SE528699C2 - Metod och system för styrning av borrparametrar under påhugg - Google Patents

Description

en u: no- 1.1 no 0 u ao u nun n u .n , u , p . o v o n v n o av" o .g n: u .nu anno-oz n I c , y nu on cv värden, som gav önskad avvägning mellan borrhastighet och livslängd på borrstålet (fullborrning). Denna tryckökning skedde genom att sekvensventiler ställdes om och tryckökning- arnas förlopp under övergångsfasen berodde på hur ventiler och ledningar i hydraulsystemet såg ut.

När sedan modernare el- och datorstyrda hydraulsystem har kom- mit till användning så har man behållit förfarandet med ett initialt borrningssteg där man använder reducerad borrmaskin- effekt och matning, och ett slutligt borrningssteg där man an- vänder full effekt. Däremellan förekommer en lämplig övergång.

Ett exempel på denna tidigare kända metod för styrning av borrparametrar visas i patentskriften EP 0 564 504. Genom den- na skrift är en metod för styrning av en bergborrningsprocess känd, och i enlighet med den däri beskrivna metoden justeras en borrmaskins slagkraft och matningskraft så att borrens ro- tationseffekt inte överskrider ett förinställt gränsvärde.

Detta görs genom att borrningen styrs i minst tre olika steg, av vilka det första steget är startborrningen, det andra ett övergångssteg till det tredje steget, vilket i sin tur är nor- mal drift. Man ska enligt metoden ställa in lämpliga värden för varje borrningssteg så att slagkraften och matningskraften är optimala för varje steg.

Det finns ett flertal nackdelar med den i EP 0 564 504 be- skrivna metoden. En uppenbar nackdel är att man inte alltid i förväg vet vad som är optimalt för ett visst steg, och det framgår inte av nämnda skrift hur de förutbestämda värdena av matningskraft och slagkraft för respektive steg faktiskt ska fastställas för att vara optimala. En annan nackdel är att förfarandet med tre eller flera steg i styrprogrammet är onö- digt komplicerat då man bland annat måste bestämma dels hur 728244100; 2004-06-09 10 15 20 528 699 länge det första reducerade steget ska fortgå, dels hur över- gångssteget skall se ut. Övergångssteget ska vara mjukt, men inte onödigt långt så att man förlorar tid för att man borrar en stor del av hålet på lägre effekt än den tillgängliga fulleffekten. En väsentlig nackdel med metoden visad i EP 0 564 504 är således de para- metrar som ska ställas in. För vart och av de tre eller flera stegen finns ett antal parametrar för inställning, t ex olika tidsperioder, slagkraft, matningsraft, borrningstid, borrdjup, hastigheter etc. Vidare kan diskontinuiteter i ökningsrikt- ningen för borrparametrarna ge felaktig information till de delar i reglersystemet som övervakar dessa parametrar för att detektera en eventuell fastborrning.

Det vore således önskvärt att tillhandahålla en metod och an- ordning som förenklar och förbättrar den initiala fasen av borrning i berg.

Uppfinningens ändamål och viktigaste kännetecken Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhanda- hålla en metod och ett system som löser ovanstående problem.

Mer specifikt är det ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en förbättrad metod och ett system för styrning av borrparametrar under pàhuggsfasen, där tidsàtgången kan mi- nimeras, liksom antalet parametrar som måste ställas in. Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en metod och ett system för styrning av borrparametrar under påhuggsfasen, som säkerställer att pàhuggshålet får avsedd riktning och placering.

Dessa och andra syften uppnås i enlighet med föreliggande upp- finning genom en metod för styrning av borrparametrar i ett initialt skede, såsom definieras i krav 1, och i enlighet med» ett system enligt krav 6. 72824 .doCí 2004436-09 n vu 1 coon 0 0 ono- na- uno: nano nano Q o n o -ann -one u Q o o n a av 0 aan en o 0 0 v 1 v coon Enligt föreliggande uppfinning uppnås ovan nämnda syften genom en metod för styrning av borrparametrar under en initial fas av borrning i berg med en borrmaskin, varvid borrmaskinens slagverkstryck och matningstryck styrs som kontinuerligt ökan- de funktioner under den initiala fasen.

Därigenom kan antalet parametrar minimeras till att innefatta startvärden för slagverks- och matningstryck samt initial- fasens tidslängd. Vidare säkerställs en framgångsrik borrning genom att påhuggsdjupet anpassas medelst varaktigheten av ini- tialfasen.

I enlighet med föreliggande uppfinning innefattar således den initiala fasen styrning i ett enda steg från förutbestämda startvärden till fullkraftvärden. Detta ger en tidseffektiv initial borrning, där tiden för att ställa in olika parametrar i ett flertal olika steg har eliminerats.

I enlighet med en utföringsform av föreliggande uppfinning ut- görs styrningen av kontinuerliga funktioner av tiden med suc- cessivt ökande derivata. Därigenom fås jämnt ökande tryck, varigenom den initiala fasen ger ett påhuggshål med korrekt riktning, och varvid risk för att borrstâlet ska slinta mini- meras.

I enlighet med en annan utföringsform av föreliggande uppfin- ning utgörs nämnda kontinuerliga funktioner av exponential- funktioner. Därigenom kan en väl känd matematisk funktion användas, som enkelt kan programmeras in och lagras.

I enlighet med en annan utföringsform av föreliggande uppfin- ning övervakas matningstrycket under pàhuggssteget, så att slagverkstrycket begränsas om dämptrycket inte med säkerhet överstiger dämparens tomgångstryck. Därigenom säkerställs att borrmaskinens slagverkstryck begränsas då borrnacken inte är i 72824.d0C; 2004-06-09 10 15 n 0000 un: 528 699 O OO f' " ; °, ; . ". I . . . . . . .

° H ° ' ' "'..2 23.2 .. .. . -- yg--g g, , , _ . . . .. . . . . . . . .. .. .. slagläge. Denna övervakning kan till exempel ske genom en RPCF funktion (Rotation Pressure Controlled Feed), och värdena på slagverkstrycket kan i en föredragen utföringsform begränsas till startvärdet för slagverkstrycket.

Föreliggande uppfinning avser även ett dylikt system, vari- genom 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 ritningarna Figur 1 visar ett tidsdiagram över ett tidigare känt sätt vid påhugg.

Figur 2 visar ett tidsdiagram över ett annat tidigare känt sätt vid pàhugg.

Figur 3 visar ett tidsdiagram över ett sätt vid påhugg enligt föreliggande uppfinning.

Figur 4 visar schematiskt ett system i vilket föreliggande uppfinning kan utnyttjas.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Det i inledningen beskrivna tidigare kända sättet att genom- föra ett pàhugg visas i figur l. Under påhugget startade man således i denna metod med reducerade matningstryck och slag- verkstryck. Ingen reglering av parametrar genomfördes således, utan tryckökningen berodde på de ventiler och ledningar som användes i hydraulsystemet.

I figur 2 visas det andra beskrivna, tidigare kända sättet att reglera el- och datorstyrda hydraulsystem, där en lämplig 72824 .d0C; 2004-06-09 10 15 20 528 699 n u , '. 2" ' Ä '.o: o..c o.. n n c : n nu co nu ons o :ono- : :OO-- uaocoo .oz :Oiz-G: .g . . . . o o ; | g ; I n OI II 00 O' övergång sker mellan det initiala steget med dess värden och slutsteget där borrmaskinen körs med full kapacitet.

Denna metod innefattar ett antal parametrar som måste ställas in. Initialvärden måste bestämmas, samt även hur länge detta steg med reducerad kraft ska fortgå. Vidare måste utseendet av det i figur 2 illustrerade övergångssteget, mellan tidpunk- terna Tl och T2, bestämmas. Med andra ord måste bestämmas hur övergångssteget ska se ut för att det ska vara tillräckligt mjukt. Samtidigt vill man inte borra på den reducerade effek- ten för länge, eftersom man då förlorar tid.

Med den ovan beskrivna lösningen riskerar man dessutom i vissa situationer hysteres i systemets ventiler, d v s självsväng- ning i systemet. Detta kan ske till exempel om man borrar i mjuka och/eller sprickiga berg, när borrnacken plötsligt inte befinner sig i slagläge längre, och man tvingas ner till pà- huggsnivàns värden på slagverkstrycket. Dà måste man börja om från början med ett nytt pàhuggssteg följt av ett över- gàngssteg innan systemet återigen kör pà full kapacitet. Detta kan upprepas ett flertal gånger och ger därmed ett mycket tidsödande driftssätt.

I enlighet med föreliggande uppfinning undviks alla ovan redo- visade nackdelar. Med hänvisning till figur 3 beskrivs nu ett förfarande för påhugg i enlighet med föreliggande uppfinning.

Vid påhugg enligt föreliggande uppfinning väljer man startvär- den på borrmaskinens slagverkstryck (och därmed borrmaskinens slageffekt) och matningstrycket. Dessa värden väljs så att pà- hugget blir tillräckligt mjukt för att säkerställa att hålet får rätt riktning och placering, samtidigt som trycket inte får vara för lågt sà att det orsakar problem i borrmaskinen.

Till exempel väljer man med fördel startvärdena till att vara lite större än ackumulatortrycket för att undvika problem med 72824 . dOC; 2004-06-09 10 15 20 un.. nu Û Û Û Ü Û ÜÜÜ' O.. 0:00 |.\) (IT 528 699 innefattade membran. Startvärdena ska naturligtvis heller inte vara för låga för att åstadkomma ett påhuggshål. Startvärdena kan till exempel, i en typisk borrmaskin, vara ungefär 130 bar.

Den initiala fasen, eller påhuggsfasen, styrs sedan genom kon- tinuerligt ökande funktioner. I den föredragna utföringsformen har de kontinuerligt ökande funktionerna successivt ökande de- rivata, såsom visas i figur 3, vilket ger en föredraget mjuk övergång. Ett exempel på en funktion som med fördel kan använ- das är en matematiskt väl känd exponentialfunktion, men vilken som helst väsentligen kontinuerlig funktion enligt nämnda för- utsättningar kan användas.

Genom att använda en kontinuerlig funktion av tiden med suc- cessivt ökande derivata får systemet endast två reglersteg, där parametrarna för det första steget, pàhugget, innefattar startvärden på slagverkstrycket, matningstrycket och det ini- tiala stegets längd. Därigenom minimeras antalet parametrar som måste ställas in. Under pàhuggssteget styrs slagverks- trycket och matningstrycket oberoende av varandra, men med samma varaktighet, d v s under hela pàhuggssteget.

Matningstrycket bör dock övervakas med hjälp av styrsystemets RPCF funktion (Rotation Pressure Controlled Feed) under på- huggssteget. För att begränsa borrmaskinens slagverkstryck när borrnacken inte befinner sig i slagläge bör borrmaskinens dämptryck således övervakas så att slagverkstrycket begränsas till exempel till startvärdena om dämptrycket inte med säker- het överstiger dämparens tomgångstryck. Det initiala steget kan med andra ord kombineras med övervakning av dämptrycket för att slagverkstrycket inte ska skena iväg från matnings- trycket. 72824.doc; 2004-06-09 10 l5 20 IIII OO I I I I O IOOI .Im u 528 699 Man måste emellertid inte nödvändigtvis gå ner till startvär- dena, även om det vanligen är fallet eftersom dessa valts med hänsyn till bland annat ackumulatortrycket. Genom användning av föreliggande uppfinning, med styrning med hjälp av konti- nuerliga funktioner, undviks risken för självsvängning i sy- stemet. I och med det behöver man inte alltid gå ner till lägsta nivån i påhugget, d V s startvärdena, om man skulle möta ett mjukt berg, utan det är möjligt att gå ner till en nivå där slagverkstrycket begränsas med hänsyn till dämparens tomgàngstryck.

En operatör kan välja mellan att ställa in önskat djup på på- huggshàlet, eller hur lång tid den initiala fasen ska fortgå.

Slutligen kan även slutvärdena bestämmas, och är med fördel borrmaskinens fullkraft. I vissa situationer kan man dock be- höva köra maskinen på mindre än full kraft, varvid önskade värden kan ställas in.

Figur 4 visar schematiskt ett system l i vilket föreliggande uppfinning kan utnyttjas. Systemet 1 innefattar i den enklaste utföringsformen en borrmaskin 2 med ett styrsystem 3, med hjälp av vilket en operatör kan styra systemet 1. Styrsystemet kan vara integrerat med borrmaskinen 2 eller anslutet separat.

Sammanfattningsvis erhålls genom föreliggande uppfinning ett kontinuerligt, mjukt pàhuggssteg där antalet parametrar som måste ställas in av en operatör kan minimeras, och där flera olika steg med medföljande parameterinställningar helt und- viks. 72824 .d0C; 2004-06-09 .u wo v to a ciao

Claims (9)

10 15 20 25 Patentkrav

1. l. Metod for styrning av borrparametrar under en initial ras av borrning i berg med en borrmaskin kännetecknad av att borr- maskinens slagverkstryck och matningstryck styrs som konti- nuerligt ökande funktioner under nämnda initiala fas.

2. Metod enligt krav l, varvid nämnda styrning utgors av kon- tinuerliga funktioner av tiden med successivt ökande derivata.

3. Metod enligt krav l eller 2, varvid nämnda kontinuerliga funktioner utgörs av exponentialfunktioner.

4. Metod enligt något av kraven l-3, varvid matningstrycket styrs utgående från rotationstrycket.

5. Metod enligt krav 4, varvid slagverkstrycket sänks när mat- ningstrycket underskrider en förutbestämd nivå.

6. System for styrning av borrparametrar under en initial fas av borrning i berg med en borrmaskin kännetecknad av att sy- stemet innefattar medel för att styra borrmaskinens slag- verkstryck och matningstryck som kontinuerligt ökande funktio- ner under nämnda initiala fas.

7. System enligt krav 6, varvid nämnda styrning utgörs av kon- tinuerliga funktioner av tiden med successivt okande derivata.

8. System enligt krav 6 eller 7, varvid nämnda kontinuerliga funktioner utgörs av exponentialfunktioner.

9. System enligt något av kraven 6-8, varvid systemet innefat- tar medel for att styra matningstrycket utgående från rotationstrycket. lO. System enligt krav 9, varvid systemet innefattar medel för att sänka slagverkstrycket när matningstrycket underskrider en förutbestämd nivå. 72824se2.doc; 2005-04-21