專利名稱：控制鉆孔序列的方法、鉆巖設備以及形成鉆孔序列的計算機程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制鉆巖設備鉆孔序列的方法，該設備包括基座，至少一個布置在所述基座上的鉆孔單元，該鉆孔單元包括一個鉆臂，一個與所述鉆臂和一個巖鉆相連的進給梁，所述巖鉆能相對于進給梁運動；所述鉆巖設備還包括一個控制單元；而所述方法包括在鉆孔之前，以計劃的鉆孔的數(shù)目、位置和大小為基礎形成鉆孔計劃，并將與鉆孔控制相聯(lián)系的鉆孔參數(shù)和鉆孔計劃一起存儲到控制單元的存儲器中；以鉆孔計劃和鉆孔參數(shù)為基礎在控制單元中形成鉆孔序列，確定孔的鉆孔順序并選定每個孔的鉆孔單元；以及按照所述鉆孔序列在巖石上鉆探鉆孔計劃中所確定的鉆孔。
本發(fā)明還涉及一種鉆巖設備，包括基座，其上至少布置有一個鉆孔單元，包括一個鉆臂，一個與鉆臂相連的進給梁，以及一個能關于進給梁運動的巖鉆；鉆巖設備還包括一個控制單元，用于按照巖石的鉆孔計劃，以鉆孔的鉆孔計劃和鉆孔參數(shù)為基礎形成鉆孔序列。
本發(fā)明還涉及一個計算機程序，包括程序代碼，在鉆巖設備控制單元的處理器中執(zhí)行，致使控制單元以鉆孔計劃和輸入控制單元的鉆孔參數(shù)為基礎形成鉆孔序列，鉆孔序列中確定將要鉆的孔的鉆孔順序以及所使用的鉆孔單元。
背景技術：
在挖掘隧道的時候月在巖石上鉆許多孔，此后在孔中填充炸藥，巖石的一部分按計劃從巖石上炸離。隧道按“輪次”(round)進行打鉆。為了在一輪次的整個部分爆破期間適當?shù)厮蓜訋r石，以及為了使得隧道具有計劃的外形和方向，必須謹慎地鉆爆炸孔。各輪都事先安排了鉆孔計劃，考慮了隧道中巖石的大小和類型。鉆孔計劃確定隧道背墻上爆炸孔的數(shù)目、直徑、長度以及位置。鉆巖設備包括可運動的一個基座以及多個布置在基座上的鉆臂(典型地為1-6個)。鉆巖設備的操作員能手動地控制鉆孔，或另外地，鉆巖設備具有控制單元，自動地控制鉆臂的運動以及鉆孔操作。在手動鉆孔中，當在一輪次期間與鉆孔相聯(lián)系的測量值，例如鉆孔序列，要有效控制時，操作員的能力和經(jīng)驗起重要作用。在操作員能夠兼顧效率和質(zhì)量因素，控制鉆巖設備達到其可能的最佳效果之前，通常需要豐富的經(jīng)驗。然而，在有經(jīng)驗的操作員中，一輪鉆孔所使用的總時間可能會有巨大的差別。也已發(fā)現(xiàn)多個缺陷與按各個自動控制的鉆巖設備鉆孔序列的執(zhí)行有關。目前的控制系統(tǒng)不能控制鉆孔達到可能的最佳效果，典型地，一些鉆孔單元已經(jīng)完成了所規(guī)定的任務，而其它鉆孔單元仍正在鉆孔。在這種情形下，完成工作的鉆孔單元一直等待，直到其它裝置完成其鉆孔。當進行一輪次的鉆孔的時候，如果一些鉆孔單元保持不使用狀態(tài)，顯然就未盡可能有效率地安排鉆孔。
發(fā)明簡述本發(fā)明的一個目的是提供一種新的、改進的鉆孔安排，使得鉆孔工具使用到可能的最佳效果，并且鉆孔時間盡可能短。
按照本發(fā)明的方法，其特征在于，在鉆孔期間監(jiān)視每個鉆孔單元的操作，并且基于鉆孔期間的監(jiān)視更新控制單元中的鉆孔序列。
按照本發(fā)明的鉆巖設備，其特征在于，布置控制單元，用于在鉆孔期間監(jiān)視每個鉆孔單元的操作以及基于鉆孔期間的監(jiān)視更新控制單元中的鉆孔序列。
按照本發(fā)明的計算機程序，其特征在于，計算機程序致使控制單元監(jiān)視在鉆巖設備鉆孔期間監(jiān)視鉆巖裝置的操作，并且致使控制單元基于鉆孔期間的監(jiān)視更新鉆孔序列。
本發(fā)明的一個本質(zhì)思想是，監(jiān)視鉆孔期間鉆巖設備的每個鉆孔單元。基于監(jiān)視期間所獲得的信息，更新設備的控制單元中根據(jù)鉆孔計劃和鉆孔參數(shù)形成的鉆孔序列。本發(fā)明的優(yōu)點是，控制系統(tǒng)能夠考慮到鉆孔期間鉆孔條件、控制參數(shù)或者鉆孔工具發(fā)生的變化，如果需要，也能夠按照改變的情況更新鉆孔序列。
本發(fā)明的一個本質(zhì)思想是，鉆孔序列以給定的時間間隔更新。例如，更新時機選為在某些測量或特定時期之后發(fā)生。
本發(fā)明的一個本質(zhì)思想是，鉆巖設備中的每個鉆孔單元完成不同的操作所花的時間都被測量。從而，控制單元記錄其所花的總時間，例如移動鉆孔單元，更換鉆桿或鉆頭，鉆一個擴大孔，以及按照鉆孔計劃的鉆孔所消耗的時間和每一單獨操作的持續(xù)時間。此外，控制單元測量每個鉆孔單元的鉆透率，據(jù)此估計其鉆孔所花的時間。控制單元根據(jù)不同操作所花的時間以及鉆透率，更新鉆孔序列。此外，鉆透率可獲得關于所鉆巖石的有價值的信息。因此，控制系統(tǒng)能觀測到鉆孔對象不同位置上的所鉆巖石的性質(zhì)，并相應地更新鉆孔序列。例如，系統(tǒng)也觀測到由鉆孔參數(shù)、鉆頭狀態(tài)以及不同鉆孔單元鉆透率中鉆孔單元的個體差異所造成的差別。
本發(fā)明的一個本質(zhì)思想是，在控制單元中以預定的時間間隔估算完成鉆孔序列的時間以及總的鉆孔時間。在每次更新序列時進行計算會更準確。由于計算以實際測量結(jié)果為基礎，能夠在鉆孔完成之前準確地預計其完成時間，因此，工作的隨后階段能夠比以前更好地控制和準備。此外，一輪鉆孔序列和由此確定的與不同測量值相聯(lián)系的信息，例如不同操作的消耗時間以及鉆透率，能夠使用于挖掘過程進一步的開發(fā)中。
本發(fā)明的一個本質(zhì)思想是，通過在鉆巖設備所使用的鉆孔單元中，盡可能均勻地安排按照鉆孔序列的鉆孔操作，從而最小化用于一輪鉆孔(例如為隧道鉆孔時)的總時間?？刂茊卧峙涔ぷ鞯姆绞绞?，在每一更新輪回之后，每個鉆孔單元所剩的操作時間至少大致相等。此外，控制單元往往最小化其它操作的消耗時間，而不是鉆孔，例如通過最小化鉆臂的轉(zhuǎn)移和等待時間。在最佳情形下，所有鉆孔單元在同一時刻完成其工作，由此沒有不必要的中止和等待發(fā)生。本發(fā)明的優(yōu)點是，由于鉆孔單元的使用達到可能的最佳效果，鉆孔所耗的時間縮短。意味著，工作能更快速地執(zhí)行，并且成本效率提高。而且，在總的工作周期中，鉆巖中各種變化的影響能夠最小化。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是，也考慮鉆孔單元可能的中止以及其它中止。當鉆孔序列更新時，在其它可用的鉆孔單元中盡可能均勻地重新分配損壞的鉆孔單元的工作。此外，如果一個鉆孔單元在一個鉆孔周期中能夠重復使用，所述鉆孔單元在鉆孔序列隨后更新的時候，具有要執(zhí)行的操作。
本發(fā)明還有另一個優(yōu)點是，當培訓新操作員時，由控制單元形成和更新的控制序列能作為輔助手段使用。由于當前手動設備的控制大大減少，操作員不要求具有豐富的經(jīng)驗。不同操作員之間鉆孔效率的差別也減少。
附圖簡述本發(fā)明在附圖中詳盡地說明，圖中

圖1示意性地顯示按照本發(fā)明鉆巖設備的側(cè)視圖；圖2示意性地顯示一個隧道的鉆孔計劃；圖3示意性地顯示由控制單元形成的鉆孔序列，以完成按照圖2的鉆孔計劃；圖4示意性地顯示用于隧道和一輪次的鉆孔的側(cè)視圖；圖5示意性地顯示包含在控制單元中的顯示單元；以及，圖6示意性地顯示第二顯示單元。
本發(fā)明在圖中被簡化。為清楚起見，對于相同部件使用相同的參考標號。
發(fā)明詳述圖1顯示一個鉆巖設備，包括基座1，動力機構(gòu)2，控制室3，該情況下至少有三個鉆臂4，能夠關于基座運動。每個鉆臂4的自由端包含進給梁5，鉆巖按可移動的方式布置在其上。在本應用中，由鉆臂、進給梁、進料裝置以及鉆巖組成的機構(gòu)稱為鉆孔單元7。為清楚起見，圖1未顯示鉆孔所需的輔助設備，例如與更換鉆桿8和鉆頭9相聯(lián)系的設備。鉆巖設備還包括一個控制單元10，布置在基座1上，優(yōu)選地布置在與鉆巖設備的控制相關的工作平面上。例如，位置信息使用布置在鉆孔單元上的傳感器11傳送到控制單元10。此外，為控制鉆孔單元，控制命令沿控制線12從控制單元傳送。鉆巖設備可以是自動的，在這種情況中，控制單元控制鉆孔單元7a-7c。另一種方式，通過從控制單元獲得的信息，使用鉆巖設備的控制手動控制鉆孔單元?？刂茊卧且环N可處理其輸入數(shù)據(jù)的設備。典型地，控制單元是臺計算機，其處理器中要執(zhí)行的計算程序形成鉆孔序列并更新鉆孔序列。能從控制單元的內(nèi)存儲器中載入程序代碼，或從分離的外存儲器中傳輸代碼，例如光盤。程序代碼也能通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡傳輸，例如，通過將裝置連接到互聯(lián)網(wǎng)上。也有可能使用硬件來執(zhí)行，或者使用硬件與軟件相結(jié)合的解決方案。
圖2顯示鉆孔計劃，在隧道的背墻上指示按照一輪次的鉆孔的位置。鉆孔計劃經(jīng)常是三維模型，在開始鉆孔之前預先計劃。制訂鉆孔計劃時，至少必須考慮隧道大小、巖石類型和巖石質(zhì)量以及爆破的技術事務。例如，鉆孔計劃中確定形成隧道外形的外形孔13的數(shù)目，還確定擴大孔14以及生成孔的數(shù)目和位置。此外，在鉆孔計劃中確定每個孔的大小，例如其直徑和長度，以及關于隧道中心線的孔的方向。例如，外形孔13通常指向斜離隧道中心線的方向(其作為已知視角)。在該情形下，從側(cè)面看見的該輪次有點像個錐體。
圖3顯示按照根據(jù)圖2的鉆孔計劃所制定的鉆孔序列。指定的鉆孔序列用于包含三個鉆孔單元的鉆巖設備。圖3中，非中斷線顯示第一鉆孔單元7a的路徑，虛線顯示第二鉆孔單元7b的路徑，細實線顯示第三鉆孔單元7c的路徑。此外，參考標注16a顯示第一鉆孔單元7a的開始孔，參考標注17a顯示最后一個孔。兩個其它鉆孔單元的開始孔16b和16c以及最后孔17a和17b按照相同的方式顯示。在最初的鉆孔序列中，對于第一鉆孔單元7a和第三鉆孔單元7c定義了52個鉆孔。由于擴大孔具有更大的直徑，從而對于第二鉆孔單元7b定義更長的鉆孔時間，第二鉆孔單元7b中孔的數(shù)目少于其它兩個鉆孔單元。當開始一輪鉆孔時，初始化按照圖3控制單元中的鉆孔序列的執(zhí)行。按照本發(fā)明的思想，鉆孔序列是變化的，例如，當巖石類型鉆孔單元7c的部分比其它兩個鉆孔單元的部分出乎意料地堅硬時。圖3粗線18是巖石類型的區(qū)分線。當考慮到硬巖石時，由于鉆孔單元的鉆透率更小，鉆孔序列在更新期間修改，使得對于第三鉆孔單元7c定義的仍未鉆的孔按照第二或第三鉆孔單元的情況進行分配。
圖4是顯示與一輪鉆孔19相聯(lián)系的孔的側(cè)視圖。除了外形孔13和生成孔15之外，典型地，偶爾鉆一個或多個取樣孔20，據(jù)此確定隧道前進方向巖石的質(zhì)量。例如，取樣孔能夠獲得巖石類型的信息以及是否必須鉆注射孔，以在一輪鉆孔之前用混凝土密封巖石。由于這樣的取樣孔明顯地比外形孔和生成孔延伸得更遠，鉆取樣孔自然需要更長的時間，鉆巖設備的控制系統(tǒng)在形成鉆孔序列的時候考慮了該情況。此外，當更新鉆孔序列時，也考慮通過取樣孔獲得的關于巖石類型的信息。另外，當要挖掘的巖石是碎巖時，隧道必須由巖石螺栓等加固。因此，橫向孔21鉆入隧道頂面和墻壁內(nèi)。在鉆孔序列中也考慮鉆這種螺栓孔。
圖4中，虛線顯示該輪次19，例如，當實現(xiàn)爆炸時從巖石上脫離的部分。如圖所示，巖石物料未沿孔13、15的底部松動，因此鉆孔的深度必須形成比本輪次計劃的長度稍微更長的尺寸。當隨后的輪次開鉆時，由于安全和鉆孔技術的原因，新的鉆孔位置與以前輪次的鉆孔相比必須有些不同。如果操作員決定在一個鉆孔周期中鉆更多的孔，例如，由于巖石不良的分離性質(zhì)或者巖石結(jié)構(gòu)的損壞的緣故，控制系統(tǒng)觀測這種改變，制于隨后更新的控制序列中。
圖5顯示連接在控制單元上的顯示單元22，其顯示屏23指示鉆巖設備的操作員已鉆和未鉆的鉆孔。顯示單元22還包括鍵盤24，用于輸入數(shù)據(jù)；控制鍵25，用于在顯示屏上移動光標；以及，數(shù)據(jù)傳輸器26，用以在鉆巖設備和諸如控制室這樣的外部單元之間傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸可采用有線或無線方式。此外，數(shù)據(jù)傳輸器26可以是讀出設備，讀出數(shù)據(jù)存儲到軟盤這樣分離的記憶裝置。因此，鉆孔計劃和鉆孔參數(shù)能輸入控制單元，然后，當監(jiān)視鉆孔單元時，例如監(jiān)視更新的鉆孔序列和以及鉆透率時，所收集的數(shù)據(jù)也能從控制單元傳輸?shù)叫枰玫钠渌胤健?br> 如圖5所示，顯示屏23可指示操作員控制單元中算出的最佳鉆孔序列。實際中，這意味著顯示屏指示每個鉆孔單元下一個要鉆的孔。顯示屏上提供的信息在鉆孔序列更新的同時也更新。如果操作員由于某些原因按照與控制系統(tǒng)的建議序列偏離的方式指引鉆孔單元7，控制系統(tǒng)將在隨后更新的鉆孔序列中考慮由操作員完成的測量值。
圖6中，手動鉆巖設備中控制單元10的顯示單元22指示操作員每個鉆孔單元7a-7c未鉆孔的數(shù)目。因此，操作員能夠基于所獲信息確定每個鉆孔單元的鉆孔序列。
附圖和與之聯(lián)系的說明書僅僅是為了闡明本發(fā)明的思想。本發(fā)明的細節(jié)可在權利要求的范圍內(nèi)變化。因此，盡管本發(fā)明使用隧道挖掘作為例子，但是本發(fā)明也可適用于其它鉆孔情形。
權利要求
1.一種控制鉆巖設備鉆孔序列的方法，該設備包括基座(1)，至少一個布置在所述基座上的鉆孔單元(7)，該鉆孔單元包括一個鉆臂(4)，一個與所述鉆臂(4)和巖鉆(6)相連的進給梁(5)，所述巖鉆能相對于進給梁(5)運動；所述鉆巖設備還包括一個控制單元(10)；而所述控制方法包括在鉆孔之前，以計劃的鉆孔(13，14，15，20，21)的數(shù)目、位置和大小為基礎形成鉆孔計劃，并將與鉆孔控制相聯(lián)系的鉆孔參數(shù)和鉆孔計劃一起存儲到控制單元(10)的存儲器中；以鉆孔計劃和鉆孔參數(shù)為基礎在控制單元(10)中形成鉆孔序列，確定孔(13，14，15，20，21)的鉆孔順序并選定每個孔的鉆孔單元(7)；以及按照所述鉆孔序列在巖石上鉆探鉆孔計劃中所確定的鉆孔(13，14，15，20，21)，其特征在于，在鉆孔期間監(jiān)視每個鉆孔單元(7)的運行，以及基于鉆孔期間的監(jiān)視更新控制單元(10)中的鉆孔序列。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在鉆孔期間鉆孔序列以給定的時間間隔更新。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，對于每個鉆孔序列(7)測量按照鉆孔序列完成不同的操作所花的時間以及鉆孔的鉆透率，并以測量結(jié)果為基礎更新控制單元(10)中的鉆孔序列。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于，以測量結(jié)果為基礎估算鉆孔序列的總持續(xù)時間。
5.如前述任一權利要求所述的方法，其特征在于，以對可利用的鉆孔單元(7)的監(jiān)視為基礎進行最優(yōu)地計算從而劃分出鉆孔計劃中仍未鉆探的孔，其方式是，每個可利用的鉆孔單元(7)中剩余操作的總持續(xù)時間大致相等。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，用手動鉆巖設備中控制單元(10)的顯示單元(22)向操作員指示每個鉆孔單元(7)剩余未鉆孔的數(shù)目。
7.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于，手動鉆巖設備中控制單元(10)的顯示單元(22)用于向操作員指示剩余未鉆孔的最佳鉆孔順序，以及鉆每個孔所使用的鉆孔單元(7)。
8.如權利要求5所述的方法，其特征在于，鉆巖設備的鉆孔周期利用形成于控制單元(10)中的鉆孔序列自動控制。
9.如前述任一權利要求所述的方法，其特征在于，更新的鉆孔序列存儲在控制單元(19)中，當形成新的鉆孔序列時考慮存儲的鉆孔序列。
10.一種鉆巖設備，包括基座(1)，至少一個布置在所述基座上的鉆孔單元(7)，鉆孔單元包括一個鉆臂(4)，一個與所述鉆臂(4)和巖鉆(6)相連的進給梁(5)，所述巖鉆能相對于進給梁(5)運動；所述鉆巖設備還包括一個控制單元(10)，用于以鉆孔計劃和鉆孔參數(shù)為基礎為所述鉆孔計劃的鉆孔(13，14，15，20，21)形成鉆孔序列，其特征在于，控制單元(10)用于監(jiān)視每個鉆孔單元(7)在鉆孔期間的操作，并以監(jiān)視為基礎更新控制單元(10)中的鉆孔序列。
11.如權利要求10所述的鉆巖設備，其特征在于，控制單元(10)用于測量所述鉆孔序列的不同操作所使用的時間以及鉆孔的鉆透率。
12.如權利要求10所述的鉆巖設備，其特征在于，控制單元(10)按照鉆孔計劃從可利用的鉆孔單元(7)中劃分出仍未鉆的孔，其方式是，每個可利用的鉆孔單元(7)中剩余操作的總的持續(xù)時間大致相等。
13.一個計算機程序，包括程序代碼，在鉆巖設備控制單元(10)的處理器中執(zhí)行，致使控制單元(10)以鉆孔計劃和輸入到控制單元(10)的鉆孔參數(shù)為基礎形成鉆孔序列，該鉆孔序列中要鉆的孔(13，14，15，20，21)的鉆孔順序以及要使用的鉆孔單元(7)被確定，其特征在于，所述計算機程序致使控制單元(10)在鉆巖設備鉆孔期間監(jiān)視鉆巖裝置的操作，并且致使控制單元(10)基于鉆孔期間的監(jiān)視更新鉆孔序列。
14.如權利要求13所述的計算機程序，其特征在于，所述計算機程序致使控制單元在鉆孔期間以預定的時間間隔更新鉆孔序列。
15.如權利要求13或14所述的計算機程序，其特征在于，計算機程序致使控制單元(10)測量每個鉆孔單元(7)的鉆孔序列的不同操作所使用的時間，并測量鉆孔的鉆透率，也以測量結(jié)果為基礎更新鉆孔序列。
16.如權利要求13-15所述的計算機程序，其特征在于，計算機程序使得控制單元(10)以測量結(jié)果為基礎估算鉆孔序列的總持續(xù)時間。
17.如權利要求16所述的計算機程序，其特征在于，控制程序致使控制單元(10)以對可利用的鉆孔單元(7)的監(jiān)視為基礎進行計算，從而劃分出鉆孔計劃中仍未鉆的孔，其方式是，每個可利用的鉆孔單元(7)中剩余操作的持續(xù)時間大致相等。
18.如權利要求17所述的計算機程序，其特征在于，計算機程序致使控制單元(10)使用鉆孔序列自動地控制鉆巖設備的鉆孔周期。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制鉆巖設備鉆孔周期的方法和計算機程序，以及一種鉆巖設備。按照本發(fā)明，在鉆孔期間，鉆巖設備中的每個鉆孔單元(7)都受到監(jiān)視并且鉆巖設備中控制單元(10)的鉆孔序列以預定的時間間隔更新。鉆孔的總時間以及不同操作所消耗的時間能被記錄下來。此外，按照一個實施例，如果在鉆孔期間發(fā)生鉆孔狀態(tài)發(fā)生變化，鉆孔序列在更新時改變。
文檔編號E21C35/08GK1599836SQ02824012
公開日2005年3月23日 申請日期2002年12月3日 優(yōu)先權日2001年12月3日
發(fā)明者佩爾蒂·科伊武寧, 佩卡·薩爾米寧 申請人:山特維克坦羅克有限公司