СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ СХЕМЫ РАЗМЕЩЕНИЯ ШПУРОВ, БУРОВАЯ УСТАНОВКА И ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ
MODIFICATION METHOD OF ARRANGEMENT SCHEME OF BORE PITS, DRILLING INSTALLATION AND PROGRAMME PRODUCT

Область техники
Настоящее изобретение относится к способу модификации схемы размещения шпуров. В способе оператор модифицирует схемы размещения шпуров, загруженных в блок управления буровой установки до их исполнения. Изобретение дополнительно относится к буровой установке, имеющей поддающуюся модификации схему размещения шпуров, загруженную в ее блок управления. Изобретение дополнительно относится к программному продукту, реализующему способ. Объект изобретения определен более конкретно в преамбулах независимых пунктов формулы изобретения.
Обычно проходку горной породы выполняют согласно заданному плану. Для отрыва горной породы в необходимом режиме после взрывания бурят шпуры для каждого подрыва согласно заранее разработанной схеме размещения шпуров. Обычно схемы размещения шпуров определяют, по меньшей мере, начальные точки заложения и направления бурения шпуров, подлежащих бурению. Они могут дополнительно определять другую информацию, относящуюся к бурению, такую как глубина бурения и диаметр шпура. Разработка схем размещения шпуров является камеральной (канцелярской) работой, выполняемой вне площадки бурения, так что разработчик схемы размещения шпуров не имеет абсолютно точной информации по условиям конкретной площадки бурения. Кроме того, схемы размещения шпуров разрабатывают заранее, при этом возможные ошибки, происходящие во время взрывания, не могут учитываться при разработке схем размещения шпуров. Следовательно, возможно модифицировать схему размещения шпуров даже на площадке бурения. Известно, что оператор модифицирует схему размещения шпуров на устройстве отображения блока управления буровой установки с использованием клавиатуры, компьютерной мыши или другого позиционирующего устройства интерфейса пользователя блока отображения. Вместе с тем, по меньшей мере, при проведении более сложной модификации, проблема в том, что возможно случайное выполнение модификации с помощью устройства отображения, которое на практике трудно или даже невозможно реализовать. Это происходит, по меньшей мере, частично, вследствие того факта, что устройство отображения показывает ситуацию в двухмерном изображении, тогда как бурение является операцией трехмерной.
Сущность изобретения
Задачей данного изобретения является создание нового и усовершенствованного способа и программного продукта для модификации схемы размещения шпуров на площадке бурения и буровой установки, обеспечивающей новый и усовершенствованный способ модификации схемы размещения шпуров на площадке бурения.
Способ согласно изобретению характеризуется выбором, по меньшей мере, одного шпура в схеме размещения шпуров и соединением начальной точки заложения выбранного шпура с местоположением бурильного блока; перемещением бурильного блока ручным управлением к необходимому местоположению на площадке бурения; и модификацией схемы размещения шпуров посредством переноса начальной точки заложения выбранного шпура из первоначальной точки заложения в новую точку заложения, указанную бурильным блоком.
Буровая установка согласно изобретению характеризуется тем, что блок управления обеспечивает возможность загрузки в него программного продукта, который сконфигурирован с возможностью выполнения следующих действий: выбора, указанного оператором, по меньшей мере, одного шпура в схеме размещения шпуров и соединения начальной точки заложения выбранного шпура с местоположением бурильного блока; модификации в схеме размещения шпуров, начальной точки выбранного шпура от первоначальной точки заложения в новую точку заложения в ответ на перемещение с ручным управлением бурильного блока; и обновления схемы размещения шпуров выполненными модификациями.
Программный продукт, согласно изобретению, характеризуется тем, что исполнение программного продукта сконфигурировано с возможностью выполнения следующих действий: выбора, указанного оператором, по меньшей мере, одного шпура в схеме размещения шпуров и соединения начальной точки заложения выбранного шпура с местоположением бурильного блока; модификации в схеме размещения шпуров, начальной точки заложения выбранного шпура от первоначальной точки заложения в новую точку заложения в ответ на перемещение с ручным управлением бурильного блока; и обновления схемы размещения шпуров выполненными модификациями.
Идея, лежащая в основе изобретения, состоит в том, что бурильный блок используется для модификации схемы размещения шпуров. Сначала один или несколько шпуров, начальные точки заложения которых оператор желает изменить, по той или иной причине выбирают в схеме размещения шпуров. В блоке управления точки заложения шпуров, подлежащих переносу, соединяют с фактическим местоположением бурильного блока. Оператор вручную управляет перемещением бурильного блока в нужное место на площадке бурения, и последовательно блок управления задает шпуры, подлежащие переносу в новые, обновленные точки заложения, указанные бурильным блоком.
Преимущество изобретения состоит в том, что оператор удобным и наглядным способом имеет возможность модифицировать схему размещения шпуров на площадке бурения. Поскольку точки заложения шпуров переносят посредством бурильного блока, также автоматически обеспечивается практическая возможность бурения перенесенных шпуров. Дополнительно, оператор может рационально использовать все пространство, предоставленное площадкой бурения. Кроме того, оператор может видеть траектории перемещения бурильного манипулятора и положения, разрешенные шарнирам манипулятора, а также знает, как принимать в расчет необходимое свободное пространство, когда использует для бурения несколько бурильных блоков одновременно. Кроме того, преимуществом такой наглядности является достигнутая скорость модификации.
Согласно варианту осуществления изобретения шпур, подлежащий переносу, выбирают на устройстве отображения блока управления посредством позиционирующего устройства. Позиционирующее устройство может являться, например, джойстиком, компьютерной мышью, клавиатурой, сенсорной панелью или т.п., обеспечивающее выбор одного или нескольких шпуров в схеме размещения шпуров для модификации. Дополнительно, возможно соединение устройств ручного управления бурильного блока для временного управления позиционирующим устройством блока отображения. Выбор шпура посредством устройства отображения является быстрым и наглядным.
Предпочтительно шпур, подлежащий переносу, выбирают, создавая в блоке управления идентификационный ярлык или т.п. шпура.
Предпочтительно точку заложения выбранного шпура переносят одновременно с перемещением бурильного блока.
Предпочтительно точку заложения выбранного шпура переносят только после перемещения бурильного блока в необходимое местоположение и приема переноса оператором.
Предпочтительно и первоначальная точка заложения выбранного шпура, подлежащего переносу, и новая точка заложения отображаются на блоке отображения блока управления. Это упрощает оператору сравнение изменения первоначальной ситуации, чтобы он мог оценивать величину и влияние изменения.
Предпочтительно выбирают некоторое количество шпуров в схеме размещения шпуров, составляющих группу шпуров для переноса. Начальные точки всех шпуров, принадлежащих к группе шпуров, переносят одновременно в новые точки заложения, указанные бурильным блоком. Взаимное расположение начальных точек шпуров друг относительно друга вместе с тем остается неизменным во время переноса. Конечно, после переноса оператор может также модифицировать взаимное расположение шпуров в группе шпуров. Данный вариант осуществления изобретения дает возможность оператору модифицировать схему размещения шпуров быстро и легко. Оператор может выбирать необходимую часть схемы размещения шпуров, например вруб и относящиеся к нему шпуры, и последовательно оператор может назначать новое местоположение вруба.
Предпочтительно направление бурения шпура, подлежащего переносу, сохраняется неизменным. В таком случае модификация, подлежащая проведению бурильным блоком, просто включает в себя только размещение начальной точки заложения шпура. Таким образом, после переноса шпур имеет свое первоначальное направление. Вместе с тем, если необходимо, направление шпура можно модифицировать позже, например вводом нового направления бурения через интерфейс пользователя блока управления.
Предпочтительно бурильный блок размещают с необходимым направлением бурения в местоположении, в которое его перемещают вручную. Дополнительно, направление бурения одного или нескольких шпуров, подлежащих переносу, изменяют для соответствия направлению бурения бурильного блока. Следовательно, данный вариант осуществления изобретения использует местоположение и направление бурильного блока при модификации схемы размещения шпуров. Оператор может видеть площадку бурения и способен размещать бурильный блок в подходящем направлении бурения.
Предпочтительно блок управления сконфигурирован с возможностью предложения нового направления для перенесенного шпура. Блок управления может предлагать направление, с использованием которого конечная точка заложения перенесенного шпура может быть приведена в приблизительное совпадение с первоначальной конечной точкой заложения или может предлагать направление согласно другому критерию. Оператор может принимать или отвергать направление, предлагаемое блоком управления. Вариант осуществления изобретения может выполнять схему размещения шпуров для более быстрой модификации.
Предпочтительно точка заложения шпура отображается на устройстве отображения блока управления посредством первого символа. Дополнительно, некоторое количество шпуров, подлежащих переносу, одновременно выбирают для составления группы шпуров и одну общую область захвата определяют для группы шпуров, подлежащей переносу, местоположение области захвата отображается на устройстве отображения посредством второго символа. Затем схему размещения шпуров модифицируют перемещением бурильного блока ручным управлением, при этом местоположение первого символа становится обновленным на устройстве отображения. Второй символ группы шпуров, подлежащий переносу, перемещается либо одновременно с первым символом, или только после принятия переноса оператором. После того как группа шпуров модифицирована, ситуация последовательно отображается на устройстве отображения, так что первый символ и второй символ устанавливаются один над другим.
Предпочтительно для модифицирования схемы размещения шпуров программный продукт загружается в блок управления буровой установки из устройства сохранения или запоминающего устройства, такого как карта памяти, диск, жесткий диск, сервер информационной сети или т.п., при исполнении программного продукта в блоке управления выполняются действия, описанные в настоящей заявке.
Предпочтительно один или несколько шпуров в схеме размещения шпуров переносят в новые точки заложения, при этом им задают, по меньшей мере, новые координаты начальной точки заложения, а также одно или несколько из следующего: новые координаты конечной точки заложения, новый угол направления шпура и новую длину шпура.
Идея, лежащая в основе варианта осуществления изобретения, состоит в том, что один или несколько шпуров в схеме размещения шпуров переносят в новую точку заложения, указанную бурильным блоком, и последовательно схему размещения шпуров обновляют и в отношении перенесенных шпуров, и учитывая необходимые изменения, обусловленные переносом шпуров, в шпурах, которые не переносят данным конкретным способом. Программный продукт, используемый для модификации схемы размещения шпуров, может изменять параметры шпуров, окружающих перенесенный шпур, или даже параметры всех других шпуров на основе проведенного переноса.
Краткое описание чертежей
Варианты осуществления изобретения описаны более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схематично вид сбоку буровой установки;
фиг.2 - схему средства управления буровой установкой;
фиг.3 - проекцию схемы размещения шпуров на плоскость xz;
фиг.4 - несколько шпуров схемы размещения шпуров до модификации на устройстве отображения блока управления;
фиг.5 - несколько шпуров согласно фиг.4 после модификации на устройстве отображения блока управления;
фиг.6 - схему забоя туннеля и различные ситуации бурения в проекции на плоскость yz;
фиг.7 - схему интерфейса пользователя для блока управления.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Буровая установка 1 (фиг.1) содержит подвижное транспортное средство 2, снабженное одним или несколькими бурильными манипуляторами 3. Бурильный манипулятор 3 может состоять из одной или нескольких частей 3а, 3b манипулятора, соединенных друг с другом и транспортным средством 2 шарнирами 4, чтобы манипуляторы 3 могли перемещаться в различных режимах в разных направлениях. Дополнительно, свободный конец каждого бурильного манипулятора 3 может снабжаться бурильным блоком 5, который может содержать направляющую балку 6, устройство 7 подачи, бурильную машину 8, а также инструмент 9, дальний конец которого может быть оснащен буровым долотом 9а. Бурильная машина 8 может перемещаться устройством 7 подачи по направляющей балке 6 для обеспечения подачи инструмента 9 к горной породе 10 во время бурения. Бурильная машина 8 может содержать ударное устройство для передачи ударных импульсов на инструмент 9 и дополнительно вращательное устройство для вращения инструмента 9 вокруг его продольной оси. Буровая установка 1 может дополнительно содержать один или несколько блоков 11 управления для управления бурением. Блок 11 управления может содержать один или несколько процессоров, программируемую логическую схему или аналогичное устройство для исполнения программного продукта, исполнение которого реализует способ согласно изобретению. Кроме того, блок 11 управления может быть снабжен схемой размещения шпуров, определяющей, по меньшей мере, точку заложения и направление шпуров, подлежащих бурению. На фиг.3 показана схема 22 размещения шпуров. Блок 11 управления может быть дополнительно снабжен последовательностью бурения, дополнительно определяющей, по меньшей мере, порядок бурения шпуров. Блок 11 управления может давать команды на исполнительные механизмы, перемещающие бурильный манипулятор 3, на устройство 7 подачи, а также на другие исполнительные механизмы, оказывающие влияние на местоположение бурильного блока 5. Дополнительно к этому может быть использован один или несколько датчиков 12, соединенные с шарнирами 4 бурильного манипулятора 3, и один или несколько датчиков 13, соединенные с бурильным блоком 5. Измерительная информация, полученная от датчиков 12, 13, может направляться в блок 11 управления, который на основании измерительной информации может определять местоположение и направление бурильного блока 5 для управления. Блок 11 управления может быть конфигурирован для обработки данных для установки бурильного блока 5 в нужном положении, как местоположение 9а бурового долота и направление продольной оси инструмента 9.
На фиг.2 показаны устройства 16 ручного управления, оборудованные в кабине 17а управления или на панели 17b бурения буровой установки 1 и обеспечивающие оператору 18 перемещение бурильного блока 5 в необходимое местоположение, когда бурением управляют вручную. Схема размещения шпуров может отображаться перед оператором устройством 20 отображения блока 11 управления. Дополнительно, местоположение бурильного блока 5 может отображаться устройством 20 отображения на основе измерительной информации, полученной от датчиков 12, 13. Отдельное позиционирующее устройство 21, такое как джойстик или т.п., можно дополнительно оборудовать в соединении с устройством 20 отображения для обеспечения подачи команд на блок 11 управления. Оператор 18 может модифицировать схемы размещения шпуров, отображаемые на устройстве 20 отображения, выбором одного или нескольких шпуров посредством позиционирующего устройства 21 с последующим перемещением бурильного блока 5 к необходимому местоположению посредством устройства 16 ручного управления, с обеспечением стратегии управления, поскольку блок 11 управления знает, как задавать выбранным шпурам новую, обновленную точку заложения на основе местоположения бурильного блока 5.
На фиг.3 показана схема 22 размещения шпуров с некоторым количеством точек 23 заложения шпуров, расположенных в несколько рядов 24-26, лежащих один в другом. Дополнительно к этому, схема размещения шпуров может быть снабжена шпурами 27 поля, размещенными на участке между внутренним рядом 26 шпуров и врубом 28. Два или более шпура 27 поля могут составлять элемент поля шпуров. Часто вруб 28 также содержит несколько шпуров. В схеме 22 размещения шпуров точка заложения шпура 23 может быть представлена кружком 29. Дополнительно, направление каждого шпура 23 может быть представлено в схеме 22 размещения шпуров линией 30 направленности. Проекция на плоскость xz, показанная на фиг.3, или любая другая проекция схемы 22 размещения шпуров может быть представлена на устройстве 20 отображения блока 11 управления.
На фиг.4 показана, на устройстве 20 отображения, группа 31 шпуров, состоящая из четырех шпуров 23a-23d, выбранных оператором для переноса. Шпуры в группе шпуров 31 могут быть выбраны, например, посредством перемещения курсора или аналогичного позиционирующего устройства в устройстве 20 отображения. Альтернативно, оператор может дать ярлыки шпурам, которые выбрал, для блока управления. Также имеется дополнительная возможность, чтобы уже при разработке схемы 22 размещения шпуров два или более шпуров 23 определяли составляющими группу 31 шпуров. Схема 22 размещения шпуров может включать в себя различные группы шпуров 31, такие как группы шпуров поля, группа шпуров вруба и т.д. Выбранная группа 31 шпуров и шпуры 23a-23d при этом могут отображаться на устройстве 20 отображения так, чтобы привлекать внимание, например посредством цвета, линий различной толщины или различной яркости для улучшения иллюстративного эффекта. Дополнительно, блок 11 управления может автоматически определять область 32 захвата для группы 31 шпуров, или, альтернативно, оператор может с ручным управлением определять местоположение области 32 захвата. Все шпуры 27 в группе 31 шпуров контролируются одновременно посредством области 32 захвата. Дополнительно, фактическое местоположение бурильного блока 5 может быть показано на устройстве 20 отображения посредством символа 34 и его направление посредством линии 35 направленности.
На фиг.5 показана группа 31' шпуров, уже перенесенных с первоначального места 36 заложения в новое место 37 заложения. На фигуре не показана область 32 захвата, поскольку ее местоположение совпадает с местоположением символа 34, обозначающего бурильный блок 5. Дополнительно, кроме того, к начальным точкам заложения шпуров 23 направления 30' бурения можно также модифицировать для соответствия направлению 35 бурильного блока 5. После принятия оператором перестановки и обновления им схемы 22 размещения шпуров первоначальные шпуры 23a-23d можно удалить из пределов видимости. Если необходимо, вместе с тем, также является возможным поставить их в поле зрения позже, если, например, первоначальная схема размещения шпуров подлежит последующему возвращению.
На фиг.6 показана ситуация на площадке бурения, которая может представлять собой туннель с головой 10а туннеля, кровлей 10b и полом 10с. Шпуры бурят в голову 10а туннеля или в кровлю для взрывания. Поверхности, образующие площадку бурения, не всегда являются прямыми и ровными, поскольку горная порода не всегда точно отрывается после взрывания. Следовательно, схему 22 размещения шпуров может быть необходимым модифицировать на площадке бурения. Например, шпур 38 в первоначальной схеме размещения шпуров, согласно фиг.6, вообще невозможно бурить, поскольку неровный пол 10с делает невозможным установку бурильного блока 5 в определенную начальную точку и направление бурения. Поэтому точка заложения и направление конкретного шпура должны быть модифицированы. В ситуации, показанной на фиг.6, также невозможно бурение шпура 39 с использованием бурильного блока 5; поэтому схему размещения шпуров модифицируют так, чтобы направление и, возможно, точку заложения шпура модифицировать для переноса в точку 39', дающую возможность бурения конкретного шпура.
На фиг.7 показано устройство 20 отображения блока 11 управления буровой установки и его интерфейс пользователя. Команды управления можно давать посредством клавиатуры 40 и позиционирующего устройства 21. Блок 11 управления может быть оснащен одним или несколькими блоками 41 передачи данных, через которые блок 11 управления может иметь проводное или беспроводное соединение с датчиками 12, 13, а также исполнительными механизмами, принадлежащими буровой установке 1, для передачи измерительной информации и команд управления. Дополнительно, блок 11 управления может быть оснащен одним или несколькими считывающими устройствами для считывания программного продукта и создания параметров управления. Альтернативно, информацию можно закладывать в запоминающее устройство блока 11 управления посредством клавиатуры или соединения передачи данных. Блок 11 управления может быть оснащен одним или несколькими процессорами или аналогичными электронными устройствами для обеспечения исполнения программного продукта для осуществления процедуры модифицирования согласно изобретению. Программный продукт может считываться со средства запоминающего устройства или он может загружаться из другого компьютера или информационной сети. С другой стороны, программный продукт может относиться к так называемому аппаратному решению.
Дополнительно является возможным перенос одного или нескольких шпуров в схеме размещения шпуров оператором 18 в новую точку заложения, указанную бурильным блоком, и последующего обновления блоком 11 управления схемы размещения шпуров как для перенесенных шпуров, так и, учитывая необходимые изменения, обусловленные перенесенным шпуром, для шпуров, которым не задана новая точка заложения бурильным блоком. Программный продукт, подлежащий исполнению в блоке 11 управления буровой установки и использованию для модифицирования схем размещения шпуров, может менять параметры шпуров, окружающих перенесенный шпур, или даже всех других шпуров в схеме размещения шпуров на основании осуществленного переноса. Альтернативно, шпуры в схеме размещения шпуров могут обновляться в некоторых других блоках управления, с которыми блок 11 управления буровой установки может связываться посредством соединения передачи данных. В таком случае, если, например, оператор 18 вследствие трещиноватой горной породы или горной породы другого низкого качества предлагает новое местоположение для вруба 28, блок 11 управления буровой установки дает врубу новое местоположение, и, дополнительно, блок 11 управления буровой установки или внешний блок управления может определять один или несколько новых шпуров, подлежащих заложению на первоначальном местоположении вруба, а также изменения параметров шпуров вблизи нового местоположения вруба. Блок управления может также принимать во внимание изменения, выполненные в схеме размещения шпуров и, если необходимо, даже вторично модифицировать схему размещения шпуров в целом, учитывая перенесенный шпур или группу шпуров. Это выполняют для обеспечения проектного отрыва горной породы во время подрыва комплекта шпуров. Для упрощения модифицирования схема размещения шпуров может дополнительно включать в себя заранее установленные алгоритмы для облегчения модификации в блоке управления.
Следует констатировать, что кроме проходки туннелей, подземных хранилищ и других подземных сооружений решение согласно изобретению можно также практически применять для других проектов проходки, требующих бурения горной породы, такой как уступная выемка ниже вруба.
В некоторых случаях признаки, описанные в данной заявке, можно использовать, как есть, вне зависимости от других признаков. С другой стороны, признаки, описанные в данной заявке, можно, если требуется, объединять друг с другом для образования различных комбинаций.
Чертежи и относящиеся к ним описания предназначены только для иллюстрации идеи изобретения. Подробности изобретения могут изменяться в объеме формулы изобретения.