[发明专利]控制冲击钻机的钻凿过程的方法

说明书

描述了一种控制冲击钻机的钻凿过程的方法，该方法包括：根据馈送力和压痕深度来收集数据。该方法还包括基于所收集的数据来确定冲击过程，以及确定冲击过程(实线)与参考冲击过程(虚线)之间的偏差。该方法还包括基于偏差来调整与钻凿过程相关的一个或更多个钻凿参数。

技术领域

本发明涉及采矿业。更具体地，本发明涉及一种控制钻机的钻凿过程的方法。本发明还涉及一种钻机，该钻机被配置成在钻凿期间由该方法控制。

背景技术

在矿山和其他工地，安装在钻机上的凿岩机(rock drill)用于在基岩中钻孔。冲击式岩石钻凿是在岩石中钻凿的常用方法。在冲击式岩石钻凿期间，岩石被钻头以高频撞击岩石的方式压碎，从而钻头上设置的按钮压碎岩石。旋转钻头，以便按钮在每次冲撞下都能击中新的岩石表面。由于钻凿通常在深孔中进行，因此钻头通常布置在钻杆上，而钻杆又布置在安装在钻机中的适配器上。适配器、钻杆和钻头一起形成称为钻柱的组件。在冲击钻机中，冲击元件(例如冲击活塞)撞击适配器，从而使冲量沿钻柱分布，沿孔向下，最后通过钻头进入岩石。可以连接一根或更多根钻杆以延长钻柱。常见钻凿方法的示例是顶锤钻凿、潜孔(DTH)和COPROD。

为了确保钻头和岩石之间的接触以及在钻凿期间适配器处于钻机中的优选位置，指向岩石的进给力例如通过液压活塞被施加到钻机。因此，进给力通过钻机作用在钻柱和岩石上。

无论采用何种钻凿工艺，钻凿都是耗能工作，通常在偏远地区使用精密设备进行。钻凿设备进一步暴露于导致显著磨损的苛刻工作条件。因此需要更高效的钻凿过程，从而减小磨损、减小能源消耗和对环境的影响更小。

岩石钻凿是复杂的任务，它取决于一系列不同的因素，例如钻机类型、岩石特性和钻凿参数的选择。钻凿是在不断变化的条件下进一步进行的，这是指在操作期间不同的因素会发生变化。例如，岩石不均质，设备磨损，这会影响钻凿。因此需要在操作期间调整钻凿过程以适应这些变化。

先前已知在操作期间控制钻凿过程以提高钻凿效率。为了控制钻凿过程，有必要测量正在进行的钻凿作业的进度，即，以确定正在进行的钻凿作业是“好”还是“坏”。已经表明，冲击钻凿期间钻杆内产生的波场包含关于钻凿作业效率的信息。可以通过监测从冲击元件穿过钻柱朝向岩石的入射波的振幅以及从岩石穿过钻柱朝向钻机传播的反射波的振幅来研究它。入射波这里是指作为冲击元件撞击钻柱的结果而传播穿过钻柱的脉冲。反射波这里是指作为入射波遇到阻抗变化的结果而传播穿过钻柱的反射脉冲，例如在钻柱的末端。

文件US 2010/0147084 A1描述了如何研究这些脉冲的幅度以控制钻机。

文件US 6640205 B2使用穿过钻凿工具的脉冲来表征被钻凿的材料。此后基于该特征提出或配置工具的工作模式。

文件US 7114576 B2描述了如何根据钻柱中的脉冲幅度来调整冲击能量。

现有技术中描述的方法给出了钻凿过程的不完整视图，这是指钻凿过程的控制不如它可能的那样高效，给出了对钻凿的更好描述。因此，一直需要开发对钻机的钻凿过程的控制，以便它们以高效的方式工作。

发明内容

因此，本发明的目的是实现一种控制钻机的钻凿过程的方法，与现有技术相比，该方法能够以更好的方式确定正在进行的钻凿过程的效率如何并相应地调整钻凿。替代目的是实现与现有技术相比的替代解决方案。

根据第一方面，该目的通过一种控制钻机的钻凿过程的方法来实现。钻机包括控制单元、至少一个传感器、冲击元件和工具，其中工具的端部包括被配置成撞击岩石的钻头。冲击元件还被配置成冲撞工具并且工具被配置成将由冲击元件产生的脉冲能量传递到钻头。在钻凿期间该方法还包括根据在冲击元件的冲撞下馈送到岩石中的力和进入岩石的压痕深度来收集数据。该方法还包括基于所收集的数据来确定冲击过程，以及确定冲击过程和参考冲击过程之间的偏差。该方法还包括基于偏差来调整与钻凿过程相关的一个或更多个钻凿参数。