專利名稱：一種在巖石上鉆孔的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用鉆孔設(shè)備在巖石上鉆孔的方法，該設(shè)備包括一個可繞鉸鏈轉(zhuǎn)動的鉆梁;一個安裝在鉆梁端部的進(jìn)給臂，該進(jìn)給臂可繞鉸鏈相對鉆梁轉(zhuǎn)動和沿其縱向相對鉆梁移動;一個平行于進(jìn)給臂并可沿縱向相對進(jìn)給臂移動的其上裝有一個鉆頭的鉆桿;在每一鉸鏈上設(shè)有角度檢測器，用以測量所述各鉸鏈的轉(zhuǎn)角;用以測量進(jìn)給臂相對鉆梁端部的縱向位置和用以測量鉆桿相對于進(jìn)給臂的縱向位置的檢測器;以及與上述各檢測器相連的控制鉆梁和進(jìn)給臂的運(yùn)動和鉆進(jìn)過程的控制裝置。在該方法中，為使鉆孔的末端可以基本定位在巖石內(nèi)的要求點(diǎn)上，鉆桿用使鉆梁和/或使進(jìn)給臂繞鉸鏈轉(zhuǎn)動的辦法取向，使之與計(jì)劃鉆孔的方向同心，使進(jìn)給臂朝巖石移動，直至與巖石表面接觸后，即可在預(yù)定點(diǎn)開始鉆進(jìn)過程，之后鉆桿向前進(jìn)給，連續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)直至鉆孔終端基本達(dá)到預(yù)定點(diǎn)，在鉆進(jìn)過程中，所有鉸鏈以及進(jìn)給臂的縱向位置均被鎖定基本不動。
本發(fā)明還涉及一種用鉆孔設(shè)備實(shí)施鉆孔方法的裝置，它具有一個通過動力裝置可繞鉸鏈轉(zhuǎn)動的鉆梁，一個安裝在鉆梁端部的通過動力裝置可繞鉸鏈相對鉆梁轉(zhuǎn)動和縱向移動的進(jìn)給臂，一個平行于進(jìn)給臂并可沿縱向相對進(jìn)給臂移動的其上裝有一個鉆頭的鉆桿，每個鉸鏈上設(shè)有測量所述各鉸鏈轉(zhuǎn)角的角度檢測器，用以測量進(jìn)給臂相對鉆梁端部的縱向位置和鉆桿相對進(jìn)給臂的縱向位置的檢測器，以及與上述各檢測器相聯(lián)的控制鉆梁和進(jìn)給臂運(yùn)動和鉆進(jìn)過程的控制裝置，在鉆進(jìn)過程中，所有鉸鏈以及進(jìn)給臂的縱向位置均被鎖定基本不動。
開始在巖石上鉆孔時，在孔形成前鉆頭經(jīng)常從原定接觸點(diǎn)在巖石表面上向側(cè)面打滑。這是因?yàn)閹r石表面總是不平并向多個方向傾斜，在進(jìn)給力和旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)作用下會出現(xiàn)使鉆頭向側(cè)向轉(zhuǎn)彎的分力。該分力使鉆梁、進(jìn)給臂和鉆桿彎曲。這又引起繼續(xù)鉆進(jìn)時鉆桿與原定鉆進(jìn)方向成某個角度，并偏離某個距離。這樣鉆出的孔就不在原定位置，在爆破時就降低了巖石的劈裂程度，可能會增加不必要的開挖量。這種現(xiàn)象是非常不利的，尤其在當(dāng)代隧道之類的開挖時更是如此，因?yàn)檫@些工程要求高精度和高效率。因此，這種情況應(yīng)盡量避免。
為使鉆桿保持在預(yù)定方向，英國公開說明書2103969提出了一種所謂鉆孔設(shè)備每一構(gòu)件(例如鉆梁和進(jìn)給臂)的剛性系數(shù)法。每一鉸鏈的角度值作為鉆桿進(jìn)給力的因素進(jìn)行修正，以保持鉆桿在其原定位置上。但這種解決辦法不能考慮每個方向鉆桿沿巖石表面的側(cè)向位移，因而不能補(bǔ)償這種位移帶來的不準(zhǔn)確的取向和定位。
美國專利說明書3724559也公開了一種解決方案，其中由于進(jìn)給力產(chǎn)生的鉆梁的彎曲和鉆桿的總彎曲用特殊的測量儀器檢測，該測量儀器控制鉆梁的轉(zhuǎn)彎以使鉆桿在整個鉆進(jìn)過程中基本保持筆直。但這種方案中仍未考慮側(cè)向位移引起的誤差，因而該誤差仍不能得到補(bǔ)償。
美國專利說明書3791460和4343367也提出了一種技術(shù)指導(dǎo)如何自動使巖石鉆進(jìn)設(shè)備的鉆梁系統(tǒng)定向，以在鉆進(jìn)開始時將鉆桿引導(dǎo)到正確位置。但它仍未提出如何修正由于鉆桿側(cè)向位移引起的誤差和偏離的辦法。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種方法和裝置，其中鉆桿相對巖石表面的位移和鉆梁彎曲引起的誤差作了考慮和補(bǔ)償，這樣鉆孔的末端可以定位在預(yù)定點(diǎn)上。本發(fā)明的方法的特征是先預(yù)鉆出一定長度的孔，使鉆頭可以停留其中，基本上不能相對巖石表面移動;然后放松鉆梁和進(jìn)給臂間所需的數(shù)量的鉸鏈和/或進(jìn)給臂的縱方向，使鉆梁和進(jìn)給臂處于自由狀態(tài)，基本上沒有應(yīng)力，而讓鉆頭仍位于預(yù)鉆孔內(nèi);測量放松后的上述鉸鏈和/或放松進(jìn)給臂的無應(yīng)力位置;在無應(yīng)力的基礎(chǔ)上計(jì)算鉆梁和進(jìn)給臂的維度，鉆桿從預(yù)鉆孔的實(shí)際位置的進(jìn)給長度，以及完成從預(yù)鉆孔到原定孔終點(diǎn)鉆孔所需的方向;使鉆桿按計(jì)算出的方向取向，同時通過鉆梁和/或進(jìn)給臂繞鉸鏈轉(zhuǎn)動，和/或通過縱向移動進(jìn)給臂的方法，使鉆頭保留在預(yù)鉆孔中，然后鉆進(jìn)過程即可連續(xù)進(jìn)行，直至達(dá)到要求的鉆孔終點(diǎn)。
本發(fā)明的基本構(gòu)思在于先在巖石上鉆出一個預(yù)鉆孔，而不考慮鉆頭是否相對預(yù)定鉆孔點(diǎn)在巖石表面上產(chǎn)生了偏移。形成的鉆孔然后用作校驗(yàn)點(diǎn)，其位置是用放松鉆梁和進(jìn)給臂間的鉸鏈的辦法確定的，讓鉆頭保留在預(yù)鉆孔中，使鉆梁和進(jìn)給臂伸成基本筆直，同時繞所述鉸鏈轉(zhuǎn)動。這樣鉆梁和進(jìn)給臂的相互位置就可用檢測鉸鏈角度的檢測器測出，在此基礎(chǔ)上預(yù)鉆孔的實(shí)際位置就可用已得出的鉆梁的維度以及或許還有進(jìn)給臂的縱向位移和鉆桿的進(jìn)給運(yùn)動長度計(jì)算出來。在算出的預(yù)鉆孔位置的基礎(chǔ)上又可進(jìn)一步算出鉆孔須自預(yù)鉆孔的那個方向進(jìn)行鉆進(jìn)，以及應(yīng)鉆多深其末端才能達(dá)到原定的位置。本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)在于鉆孔可以定位得盡可能精確地滿足爆破要求，這樣開挖工作也可做到精確而有效。由于鉆孔的進(jìn)口端位置對爆破毫不重要，炸藥是裝填在鉆孔的底部，這樣獲得的爆破精度較之以往顯著改善。這是因?yàn)楝F(xiàn)有技術(shù)的解決辦法中鉆孔的進(jìn)口端雖然靠近預(yù)定的進(jìn)口端，但實(shí)際鉆孔的末端卻偏離預(yù)定末端相當(dāng)大的距離。本發(fā)明的另一個優(yōu)點(diǎn)是，最終的結(jié)果幾乎只靠控制和測量裝置就可獲得，昂貴的修整和投資一點(diǎn)都不需要了。
本發(fā)明的裝置的特點(diǎn)在于它還具有放松至少鉆梁和進(jìn)給臂之間鉸鏈和/或進(jìn)給臂的縱向方向的裝置，這樣它們就可自由運(yùn)動。
這種裝置的基本構(gòu)思是，與現(xiàn)有技術(shù)不同，在每個鉸鏈或移動裝置上均設(shè)有動力裝置，這些鉸鏈或移動裝置從鉸鏈兩端將鉆梁各部分或鉆梁和進(jìn)給臂聯(lián)接起來，或者相應(yīng)地在移動裝置上還設(shè)有進(jìn)給臂支架，以在正常狀態(tài)時動力裝置是可不動的，相應(yīng)地每個鉸鏈和進(jìn)給臂也是剛性的不可動的，然而各鉸鏈和移動裝置又可以松開，用聯(lián)接的動力裝置使它們轉(zhuǎn)動和自由運(yùn)動，這樣它們又是運(yùn)動自如的。以這樣的方式使進(jìn)給臂和鉆梁基本上在無應(yīng)力的情況下處于靜止?fàn)顟B(tài)，作用在其上的只有重力。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)在于它采用現(xiàn)有設(shè)備，極大地擴(kuò)大了它們的功能;只需增加少數(shù)元件就能進(jìn)行迅速鉆進(jìn)，用這樣的方式鉆孔的末端就可以定位在原定點(diǎn)上。
本發(fā)明將結(jié)合附圖作詳細(xì)敘述，其中

圖1a-1d為實(shí)施本發(fā)明的方法的示意圖;
圖2～3為鉆梁和裝在其上的進(jìn)給臂，以及所具有的鉸鏈和移動裝置的較詳細(xì)的示意圖，用以說明實(shí)施該方法;
圖4所示為放松用液壓回路，在鉆梁系統(tǒng)中設(shè)有一個液壓動力裝置，各鉸鏈的液壓缸可以卸壓，這樣它們就可按本發(fā)明的要求自由運(yùn)動。
圖1a為裝在鉆孔設(shè)備運(yùn)載機(jī)1上的鉆梁2的示意圖，鉆梁可繞鉸鏈3相對運(yùn)載機(jī)1轉(zhuǎn)動。進(jìn)給臂5裝在鉆梁2的另一端，可繞鉸鏈4轉(zhuǎn)動，鉆進(jìn)機(jī)和帶有鉆頭(圖上末示)的鉆桿可沿進(jìn)給臂移動。開始鉆進(jìn)時，鉆梁2繞鉸鏈3進(jìn)給臂繞鉸鏈4轉(zhuǎn)動，直至進(jìn)給臂5與要鉆的孔平行，即與從A至B的連線La平行，鉆桿基本與La線同心。在這一步驟，進(jìn)給臂5和鉆梁2間形成夾角α1，鉆梁2和運(yùn)載機(jī)1間形成夾角β1。然后進(jìn)給臂5用裝在進(jìn)給臂5和鉸鏈4間的移動裝置(未示)沿其縱向向前移動，直至進(jìn)給臂5的前端與巖石6的表面相接觸。如果巖石6的表面如圖1a-1d所示那樣是傾斜的，進(jìn)給力和鉆進(jìn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動將引起鉆桿端部的鉆頭沿巖石表面移動到某一點(diǎn)，在該點(diǎn)處側(cè)向移動力和由于鉆梁2和進(jìn)給臂5彎曲產(chǎn)生的朝相反方向的力相互平衡。在鉆頭朝側(cè)向移動的同時，移動裝置進(jìn)一步推動進(jìn)給臂5使它可以盡可能穩(wěn)定地定位在巖石6上某個位置。側(cè)向移動結(jié)束后，鉆頭定位在C點(diǎn)，鉆梁2和進(jìn)給臂5從A點(diǎn)向C點(diǎn)彎曲，這可從圖1b清楚看出。為清楚起見，鉆梁2和進(jìn)給臂5的彎曲和移動情況在圖1a-1d中是夸張表示出的。在這一步驟，角α1和β1與開始時一樣大，偏斜僅由鉆梁2和進(jìn)給臂5的彎曲產(chǎn)生。鉆頭的側(cè)向運(yùn)動結(jié)束后，正常的鉆進(jìn)過程就開始了，鉆頭在C點(diǎn)鉆入巖石，鉆桿沿平行于從C至D的連線Lb的方向延伸。如果仍按通常的辦法繼續(xù)鉆進(jìn)，鉆孔將在C點(diǎn)和D點(diǎn)間形成，D點(diǎn)處的鉆孔末端就會顯著偏離原定位置B點(diǎn)。
按照本發(fā)明，鉆頭鉆進(jìn)巖石6到它不能沿巖石6表面?zhèn)认蚧瑒拥某潭戎?，鉆梁2和進(jìn)給臂5之間的鉸鏈4就被放松，使它可以自由運(yùn)動。從而鉆梁2和進(jìn)給臂5處于圖1c所示的位置，為此，鉆進(jìn)過程應(yīng)當(dāng)中止，可以通過例如停止鉆桿沿進(jìn)給臂進(jìn)給的辦法或即停止其進(jìn)給運(yùn)動又停止其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的辦法達(dá)到這一目的。進(jìn)給臂5和鉆桿從而分別都較上述步驟相對原定鉆進(jìn)位置更傾斜，鉆桿的方向變成從C點(diǎn)沿Lc線到E點(diǎn)。鉆梁2和進(jìn)給臂5處于自由位置后，鉆梁2與運(yùn)載機(jī)1間的夾角仍為β1，而進(jìn)給臂5與鉆梁2間的夾角卻與原來數(shù)值不同，成為α2。鉸鏈4的實(shí)際轉(zhuǎn)角α2這時可用鉸鏈4的檢測器測出，而鉆梁2和進(jìn)給臂5基本處于無應(yīng)力狀態(tài)。類似地，進(jìn)給臂5相對鉆梁2端部的位置可用連接在進(jìn)給臂5的移動裝置上的檢測器測量出。C點(diǎn)(即鉆孔的起始點(diǎn))的位置，這時就可用已知的鉆臂系統(tǒng)和進(jìn)給臂的幾何條件和維度計(jì)算出來。這可簡單地用鉆進(jìn)設(shè)備的用于控制鉆梁系統(tǒng)和總的鉆進(jìn)過程的微處理機(jī)進(jìn)行計(jì)算。
計(jì)算出C點(diǎn)的位置后，相應(yīng)地還可簡單地用該微處理機(jī)計(jì)算出從C點(diǎn)到B點(diǎn)的鉆孔的正確方向，以滿足使鉆孔末端基本位于原定的B點(diǎn)的要求。同對從C點(diǎn)到B點(diǎn)的鉆孔長度也可計(jì)算出來。之后，進(jìn)給臂5要重新取向，這可通過使鉆梁2繞鉸鏈3相對運(yùn)載機(jī)1轉(zhuǎn)動至夾角β2和使進(jìn)給臂5繞鉸鏈4相對鉆梁2端部轉(zhuǎn)動至夾角α3的辦法實(shí)現(xiàn)，同時鉆頭應(yīng)始終保持在C點(diǎn)處的預(yù)鉆孔內(nèi)。進(jìn)給臂5這樣就可得到定向，使鉆桿朝平行C點(diǎn)和B點(diǎn)間連線Ld的方向延伸，并沿縱向推動進(jìn)給臂5，使它與巖石6的表面接觸，然后鉆成從C點(diǎn)到B點(diǎn)的最終孔。
在圖1a-1d中，本發(fā)明的方法為清楚起見只對單個平面的情況作了說明。因此鉆梁2和進(jìn)給臂5賴以轉(zhuǎn)動的各鉸鏈，各圖中僅畫出垂直該平面的情況。然后，用于三維的場合也是可能的，這時需使用兩個互相相交的平面內(nèi)的角度和長度，最好是兩個相互垂直的平面，以檢測本身在不同方向是已知的鉆梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)動和變化。因而鉆梁2和進(jìn)給臂5都可繞垂直兩個平面的鉸鏈轉(zhuǎn)動。相應(yīng)地，預(yù)鉆孔的角度測量和計(jì)算，以及需鉆孔的方向和距離可參照兩個平面進(jìn)行，這樣鉆孔將按三維座標(biāo)系確定，使這種決定與實(shí)際情況相符。
圖2和圖3所示是巖石鉆孔設(shè)備的一種典型鉆梁，其中鉆梁2安裝在運(yùn)載機(jī)1上，以便能通過動力裝置7繞鉸鏈3轉(zhuǎn)動，和通過動力裝置9繞鉸鏈8轉(zhuǎn)動。進(jìn)給臂5安裝在鉆梁2的另一端，以便通過動力裝置10繞鉸鏈4轉(zhuǎn)動，和通過動力裝置12繞鉸鏈11轉(zhuǎn)動。在進(jìn)給臂5和鉸鏈11之間設(shè)置了支架13，進(jìn)給臂5通過動力裝置14可沿支架13縱向位移。在進(jìn)給臂上設(shè)有一個鉆進(jìn)機(jī)15和鉆桿17，鉆桿17從鉆進(jìn)機(jī)開始延伸穿過位于進(jìn)給臂前端的定心器16，端部裝有鉆頭18。鉆梁2或許還具有稱作快動機(jī)構(gòu)的裝置，使鉆梁2沿其縱向伸長。這種裝置本身是公知的，因而未作更詳細(xì)的描述。
當(dāng)用圖2和圖3所示的裝置實(shí)施本發(fā)明的方法時，鉆梁2可繞鉸鏈3和8轉(zhuǎn)動，進(jìn)給臂5可繞鉸鏈4和11轉(zhuǎn)動，以這樣的方式使進(jìn)給臂5定位后鉆桿17與具有預(yù)定方向和長度的打算要鉆的孔平行并基本同軸。在這一步驟，鉸鏈4和8在開機(jī)后是鎖定基本不動的，因?yàn)閯恿ρb置10和12的停止閥以本身公知的方式阻止液壓流從一個缸腔進(jìn)入另一缸腔。由于流體的不可壓縮性，各活塞在其縱向基本是不能動的。原則上，進(jìn)給臂僅由于材料的回彈性可能繞鉸鏈有一點(diǎn)轉(zhuǎn)動，但這對本發(fā)明來說是基本沒有影響的。之后，進(jìn)給臂5用移動裝置14沿其縱向相對支架13向前移動，使進(jìn)給臂5的前端與巖石壁接觸，讓鉆頭18基本定位在所要求的開始鉆孔的點(diǎn)上。然后開始鉆進(jìn)，進(jìn)給臂5和鉆梁2變彎，鉆頭沿巖石6表面移動。如有必要，進(jìn)給臂5可沿其縱向連續(xù)推進(jìn)，這樣它也趨于沿巖石6表面移動，而鉆頭18則向側(cè)向移動，直至這種側(cè)向位移結(jié)束為止，這時鉆頭18穿入巖石6，從而形成預(yù)鉆孔。然后，最好中止鉆進(jìn)，讓鉆桿17沿進(jìn)給臂5的進(jìn)給運(yùn)動停下來，或讓鉆桿17的進(jìn)給運(yùn)動和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動都中止。這兩種情況都意味著作用在鉆桿17上的進(jìn)給力解除了。然后鉸鏈4和11的動力裝置10和12(壓力流體缸，特別是液壓缸)被連通，使壓力流體可自由地從一個缸室流到另一缸室，這樣由鉆梁2和進(jìn)給臂5彎曲產(chǎn)生的應(yīng)力引起的力的作用下各活塞可以自由移動，直至鉆梁2和進(jìn)給臂5基本處于無應(yīng)力狀態(tài)。鉸鏈3、8、4和11上，進(jìn)給臂的移動裝置，以及可能設(shè)置在鉆梁2內(nèi)的縱向移動裝置上均沒有檢測器，以它們觀察它們的運(yùn)動。這些檢測器顯示出各個角度和縱向位移，在此基礎(chǔ)上進(jìn)給臂5和鉆桿17的方向和位置可以分別確定。由于在計(jì)算階段記錄在鉆孔設(shè)備的微處理機(jī)中的與鉆孔有關(guān)的座標(biāo)和方向數(shù)據(jù)是微處理機(jī)控制鉆梁2和進(jìn)給臂5進(jìn)到開始鉆進(jìn)的起始位置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，這就有可能在釋放動力裝置10和12后所獲得的角度的基礎(chǔ)上確定已形成的預(yù)鉆孔是在什么位置。此外，在這個孔的位置數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上又可算出新鉆孔的方向和長度。然后，鉆梁2在動力裝置7和9作用下繞鉸鏈3和8轉(zhuǎn)動，進(jìn)給臂5在動力裝置10和12作用下繞鉸鏈4和11轉(zhuǎn)動，同時，如有必要，進(jìn)給臂5還用移動裝置14作縱向移動，鉆梁或許借助圖上未示的縱向移動裝置進(jìn)行延伸，使鉆頭18總是留在鉆好的預(yù)鉆孔中。鉆桿17重新取向以與重新計(jì)算出的孔平行之后，這時鉆頭18已定位在預(yù)鉆孔中，進(jìn)給臂5向巖石推進(jìn)，最后完成鉆孔。
圖4所示為一個液壓回路，借助它可以連通各液壓缸，使它們能自由移動，以實(shí)施本發(fā)明的方法。缸10有一個活塞19，它將缸10的內(nèi)部空間分為腔20和21兩部分。需要對壓力流體用泵23從壓力流體槽22中泵出，通過換向閥24進(jìn)入壓力控制的斷流閥25，斷流閥25在壓力流體的供給中斷時，關(guān)閉通往腔20和21的通道，從而阻止壓力流體流入或流出腔室。這些元件的結(jié)構(gòu)和操作本身是公知的，這里不作詳述。
放泄閥26通過單獨(dú)通道27和28，分別與腔20和21相連，它用于連通缸10，使它能自由運(yùn)動。該閥26通過單獨(dú)的通道29還與壓力流體槽22相連。閥26通過管線30用單獨(dú)的信號控制，例如用電信號，或壓力流體進(jìn)行控制，這取決于采用的閥的類型，從而使控制得以進(jìn)行。當(dāng)閥26接通時，它通過通道27和28將缸10的兩個腔20和21相互連通，同時它將兩個腔與壓力流體槽22連通。這是必要的，因?yàn)樗诨钊?9的活塞驅(qū)動裝置的影響下，活塞19同一個沖程下腔室20和21中體積的變化是相互不同的;這取決于運(yùn)動的方向，壓力流體可能須從缸10中排出，也可能需要輸入壓力流體。采用了這種回路，壓力流體就可以按照每個具體情況的要求從兩個方向任意流動，從而缸10的運(yùn)動也是自由的。
圖4所示的液壓回路只有一個缸10，相應(yīng)地，每個可能需要放泄的液壓缸以及每個動力裝置，例如液壓進(jìn)給馬達(dá)都可設(shè)置一個這樣的放泄閥。它按照控制信號將液壓缸的各腔室和壓力流體槽相互連通。根據(jù)要求，每個閥可以安排同時動作，也可安排一個或多個閥同時動作。
上述說明僅提出了幾個本發(fā)明的方法和裝置的實(shí)施例，但本發(fā)明不應(yīng)受此限制。本發(fā)明在權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以應(yīng)用于各種類型的鉆進(jìn)設(shè)備和其中的鉆梁，包括各種可轉(zhuǎn)動的鉆梁和進(jìn)給臂，以及具有可調(diào)長度的鉆梁和進(jìn)給臂。相應(yīng)地，不僅進(jìn)給臂和鉆梁間的鉸鏈，而且鉆梁和運(yùn)載機(jī)間的鉸鏈都適合于放松，且鉆梁或進(jìn)給臂的轉(zhuǎn)動裝置也能用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在本發(fā)明的方法中，按照預(yù)定的方式，各鉸鏈可以一個一個地放松，或者幾個同時放松。實(shí)施本發(fā)明時，放松步驟也可在鉆進(jìn)旋轉(zhuǎn)過程中進(jìn)行，即使鉆桿的進(jìn)給運(yùn)動已經(jīng)中止。此外，如果放松后進(jìn)行的測量表明預(yù)鉆孔位置對計(jì)劃鉆孔位置已偏離到使鉆成的孔相對鉆梁結(jié)構(gòu)過分偏斜或相對其它要鉆進(jìn)的孔過分偏斜或可能妨礙其它孔的鉆進(jìn)的程度時，鉆進(jìn)過程可以中途停止，并按已知的方法在另一點(diǎn)重新開始。放松鉸鏈時，鉆頭當(dāng)然可能不在預(yù)鉆孔內(nèi)，而從孔內(nèi)滑開，這樣進(jìn)給臂在重力作用下開始自由轉(zhuǎn)動。在這種情況下，檢測器會檢測出這種不正常的快速運(yùn)動，進(jìn)而鉸鏈會重新張緊，使它們能得以控制，鉆進(jìn)過程會以通常的方式重新開始。另外，雖然本發(fā)明是參照液壓操縱的鉆梁說明的，但本發(fā)明的方法也可類似地以別的方式和以其它方式實(shí)現(xiàn)的采用其它類型的動力裝置的鉆進(jìn)梁加以實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種用鉆孔設(shè)備在巖石(6)上鉆孔的方法，該設(shè)備包括一個可繞鉸鏈(3、8)轉(zhuǎn)動的鉆梁(2)，一個安裝在該鉆梁(2)端部的進(jìn)給臂(5)，它可繞鉸鏈(4、11)相對該鉆梁轉(zhuǎn)動，并可沿其縱向相對該鉆梁移動，一個平行于該進(jìn)給臂(5)并可沿縱向相對該臂移動的鉆桿(17)，該鉆桿(17)裝有一個鉆頭(18)，在每個鉸鏈(3、4、8、11)上設(shè)有角度檢測器，用以測量所述鉸鏈(3、4、8、11)的轉(zhuǎn)角，位置檢測器用以測量該進(jìn)給臂(5)相對該鉆梁(2)端的縱向位置和用以測量該鉆桿(17)相對于該進(jìn)給臂(5)的縱向位置，以及與上述各檢測器相連的控制該鉆梁(2)和該進(jìn)給臂(5)的運(yùn)動和鉆進(jìn)過程的控制裝置，在該方法中，為使鉆孔的末端可以基本定位在巖石(6)內(nèi)的要求點(diǎn)，該鉆桿(17)用使該鉆梁(2)和/或使該進(jìn)給臂繞鉸鏈(3、4、8、11)轉(zhuǎn)動的辦法預(yù)取向，使之與計(jì)劃鉆孔的方向同心，使該進(jìn)給臂(5)朝巖石(6)移動，直至與巖石(6)表面接觸后開始鉆進(jìn)過程，之后鉆桿向前進(jìn)給，連續(xù)鉆進(jìn)直至鉆孔末端基本達(dá)到預(yù)定點(diǎn)，在鉆進(jìn)過程中，所有鉸鏈(3、4、8、11)以及該進(jìn)給臂(5)縱向均被鎖定基本不動，本發(fā)明的特征在于--先鉆出一個預(yù)鉆孔，其深度可讓鉆頭(18)保持其中，基本不會在巖石(6)表面上運(yùn)動，--放松鉆梁(2)和進(jìn)給臂(5)間所需數(shù)量的鉸鏈(4、11)和/或進(jìn)給臂(5)的縱方向，使鉆梁(2)和進(jìn)給臂(5)處于自由狀態(tài)，基本上沒有應(yīng)力，而讓鉆頭(18)仍留在該預(yù)鉆孔之內(nèi)，--測量放松后的鉸鏈(4、11)和/或進(jìn)給臂的無應(yīng)力位置，--在獲得的無應(yīng)力位置的基礎(chǔ)上，計(jì)算鉆梁(2)和進(jìn)給臂(5)的維度、鉆桿(17)的進(jìn)給深度，預(yù)鉆孔的實(shí)際位置，以及完成從預(yù)鉆孔(C)到所希望的孔終點(diǎn)(B)鉆孔所要求的方向，和--按照算出的方向使鉆桿(17)取向，同時將鉆頭(18)保留在預(yù)鉆孔內(nèi)，這可通過使鉆梁(2)和/或進(jìn)給臂繞鉸鏈(3、4、8、11)，和/或使進(jìn)給臂(5)沿其縱向移動的辦法實(shí)現(xiàn)，然后連續(xù)進(jìn)行鉆進(jìn)，直至達(dá)到所希望的鉆孔終點(diǎn)(B)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其中的鉸鏈(4、11)和/或進(jìn)給臂的縱方向是一個一個地按順序放松，直至獲得基本無應(yīng)力的狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于還要釋放作用在鉆桿(17)上的進(jìn)給力。
4.一種用鉆孔設(shè)備實(shí)施如權(quán)利要求1所述的方法的裝置，該設(shè)備具有一個通過動力裝置(7、9)可繞鉸鏈(3、8)轉(zhuǎn)動的鉆梁(2)，一個安裝在該鉆梁(2)端部的進(jìn)給臂(5)，通過動力裝置(10、12)可繞鉸鏈(4、11)相對該鉆梁轉(zhuǎn)動，且通過動力裝置(14)可沿其縱向相對該鉆梁(2)移動，一個鉆桿(17)，它平行于該進(jìn)給臂(5)，并可沿縱向相對該進(jìn)給臂(5)移動，該鉆桿(17)設(shè)有鉆頭(18)，每個鉸鏈(3、4、8、11)上設(shè)有角度檢測器，用以測量所述各鉸鏈(3、4、8、11)的轉(zhuǎn)角(α、β)，用以測量該進(jìn)給臂(5)相對該鉆梁(2)的縱向位置和該鉆桿(17)相對該進(jìn)給臂(5)的縱向位置的檢測器，以及與上述各檢測器相連的，控制該鉆梁(2)和進(jìn)給臂(5)運(yùn)動及鉆進(jìn)過程的控制裝置，在鉆進(jìn)過程中，所有鉸鏈(3、4、8、11)和該進(jìn)給臂(5)的縱方向，均由動力裝置(7、9、10、12)鎖定基本不動，其特征在于它還具有至少放松鉆梁(2)和進(jìn)給臂(5)間的鉸鏈(4、11)和/或該進(jìn)給臂縱方向的裝置(26-30)，以使它們能自由運(yùn)動。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于該放松裝置(26-30)被安排來釋放動力裝置(10、12、14)使它們能自由運(yùn)動，鉸鏈(4、11)和進(jìn)給臂(5)的縱方向相應(yīng)地也可自由地在它們的縱方向方向運(yùn)動。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于它還具有釋放作用在鉆桿(17)上的進(jìn)給力的裝置。
7.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其中的動力裝置(7、9、10、12、14)為壓力流體缸，在通往缸內(nèi)的活塞(19)兩側(cè)的壓力流體腔(20、21)的壓力流體通道上設(shè)有一個斷流閥(25)，當(dāng)該壓力流體缸處于鎖定狀態(tài)時該斷流閥將上述腔室(20、21)與壓力流體源(23)和壓力流體槽(22)隔開，其特征在于所述的放松裝置(26～30)具有放泄閥(26)，對每個可能需要放泄以便自由運(yùn)動的液壓缸(10、12、14、)進(jìn)行放泄，該放泄閥(26)連接在斷流閥(25)和壓力流體腔(20、21)間的與壓力流體腔(20、21)相通的壓力流體通道上，并相應(yīng)地連接在壓力流體槽(22)上，該放泄閥被安排來使腔室(20、21)和上述槽(22)相互連通，用以放泄缸(10、12、14)。
全文摘要
一種在巖石(6)上鉆孔的方法和裝置，其中先鉆出一個預(yù)鉆孔，然后中止鉆進(jìn)，鉆探(2)和進(jìn)給臂(5)間的鉸鏈和/或進(jìn)給臂(5)的縱方向被放松，以使鉆9梁(2)和進(jìn)給臂(5)可以處于基本無應(yīng)力的狀態(tài)，并測出鉸鏈的轉(zhuǎn)角(α、β)進(jìn)給臂(5)和鉆桿(17)的位置，然后算出預(yù)鉆孔(C)到原設(shè)計(jì)孔的終點(diǎn)(B)的方向和距離，完成孔的鉆進(jìn)。
文檔編號E21B19/24GK1039465SQ8910498
公開日1990年2月7日 申請日期1989年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月3日
發(fā)明者羅爾夫·斯托姆, 維潔·奴讓米, 里斯托·懷斯刊頭 申請人:歐伊坦佩爾拉公司