鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法及實現該方法的裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，該鑿巖裝置包括推進導向裝置、推進控制模塊和鉆具，該方法包含以下步驟：1）通過所述旋轉控制模塊監測所述旋轉裝置的扭矩的大小；2）由所述扭矩的大小變化確定所述鉆具的負載狀態；3）當所述鉆具由無負載狀態進入有負載狀態時，控制所述推進力發生裝置對所述鉆具施加緩慢增加的推進力。本發明還公開了實現上述鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法的鑿巖裝置。本發明解決了卡鉆和重復的反卡的問題，確保鑿巖機進行正常鉆進工作、提高了鑿巖速度、鉆孔精度和生產效率，降低了對鑿巖機和鉆具的損害，使鑿巖成本大大降低。
【專利說明】鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法及實現該方法的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及鑿巖機控制領域，尤其涉及一種鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，本發明還涉及一種實現該方法的裝置。
【背景技術】
[0002]沖擊、推進、回轉和排渣是鑿巖機鉆孔工作的四個基本環節，其主要通過推進導向裝置、推進力發生裝置、旋轉控制模塊、推進控制模塊、沖擊控制模塊、鑿巖機和鉆具，所述鑿巖機又包括旋轉裝置和沖擊裝置來實現鉆孔動作。推進導向裝置在鉆孔時起導向作用，推進力發生裝置則產生作用于鑿巖機上的推進力，從而使鉆具與孔底巖石緊密地接觸，沖擊裝置產生間歇性的沖擊功，通過鉆具間歇性的沖擊巖層，與此同時旋轉裝置會產生旋轉扭矩使鉆具在鉆孔過程中連續回轉使下次沖擊時為新的巖層界面，從而完成鑿巖動作。排渣裝置通過使用高壓水或者壓縮空氣使破碎的巖石清理到孔口外。
[0003]一般的，旋轉裝置的輸出扭矩以反比的方式控制推進力發生裝置推進力的大小。旋轉裝置的輸出扭矩和推進力發生裝置的推進力成正比的關系。高效的鑿巖過程是通過控制推進力發生裝置的推進力的大小來保持旋轉裝置扭矩的基本恒定。在鉆孔作業時，操作人員可以設定最大的推進力。在實際的應用中，還可以用旋轉裝置的工作壓強控制推進力發生裝置的推進壓強旋轉裝置的工作壓強設定有最大工作預設值和防卡預設值，當旋轉壓強超過最大工作預設值時，實際的推進力開始從最大值減小(此時最大的推進力設定值不變，只是最大值達不到設定值)。正常情況下，一旦推進力減小，旋轉裝置的工作壓強就開始減小。鑿巖系統回歸正常作業狀態。
[0004]然而由于實際鉆孔環境中巖層狀況的不均勻，還存在以下問題:
[0005]當鉆具從空洞、軟巖、夾層(無負載)撞擊到硬巖(有負載)時，推進力發生裝置的推進壓強發生階躍，相應的旋轉壓強也會發生階躍(旋轉壓強超過最大工作預設值)而達到卡鉆預設值。即推進壓強的階躍會導致鉆具不能正常鉆進和旋轉，因而發生卡鉆，推進導向裝置由前進(鉆進)狀態直接變為后退狀態，一般稱這種情況稱為“反卡”。在推進導向裝置后退過程中，巖層對鉆具的約束逐漸減小直至消失，從而也使旋轉壓強減小，旋轉壓強小于防卡預設值時，旋轉裝置的工作壓強控制推進力發生裝置由后退狀態再次變為前進狀態。
[0006]圖3為現有技術中推進力、旋轉扭矩隨時間變化的示意圖，如圖2所示，在第①階段時，由于鉆具上無負載也未和巖石接觸，因此鉆具再次前進時近似通過“空洞”狀態，推進力發生裝置在無負載的情況下高速向前運行。在第②階段時，當鉆具再次撞擊到硬巖，推進壓強將階躍升高，推進壓強的階躍也引起旋轉壓強的階躍，推進壓強的階躍很容易達到防卡預設值導致鉆具不能正常鉆進和旋轉。發生卡鉆后的第③階段，推進導向裝置由前進(鉆進)狀態變為后退狀態。如果不控制的話，反卡過程會重復出現，即再次“反卡”。
[0007]卡鉆和重復的反卡會影響鑿巖機的正常鉆進工作、降低鑿巖速度和生產效率，還會對鑿巖機和鉆具產生不可恢復的損害，使其實際使用壽命縮短，需要經常更換鉆具和鑿巖機維護。鉆具的頻繁更換和鑿巖機維護勢必會使鑿巖成本增加，同時推進壓強的階躍還會導致鉆孔直線度產生偏差。為了解決這一技術問題，現有技術中通常采用限制最大的推進速度來避免推進壓強的階躍，即在鉆具由空洞(軟巖)進入硬巖或者由硬巖進入空洞(軟巖)時對推進速度等進行控制，從而達到防止卡鉆的目的。但是這樣的系統設置往往比較復雜，成本較高，同一推進速度并不能適用于不同巖層狀況下的鉆進工作。當巖層狀況變化時，需要隨時根據巖層狀況快速設定不同的推進速度，操作比較復雜，而且多數情況下只有經驗豐富的操作人員才能勝任。
【發明內容】
[0008]鑒于現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種可以有效解決鑿巖機的卡鉆及重復的反卡問題并保護鑿巖裝置的推進力單向延遲響應方法。
[0009]為了實現上述目的，本發明提供的一種鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，該裝置包括推進導向裝置、推進力發生裝置、旋轉控制模塊、推進控制模塊、沖擊控制模塊、鑿巖機和鉆具，所述鑿巖機又包括旋轉裝置和沖擊裝置，該方法包含以下步驟:
[0010]I)通過所述旋轉控制模塊監測所述旋轉裝置的扭矩的大小以確定旋轉壓強的大小;
[0011]2)由所述旋轉壓強的大小變化確定所述鉆具的負載狀態:當所述旋轉壓強的大小發生增加時，即判斷所述鉆具已由無負載狀態進入有負載狀態；當所述旋轉壓強的大小發生階躍減小時，即判斷所述鉆具已由有負載狀態進入無負載狀態；
[0012]3)當所述鉆具由無負載狀態進入有負載狀態時，控制所述推進力發生裝置對所述鉆具施加緩慢增加的推進力。
[0013]本申請文件中所說的“階躍”是指數值發生瞬間劇烈變化。而根據常識，壓強與產生該壓強的力的大小成正比。同樣地，本申請中在確定推進壓強時，依照的正是推進力增大時推進壓強也會增大這一基本原理。
[0014]作為優選，所述推進力具有一最大預設值，當所述推進力達到此最大預設值時，停止緩慢增加所述推進力并按照此最大預設值的推進力進行正常鉆孔。
[0015]作為優選，當所述鉆具由有負載狀態進入無負載狀態時，控制所述推進導向裝置對所述鉆具施加瞬時減小的推進力。根據推進力的變化，選擇合適沖擊功變化方案，增加對鑿巖機的保護。
[0016]本發明的另一個目的在于提供一種實現上述推進力延時響應方法的鑿巖裝置。
[0017]為了實現上述目的，本發明提供的一種實現上述推進力延時響應方法的鑿巖裝置，包括推進導向裝置、推進力發生裝置、旋轉控制模塊、推進控制模塊、沖擊控制模塊、鑿巖機和鉆具，所述鑿巖機又包括旋轉裝置和沖擊裝置，所述推進導向裝置用于在鉆孔時起導向作用，所述推進力發生裝置用于產生作用于所述鑿巖機上的推進力，所述推進力發生裝置具有一由旋轉壓強控制的推進控制模塊，所述推進控制模塊與所述推進力發生裝置構成推進回路；其中，還包括一用于在所述鉆具由無負載狀態進入有負載狀態時，控制所述推進力發生裝置對所述鉆具施加緩慢增加的推進力的延時響應裝置，所述延時響應裝置設置在所述推進力發生裝置上并連接入所述推進回路。
[0018]作為優選，所述推進力具有一最大預設值，所述延時響應裝置在所述推進力達到此最大預設值時，停止緩慢增加所述推進力并按照此最大預設值的推進力進行正常鉆孔。[0019]作為優選，所述延時響應裝置為液壓蓄能器或者為一液壓控制模塊或一電器控制模塊。
[0020]本發明的鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法及實現該方法的裝置具有以下有益效果:
[0021 ] (I)當鉆具由空洞(無負載狀態)撞擊到硬巖(有負載狀態)，延時響應裝置能使推進壓強平穩緩慢的增加到最大值，此時旋轉壓強將平穩緩慢恢復，此過程可以稱為“二次開孔”，其優勢在于，解決了卡鉆和重復的反卡的問題，確保鑿巖機進行正常鉆進工作、提高了鑿巖速度、鉆孔精度和生產效率，降低了對鑿巖機和鉆具的損害，使鑿巖成本大大降低；
[0022](2)當“反卡”消失，或者鉆具(由硬巖)進入空洞或軟巖時，推進壓強迅速階躍減小，鉆進速度并不限制，可以提聞鉆孔效率；
[0023](3)本發明不需要根據巖層情況對推進速度進行快速設定，控制方式簡單易操作。【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明的鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法的流程圖。
[0025]圖2為本發明的鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法的原理示意圖。
[0026]圖3為現有技術中推進力、旋轉扭矩隨時間變化的示意圖。
[0027]圖4為采用了本發明的推進力單向延遲響應方法后推進力、旋轉扭矩隨時間變化的示意圖。
[0028]圖5為本發明的鑿巖裝置組成示意圖。
[0029]主要附圖標記:
[0030]1、推進導向裝置，2、推進力發生裝置，202、推進控制模塊，3、鑿巖機，301、沖擊裝置，302、旋轉裝置，303、沖擊控制模塊，304、旋轉控制模塊，4、鉆具，5、延時響應裝置，6、壓力油供給裝置。
【具體實施方式】
[0031]以下結合附圖對本發明的技術方案做進一步詳細的說明。
[0032]如圖5和圖2所示，本發明的實現推進力延時響應方法的鑿巖裝置，包括推進導向裝置1、推進力發生裝置2、鑿巖機3和鉆具4，所述推進導向裝置I用于在鉆孔時起導向作用，所述推進力發生裝置2用于產生作用于所述鑿巖機3上的推進力，所述推進力發生裝置2具有一由旋轉壓強控制的推進控制模塊202，所述推進控制模塊202與所述推進力發生裝置2構成推進回路；其中，還包括一用于在所述鉆具由無負載狀態進入有負載狀態時，控制所述推進導向裝置I對所述鉆具4施加緩慢增加的推進力的延時響應裝置5，所述延時響應裝置5設置在所述推進力發生裝置2上并連接入所述推進回路。如上所述，推進導向裝置I在鉆孔時起導向作用，推進力發生裝置2則產生作用于鑿巖機3上的推進力，從而使鉆具4與孔底巖石緊密地接觸，設置于所述鑿巖機3上的沖擊裝置301產生間歇性的沖擊功，通過鉆具4間歇性的沖擊巖層，與此同時鑿巖機3上的旋轉裝置302會產生旋轉扭矩使鉆具4在鉆孔過程中連續回轉，從而完成鑿巖動作。本發明中的旋轉控制模塊304用于監測旋轉裝置302向鉆具4施加的旋轉扭矩并控制推進控制模塊202推進力的大小，相應的推進控制模塊202用于監測推進力發生裝置2的推進壓強的大小、方向，壓力油供應裝置6用于提供鉆孔作業所需的壓力油。
[0033]圖1所示為本發明的鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，如圖1所示，該方法包含以下步驟:
[0034]I)通過所述旋轉控制模塊304監測所述旋轉裝置302的扭矩的大小以確定旋轉壓強的大小(Si);
[0035]2)由旋轉控制模塊304根據所述旋轉壓強的大小變化確定所述鉆具4的負載狀態(S2):當所述旋轉壓強的大小發生增加時，即判斷所述鉆具已由無負載狀態進入有負載狀態；當所述旋轉壓強的大小發生階躍減小時，即判斷所述鉆具已由有負載狀態進入無負載狀態；
[0036]3)當所述鉆具4由無負載狀態(空洞或軟巖)進入有負載狀態(硬巖)時，控制所述推進導向裝置I對所述鉆具4施加緩慢增加的推進力。
[0037]在本發明中，推進力具有一最大預設值，同時推進壓強也具有最大預設值。圖4為采用了本發明的推進力單向延遲響應方法后推進力、旋轉扭矩隨時間變化的示意圖，如圖4所示，當推進壓強為待機值時，即判斷鉆具4進入空洞，處于無負載狀態(圖4中區域①表示出推進力也無變化)；而當所述旋轉壓強的大小發生增加時，即判斷所述鉆具4已由無負載(空洞)狀態進入有負載狀態(硬巖)，圖4中表示出的區域②已經過緩變處理，因此推進力出現緩慢上升的態勢，并未發生階躍；當判斷所述推進力達到此最大預設值時，延遲響應裝置5停止緩慢增加所述推進力并按照此最大預設值的推進力進行正常鉆孔，對應圖4中的區域③；而當所述旋轉壓強的大小發生階躍減小時，即判斷所述鉆具4已由有負載狀態(硬巖)進入無負載狀態(空洞或軟巖)，推進回路上設置的延時響應裝置5進行控制，但并不影響推進壓強的階躍減小，推進力發生向裝置2的推進力會從最大預設值瞬時減小(S4)，推進力的瞬時減小會使旋轉控制模塊304響應，致使旋轉裝置302的旋轉扭矩也瞬時減小。對應圖4中的區域④。
[0038]具體的，本發明的所述的延時響應裝置5可以為液壓蓄能器或者為一液壓控制模塊或一電器控制模塊。
[0039]以上所述僅是發明的優選實施方式的描述，應當指出，由于文字表達的有限性，而在客觀上存在無限的具體結構，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，該鑿巖裝置包括推進導向裝置、推進力發生裝置、旋轉控制模塊、推進控制模塊、沖擊控制模塊、鑿巖機和鉆具，所述鑿巖機又包括旋轉裝置和沖擊裝置，，該方法包含以下步驟: 1)通過所述旋轉控制模塊監測所述旋轉裝置的扭矩的大小以確定旋轉壓強的大小； 2)由所述旋轉壓強的大小變化確定所述鉆具的負載狀態:當所述旋轉壓強的大小發生增加時，即判斷所述鉆具已由無負載狀態進入有負載狀態；當所述旋轉壓強的大小發生階躍減小時，即判斷所述鉆具已由有負載狀態進入無負載狀態； 3)當所述鉆具由無負載狀態進入有負載狀態時，控制所述推進力發生裝置對所述鉆具施加緩慢增加的推進力。
2.如權利要求1所述的鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，其特征在于，所述推進力具有一最大預設值，當所述推進力達到此最大預設值時，停止緩慢增加所述推進力并按照此最大預設值的推進力進行正常鉆孔。
3.如權利要求1所述的鑿巖裝置推進力單向延遲響應方法，其特征在于，當所述鉆具由有負載狀態進入無負載狀態時，控制所述推進力發生裝置對所述鉆具施加瞬時減小的推進力。
4.一種實現權利要求1至4任一項所述的鑿巖裝置推進力延時響應方法的鑿巖裝置，包括推進導向裝置、推進力發生裝置、旋轉控制模塊、推進控制模塊、沖擊控制模塊、鑿巖機和鉆具，所述鑿巖機又包括旋轉裝置和沖擊裝置，所述推進導向裝置用于在鉆孔時起導向作用，所述推進力發生裝置用于產生作用于所述鑿巖機上的推進力，所述推進力發生裝置具有一由旋轉壓強控制的推進控制模塊，所述推進控制模塊與所述推進力發生裝置構成推進回路；其中，還包括一用于在所述鉆具負載狀態變化時，控制所述推進力發生裝置對所述鉆具施加單向緩慢增加的推進力的延時響應裝置，所述延時響應裝置設置在所述推進力發生裝置上并連接入所述推進回路。
5.如權利要求4所述的鑿巖裝置，其特征在于，所述推進力具有一最大預設值，所述延時響應裝置在所述推進力達到此最大預設值時，停止緩慢增加所述推進力并按照此最大預設值的推進力進行正常鉆孔。
6.如權利要求4所述的鑿巖裝置，其特征在于，所述延時響應裝置為一液壓控制模塊或一電器控制模塊。
7.如權利要求4所述的鑿巖裝置，其特征在于，所述延時響應裝置為液壓蓄能器。
【文檔編號】E21B6/00GK103470181SQ201310436780
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】童深根, 安德斯·約翰松, 邁克爾·洛夫格倫, 弗雷德里克·奧曼, 王強 申請人:阿特拉斯科普柯(南京)建筑礦山設備有限公司