(57)【要約】  本発明は、それぞれ衝撃力及び供給力を発生する削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力が掘削中に制御される削岩機を用いて、岩の中に掘削をする時に少なくとも一つの掘削パラメータを制御する制御方法及び制御装置に関する。削岩機に接続されたドリルストリングに供給力を送るダンピング室内のダンピング圧力の平均値を表すパラメータ値を決め、前記決められたダンピング圧力の平均値と、ダンピング圧力の基準値との間の差を決め、削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力を前記差に基づいて制御する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ衝撃力及び供給力を発生する削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力が掘削中に制御される削岩機を用いて、岩の中に掘削をする時に少なくとも一つの掘削パラメータを制御する制御方法において、
・削岩機に接続されたドリルストリングに供給力を送るダンピング室内のダンピング圧力の平均値を表すパラメータ値を決め、
・前記決められたダンピング圧力の平均値と、ダンピング圧力の基準値との間の差を決め、
・削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力を前記差に基づいて制御する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
削岩機に接続されたドリルストリングへ供給力を送る前記ダンピング室が、前記ドリルストリングからの岩反射も保証する
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記差に基づいて、衝撃圧力及び／又は供給圧力の変動を決める工程と、
衝撃圧力及び／又は供給圧力の前記変動に従って衝撃圧力及び／又は供給圧力を制御する工程と
をさらに含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
決められた前記ダンピング圧力の平均値が、ダンピング圧力の前記平均値より下に落ちた時に、前記衝撃圧力を低減し、及び／又は前記供給圧力を増加する工程、及び／又は
決められた前記ダンピング圧力の平均値が、ダンピング圧力の前記基準値を超えた時に、前記衝撃圧力を増加し、及び／又は前記供給圧力を低減する工程
をさらに含む
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
削岩機の供給速度を、衝撃圧力及び／又は供給圧力の前記制御に使用する
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
要求ダンピング圧力が得られるような方法で、前記供給圧力を制御する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
削岩機の衝撃圧力を、第一レベルから第二レベルまで制御する時の制御目的のために用いられる
ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【請求項８】
それぞれ衝撃力及び供給力を発生する削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力が掘削中に制御されるように構成された削岩機を用いて、岩の中に掘削をする時に少なくとも一つの掘削パラメータを制御する制御装置において、
該制御装置が、
・削岩機に接続されたドリルストリングに供給力を送るように構成されたダンピング室内のダンピング圧力の平均値を表すパラメータ値を決定する手段と、
・前記ダンピング圧力の平均値と、ダンピング圧力の基準値との間の差を決める手段と、
・削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力を前記差に基づいて制御する手段
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項９】
削岩機に接続されたドリルストリングへ供給力を送る前記ダンピング室が、前記ドリルストリングからの岩反射も緩衝するように構成されている
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記決められた差に基づいて、衝撃圧力及び／又は供給圧力の変動を決める手段と、
衝撃圧力及び／又は供給圧力の前記変動に従って衝撃圧力及び／又は供給圧力を制御する手段と
をさらに備えている
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
決められた前記ダンピング圧力の平均値が、ダンピング圧力の前記平均値より下に落ちた時に、前記衝撃圧力を低減し、及び／又は前記供給圧力を増加し、及び／又は
決められた前記ダンピング圧力の平均値が、ダンピング圧力の前記基準値を超えた時に、前記衝撃圧力を増加し、及び／又は前記供給圧力を低減する
手段をさらに備えている
ことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
削岩機の供給速度を、衝撃圧力及び／又は供給圧力の前記制御に使用する手段をさらに備えている
ことを特徴とする請求項８〜１１の何れか一項に記載の装置。
【請求項１３】
要求ダンピング圧力が得られるような方法で、前記供給圧力を制御する手段をさらに備えている
ことを特徴とする請求項８〜１２の何れか一項に記載の装置。
【請求項１４】
削岩機の衝撃圧力を第一レベルから第二レベルまで制御する時に、削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力を制御する手段をさらに備えている
ことを特徴とする請求項８〜１３の何れか一項に記載の装置。
【請求項１５】
請求項８〜１４の何れか一項に記載の装置を備えていることを特徴とする削岩リグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、岩を掘削する時に掘削パラメータを制御するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
削岩は、しばしば、衝撃掘削によって実行される。この掘削では、しばしば油圧で駆動される衝撃ピストンが、油圧（衝撃圧力）によって発生させられる衝撃力を用いて衝撃波を生み出すために使用され、衝撃波は、ドリルビットに、従って、ドリルスチール（ドリルストリング）を介して岩盤に伝達される。岩盤への接触において、岩盤に接触するドリルビットの硬質合金から成るピンが岩盤内に押し当てられ、岩盤を砕くための十分に強力な力を発生する。
【０００３】
通常、ドリルビットと岩盤との間の接触を可能な限り最適にすることを保証することが重要であり、従って、削岩機は、例えば、キャリッジに取り付けることができ、キャリッジは送りビームのような支持手段に沿って動き、送りビームは車両のようなキャリアに連結される。ドリルビットは、岩盤に向けて送りビームに沿ってキャリッジ、即ち、削岩機を動かすことによって岩盤に付勢される。岩盤に対するドリルビットの軸支持圧力は、ダンピングシステムに設けられたダンピングピストンを通して上述した供給圧力による影響を受ける。ダンピングシステムは、岩盤からの衝撃パルス反射を緩衝するためにも用いられる。
【０００４】
掘削時、特に、衝撃型削岩機を用いる場合には、掘削を正確に開始することが重要である。掘削孔の最初の部分は、それが掘削孔の方向を決めるので、慎重に掘削しなければならない。間違った方向及び曲がりは、両方共、予定した掘削孔からの大きな逸脱を導く。これは、掘削機械が大きい摩擦に供され、状況を悪化させることを意味する。
【０００５】
さらにまた、通常掘削においてもまた、削岩機及びリグをダメージから保護することを保証するように、掘削を慎重に行うことが重要である。
【０００６】
初期掘削を正確に実行して、掘削孔を要求されたスポットに、正しい方向で形成することを保証するために、掘削作業の開始時に、ドリルスチールに加えてドリルビットを両方共制御することが試みられている。孔の最初の部分を低い供給力で低減された掘削作用で掘削し、その結果、ドリルスチールが岩盤の表面で滑らないようにする。言い換えれば、掘削の重要な部分、即ち、その開始時（カラーリングとも呼ばれる）は、正確な方向に十分な深さと長さの孔が得られるまでは、優しくかつ慎重に掘削が実行されるべきであり、その後、フル供給力とフル掘削力が適用され得る。掘削孔の十分な深さは、岩盤の特性によって大きな範囲で代わる。例えば、複数の割れ目を持った柔らかい岩盤には、フル供給力に切り換える前に正確な方向を持つことを保証するために、より深い掘削孔が要求される。
【０００７】
低減した供給圧力及び衝撃圧力から通常の掘削値まで変更する方法は、様々な方法がある。
【０００８】
初期作業における掘削工程を制御する公知の方法の一例は、欧州特許０５６４５０４号に開示されている。この特許によれば、掘削動作の回転力が所定の制限値を越えないように削岩機の衝撃力及び供給力が調整される。これを達成するために、掘削は、少なくとも三つの異なるステージで制御される。その第一のステージは初期掘削を構成し、第二のステージは、第三ステージへの移行を表し、第三ステージは通常掘削を構成する。この方法では、衝撃力及び供給力の適切な値は、掘削の各ステージ毎に設定しなければならない。
【０００９】
しかし、欧州特許０５６４５０４号に開示されている方法には幾つかの欠点がある。その一つは、三つ又はそれ以上のステージによる処理のための制御プログラムが不必要に複雑であるということにある。一つには、その制御は、第一の低減したステージがどの位の期間であるべきかを決める必要があり、このステージのための衝撃力レベル及び供給力レベルを決める必要があり、さらに、どのような移行ステージにするべきかを決める必要がある。
【００１０】
さらにまた、媒体の不連続性に起因して、初期掘削ステージだけでなく、通常掘削においても問題が生じ得る。例えば、岩盤が多数の割れ目を含んでいたり、その硬さが大きく変わったりして、時間の経過とともに、ドリルスチールの先端が岩盤との接触を失うと、衝撃圧力が非常に高い場合には、有害な反射が生じ得る。
【００１１】
従って、岩盤への掘削の初期段階を簡単化し、掘削時の摩擦の危険を低減させる方法及び装置を持つことが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】欧州特許第０，５６４，５０４号公報
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的の一つは、上述した問題点を解決するために少なくとも一つの削岩パラメータを制御する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、上述した問題点を解決するために、少なくとも一つの削岩パラメータを制御する装置を提供することにある。
【００１４】
これらの目的及び他の目的は、請求項１に限定したように少なくとも一つの削岩パラメータを制御する方法を用いて、そして、請求項８及び１５による装置を用いて、本発明によって達成される。有利な実施例は、従属項に説明されている。
【００１５】
本発明によれば、上記した目的は、削岩機の衝撃力を発生する衝撃圧力及び／又は削岩機の供給力を発生する供給圧力が掘削中に制御される削岩機を用いて、岩の中に掘削をする時に少なくとも一つの掘削パラメータを制御することによって達成される。この方法は、ダンピング室内のダンピング圧力の平均値を表すパラメータ値を決める工程を有する。ダンピング室は、削岩機に接続されたドリルストリングに供給力を送るため、そして、このドリルストリングからの岩反射を緩衝するための両方のために用いられる。この方法は、既に決められたダンピング圧力の平均値と、ダンピング圧力の基準値との間の差を決める工程をさらに含む。また、この方法は、削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力を前記差に基づいて制御する工程も含む。ダンピング圧力の前記平均値は、複数の衝撃サイクルに基づいて決められ得る。
【００１６】
この構成は、衝撃圧力又は供給圧力が、時間をかけて平均された平均ダンピング圧力値と、ダンピング圧力の基準値との差を表す信号に基づいて制御されている時に、各状況において、衝撃圧力に関して正確な供給圧力が得られ、逆もまた同様であることを保証することができるという利点を有する。
【００１７】
前記平均値は、複数の衝撃サイクルに亘って決められた時間平均値であり得る。
【００１８】
また、本発明による方法及び装置は、以下に説明する一つ又は複数の特徴を有する。
【００１９】
掘削機の供給速度が、衝撃圧力及び／又は供給圧力を制御するために用いられ得る。この場合、ダンピング圧力の基準値は、供給速度に伴って変化するように構成され得る。例えば、供給速度が高い場合、ダンピング圧力の基準値は、供給圧力及び供給速度を下げるために低減され得る。これが、ダンピング圧力を低減させる時に衝撃圧力を低減させることをも含み得ることは理解される。逆に、供給速度が低い場合には、供給圧力及び供給速度を上げるためにダンピング圧力の基準値が上げられ得る。これは衝撃圧力の上昇の効果も有し得る。
【００２０】
また、制御方法は、以下の工程、即ち、
・連続的に及び／又は所定のインターバルで、感知し、監視し、測定し、又は演算することによって、削岩機の供給速度を決める工程、及び
・掘削が空洞に当たったことが分かった時の速度を表す第一キャビティ速度と供給速度とを比較し、この比較結果に基づいて削岩機の衝撃圧力を制御する工程
を含む。岩との接触なしに衝撃を与えた場合に有害な反射の危険を低減させる目的で、削岩速度がキャビティ速度を超えた時に衝撃圧力が低減されるような方法でシステムを構成することが有利である。有利には、供給圧力は、供給速度を低減させるために低減され得る。
【００２１】
ダンピング圧力は、連続的に、及び／又は一定のインターバルで、例えば、感知し、監視し、測定し又は演算することによって決められるように構成され得る。
【００２２】
さらにまた、衝撃圧力は、以下のような場合、即ち、ダンピング圧力が、確実に、ダンピングシステムのアイドリング圧力を超えない場合、ドリルシャンクが衝撃位置にない場合、又は、その時点で、有効な衝撃圧力に対してダンピング圧力が非常に低い場合に、本発明によれば、範囲が決められ得る。これは、同様に、有害な反射が、初期掘削の間と通常掘削の間の両方の間で防止され得ることを意味する。衝撃圧力は、例えば、その初期値に対して範囲が決められ得るが、後でその通常掘削値まで再び上げられ得る。
【００２３】
また、この方法は、ダンピング圧力を、連続的に、及び／又は一定のインターバルで測定する工程、及び、測定したダンピング圧力を、その時の削岩機の衝撃圧力で必要とされる圧力と比較し、要求ダンピング圧力を得るために、この比較結果に基づいて削岩機の供給圧力を制御する工程も含み得る。比較は、例えば、ダンピング圧力と衝撃圧力との間の数学的関係を用いて、又は、ダンピング圧力と衝撃圧力との間の関係を与えるテーブルを検索することによって実行され得る。数学的関係又はテーブルは、有利には、コンピュータメモリに記憶される。
【００２４】
これにより、全掘削作業に亘って、ダンピング圧力と衝撃圧力との間の関係を、要求される範囲内で維持することを保証することができるという利点を有する。
【００２５】
この方法は、削岩機の衝撃圧力と供給圧力とを第一レベルから第二レベルまで変化させる時の制御目的のために用いられ得る。
【００２６】
例えば、この方法は、初期掘削ステージにおいて用いることができ、ここで、削岩機の衝撃圧力及び／又は供給圧力が、第一の低くされたレベルから本質的に通常掘削を表す第二レベルまで変更される。このことの利点は、初期掘削の場合に、初期の掘削孔が要求された方向と位置を得ることを保証するために、この方法を用いることができることにある。
【００２７】
また、この方法は、所定の期間及び／又は所定の孔深さの間に、衝撃圧力を第一レベルから第二レベルまで上昇／下降する工程を含むことができ、この工程では、複数の工程で、及び／又は連続的に、及び／又は複数のステージで、及び／又は増加導関数によって、及び／又は直線的に、増加及び低減が実行される。初期掘削では、このことは、初期掘削に対する簡単な処理が得られることを意味し、それにより、処理全体に亘って、ダンピング圧力を衝撃圧力に合わせること、又はその逆のことを保証することができる。さらにまた、初期掘削工程に含まれる複数のパラメータを最低限に、例えば、衝撃圧力の初期値及び最終値、並びに、初期段階の持続期間の値、又は選択的に掘削孔の深さの値に抑えることができる。
【００２８】
衝撃圧力は、線形的に、又は連続的に増加若しくは低減導関数に従って、上昇又は下降され得る。
【００２９】
この方法は、初期掘削及び／又は通常掘削に用いられ得る。このことは、正確な方向に伸びる掘削孔を得るために重要である初期掘削（カラーリング）の間、及び、例えば、複数の空洞を有する岩の中への掘削が、掘削機械に損傷を与え得る通常掘削の間の両方の間に、この方法を用いることができるという利点を有する。例えば、空洞のために、ドリルスチールの岩との接触を失う端部の反対側の端部に最大衝撃力が加えられると、掘削機械に損傷が与えられる。例えば、キャビティが原因で、ダンピング圧力が低減された時、衝撃圧力は、例えばその範囲が制限され得、その後、再び、通常掘削レベルまで上げられる。この上昇は、掘削孔が正確な方向を持つのに十分な長さであるため、初期掘削の場合よりも、通常掘削の場合の方がより急速にもたらされ得る。
【００３０】
衝撃圧力は、ダンピング圧力がダンピングシステムのアイドリング圧力を確実に超えないときに範囲が決められ得る。
【００３１】
本発明は、また、このタイプの装置に関し、それを用いて、装置の特徴のおかげで、上述した利点が得られる。
【００３２】
別の利点は、本発明の様々な側面から導き出され、以下の詳細な説明に現れる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】公知の方法による初期掘削の間に得られる時間ダイアグラムである。
【図２ａ】本発明を適用し得る掘削リグの一例を示している。
【図２ｂ】図２ａに示した削岩機をより詳細に示している。
【図３ａ】本発明による制御原理の一例を示している。
【図３ｂ】本発明による制御原理の一例を示している。
【図３ｃ】本発明による制御原理の一例を示している。
【図４ａ】本発明による制御システムの一例を示している。
【図４ｂ】本発明による制御システムの一例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、削岩処理の間に、電気的に制御され、かつ、コンピュータ制御される油圧システムの公知の制御方法を示している。この方法では、設定しなければならないパラメータが多数ある。初期掘削段階（カラーリング）の初期値及び持続時間を決める必要があり、また、図１に示す時間Ｔ１と時間Ｔ２との間の遷移段階の特性も決めなければならない。言い換えれば、遷移段階が十分にスムースになることを保証するように遷移段階を決める必要がある。同時に、低減された動力での掘削は、時間の損失になるので、あまり長く続けるべきではない。従って、この従来の方法は複雑である。
【００３５】
図２ａは、本発明が用いられ得る削岩リグ２０を示している。削岩リグ２０は、ブーム２１を備えている。ブーム２１の一端は、車両２３で表されたキャリアに接続されており、ブーム２１の他端は、削岩機２２を支持する送り部材２４を支持している。削岩機２２は、送り部材２４に沿って移動可能であり、ドリルストリングコンポーネント２５に連結されている。ドリルストリングコンポーネント２５は、第一コンポーネントを構成する。第一コンポーネントは、特別な削岩孔を掘削する間に使用され、その削岩機と反対側の端部に、ドリルビットが装着される。また、例えば、それをドリルストリングコンポーネントに接続するために、通常、ねじ山が設けられている。
【００３６】
図２ｂは、削岩機２２をより詳細に示している。この削岩機２２は、アダプタ３１を備え、このアダプタ３１の一端には、ドリルストリングコンポーネント（図示せず）との接続を確立するために、例えば、ネジ山のような接続手段３０が設けられている。また、削岩機２２は、ピストン３２を有し、このピストン３２はアダプタ３１に衝突し、衝撃パルスを最初にドリルストリングに伝達し、かつ、岩盤に伝達する。ドリルストリングは、ダンピングピストン３４を用いてスリーブ３３を介して岩盤に向かって前進させられる（送られる）。これは、岩盤からの衝撃パルスの反射力を減衰するためにも用いられるダンピングシステム内に設けられる。動作中、第一ダンピングチャンバ３７において、油圧によって生み出された決定力は、ダンピングピストン３４及びスリーブ３３を介してアダプタ３１に伝達される。この力は、ドリルビットを岩盤に常に押し付けることを保証するために用いられる。衝撃が、岩盤からの反射力を生じさせる時、これらの反射力は、第二ダンピングチャンバ３８の中に押し込まれるダンピングピストン３４によって減衰される。この結果、この第二ダンピングチャンバ３８内の流体は、ダンピングピストン３４が第二ダンピングチャンバ３８内に押し込まれるにつれて、ダンピングピストン３４とチャンバ壁３５との間の小さなスリットを通して第一ダンピングチャンバ３８内に押し込まれる。別の実施例では、ダンピングピストン３４とケーシング３３とは、単一の構成要素で構成され得る。
【００３７】
本発明は、「ロッドフォース」の制御を基礎とする簡単な制御原理を含む。用語「ロッドフォース」は、ここでは、ピストンの衝撃によって発生させられたパルス（衝撃力）とは別のドリルスチール上に作用する力を意味するものとして用いられる。このロッドフォースは、例えば、図２ｂに示された第一ダンピングチャンバ３７のように、ドリルストリングに沿って配置された一つ又は複数のダンピングチャンバ内の削岩機のダンピング圧力ｐｄを測定し、かつ、この圧力に、ダンピングチャンバ内でダンピング圧力が作用するダンピングピストンの作動面Ａｄの面積を乗算することによって、言い換えれば、Ｆｒｏｄ＝ｐｄＡｄで、又は、複数のダンピングチャンバが用いられてる場合には次式で、計算され得る。
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【００３８】
初期掘削の時、衝撃圧力の適当な値は、初期掘削及び通常掘削（フル掘削）の両方のために決められる。これらの圧力レベルは、例えば、前もって決められ得るか、又は、後で調整され得る。これらの圧力レベルは、岩盤のタイプによって変更できるが、最小レベルは、しばしば、装置の要求アイドリングレベルによって制限される。
【００３９】
衝撃圧力の初期値は、初期掘削が、十分になだらかになるような方法で選択され、掘削孔が正しい方向と正しい位置を持つことを保証し、同時に、前述のように、圧力が低くなりすぎると削岩機に問題を生じさせ得るので、圧力が低くなりすぎないようにする。例えば、そのメンブレンによる問題を防ぐために、アキュムレータのチャージ圧力又は荷重圧力よりほんの僅かに大きい初期値を選択することが有利である。もちろん、初期値は、低くなりすぎないようにするべきであり、そうしないと、掘削孔が何も得られなくなる。典型的な削岩機の場合、衝撃圧力の初期値は、例えば、約１３０バールにされ得る。最終値は、衝撃圧力が通常掘削（フル掘削）の場合に持つべき値であり、言い換えれば、装置を危険に晒すことなく、可能な限り最速の掘削を行なう値であり、例えば、２００バールの圧力である。この値は、原理上は、可能な限り高い値である。しかし、幾つかの状況においては、装置を全出力に満たない出力で動作させる必要があり、この場合、幾つかの最適値が設定され得る。図１における時間Ｔ２に達する前の経過時間に対応する期間に削岩機を制御するために、この期間の長さが決められ、同時に、この期間中に衝撃圧力を低い値から、より高い値へ上昇させる方法が決められる。
【００４０】
次いで、第一ダンピングチャンバ３７のようなダンピングチャンバ内のダンピング圧力を測定することによって、例えば、ダンピングチャンバ内に装着されるか、又はダンピングチャンバに接続された圧力センサを用いて測定や監視をすることによって、制御は有効にされる。この圧力センサは、ダンピングチャンバ内の圧力の時間平均値を表す信号を発生し得る。ここで、平均値は、複数の衝撃サイクルに基づく平均値であり得る。代わりに、ダンピング圧力は、衝撃工具で伝達される衝撃によってダンピング圧力の変化量を確立することができるように、例えば、連続的に測定され得る。言い換えれば、岩盤からの反射上に生じる圧力増加パルスが検出され得、その後に、単一の衝撃サイクル間で、ダンピング圧力の平均値が測定され得る。例えば、圧力センサは、前記平均値の計算を行なう装置を備えるように構成され得、そして、各衝撃サイクルに対して平均値を表示するように構成され得る。代わりに、圧力センサは、連続的に信号を発生するように、又は、特定のインターバルで信号を発生するように構成され得、その後、これらの信号は、衝撃サイクルのダンピング圧力の平均値を決めるための外部装置によって用いられる。インターバルは、削岩機の衝撃周波数に依存して決められ得る。１００ヘルツのオーダーの衝撃周波数で動作するか、又は、キロヘルツの範囲内の襲撃周波数で動作する削岩機は、３０〜５０ヘルツのオーダーの衝撃周波数で動作する削岩機よりも、相当により接近して設定されたインターバルを要求する。一つの衝撃サイクルの平均値を決める代わりに、複数の衝撃サイクルの平均値を決めてもよい。次いで、決められたダンピング圧力の平均値は、ダンピング圧力と衝撃圧力との間の予め決められた関係を用いて、実際の衝撃圧力と比較される。これは、例えば、テーブル索引によって実行され得る。テーブルには、衝撃圧力の様々な値に対する要求ダンピング圧力が記憶され得る。代わりに、演算は決められた数学的関係を基礎に実行することができる。また、ダンピングチャンバ内のダンピング圧力を測定する代わりに、例えば、ダンピングチャンバに至る供給パイプ内の圧力を測定することも可能である。このことは、測定が、リグ自身上で実行でき、必要とされるケーブル配線をより少なくすることができるという利点を有する。
【００４１】
測定されたダンピング圧力が要求ダンピング圧力より低いと、即ち、ｐｄ，ｅｘｐ＜ｐｄ，ｒｅｑであると、条件が満たされるまで供給圧力が上げられる。供給圧力を上げている時（初期ドリリングの場合）、衝撃圧力の増加は、ある時間止められ得るか、又は、継続することを許可され得る。また、測定したダンピング圧力が非常に低い場合に削岩機に何らかのダメージを与えるリスクを無くすために衝撃圧力を時々低減させることも可能である。衝撃圧力及びダンピング圧力は、好ましくは、連続的に、又は、供給圧力の制御が衝撃圧力の増加に比べて早いとみなされ得るような短い間隔で測定される。これにより、衝撃圧力の増加を中断することなく供給圧力を十分に制御することが可能になる。この方法では、ダンピング圧力の平均値は、複数の衝撃サイクルに対して決められ得、供給圧力の十分な制御も可能にする。逆に、逆の関係が与えられた時、例えば、ｐｄ，ｅｘｐ＞ｐｄ，ｒｅｑの時に、供給圧力を低減することもできる。
【００４２】
ダンピング圧力を初期値から通常値まで増加させるために、幾つかの異なる方法を用いることができる。例えば、衝撃圧力の増加が連続増加関数に従って上昇され得る。図３ａ〜図３ｃは、初期掘削の間の、即ち、図１における０〜Ｔ２を経過する期間の間の衝撃圧力の増加の幾つかの実施例を示している。図３ａでは、例えば、指数関数のような連続的な増加を伴った連続増加関数に追従して増加している。
【００４３】
図３ｂは、線形増加を示しており、図３ｃは、階段状ステップの形態の増加を示している。
【００４４】
従って、本発明は、二つの制御ステージを有するのみのシステムを提供する。第一ステージ（初期掘削）のためのパラメータは、衝撃圧力の初期値と第一ステージの長さから成る。従って、設定しなければならないパラメータの数は、最小限に抑えられる。初期掘削の間、衝撃圧力は、所定の方法で上昇させられ、次いで、供給圧力はダンピング圧力に基づいて制御される。
【００４５】
第一ステージの継続時間は、例えば、初期掘削孔の要求深さや初期掘削を継続すべき時間の何れかを設定することによって決められ得る。
【００４６】
本発明の実施例では、衝撃力の時間平均値は、式Ｆdrill＝ｍｖｆ（１＋Ｒ）から計算され得る。式中、ｍはピストンの質量であり、ｖは衝撃速度であり、ｆは衝撃周波数であり、Ｒはピストン反跳効果、即ち、衝撃速度によって分割される反跳の速度である。削岩機を動作させる実際の供給力は、ロッド上の力Ｆｒｏｄ及び衝撃力Ｆdrillの時間平均値の合計である。この実際の供給力Ｆdrillは、摩擦損失や類似の作用のために、理論上の供給力とは異なる。この差は装置によって異なり、例えば、装置が異なる摩擦損失を受けるかどうかに依存する。他の実施例では、衝撃力が、衝撃ピストンを伴うことなく流体圧力よって直接発生させられる。この変形例はパルス衝撃工具を意味している。
【００４７】
衝撃圧力ｐによる衝撃力の時間平均値の変化は、次式で与えられる。
Ｆdrill＝ｆｋｎ（ｐ）
そして、衝撃ピストンのために次式（１）が与えられる。
2010523857.tif 000004
式中、ｐは衝撃圧力である。ｍ，ｖ０，ｆ０，Ｒ及びｐ０が削岩機固有のパラメータであるのでｋは削岩機固有の定数であり、従って、これらの値は、例えば、特定の削岩リグに装着された時に、削岩リグの制御システムのメモリに送られる。Ｒはシャンクアダプタに依存し、アダプタが別の形式のものに取り替えられた時に、そのアダプタの形式に応じて、記憶されているＲ値を変更する必要があり得る。Ｋもまた、衝撃ピストンの衝撃位置が変えられると変わり、そのような場合にはＫの記憶値も変更される。
Ｆｆｅｅｄ＝Ｆｒｏｄ＋Ｆｄｒｉｌｌであり、
Ｆｒｏｄ＝ｐｄＡｄであるので、Ｆｆｅｅｄは次式（２）で表される。
2010523857.tif 000005
供給力と衝撃力の時間平均値との間の関係は、以下のように一般式で決められ得る。
2010523857.tif 000006
この式は式（１）に従って、衝撃装置のための以下の関係を与える。
2010523857.tif 000007
初期掘削及び通常掘削の場合に、関係ｘの値と共に、適当な衝撃圧力値を選択することによって、図４ａに示した原理に従って制御はもたらされ得る。
図４ａに示した制御原理は、図３ｂに示す線形制御を基礎とするものであるが、勿論、他の制御原理を用いることもできる。ＸＬからＸＨまでの線形制御により、Ｘの実際の値が、例えば、次式（４）によって得られる。
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さらにまた、要求ダンピング圧力ｐｄ，ｒｅｆは、次式（５）で計算され得る。
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式中、Ｘは、一定に維持されるか、又は、式（４）によって決められる。例えば、削岩機に固有であり得るｘの適当な値は、前もって知ることができ、削岩機が製造された時に既に記憶され得る。代わりに、ｘは掘削が終わった後に決められ得る。
図４ａに示された実施例では、ｘの値は一定に維持されており、削岩機の複数のパラメータと共にメモリ５０に記憶されている。この図では、これらのパラメータは、Ｘ，ｐＬ，ｐＨ，Ｋ及びＡｄであり、ここでｐＬは、衝撃圧力の初期値、ｐＨは通常掘削の場合の衝撃圧力である。これらの記憶されたパラメータは、式（５）を用いて演算手段５１でｐｄ，ｒｅｆを演算するために掘削中に用いられる。この図に示すように、演算手段５１は、実際の衝撃圧力ｐを入力する手段５２を備えている。ｐｄ，ｒｅｆの演算値は、演算後、出力手段５３を介して出力データとして演算手段５１によって出力され、その後、比較器５４において実際のダンピング圧力と比較される。比較器５４の出力端は、ｐｄ，ｒｅｆとｐｄとの間の差を使用する手段５５に接続されている。ｐｄの値は、例えば、上述したようなセンサによって測定される。前記した差は、供給圧力ｐｆｅｅｄに対する供給圧力の変化△ｐｆｅｅｄを演算するために用いられかつ、この差△ｐｆｅｅｄは、演算した差を用いて供給圧力の補正をするための適当な装置（図示せず）に送られる。ｐｄ，ｒｅｆがｐｄより大きい場合には、供給圧力は増加され、ｐｄ，ｒｅｆがｐｄと同じ場合には供給圧力は低減される。この工程は、連続的に、又は、１秒間に１回、１０回若しくは１００回のような所定のインターバルで実行され得る。
【００４８】
図４ｂに示した別の実施例では、使用されるＸは固定値ではないが、代わりに、二つの異なるＸ値、即ち、ＸＬ及びＸＨがメモリ６０に記憶されている。ＸＬは初期掘削に用いられ、ＸＨは通常掘削に用いられる。この場合、Ｘは、例えば、式（４）に従った線形制御のような所定の関係を用いて、実際の衝撃圧力に対して決められ得る。
【００４９】
図４ａ及び図４ｂに示すように供給圧力変動を決める代わりに、衝撃圧力の変動を決めることもできる。この場合、実際のダンピング圧力をダンピング圧力の要求値とみなして、衝撃圧力が変更される。
【００５０】
さらにまた、削岩機の供給速度、即ち、削岩工程の速度を、衝撃圧力及び／又は供給圧力の前記制御のために用いることもできる。この場合、ｐｄ，ｒｅｆの値は、さらに、実際の供給速度に伴って変化するように決められる。
【００５１】
上記では本発明は、初期掘削に関して説明されているが、本発明は、通常掘削にも適用することができる。通常掘削には、媒体の断裂の問題がある。例えば、岩が多数の割れ目を含んでいたり、また、岩の型さが大きく変化し、その結果、ドリルスチールが、時々、その前の岩との接触を失うと、供給圧力及び衝撃圧力が非常に高い場合に、有害な反動が生じることになる。ドリルスチールが、それに面する岩との接触を失うと、ダンピング圧力の低下と供給速度の増加が急速に反映される。Ｘの値を維持するために供給圧力を上げる代わりに、衝撃圧力を下げることが可能である。例えば、供給速度は、掘削がキャビティに到達したことを知った時の速度を表すキャビティ速度と比較され得、その後、削岩機の衝撃圧力は、キャビティ速度が供給速度に達しているか、それを越えている場合に低減される。キャビティ速度は、岩の中への掘削が可能になる値より高い速度を表す供給速度の値に決められる（設定される）。言い換えれば、供給速度が、決定されたキャビティ速度まで上がると、掘削がキャビティに達したことを表示するようにすることができる。
【００５２】
このような場合、例えば、衝撃圧力は、初期値、即ち、開始値がアキュムレータ圧力に関して選択されているので、初期値まで下げられ得る。しかし、必ずしも、衝撃圧力を初期値、即ち、開始値まで下げる必要はなく、代わりに、衝撃圧力をダンピングシステムのアイドリング圧力を区切るレベルまで低減させてもよい。
【００５３】
さらにまた、ここでは本発明は、衝撃ピストンを有する衝撃掘削機に関して説明されており、原理上は、衝撃パルス、即ち、インパルスパルスのエネルギは運動エネルギから成り、ドリルスチールに送られる。しかし、本発明は、非常に小さな動きを実行するだけの衝撃機構を介してエネルギ源からドリルスチールに伝達される圧力パルスによって衝撃波エネルギが発生させられるシステムのような他の形式の圧力発生システムにも使用することができる。このようなインパルス発生装置の場合もまた、ダンピング圧力が、適当なダンピング室であり得るダンピング室内で測定され得、要求ダンピング作用を実行する。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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