鉆頭進(jìn)入巖石。可以連接一根或更多根鉆桿以延長(zhǎng)鉆柱。常見(jiàn)鉆鑿方法的示例是頂錘鉆鑿、潛孔(DTH)和COPROD。

為了確保鉆頭和巖石之間的接觸以及在鉆鑿期間適配器處于鉆機(jī)中的優(yōu)選位置，指向巖石的進(jìn)給力例如通過(guò)液壓活塞被施加到鉆機(jī)。因此，進(jìn)給力通過(guò)鉆機(jī)作用在鉆柱和巖石上。

無(wú)論采用何種鉆鑿工藝，鉆鑿都是耗能工作，通常在偏遠(yuǎn)地區(qū)使用精密設(shè)備進(jìn)行。鉆鑿設(shè)備進(jìn)一步暴露于導(dǎo)致顯著磨損的苛刻工作條件。因此需要更高效的鉆鑿過(guò)程，從而減小磨損、減小能源消耗和對(duì)環(huán)境的影響更小。

巖石鉆鑿是復(fù)雜的任務(wù)，它取決于一系列不同的因素，例如鉆機(jī)類(lèi)型、巖石特性和鉆鑿參數(shù)的選擇。鉆鑿是在不斷變化的條件下進(jìn)一步進(jìn)行的，這是指在操作期間不同的因素會(huì)發(fā)生變化。例如，巖石不均質(zhì)，設(shè)備磨損，這會(huì)影響鉆鑿。因此需要在操作期間調(diào)整鉆鑿過(guò)程以適應(yīng)這些變化。

先前已知在操作期間控制鉆鑿過(guò)程以提高鉆鑿效率。為了控制鉆鑿過(guò)程，有必要測(cè)量正在進(jìn)行的鉆鑿作業(yè)的進(jìn)度，即，以確定正在進(jìn)行的鉆鑿作業(yè)是“好”還是“壞”。已經(jīng)表明，沖擊鉆鑿期間鉆桿內(nèi)產(chǎn)生的波場(chǎng)包含關(guān)于鉆鑿作業(yè)效率的信息。可以通過(guò)監(jiān)測(cè)從沖擊元件穿過(guò)鉆柱朝向巖石的入射波的振幅以及從巖石穿過(guò)鉆柱朝向鉆機(jī)傳播的反射波的振幅來(lái)研究它。入射波這里是指作為沖擊元件撞擊鉆柱的結(jié)果而傳播穿過(guò)鉆柱的脈沖。反射波這里是指作為入射波遇到阻抗變化的結(jié)果而傳播穿過(guò)鉆柱的反射脈沖，例如在鉆柱的末端。

文件US 2010/0147084 A1描述了如何研究這些脈沖的幅度以控制鉆機(jī)。

文件US 6640205 B2使用穿過(guò)鉆鑿工具的脈沖來(lái)表征被鉆鑿的材料。此后基于該特征提出或配置工具的工作模式。

文件US 7114576 B2描述了如何根據(jù)鉆柱中的脈沖幅度來(lái)調(diào)整沖擊能量。

現(xiàn)有技術(shù)中描述的方法給出了鉆鑿過(guò)程的不完整視圖，這是指鉆鑿過(guò)程的控制不如它可能的那樣高效，給出了對(duì)鉆鑿的更好描述。因此，一直需要開(kāi)發(fā)對(duì)鉆機(jī)的鉆鑿過(guò)程的控制，以便它們以高效的方式工作。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)一種控制鉆機(jī)的鉆鑿過(guò)程的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法能夠以更好的方式確定正在進(jìn)行的鉆鑿過(guò)程的效率如何并相應(yīng)地調(diào)整鉆鑿。替代目的是實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)有技術(shù)相比的替代解決方案。

根據(jù)第一方面，該目的通過(guò)一種控制鉆機(jī)的鉆鑿過(guò)程的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。鉆機(jī)包括控制單元、至少一個(gè)傳感器、沖擊元件和工具，其中工具的端部包括被配置成撞擊巖石的鉆頭。沖擊元件還被配置成沖撞工具并且工具被配置成將由沖擊元件產(chǎn)生的脈沖能量傳遞到鉆頭。在鉆鑿期間該方法還包括根據(jù)在沖擊元件的沖撞下饋送到巖石中的力和進(jìn)入巖石的壓痕深度來(lái)收集數(shù)據(jù)。該方法還包括基于所收集的數(shù)據(jù)來(lái)確定沖擊過(guò)程，以及確定沖擊過(guò)程和參考沖擊過(guò)程之間的偏差。該方法還包括基于偏差來(lái)調(diào)整與鉆鑿過(guò)程相關(guān)的一個(gè)或更多個(gè)鉆鑿參數(shù)。