破巖的設備和方法
【專利摘要】一種破巖的設備和方法，用于測量破巖動力。該設備包括：破巖系統的至少一個部件，所述部件在破巖期間經受應力；至少一個元件，所述元件的至少部分被布置成永久磁化狀態；以及至少一個測量構件，所述測量構件用于基于所述部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數。
【專利說明】破巖的設備和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及破巖動力(rock breaking dynamics)的測量。
【背景技術】
[0002]在破巖系統中，在破巖期間出現的應力可被測量并用于控制破巖。F169680和US4, 671，366公開了測量在破巖期間出現的應力波并將所測量到的應力波用于控制破巖裝置的操作的實例。DE19932838和US6，356，077公開了通過測量由經受沖擊載荷的部件中的應力波引起的磁彈性變化來確定應力波的參數的信號處理方法和裝置。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供用于測量破巖動力的新穎設備和方法。
[0004]本發明的特征在于獨立權利要求的特征。
[0005]根據實施例，測量破巖動力的設備包括:破巖系統的至少一個部件，所述部件在破巖期間經受應力；至少一個測量構件，所述測量構件用于基于所述部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數；以及至少一個元件，所述元件的至少部分布置成永久磁化狀態，所述永久磁化狀態在測量周期期間不需要利用外部磁源來維持。
[0006]根據該設備的實施例，通過破巖系統外部的磁場將所述元件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0007]根據該設備的實施例，所述元件是永磁體，所述永磁體布置用以將所述破巖系統的所述部件的至少部分設置成永久磁化狀態。
[0008]根據該設備的實施例，所述永磁體布置用以持續地將所述破巖系統的所述部件的至少部分設置成永久磁化狀態。
[0009]根據該設備的實施例，所述永磁體布置用以間歇地將所述破巖系統的所述部件的至少部分設置成永久磁化狀態。
[0010]根據該設備的實施例，該設備包括布置成至少部分地環繞所述破巖系統的所述部件的多個永磁體。
[0011]根據該設備的實施例，單個永磁體或一組永磁體布置用以提供至少部分周向的結構。
[0012]根據該設備的實施例，單個永磁體或一組永磁體是可打開的。
[0013]根據該設備的實施例，單個永磁體或一組永磁體可打開以繞所述破巖系統的所述部件布置所述單個永磁體或所述一組永磁體的結構。
[0014]根據該設備的實施例，單個永磁體或一組永磁體布置用以提供周向結構，該周向結構可打開以繞所述破巖系統的所述部件布置所述單個永磁體或所述一組永磁體。
[0015]根據該設備的實施例，至少部分布置成永久磁化狀態的所述元件是所述破巖系統的所述部件。
[0016]根據該設備的實施例，該設備包括磁化裝置，所述磁化裝置用于將所述破巖系統的所述部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0017]根據該設備的實施例，所述磁化裝置被構造用以提供電磁脈沖以將所述破巖系統的所述部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0018]根據該設備的實施例，所述磁化裝置被布置成至少部分地環繞所述破巖系統的所述部件。
[0019]根據該設備的實施例，所述磁化裝置被布置用以提供至少部分周向的結構。
[0020]根據該設備的實施例，所述磁化裝置是可打開的。
[0021]根據該設備的實施例，所述磁化裝置可打開以至少部分地繞所述破巖系統的所述部件布置所述磁化裝置的結構。
[0022]根據該設備的實施例，所述磁化裝置布置用以提供至少部分周向的結構，該至少部分周向的結構可打開以至少部分地繞所述破巖系統的所述部件布置所述磁化裝置。
[0023]根據該設備的實施例,所述磁化裝置被構造用以間隔地(at intervals)將所述破巖系統的所述部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0024]根據該設備的實施例，在使用所述破巖系統的所述部件之前將所述破巖系統的所述部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0025]根據該設備的實施例，所述破巖系統包括至少一個空隙，至少一個永磁體或磁化裝置布置到所述空隙中。
[0026]根據該設備的實施例，所述破巖系統的所述部件是鉆具、鉆桿、鉆頭、撞擊機構的部件(諸如撞擊機構的框架結構)、撞擊裝置、鉆柄、衰減裝置、適配器和聯接套筒中的一個。
[0027]根據實施例，測量破巖動力的方法包括:在破巖期間使破巖系統的部件經受應力；基于所述部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數；將所述破巖系統的所述部件的至少部分布置成永久磁化狀態，所述永久磁化狀態在測量周期期間不需要利用外部磁源來維持；以及基于至少部分布置成永久磁化狀態的所述部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數。
[0028]根據該方法的實施例，通過所述破巖系統外部的磁場將所述破巖系統的所述部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0029]根據該方法的實施例，通過至少一個永磁體、通過包括至少一個永磁體的磁化裝置或通過提供電磁脈沖的磁化裝置將所述破巖系統的所述部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0030]根據該方法的實施例，間隔地將所述破巖系統的所述部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0031]根據測量儀器(instrument)的實施例，所述測量儀器包括:至少一個磁化裝置，所述磁化裝置用于將物體的至少部分布置成永久磁化狀態；以及至少一個測量構件，所述測量構件用于測量描述響應于施加在所述物體上的應力的所述物體的磁性上的變化的至少一個參數。
[0032]根據該測量儀器的實施例，該測量儀器包括被構造用以提供電磁脈沖以將所述物體的至少部分布置成永久磁化狀態的裝置。
[0033]根據該測量儀器的實施例，所述磁化裝置被構造用以間隔地將所述物體的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0034]根據該測量儀器的實施例，所述磁化裝置包括至少一個永磁體。
[0035]根據該測量儀器的實施例，所述磁化裝置包括布置成至少部分地環繞所述物體的多個永磁體。
[0036]根據該測量儀器的實施例，單個永磁體或一組永磁體被布置用以提供至少部分周向的結構。
[0037]根據該測量儀器的實施例，所述單個永磁體或一組磁鐵是可打開的。
[0038]根據涉及測量響應于施加在物體上的應力的所述物體的磁性上的變化的測量方法的實施例，該方法包括:將所述物體的至少部分布置成永久磁化狀態；以及測量描述響應于施加在所述物體上的應力的所述物體的磁性上的變化的至少一個參數。
[0039]根據涉及測量響應于施加在物體上的應力的所述物體的磁性上的變化的測量方法的實施例，提供電磁脈沖以將所述物體的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0040]根據涉及測量響應于施加在物體上的應力的所述物體的磁性上的變化的測量方法的實施例，間隔地將所述物體的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0041]根據涉及測量響應于施加在物體上的應力的所述物體的磁性上的變化的測量方法的實施例，通過至少一個永磁體、通過包括至少一個永磁體的磁化裝置或通過提供電磁脈沖的磁化裝置將所述物體的至少部分布置成永久磁化狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0042]在下文中，將參照附圖借助優選實施例更詳細地描述本發明，其中:
[0043]圖1示意性地示出鑿巖鉆機的側視圖；
[0044]圖2示意性地示出在鉆巖中出現的應力波；
[0045]圖3不意性地不出破巖系統的局部橫截面側視圖；
[0046]圖4示意性地示出將破巖系統的部件布置成永久磁化狀態的設備的局部橫截面側視圖；
[0047]圖5示意性地示出將破巖系統的部件布置成永久磁化狀態的第二設備的另一局部橫截面側視圖；
[0048]圖6示意性地示出磁化裝置結構的局部橫截面側視圖；
[0049]圖7示意性地示出圖6的磁化裝置結構的局部橫截面端視圖；
[0050]圖8示意性地示出第二磁化裝置結構的局部橫截面端視圖；
[0051]圖9示意性地示出第三磁化裝置結構的局部橫截面端視圖；
[0052]圖10示意性地示出第四磁化裝置結構的局部橫截面端視圖；
[0053]圖11示意性地示出將破巖系統的部件布置成永久磁化狀態的第三設備的局部橫截面側視圖；并且
[0054]圖12和13示意性地示出應力波的測量結果的實例。
【具體實施方式】
[0055]破巖可通過使用鉆巖機在巖石中鉆孔來實施。替代地，巖石可通過破碎錘來破碎。在上下文中，術語“巖石”應在廣義上理解成還涵蓋巨石、巖石材料、地殼和其它相對較硬的材料。鉆巖機和破碎錘包括撞擊機構、該撞擊機構直接地或通過適配器提供撞擊脈沖給鉆具。撞擊脈沖產生在鉆具中傳播的應力波。在應力波到達鉆具的面對所要鉆鑿的巖石的端部時，鉆具由于應力波的作用而穿入到巖石中。應力波的某些能量可作為反射波而反射回來，該反射波在鉆具中沿相反方向(即，朝向撞擊機構)傳播。取決于情形，反射波可僅包括壓縮應力波或拉伸應力波。然而,反射波通常包括拉伸和壓縮應力分量兩者。
[0056]圖1示意性地示出鑿巖鉆機I的顯著簡化的側視圖。鑿巖鉆機I包括移動載體2和懸臂3，在懸臂3的端部存在有進給梁4，進給梁4設有鉆巖機8，鉆巖機8具有撞擊機構5和旋轉機構6。圖1的鑿巖鉆機I還包括鉆具9，鉆具9的近端被聯接到鉆巖機8，而鉆具9的遠端朝向待被鉆鑿的巖石12定向。在圖1中用虛線示意性地示出鉆具9的近端9'。圖1的鑿巖鉆機I的鉆具9包括鉆桿10a、1b和1c以及在鉆具9的遠端9"處的鉆頭11。鉆頭11可設有球齒11a，但其它鉆頭結構也是可能的。在也被稱為深孔鉆鑿的使用分段鉆桿的鉆鑿中，取決于所要鉆鑿的孔的深度的多個鉆桿附接在鉆頭11和鉆巖機8之間。鉆具9還可由附接到進給梁4的導向支承件13支承。
[0057]鉆機還可具有與上述結構不同的結構。例如，在潛孔鑿巖中，撞擊機構在鉆孔的底部處靠近鉆頭定位于鉆機中，鉆頭通過鉆桿連接到位于鉆孔上方的旋轉機構。
[0058]撞擊機構5可設有撞擊活塞,該撞擊活塞在壓力介質的作用下往復運動并直接或通過在鉆具9和撞擊活塞之間的中間件(諸如鉆柄或另一類型適配器)撞擊工具。自然地，具有不同結構的撞擊機構也是可能的。因此，撞擊機構5的操作還可基于電磁或液壓的使用而沒有任何機械往復運動的撞擊活塞，并且在上下文中，術語撞擊機構還指基于這樣特征的撞擊裝置。由撞擊機構5產生的應力波沿鉆桿1a至1c朝向在鉆具9的遠端處的鉆頭11傳遞。在應力波遇到鉆頭11時，鉆頭11及其球齒Ila撞擊所要鉆鑿的巖石12，從而使所要鉆鑿的巖石12遭受強應力，裂縫由于該強應力而在巖石12中形成。通常，施加在或作用在巖石12上的應力波的一部分反射回到鉆具9并沿鉆具9朝向撞擊結構5反射回來。
[0059]圖2示意性地示出應力波，其中朝向所要鉆鑿的巖石12傳播的應力波用附圖標記Si表示,而從巖石12反射回到鉆具9的應力波用附圖標記表示。
[0060]在鉆鑿期間，旋轉機構6將連續旋轉力傳遞到鉆具9，因此致使鉆頭11的球齒Ila在一次撞擊之后改變其位置并在下次撞擊時撞擊巖石12上的新的部位。圖1的鑿巖鉆機I還包括布置到進給梁4的進給機構7，鉆巖機8布置成相對于進給機構7可移動。在鉆鑿期間，進給機構7布置用以推動鉆巖機8在進給梁4上前進并因此推動鉆頭11抵靠巖石12。
[0061]圖1示出鑿巖鉆機I相對于鉆巖機8的結構比其實際的小得多。為了清楚起見，圖1的鑿巖鉆機I僅具有一個懸臂3、進給梁4、鉆巖機8和進給機構7,但顯然,鑿巖鉆機可設有多個懸臂3，所述懸臂3具有進給梁4、鉆機8和進給機構7。而且，顯然，鉆巖機8通常包括防止鉆頭11堵塞的沖洗裝置。為了清楚起見，圖1中沒有示出沖洗裝置。鉆機8可液壓地操作，但其還可氣動地或電動地操作。
[0062]圖3不意性地不出可例如用于圖1的鑿巖鉆機中的破巖系統14的局部橫截面側視圖。圖3的破巖系統14包括撞擊機構5和連接到撞擊機構5的鉆具9。圖3的破巖系統14中的鉆具9包括鉆桿10a、10b和在鉆桿1b遠端處的鉆頭11。撞擊機構5包括框架結構5'和布置用以提供傳到鉆具9的撞擊脈沖的撞擊裝置15。在圖3的實施例中，撞擊裝置15具有撞擊活塞的形式,但撞擊裝置15和撞擊機構5的實際實施方式可以以各種方式變化。圖3的撞擊機構5還包括鉆柄16,鉆具9的近端9'被緊固到該鉆柄16,從而撞擊裝置15布置用以將撞擊作用導引到鉆柄16而不是直接導引到鉆具9，鉆柄16因此形成在撞擊裝置15和鉆具9之間的中間件。圖3的撞擊機構5還包括衰減裝置17，衰減裝置17在圖3中非常簡要地示出，并且該衰減裝置17定位在鉆柄16和撞擊裝置15之間并被支承到撞擊機構5的框架結構5'。衰減裝置17的功能在于衰減從巖石12反射回到鉆具9和撞擊機構5的應力的影響。衰減裝置17還可提供鉆柄16在如下位置相對于撞擊裝置15的定位，在所述位置，由撞擊裝置提供的撞擊將會對鉆柄16具有最佳效果。衰減裝置17的實際實施方式可包括例如一個或多個壓力介質操作的氣缸。
[0063]在圖3的實施例中，撞擊機構5和聯接到撞擊機構5的鉆具9形成破巖系統14,破巖系統14在破巖期間經受應力。然而，破巖系統的實施方式可以在很多方面不同。例如，在破碎錘中，破巖系統通常僅包括撞擊裝置和鉆具，使得由撞擊裝置提供的撞擊直接影響鉆具9。取決于實施方式,破巖系統可以是液壓、氣動或電動操作的,或者破巖系統的操作可實施為液壓、氣動或電動操作的裝置的組合。為了清楚起見，圖1和3沒有示出破巖系統的操作所需的任何壓力介質管線或電線，所述管線或電線對本領域技術人員來說是眾所皆知的。
[0064]圖4示意性地公開了使一個或多個永磁體可位于破巖系統14中的一些可能的位置。為了清楚起見，在圖4中省略了撞擊機構5的框架結構5'。永磁體18是布置成或能夠布置成永久磁化狀態的元件。在永磁體18布置成永久磁化狀態時，永磁體18具有磁場，并且在破巖系統14的所述部件的至少部分經受至少一個永磁體18的磁場的作用時，破巖系統14的所述部件的至少部分進一步布置成永久磁化狀態。此外，當在破巖期間，應力正作用在布置成永久磁化狀態的所述部件上時，或換言之，當應力影響破巖系統的布置成永久磁化狀態的所述部件時，應力導致所述部件的磁性上的變化。
[0065]至少部分可布置成永久磁化狀態的破巖系統14的所述部件可例如是撞擊機構5、撞擊機構5的框架結構5'、撞擊裝置15、鉆柄16、衰減裝置17、破巖系統14的鉆具9(諸如鉆桿10a、10b、1c和/或鉆頭11)。至少部分可布置成永久磁化狀態的破巖系統14的所述部件還可例如是撞擊機構中的適配器或聯接套筒。可布置成永久磁化狀態的破巖系統14的所述部件因此是可產生、傳遞或阻尼在破巖期間出現的應力或應力波的部件。
[0066]永久磁化狀態可以是如下狀態:如在永磁體中的保持相對較長的時段的磁化狀態、通過間歇施加外部磁源來維持的磁化狀態、由暴露至外部磁場導致的在部件材料內部維持的磁化狀態、或在測量周期期間不需要用外部磁源來維持的磁化狀態。可通過使用稍后提供一些實例的有源裝置或使用諸如永磁體的無源裝置的磁源的單次間歇的施加來提供永久磁化狀態。
[0067]所述部件的磁性上的變化可例如是部件的磁場上的變化、部件的磁場的磁通量上的變化、部件的磁導率或磁感應率上的變化、或部件的磁化的狀態或強度上的變化。部件的磁性上的變化因此是經受應力的部件的材料的狀態上的變化的結果。由于解決方案與永久磁場狀態有關，所以能夠更一致地檢測經受應力的部件的磁性上的變化。
[0068]在圖4中，永磁體18緊固在支承結構19中并具有圓形形狀，使得永磁體18可布置成環繞部件，所述部件的至少部分通過至少一個永磁體18布置成永久磁化狀態。在圖4中，永磁體18布置成環繞鉆具9的鉆桿10a、鉆柄16、衰減裝置17和撞擊裝置15。
[0069]圖5不意性地公開了使一個或多個永磁體18可位于圖3的破巖系統14中的另外一些可能位置。在圖5中，永磁體同樣具有圓形形狀，但圖4中所公開的支承結構19已去除。在圖5的實施例中，在撞擊機構5的框架結構5'、鉆柄16、衰減裝置17和撞擊裝置15中形成有空隙20，由此通過將永磁體18布置到部件中的空隙20中，可將永磁體18布置在所述部件內部。此外，鉆桿1a的內部例如形成一種空隙，至少一個永磁體18可布置在該空隙中。在鉆柄16中，永磁體18可例如位于鉆柄16的沖洗通道31中，所述沖洗通道在鉆柄16中形成一種空隙。
[0070]圖4和5不意性地不出了使永磁體18可布置在破巖系統14中的一些可能位置。然而，該布置可包括僅一個永磁體18以將一個破巖系統部件的至少部分布置成永久磁化狀態。替代地，該布置可包括兩個或多個永磁體18以將一個或多個破巖系統部件的至少部分布置成永久磁化狀態。因此，在該布置中，可存在每個均具有相關永磁體18的若干個破巖系統部件或存在具有若干個相關永磁體18的一個或多個破巖系統部件。在圖4和5中還示意性地示出了后一種實施例的實例，且圖4公開了環繞鉆柄16的兩個連續的永磁體18，而圖5公開了布置在撞擊機構5的框架結構5'中的空隙20中的兩個連續永磁體18。如果在設備中存在與一個破巖系統部件相關的若干個永磁體18,則永磁體還可布置成在該特定的破巖系統部件的周向方向上相對于彼此連續。在該情況下，永磁體可例如具有矩形形式。
[0071]由于在圖4和5的實例中，永磁體永久地布置在破巖系統部件附近，所以在圖4和圖5的實例中，永磁體布置用以持續地將破巖系統部件的至少部分設置成的永久磁化狀態。
[0072]圖4和5還示意性地公開了基于破巖系統部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數的裝置，源自應力(諸如應力波)的部件的磁性上的變化在破巖系統14的操作期間影響破巖系統14的部件。
[0073]在圖4中，基于破巖系統部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數的測量構件是測量線圈21，在圖4的實施例中，其處在通過靠近鉆桿1a的永磁體18而布置成永久磁化狀態的鉆桿1a的區域中，布置成環繞鉆桿10a。然而，測量線圈21可替代地在通過永磁體18而布置成永久磁化狀態的某個其它破巖系統部件的區域中靠近該部件布置。還能夠存在用于測量特定的一個或多個部件的磁性上的變化的、靠近相同或不同的破巖系統部件的多于一個的測量線圈21。由于部件的磁性上的變化，在測量線圈21中感生出相當于該部件的磁性上的變化的電壓或電流。所感應出的電壓或電流則指示影響該特定破巖系統部件的應力。
[0074]在圖5中，用于測量部件的磁性上的變化的測量構件是磁性傳感器22，在圖5的實施例中，其在通過在鉆桿16中的永磁體18而布置成永久磁化狀態的鉆柄16的區域中布置在鉆柄16內。然而，磁性傳感器22可替代地在布置成永久磁化狀態的某個其它破巖系統部件的區域中處于該部件中。還能夠存在處在相同或不同的破巖系統部件中的多于一個的磁性傳感器22，用于基于該一個或多個特定的部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數。磁性傳感器22可例如是線圈、磁力計、磁阻元件或霍爾傳感器。
[0075]由測量構件提供的測量信息通過由箭頭23示意性地指示的有線連接或無線連接而傳送到數據處理單元24。數據處理單元24包括基于軟件和/或硬件的裝置，用于處理或修正由測量構件提供的測量信息以得到由測量構件提供的測量信息的有意義表示，使得測量信息可被分析和/或用于控制破巖系統14或整個鑿巖鉆機I或破碎錘的操作。例如，可應用DE19932838和US6，356，077中所公開的處理或修正方法。
[0076]在永磁體18用于將破巖系統的部件的至少部分布置成永久磁化狀態時，干擾不會出現在由于作用在破巖系統部件上的應力而導致的破巖系統部件的磁性上的變化的測量中，所述干擾出現在現有技術方案中，所述現有技術方案包括在破巖系統部件的磁性上的變化的測量期間同時磁化該破巖系統部件的磁化線圈。
[0077]在考慮到用于測量破巖動力的該設備的操作時，涉及測量操作的儀器比如永磁體優選地由非導電材料制成。然而，可能的線圈自然地由導電材料制成。
[0078]圖6示意性地示出了旨在將破巖系統部件的至少部分布置成永久磁化狀態的磁化裝置結構27的局部橫截面側視圖，并且圖7示意性地示出了圖6的磁化裝置結構27的局部橫截面端視圖。磁化裝置結構27包括單個永磁體18，該單個永磁體18在圖6和7的實施例中具有布置成環繞破巖系統部件(即，圖6和7的實施例中的鉆桿1a)的環形形狀。永磁體18插入包括環繞永磁體18的夾套25和端板26的支承結構19內，使得支承結構19是將永磁體18圍封在支承結構19內的閉合結構。為了清楚起見，在圖7中未示出表示夾套25橫截面的陰影線。端板26中的至少一個可以是可拆除的，以將永磁體18插入支承結構19內。支承結構19形成引導構件，所述引導構件用于將由永磁體提供的磁場引導到破巖系統部件，以通過由永磁體18提供的磁場將該破巖系統部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0079]在圖6和7的實施例中，環形永磁體18布置成完全環繞破巖系統部件，即，鉆桿1a0部分或完全環繞所關注的破巖系統部件的永磁體18還能夠具有另一曲線形狀。至少部分地環繞所關注的破巖系統部件的永磁體18的形狀或形式還可具有除了曲線或環形形式外的另一種至少部分周向的形狀。
[0080]在圖6和7的實施例中，測量傳感器22也被布置在永磁體18的內周界內。因此，圖6和7的實施例提供了永磁體18即至少部分布置成永久磁場狀態的元件和測量構件即測量傳感器22的組合。例如，如果測量傳感器22具有線圈形式，則測量傳感器22的端部(未示出)可布置成貫穿端板26。
[0081]圖8示意性地示出了第二磁化裝置結構27的局部橫截面端視圖。為了清楚起見，在圖8中未示出表示夾套25橫截面的陰影線。在圖8中，與圖7相比，圖6的環形永磁體18由多個永磁體18替代，該多個永磁體18具有圓桿形狀并在支承結構19的夾套25中彼此相鄰地布置，使得永磁體18布置成環繞所關注的破巖系統部件即鉆桿1a的整個周界。
[0082]圖9示意性地示出了第三磁化裝置結構27的局部橫截面端視圖。為了清楚起見，在圖9中未示出表示夾套25橫截面的陰影線。在圖9中，與圖8相比，具有圓桿形狀的環形永磁體18在支承結構19的夾套25中彼此相鄰地布置，使得永磁體18布置成僅環繞所關注的破巖系統部件即鉆桿1a的周界的一部分。
[0083]在圖6至9的實施例中，存在布置成至少部分地環繞破巖系統的部件以將該破巖系統部件的至少部分布置成永久磁化狀態的多個永磁體，即一個或多個永磁體。在圖8和9的實施例中，桿形永磁體的橫截面形狀還可不同于圓形形狀。
[0084]圖10示意性地示出了第四磁化裝置結構27的局部橫截面端視圖。為了清楚起見，在圖10中未示出表示夾套25橫截面的陰影線。圖10的磁化裝置結構27具有兩個部分27'、27"，每個部分均包括支承結構19、永磁體18和具有半拱形狀的測量傳感器22。通過將各部分彼此抵靠放置，該兩個部分27'、27"可例如通過使用接頭鉸鏈而彼此結合起來以形成具有圓形形式的一個磁化裝置結構27。測量傳感器22也可連接在一起。為了清楚起見，在圖10中的部分27'、27"被示出在其之間具有一段小距離且在圖10中沒有示出接頭鉸鏈。圖10的磁化裝置結構27不僅可從部件的端部而且還可從部件的側面繞破巖系統部件進行組裝。
[0085]在圖10的實施例中，一組兩個永磁體布置在一起以形成周向結構，該周向結構是可打開的，以用于繞破巖系統的部件布置所述一組永磁體。在圖10的實施例中，兩個永磁體在實踐中形成繞破巖系統部件布置的單個永磁體。此外，具有與周向結構不同的形狀或形式的永磁體可布置成以某個方式可打開。此外，測量構件可布置成以與圖10相關的說明所述的類似方式可打開。在磁化裝置和/或測量構件的結構是可打開的時，其以使得能夠放置在破巖系統附近或以至少部分地環繞破巖系統的方式可打開。其還可打開以維修和保養磁鐵、磁化裝置、破巖系統或破巖裝置諸如鉆機。
[0086]在圖6至10的實施例中，如果夾套25由非導電材料制成，則永磁體18可由導電材料制成而不會對破巖動力的測量造成有害的惡化影響。
[0087]在圖6至10的實施例中，磁化裝置結構27提供或形成用于測量物體的磁性上的變化的測量儀器，該測量儀器包括:將該物體的至少部分布置成磁化狀態的至少一個磁化裝置；和測量描述響應于施加在該物體上的應力的物體的磁性上的變化的至少一個參數的至少一個測量構件，在圖6至10的實例中，所述物體是鉆桿10a。因此，測量儀器包括:將該物體的至少部分布置成磁化狀態的至少一個磁化裝置；和測量描述響應于施加在該物體上的應力的物體的磁性上的變化的至少一個參數的至少一個測量構件。磁化裝置可例如是如上所述的永磁體18或如稍后所述的磁化線圈28或一個或多個永磁體18和磁化線圈28的組合。測量構件可例如是如上所述的測量線圈21或磁性傳感器22。如上所述，例如在圖10的實例和相關描述中，測量儀器的結構是可打開的。在該說明書的實例中，測量儀器用于測量破巖系統14的部件的磁性上的變化，但通常，所公開的測量儀器還可用于測量經受應力的其它部件的磁性上的變化。
[0088]在以上實例中，在用于測量破巖動力的該設備中，至少部分布置成永久磁化狀態的兀件因此是永磁體，該永磁體的磁場則將破巖系統的部件的至少部分布置成永久磁化狀態。可替代地，在用于測量破巖動力的該設備中，至少部分布置成永久磁化狀態的元件還可以是破巖系統的部件，即，例如參照圖11，是撞擊機構5、撞擊裝置15、鉆柄16、衰減裝置17、破巖系統14的鉆具9 (諸如鉆桿10a、10b、1c和/或鉆頭11)，以及還有未在圖11中示出的撞擊機構5的框架結構5,。在破巖系統的部件的至少部分布置成永久磁化狀態時，該部件本身布置成永久磁化狀態，從而該部件本身具有磁性，測量該磁性的變化以基于該部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數。
[0089]圖11公開了用作磁化裝置的磁化線圈28，該磁化線圈28可用于將破巖系統的部件的至少部分布置成永久磁化狀態。在圖11的實例中，一個或多個磁化線圈28布置成環繞鉆桿10a、鉆柄16、衰減裝置17和撞擊裝置15。一個或多個磁化線圈28還可布置成環繞撞擊機構5的框架結構。在圖11中，鉆桿10a、衰減裝置17和撞擊裝置15僅被一個磁化線圈28環繞，但它們還可被兩個或更多個磁化線圈28環繞。磁化線圈28還能夠以與圖5的實例中的永磁體類似的方式插入設置在破巖系統部件中的空隙中。例如可如圖4和5的實例所解釋的那樣測量破巖系統14的部件的磁性上的變化。
[0090]圖11中的設備還包括電源29，電源29被構造用以通過由箭頭30表示的連接來提供用于磁化線圈28的必要電力。電源29構造用以提供電磁脈沖以將破巖系統的部件的至少部分布置成永久磁化狀態。電磁脈沖的長度、形狀和幅度可以是固定的或可變的。基于破巖系統14的操作狀態、基于測量構件的操作或基于破巖系統14的部件的磁性上的變化，可間隔地，例如以規則的間隔將破巖系統14的部件布置成永久磁化狀態。此外，可在使用破巖系統14的部件之前將破巖系統14的該部件的至少部分布置成永久磁化狀態。
[0091]當間隔地將破巖系統14的部件布置成永久磁化狀態時，存在特定時段，在該時段之間提供磁化操作。該時段可涉及絕對時間、破巖時間、輪班持續時間等。所述間隔還可基于破巖操作諸如鉆鑿的距離、鉆具9經受的撞擊的次數、大體行進通過鉆具9的撞擊能量或能量等來限定。間隔還可用于使磁化操作至少在該間隔內發生。即，如果磁化操作在所限定的間隔期間沒有發生，則執行磁化操作。
[0092]當基于破巖系統14的操作狀態將破巖系統的部件布置成永久磁化狀態時，可例如在撞擊裝置15的空閑狀態期間諸如在連續撞擊之間、多組撞擊之間、在開始鉆孔之時、在更換新的鉆桿1a期間、在完成鉆孔之時、在定位破巖系統以用于鉆孔期間、在諸如鑿巖鉆機I的破巖系統或裝置在破巖現場移動期間執行磁化操作。
[0093]當基于測量構件的操作將破巖系統14的部件布置成永久磁化狀態時，可在測量構件的空閑狀態期間或例如在觀察到測量的質量受不合適的磁化狀態影響時執行磁化操作。還可基于測量值或測量結果執行磁化操作。測量值或測量結果可從可能在破巖系統或測量系統外部的另外的傳感器得到。
[0094]當基于破巖系統14的部件的磁性上的變化將破巖系統14的部件布置成永久磁化狀態時，可在觀察到永久磁化狀態已變成不能夠取得可靠測量信息的程度時執行磁化操作。
[0095]當在使用破巖系統中的部件之前將破巖系統的部件布置成永久磁化狀態時，可例如在該部件的制造之后、在工廠或破巖系統的使用現場處將該部件組裝到破巖系統之前、或在將該部件組裝到破巖系統之后但在實際操作破巖系統之前，將該部件的至少部分布置成永久磁化狀態。因此，該破巖系統的部件的至少部分可通過破巖系統外部的磁場布置成永久磁化狀態。
[0096]可例如通過數據處理單元24控制磁化操作。
[0097]在圖11的實例和以上相關說明中，通過僅使用磁化線圈28作為磁化裝置將破巖系統的部件布置成永久磁化狀態。然而，永磁體能夠與磁化線圈28組合布置。還可能的是，如上所述，替代使用磁化線圈28，通過將永磁體布置在特定破巖系統部件附近，僅持續一個特定時段，僅使用永磁體將破巖系統的該特定部件布置成永久磁化狀態。因此，同樣可僅使用永磁體間歇地將破巖系統的部件的至少部分設置成永久磁化狀態。
[0098]當破巖系統部件的至少部分被布置成永久磁化狀態時，其中所述永久磁化狀態必要時可激勵，破巖系統部件自身提供磁性，所述磁性在基于該部件的磁性上的變化測量破巖動力的參數時被觀察到。在該情況下，也不會在由于作用在破巖系統部件上的應力而導致的破巖系統的部件的磁性上的變化的測量中出現干擾，在現有技術的解決方案中出現所述干擾，現有技術的解決方案包括磁化線圈，該磁化線圈在測量破巖系統部件的磁性上的變化期間同時地磁化破巖系統部件。
[0099]根據實施例，磁化線圈28也可用作測量線圈。在該實施例中，磁化線圈28可用于提供電磁脈沖以將破巖系統部件布置成永久磁化狀態并在該部件已被布置成永久磁化狀態之后，即，在磁化線圈28不用于將破巖系統的該部件布置成永久磁化狀態時，提供基于該部件的磁性上的變化的破巖動力的參數測量。
[0100]圖12和13示意性地示出應力波的測量結果實例，圖13是圖12的測量的第一部分的更詳細圖示。在圖12和13中，虛線表示由附接到破巖系統部件的應變計測量到的應力波。實線則表示當永磁體用于將該同一破巖系統部件布置成永久磁化狀態時由測量線圈測量到的同一應力波。從圖12和13能夠看到，所提出的解決方案提供的應力波測量對應于應變計提供的測量，因為應變計直接固定到破巖系統部件，所以由應變計提供的該應力波測量可被認為完全遵循出現在破巖系統部件中的應力波。
[0101]以上公開的測量設備的實例涉及在破巖期間影響破巖系統的應力或應力波的測量，但該測量設備還可以以其它的方式用于測量破巖動力或相關參數。該測量設備還可用于其它現象或事件的確定諸如撞擊頻率或所破巖石的特征的確定，以及用于破巖系統或其部件的狀態監測。
[0102]對本領域技術人員來說，顯然，隨著技術進步，本發明構思可以以各種方式實施。本發明及其實施例不限于上述實例，而是可在權利要求書的范圍內改變。
【權利要求】
1.一種測量破巖動力的設備，所述設備包括: 破巖系統(14)的至少一個部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)，所述部件在破巖期間經受應力，以及 至少一個測量構件(21、22)，所述測量構件(21、22)用于基于所述部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數， 其特征在于: 所述設備包括至少一個元件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17、18)，所述元件的至少部分被布置成永久磁化狀態，所述永久磁化狀態在測量周期期間不需要利用外部磁源來維持。
2.根據權利要求1所述的設備，其中，利用所述破巖系統(14)外部的磁場將所述元件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17、18)的至少部分布置成所述永久磁化狀態。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其中，所述元件是永磁體(18)，所述永磁體(18)被布置用以將所述破巖系統(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分設置成所述永久磁化狀態。
4.根據權利要求3所述的設備，其中，所述設備包括多個永磁體(18)，所述多個永磁體(18)被布置成至少部分地環繞所述破巖系統(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16,17)。
5.根據權利要求1或2所述的設備，其中，至少部分被布置成所述永久磁化狀態的所述元件是所述破巖系統(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)，。
6.根據權利要求5所述的設備，其中，所述設備包括磁化裝置(18、28)，所述磁化裝置(18,28)用于將所述破巖系統(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分布置成所述永久磁化狀態。
7.根據權利要求6所述的設備，其中，所述磁化裝置(28)被構造用以提供電磁脈沖，用于將所述破巖系統(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分布置成所述永久磁化狀態。
8.根據權利要求6或7所述的設備，其中，所述磁化裝置(18、28)被構造用以間隔地將所述破巖系統(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分布置成所述永久磁化狀態。
9.根據權利要求5至8中的任一項所述的設備，其中，在使用所述破巖系統(14)中的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)之前，將所述破巖系統(14)的所述部件(5、 、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分布置成所述永久磁化狀態。
10.根據權利要求3、4、6、7、8或9所述的設備，其中，所述破巖系統(14)包括至少一個空隙(20)，至少一個永磁體(18)或磁化裝置(18、28)被布置到所述空隙(20)中。
11.根據權利要求3、4、6、7、8、9或10所述的設備，其中，單個永磁體(18)、一組永磁體(18)或所述磁化裝置(18、28)被布置用以提供至少部分周向的結構。
12.根據權利要求3、4、6、7、8、9、10或11所述的設備，其中，單個永磁體(18)、一組永磁體(18)或所述磁化裝置(18、28)是可打開的。
13.根據前述權利要求中的任一項所述的設備，其中，所述破巖系統(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)是鉆具(9)、鉆桿(10a、10b、10c)、鉆頭(11)、撞擊機構(5)的部件諸如所述撞擊機構(5)的框架結構(5')、撞擊裝置(15)、鉆柄(16)、衰減裝置(17)、適配器和聯接套筒中的一個。
14.一種測量破巖動力的方法,所述方法包括:在破巖期間使破巖系統(14)的部件(5、5,、9、10a、10b、10c、15、16、17)經受應力，以及 基于所述部件的磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數， 其特征在于， 將所述破巖系統(14)的所述部件(5、5'、9、10a、10b、10c、15、16、17)的至少部分被布置成永久磁化狀態，所述永久磁化狀態在測量周期期間不需要利用外部磁源來維持，以及基于至少部分被布置成所述永久磁化狀態的所述部件的所述磁性上的變化來測量破巖動力的至少一個參數。
【文檔編號】G01L1/12GK104236762SQ201410250032
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月6日 優先權日:2013年6月7日
【發明者】麥卡·胡伊克拉, 托墨·皮理楠, 韋薩·烏伊托, 阿努阿爾·貝拉赫森, 托米·珀伊薩 申請人:山特維克礦山工程機械有限公司