[发明专利]用于控制岩石凿钻的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于控制岩石凿钻的方法。

其中，属于岩石凿钻机的压力液体操作的撞击装置通过钻具将应力波传递到岩石；其中，通过进给马达将所述岩石凿钻机和所述钻具同时推动顶靠于岩石，且钻具通过旋转马达同时旋转，

该方法包括：

确定最大进给力；

沿进给压力通道将压力液体供应到进给马达并沿返回通道使压力液体离开进给马达；

沿撞击装置压力通道将压力液体供应到撞击装置并沿返回通道使压力液体离开撞击装置；

沿旋转马达压力通道将压力液体供应到旋转马达(8)并沿返回通道使压力液体离开旋转马达(8)；

相对于进给速度控制进给力，以便当进给速度增加时，进给力减少，反之亦然；以及

相对于旋转转矩控制进给力，以便当旋转转矩增加时，进给力减少，反之亦然。

此外，本发明涉及用于通过压力液体操作的岩石凿钻机控制岩石凿钻的设备，凿钻工具能附接到岩石凿钻机上，包括：

用于产生到工具的应力波的撞击装置，

用于将压力液体供应到撞击装置和使压力液体离开撞击装置的撞击压力通道和撞击返回通道(46)，

用于旋转工具的旋转马达，

用于将压力液体供应到旋转马达和使压力液体离开旋转马达的旋转压力通道和旋转返回通道，

用于将岩石凿钻机进给到凿钻方向和反向方向的进给马达，

用于将压力液体供应到进给马达和使压力液体离开进给马达的进给压力通道和进给返回通道，

用于控制压力液体到进给马达的供应的进给控制阀，

用于控制压力液体到旋转马达的供应的旋转控制阀，

用于控制压力液体到撞击装置的供应的撞击控制阀，

测量设备，用于测量进给速度和/或进给位置，并用以测量供应到进给马达的压力液体的压力，以及用于测量供应到旋转马达的压力液体的压力，以及

控制单元(30)，所述测量设备连接到所述控制单元，并且所述控制单元被连接用以基于所测量到的值而控制进给控制阀、旋转控制阀和撞击控制阀。

背景技术

当孔被凿钻进入岩石时，凿钻条件可能以多种方式变化。岩石可能包括空隙和裂缝，且岩石层具有不同硬度，这就是为什么凿钻参数应根据凿钻条件调整。

通常，操作者基于他或她的个人经验而控制岩石凿钻的操作。操作者基于假定的岩石特性而设定某些凿钻参数。在凿钻过程中，操作者检查旋转并监测凿钻的进展。需要时，他改变进给力和/或撞击装置的撞击功率以适应特定类型岩石，由此尝试实现快速但还平稳的凿钻过程。实践中，在数秒中或数十秒内，操作者仅能够调整一个凿钻参数并控制其对凿钻过程的影响。当岩石的质量或其凿钻特性快速地变化时，即使是合格的操作者也不能足够快速地调整凿钻参数以适应岩石。因此，明显的是，如果凿钻条件快速地变化，则操作者不能确保良好的工具寿命。此外，实际上，即使对于合格的操作者也不能在整个工作进程中监测和控制岩石凿钻机的运行，使得在每个时刻凿钻都是有效率地进行，而且同时考虑到了工具所受到的应力。

而且，在潜孔凿钻(down hole drilling)中，当抵抗进给的石头的力突然消失时，例如当钻头碰到岩石中的孔时，可能存在失控的岩石凿钻的突进(rush)。此外，在该类型的液压凿钻中，因为容易振动或振荡，对凿钻控制产生了问题。

典型地，在该类型凿钻设备中，进给通道装备有平衡阀。平衡阀的目的是如果没有会打开平衡阀的控制信号或控制压力，则通过关闭返回通道来防止钻岩机的不期望的移动。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于控制岩石凿钻的新颖的且改进的方法和设备。

该方法定义成：

测量进给速度；

测量旋转压力；

相对于所测量到的进给速度和所测量到的旋转压力控制进给力；以及

相对于所述进给力控制撞击功率，以便当所述进给力减小到预定值之下时，所述撞击功率减小，且当所述进给力再次增加时，所述撞击功率相应地增加。

该设备由如下定义：在返回通道中，在进给马达(3)的进给返回通道中有负载控制阀，该负载控制阀具有第一位置和在接收到相应的控制信号时阀所处的第二位置，在第一位置中，在进给返回通道中的压力液体流被关闭，在第二位置中，在进给返回通道中的来自进给马达的压力液体流被连接打开；负载控制阀被连接用以在接收相应的控制信号时控制进给返回通道中的平衡压力；以及所述控制单元被布置用以基于所测量到的值控制负载控制阀。