SE530829C2 - Metod, system och bergborrningsanordning för styrning av effektförbrukning under en bergborrningsprocess - Google Patents

Description

Uppfinningens område Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för att styra effektförbrukning under en bergborrningsprocess av den typ som definieras i ingressen till patentkrav 1.

Uppfinningen hänför sig vidare även till ett system och en bergborrningsanordning av de typer som definieras i ingressen till patentkraven 12 respektive 23.

Uppfinningens bakgrund Bergborrningsanordningar kan användas inom ett antal områden. Till exempel kan bergborrningsanordningar användas vid väg-byggen, tunneldrivning, under- eller ovanjordsbrytning, berg-förstärkning, stigortsborrning (raise boring) och för borrning av sprängningshål, injekteringshål, sonderingshål och hål för insättning av bergbultar.

Bergborrningen utförs ofta medelst slagbergborrning, varvid ett till en ände av en borrsträng monterat verktyg utsätts för slagpulser av en på motsatt sida av borrsträngen anordnad slagkolv, vilken är anordnad att drivas till att upprepat slå på borrsträngen. Vid borrverktygets yttre ände är anordnat borrbitar som penetrerar och bryter berget vid slagkolvens anslag. Borrverktyget kan även tryckas mot berget för att bibehålla kontakt mellan verktyget och berget för att säker-ställa att så stor del som möjligt av slagkolvens anslags-energi överförs till berget. För att göra bergborrningsprocessens mer effektiv kan borrverktyget vidare roteras något mellan anslagen så att borrbitarna träffar nytt berg vid varje anslag. Borrkaxet spolas bort från hålet med hjälp av ett lämpligt medium.

Bergborrning kan även utföras av anordningar som enbart utnyttjar rotation och anbringat tryck för att bryta berget, eller anordningar som enbart använder rotation för att bryta berget.

Gemensamt för de olika typerna av bergborrning är att de innefattar ett antal olika effektförbrukande funktioner. Antalet funktioner på moderna bergborrningsanordningar kan vara om-fattande, och kan till exempel inkludera kompressorer och/eller hydrauliska pumpar för att alstra spolningstryck/- flöde, slagkraft, rotationskraft, matningskraft, matnings-hastighet, kylfläktar, luftkonditionering.

För att effektförsörja dessa funktioner kan bergborrnings-anordningarna effektförsörjas på flera olika sätt. Till exempel kan bergborrningsanordningen innefatta effektförsörjningsorgan, såsom en dieselmotor, vilken används för att alstra effekt till bergborrningsanordningens effektförbrukande funktioner. Alternativt kan bergborrningsanordningen vara anslutbar till ett elnät och få erforderlig effekt till de effektförbrukande funktionerna från detta.

Den ständigt pågående utvecklingen av dessa moderna bergborrningsanordningar leder till att de blir allt mer komplice-rade med fler och fler funktioner, där alla funktioner har sina egna behov för att kunna utföras. Nackdelen med detta är att de kan vara svåra att anpassa till befintliga miljöer, såsom t.ex. existerande gruvor.

Således existerar det ett behov av en förbättrad bergborrningsanordning som löser ovanstående problem.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhanda-hålla en metod och ett system för att styra effektförbrukning under en bergborrningsprocess, vilka underlättar anpassning av bergborrningsanordningar till befintliga miljöer.

Detta syfte uppnås genom en metod för styrning av effektförbrukning under en bergborrningsprocess enligt den känne-tecknande delen av patentkrav 1, samt genom ett system för styrning av effektförbrukning under en bergborrningsprocess enligt patentkrav 12.

Metoden för att styra effektförbrukningen under en bergborrningsprocess med en bergborrningsanordning inkluderar stegen att bestämma ett parametervärde som representerar en för bergborrningsprocessen total tillgänglig effekt, och att styra effektfördelningen mellan bergborrningsprocessens delprocesser så att delprocessernas totala effektförbrukningen inte överstiger den totala tillgängliga effekten.

Detta har fördelen att även en modern bergborrningsanordning med ett stort antal effektkrävande funktioner och/eller enstaka funktioner med mycket stora effektbehov kan användas i miljöer med begränsningar beträffande tillgänglig effekt. T.ex. kan miljön utgöras av en gammal gruva med ett gammalt elsystem, där bergborrningsanordningen effektförsörjs via elsystemet, och där elsystemets tillgängliga effekt är begränsad och inte får eller kan överskridas. Ett annat exempel utgörs av det fall där bergborrningsanordningen är utrustad med en stor dieselmotor som i sig klarar att driva bergborrningsanordningens samtliga funktioner på max, men där t.ex. dålig ventilation eller kylning medför att dieselmotorns fulla effekt inte får eller kan utnyttjas. Föreliggande uppfinning har även fördelen att den möjliggör användning av en dieselmotor som inte klarar att driva alla funktioner på samma gång. Uppfinningen möjliggör även användning av en hydraulpump med ett visst maximalt flöde, där det maximala flödet inte räcker till för att samtidigt driva alla funktioner med full effekt.

Bergborrningsprocessens delprocesser kan förses med olika prioritet, varvid den/de processer som har högst prioritet effektförsörjs först. Detta har fördelen att det kan säkerställas att det som är absolut viktigast utförs först, dvs. vanligtvis borrningen. På detta sätt kan borrningen erhålla full effekt, medan övriga funktioner blir utan effektförsörj-ning eller, där så är möjligt, får arbeta med reducerad effektförsörj ning.

Vidare kan utföras en bestämning av vilka delprocesser som skall aktiveras och, om tillgänglig effekt inte är tillräcklig för samtidigt utförande av dessa delprocesser, kan den/de lägst prioriterade delprocesserna anordnas i en aktiveringskö. Pågående delprocesser kan övervakas, och, när någon delprocess avslutas, kan från denna delprocess frigjord effekt fördelas på övriga pågående delprocesser och/eller användas för att aktivera ny delprocess. Detta har fördelen att samtliga processer kan utföras, men istället för att alla delprocesser utförs samtidigt utförs de sekventiellt.

När en delprocess med hög prioritet skall aktiveras kan det bestämmas om tillgänglig effekt är tillräcklig för samtidigt utförande av redan pågående delprocesser samt delprocessen med hög prioritet. Om så inte är fallet kan effekttillförseln för en eller flera delprocesser med låg prioritet stängas av eller reduceras så att effekt frigörs för delprocessen med hög prioritet. Detta har fördelen att det kan säkerställas att processer med hög prioritet, t.ex. borrning, alltid kan utföras när så önskas.

Bestämning av ett parametervärde som representerar en för bergborrningsprocessen total tillgänglig effekt, och styrning av effektfördelningen mellan nämnda delprocesser kan utföras kontinuerligt, operiodiskt, med förutbestämda intervall och/eller vid en förändring av den totala tillgängliga effekten. Detta har fördelen att det hela tiden kan tas hänsyn till vilken effekt som finns tillgänglig, och sedan anpassa delprocessernas effekt utefter detta.

Uppfinningen kan användas i sedvanliga bergborrningsanordningar, till exempel i anordningar som använder slag eller rotation eller en kombination därav.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till en bergborrningsanordning .

Ytterligare egenskaper och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå ur den följande detaljerade beskrivningen .

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 visar en exempelutföringsform av en bergborrningsanordning enligt föreliggande uppfinning. Fig. 2 visar ett blockdiagram som beskriver en exempel-utf örings form av föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer.

Fig. 1 visar en exemplifierande bergborrningsanordning enligt föreliggande uppfinning. I figuren visas en bergborrningsanordning 101, i detta exempel en underjordborrningsrigg. Borriggen 101 visas i användning, borrandes sprängningshål. Såsom kan ses i figuren är borriggen 101 försedd med tre bommar 102-104, vilka vardera uppbär varsin borrmaskin 105-107 via matarbalkar (ej visade). Den visade borriggen 101 kan således borra upp till tre hål samtidigt. Borrmaskinerna 105-107 är hydrauldrivna och effektförsörjs från en eller flera hydrauliska pumpar 108, vilken/vilka i sin tur drivs av en eller flera elmotorer 109. Elmotorn 109 är kopplad till ett i gruvan befintligt elnät 110 via kablage 111. Borriggen innefattar även en arbetsplattform 112 (där ett upphöjt läge visas schematiskt med streckade linjer) och en styrenhet 113.

I fig. 2 visas ett blockdiagram över borriggens 101 styrsystem 113 och till styrenheten 113 anslutna komponenter. Figuren visar elmotorn 109, hydraulpump 108 för borrmaskinerna, samt ett flertal hydraulmotorer 120-125, vilka används för förflyttning/positionering av bergborrningsanordningen 101 respektive bommarna 102-104, arbetsplattformen 112 och för att rotera/indexera borrstålet under borrning. Vidare visas en kompressor 130 som t.ex. kan användas för åstadkommande av spolluft för spolning av borrhål och/eller kylning av borr-stål, och kylfläktar 126-128 för kylning av diverse av borriggens komponenter samt en klimatanläggning 129. Såsom inses av en fackman inom teknikområdet kan det naturligtvis finnas betydligt fler än de i fig. 2 visade komponenterna, t.ex. kan det finnas vattenpumpar för vattenspolning av borr-hålen. Styrenheten 113 kan vara ansluten till de olika enheterna via till exempel en CAN-buss, och kan vidare sända styrsignaler till enheterna om till exempel maximalt tillåtna effektnivåer via bussen.

Moderna bergborrningsanordningar av den ovan beskrivna typen innefattar således ett flertal funktioner, vilka alla erfordrar en effektmatning för att fungera. Äldre gruvor har ofta varierande kvalitet på sina elsystem, och när dessa moderna, högpresterande borriggar skall användas i. sådana gruvor är det inte säkert att elsystemet klarar av belastningen, vilket leder till att borriggarna inte går att använda på sådana platser. Föreliggande uppfinning, däremot, möjliggör användning av även moderna borriggar i äldre miljöer. Enligt föreliggande uppfinning bestäms ett parametervärde som representerar en för bergborrningsprocessen total tillgänglig effekt. Bestämningen kan t.ex. bestå av att bestämning av en belastningsgräns på elnätet, dvs. hur många ampere per kabel (eller fas) som borriggen får belasta elsystemet med. Para-metervärdet/belastningsgränsen kan t.ex. inmatas i borriggens styrsystem av en operatör. Effektfördelningen mellan bergborrningsprocessens delprocesser styrs sedan av styrenheten 113 i borriggens styrsystem, så att det totala effektuttaget inte överstiger det bestämda värdet. På detta sätt undviks en överbelastning av gruvans elsystem.

För att till fullo kunna utnyttja borriggens kapacitet och använda dess funktioner kan delprocesserna förses med olika prioritet. T.ex. utgör borrning typiskt en delprocess med hög eller högsta prioritet, liksom spolning/kylning av borrhål/borrstål under borrning. Dessa processer effektförsörjs först, och för att möjliggöra detta stängs andra delprocesser av. Till exempel kan delprocessen ompositionering av en icke-borrande borrmaskin/borrbom inaktiveras när borrning med annan borrmaskin pågår, dvs. den får ingen effekttilldelning. Andra exempel på delprocesser som kan vara avstängda under borrning utgörs av förflyttning av arbetsplattformen, och klimatanläggningen. Delprocessernas prioritet kan dock även vara anordnade att förändras dynamiskt, t.ex. kan vid pågående borrning vissa funktioner ha hög prioritet, medan andra funktioner kan ha hög prioritet vid poitionering/förflyftning.

När sedan borrningen med en aktiv borrmaskin avslutas kan förflyttning av annan bom och arbetsplattform utföras, liksom aktivering av klimatanläggningen. Styrenheten 113 erhåller hela tiden aktiveringsbegäran från de olika delprocesserna, och så fort den tillgängliga effekten inte är tillräcklig för att samtidigt kunna utföra samtliga delprocesser som begärt aktivering prioriteras delprocesserna med högst prioritet, medan den/de delprocesser som har lägst prioritet placeras i en kö för senare aktivering när effekt frigörs. Styrsystemet övervakar hela tiden pågående delprocesser, och, när någon delprocess avslutas, aktiveras den delprocess som står först i kö. I de fall det är en storförbrukande process som avslutas, såsom t.ex. borrning, kan flera delprocesser i kön aktiveras om den frigjorda effekten räcker till detta. I stället för att den delprocess som står först i kön aktiveras kan styrsystemet aktivera den delprocess i kön vars effektbehov bäst motsvarar den frigjorda effekten. Styrsystemet kan även vara anordnat att räkna ut vilken kombination av delprocesser i kön som bäst utnyttjar frigjord effekt och sedan aktivera dessa.

Antag till exempel att den i fig. 1 visade borriggen har 185 kW till förfogande, dvs. större effekt än så kan inte tas ut från elnätet utan att riskera överbelastning. Om till exempel borriggen i fig. 1 borrar med full kraft med en av borrmaskinerna, vilket exempelvis förbrukar 85 kW, och borrning med ännu en av bommarna skall påbörjas, vilket skulle förbruka ytterligare 85 kW, kanske inte denna effekt finns tillgänglig på grund av att andra förbrukare är aktiverade. I detta fall kan effekttillförseln för en eller flera delprocesser med låg prioritet stängas av för att tillgängliggöra erfordrad effekt för borrningen med den andra borrmaskinen. Till exempel kan borriggens klimatanläggning avstängas, liksom möjlighet till manövrering av arbetsplattformen.

Antag i ett ytterligare exempel att borriggen fortfarande har 185 kW till förfogande, men borrar med full kraft med två av borrmaskinerna, vilket enligt ovan skulle förbruka 170 kW. Om i detta läge även den tredje borrmaskinen är i position för borrning finns inte tillräcklig effekt för att denna delprocess skall kunna utföras, utan den får vänta tills någon av de övriga två borrmaskinerna har borrat klart.

I stället för att delprocesser helt stängs av kan det i vissa fall vara fördelaktigt att deras tillgängliga effekt istället reduceras, dvs. att de kan fortgå men i begränsad omfattning. Till exempel kan, i det fall två borrmaskiner borrar, och tillräcklig effekt för förflyttning av den tredje bommen inte finns tillgänglig, de två aktiva borrmaskinernas effekt reduceras så att den tredje borrbommen kan positioneras under pågående borrning och därmed vara redo för borrning så snart som effekt tillgängliggörs. Dessutom, eller som alternativ, kan, när den tredje borrmaskinen är på plats, effekten för de två första borrmaskinerna reduceras till t.ex. två tredjedelar av maxeffekten, varvid även den tredje borrmaskinen kan köras på ca två tredjedelar av maxeffekten. Alternativt kan en borrmaskin köras på t.ex. full effekt medan de två andra körs på reducerad effekt. Effektreduceringen kan t.ex. åstadkommas genom att borra med lägre frekvens och/eller med lägre slagkraft och/eller matningskraft.

I stället för att en operatör ställer in en effektbegränsning kan borriggens styrsystem kan vara inrättat att självt ta reda på rådande effektbegränsning. Detta kan till exempel utföras genom att successivt öka belastningen på elnätet tills ett förutbestämt spänningsfall uppnås. På detta sätt kan hela tiden verklig total tillgänglig effekt utnyttjas, och effekt-fördelning mellan delprocesser kan således utföras t.ex. kontinuerligt, operiodiskt, eller med förutbestämda intervall. Detta möjliggör dessutom effektbalansering mellan olika riggar, dvs. om en rigg helt håller på med ompositionering och således inte borrar, kan styrsystemet i en annan rigg som är ansluten till elsystemet känna av att elsystemets belastning är lägre och därmed kanske kunna utnyttja full effekt för samtliga delprocesser.

I stället för att borriggen enligt ovan är ansluten till ett elsystem kan den vara försedd med en dieselmotor som inte klarar att driva alla funktioner på samma gång. Den för bergborrningsprocessen totala tillgängliga effekten bestäms då av dieselmotorns effekt, varvid effektreglering av borriggens delprocesser kan utföras enligt ovan. Uppfinningen kan även användas för att spara bränsle genom att driva delprocesserna med reducerad effekt där så är möjligt. I ett annat exempel kan borriggen vara försedd med en hydraulpump med ett visst maximalt flöde, där det maximala flödet inte räcker till för att samtidigt driva alla hydrauldrivna funktioner med full effekt, varvid även i detta fall regleringen av de hydrauldrivna funktionerna kan utföras enligt ovanstående princip.

I den ovanstående beskrivningen har uppfinningen beskrivits i anslutning till en underjordborrningsrigg med tre hydrauliska borrmaskiner. Föreliggande uppfinning kan dock lika väl användas med någon annan typ av bergborrningsanordning, till exempel en med endast en bom eller en anordning med två bommar. Uppfinningen kan likaväl användas vid ovanjordberg-borrningsanordningar såsom t.ex. en topphammarborrigg. Uppfinningen kan också användas i anordningar där endast rotation och pålagt tryck används för att bryta berget, eller där enbart rotation används, vilket till exempel kan vara fallet vid bergborrning i mjukt berg, såsom i kolgruvor.

Claims (23)

1. Metod för styrning av effektförbrukning under en bergborrningsprocess med en bergborrningsanordning, varvid effektförsörjningsorgan tillhandahåller effekt till bergborrningsprocessen, vilken inkluderar ett flertal delprocesser, där metoden innefattar stegen att: - bestämma ett parametervärde som representerar en för bergborrningsprocessen total tillgänglig effekt, och - styra effektfördelningen mellan bergborrningsprocessens delprocesser så att delprocessernas totala effektförbrukning inte överstiger den totala tillgängliga effekten.

2. Metod enligt krav 1, varvid metoden vidare innefattar steget att förse delprocesserna med olika prioritet, varvid den/de processer som har högst prioritet effekt - försörjs först.

3. Metod enligt krav 2, vidare innefattande steget att bestämma vilka delprocesser skall aktiveras och, om tillgänglig effekt inte är tillräcklig för samtidigt utförande av dessa delprocesser, anordna den/de lägst prioriterade delprocesserna i en aktiveringskö.

4. Metod enligt något av kraven 1-3, vidare innefattande steget att övervaka pågående delprocesser, och, när någon delprocess avslutas, fördela från denna delprocess frigjord effekt på övriga pågående delprocesser och/eller aktivera ny delprocess.

5. Metod enligt något av kraven 2-4, vidare innefattande steget att, när en delprocess med hög prioritet skall aktiveras, bestämma om tillgänglig effekt är tillräcklig för samtidigt utförande av pågående delprocesser samt delprocessen med hög prioritet, och, om så inte är fallet, stänga av eller reducera effekttillförseln för en eller flera delprocesser med låg prioritet så att effekt frigörs för delprocessen med hög prioritet.

6. Metod enligt något av föregående krav, varvid stegen att bestämma ett parametervärde som representerar en för bergborrningsprocessen total tillgänglig effekt och att styra effektfördelningen mellan nämnda delprocesser utförs kontinuerligt, operiodiskt, med förutbestämda intervall och/eller vid en förändring av den totala tillgängliga effekten.

7. Metod enligt något av föregående krav, vidare innefattande steget att utföra styrningen av effektfördelningen medelst datororgan.

8. Metod enligt något av föregående krav, varvid delprocesserna utgörs av en eller flera ur gruppen: slag, rotation, spolning, matning, kylning.

9. Metod enligt något av föregående krav, varvid den totala tillgängliga effekten bestäms av på ett till bergborrningsanordningen anslutet elsystem tillgänglig effekt.

10. Metod enligt något av kraven 1-8, varvid den totala tillgängliga effekten bestäms av maximalt flöde från en eller flera hydraulpumpar.

11. Metod enligt något av kraven 1-8, varvid den totala tillgängliga effekten bestäms av effekten for en eller flera dieselmotorer.

12. System för styrning av effektförbrukning under en bergborrningsprocess med en bergborrningsanordning, varvid effektförsörjningsorgan är anordnade att tillhanda-hålla effekt till bergborrningsprocessen, vilken inkluderar ett flertal delprocesser, kännetecknat av att systemet innefattar: - organ för att bestämma ett parametervärde som represen terar en för bergborrningsprocessen total tillgänglig effekt, och - organ för att styra effektfördelningen mellan bergborrningsprocessens delprocesser så att delprocessernas totala effektförbrukning inte överstiger den totala tillgängliga effekten.

13. System enligt krav 12, kännetecknat av att det vidare innefattar organ för att förse delprocesserna med olika prioritet, och organ för att effektförsörja den/de processer som har högst prioritet först.

14. System enligt krav1 3, kännetecknat av att det vidare innefattar organ för att bestämma vilka delprocesser skall aktiveras och, vid bestämning av om tillgänglig effekt inte är tillräcklig för samtidigt utförande av dessa delprocesser, anordna den/de lägst prioriterade delprocesserna i en aktiveringskö.

15. System enligt något av kraven1 2-14, kännetecknat av att det vidare innefattar organ för att övervaka pågående delprocesser, och, når någon delprocess avslutas, fördela från denna delprocess frigjord effekt på övriga pågående delprocesser och/eller aktivera ny delprocess.

16. System enligt något av kraven1 3-15, kännetecknat av att det vidare innefattar organ för att bestämma när en delprocess med hög prioritet skall aktiveras, och organ för att bestämma om tillgänglig effekt är tillräcklig för samtidigt utförande av pågående delprocesser samt delprocessen med hög prioritet, och organ för att, om så inte är fallet, stänga av eller reducera effekttillförseln för en eller flera delprocesser med låg prioritet så att effekt frigörs för delprocessen med hög prioritet.

17. System enligt något av kraven 12-16, kännetecknat av att det vidare innefattar organ för att bestämma ett para metervärde som representerar en for bergborrningsprocessen total tillgänglig effekt och organ för att styra effektfördelningen mellan nämnda delprocesser utförs kontinuerligt, operiodiskt, med förutbestämda intervall och/eller vid en förändring av den totala tillgängliga effekten.

18. System enligt något av kraven 12-17, kännetecknat av att det vidare innefattar datororgan för att utföra styrningen av effektfördelningen.

19. System enligt något av kraven1 2-18, kännetecknat av att delprocesserna utgörs av en eller flera ur gruppen: slag, rotation, spolning, matning, kylning.

20. System enligt något av kraven 12-19, kännetecknat av att bergborrningsanordningen är anordnad att anslutas till ett elsystem, och att systemet vidare innefattar organ för att bestämma den tillgängliga effekten genom bestämning av på elsystemet tillgänglig effekt.

21. System enligt något av kraven 12-19, kännetecknat av att det vidare innefattar medel för att bestämma den totala tillgängliga effekten genom bestämning av maximalt flöde från en eller flera hydraulpumpar.

22. System enligt något av kraven 12-19, kännetecknat av att det vidare innefattar medel för att bestämma den totala tillgängliga effekten genom bestämning av effekten för en eller flera dieselmotorer.

23. Bergborrningsanordning, kännetecknad av att den är anordnad att inkludera ett system enligt något av kraven 12-22 .