SE531222C2

SE531222C2 - Drill rig System

Info

Publication number: SE531222C2
Application number: SE0502769A
Authority: SE
Inventors: Jean Lindroos; Bjoern Lindgren; Kreso Milic
Original assignee: Atlas Copco Rock Drills Ab
Priority date: 2005-12-15
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2009-01-20
Also published as: WO2007069993A1; SE0502769L

Description

25 30 531 222 2 byggnadsmaskiner med hög noggrannhet är kända, såsom Geo ROG och An- mask vilka används i Sverige och Norge. 25 30 531 222 2 construction machines with high accuracy are known, such as Geo ROG and Anmas which are used in Sweden and Norway.

Ett allmänt känt system för att bestämma startkoordinatema för ett borrhål, år t.ex. baserat på - en noggrann GPS-mottagare, företrädesvis en så kallad RTK-mottagare, mon- terad på borriggen/ masten, - ínklinometrar, vinkel- och långdgivare på bommen / armarna, - ett styrsystem (RCS) som bestämmer startkoordinatema för hålet och lut- ningen och orienteringen för hålet med hjälp av givare och GPS-mottagarens position.A generally known system for determining the starting coordinates of a borehole, e.g. based on - an accurate GPS receiver, preferably a so-called RTK receiver, mounted on the drilling rig / mast, - inclinometers, angle and length sensors on the boom / arms, - a control system (RCS) that determines the starting coordinates for the hole and lye the orientation and orientation of the hole using the position of the sensor and the GPS receiver.

En borrigg 10 utrustad med GPS är schematiskt visad i Fig. 2, anordnad med GPS-antenner 21, radiomodemsantenn 22, och givare 23. Fig. 4 visar ett exem- pel på ett borrplan för en arbetsplats.A drilling rig 10 equipped with GPS is schematically shown in Fig. 2, arranged with GPS antennas 21, radio modem antenna 22, and sensor 23. Fig. 4 shows an example of a drilling plane for a workplace.

Vid användning av ett navigationssystem av den beskrivna typen, behöver inte koordinaterna för startpunkten för hålet mätas in och markeras på markytan, såsom i Figur 1. Användningen av ett navigationssystem, t.ex. GPS, vid positio- nering av startpunkten för borrkronan sparar tid och pengar, eftersom ingen extra personal (t.ex. rutinerade lantmätare) behövs för att markera startpunk- terna för borr-ningen. Risken för oavsiktligt felplacerade markeringar elimineras också. Positioneringen av borriggen kan sålunda utföras i mörker och i dimmiga förhållanden, vilket i sin tur betyder bättre användning av borriggen över tiden.When using a navigation system of the type described, the coordinates of the starting point of the hole do not need to be measured and marked on the ground surface, as in Figure 1. The use of a navigation system, e.g. GPS, when positioning the starting point for the drill bit, saves time and money, as no extra staff (eg experienced surveyors) is needed to mark the starting points for the drilling. The risk of unintentionally misplaced markings is also eliminated. The positioning of the drilling rig can thus be performed in the dark and in foggy conditions, which in turn means better use of the drilling rig over time.

MWD loggning MWD-tekniken (Measure While Drilling) innefattar övervakning och registrering av tekniska parametrar under borrning. Sådana parametrar kan vara genom- trängningshastighet, matartryck och slagtryck. Analysen av parametrarna ut- förs i en mjukvara, såsom "Tunnel manager", och resulterar i en detaljerad för- utsägelse (Fig. 5) av bergmassans egenskaper såsom hårdhetsgrad, sprickföre- komst etc., utmed varje borrhål. 10 15 20 25 30 53'| 222 3 Bergegenskaper kan presenteras som kvalitetskartor för geometriska plan ge- nom berginassan. Baserat på informationen presenterad på kvalitetskartorna, kan geologer utröna vilka bergarter som förekommer utmed hålet. Kvalitetskar- tor medger en förbättrad kännedom om bergmassans egenskaper, och bildar ett tillförlitligt underlag för en optimerad och mer selektiv bergschaktning.MWD logging MWD technology (Measure While Drilling) technology includes monitoring and recording of technical parameters during drilling. Such parameters can be permeation velocity, feed pressure and stroke pressure. The analysis of the parameters is performed in a software, such as "Tunnel manager", and results in a detailed prediction (Fig. 5) of the rock mass properties such as degree of hardness, crack occurrence, etc., along each borehole. 10 15 20 25 30 53 '| 222 3 Rock properties can be presented as quality maps for geometric planes through the rock mass. Based on the information presented on the quality maps, geologists can find out which rocks occur along the hole. Quality maps allow an improved knowledge of the rock mass's properties, and form a reliable basis for an optimized and more selective rock excavation.

Vyer och kartor av förutsagda bergegenskaper kan presenteras på en bildskärm och i rapporter. Detaljerad information om förhållandena för bergmasssan för- båttrar tolkningen av det utförda borrarbetet och förbättrar också planeringen av efterföljande arbete; som vidare borrning, sprängning etc.Views and maps of predicted rock properties can be presented on a monitor and in reports. Detailed information on the conditions for the rock mass improves the interpretation of the drilling work performed and also improves the planning of subsequent work; such as further drilling, blasting, etc.

Probning Det verkliga resultatet (tex. djup, orientering av det borrade hålet) av borrning- en av ett hål kan ofta skilja sig från det planerade. Speciellt vid användning av topphammare kan den faktiska hålorienteringen avvika från den avsedda orien- teringen, eftersom hålet har en tendens att böja sig när borrkronan stöter på berg av olika hårdhet (Fig. 3, 7).Probeing The actual result (eg depth, orientation of the drilled hole) of the drilling of a hole can often differ from the planned one. Especially when using a top hammer, the actual hole orientation can deviate from the intended orientation, since the hole has a tendency to bend when the drill bit encounters rocks of different hardness (Figs. 3, 7).

Probning av hål görs därför efter att borrningen har avslutats för att bestämma den faktiska orienteringen av hålet. En prob, vanligtvis utrustad med inklino- metrar och en kompass, införs i hålet (Fig. 6, 7) för att mäta lutningen i två riktningar och orienteringen för proben, d.v.s. hålet, vid olika djup, vanligtvis varje meter. Datan behandlas sedan företrädesvis i en speciellt avsedd mjukva- ra, såsom " ROC manager", med hjälp av vilken hålet kan illustreras på en bild- skärm.Probeing of holes is therefore done after drilling has been completed to determine the actual orientation of the hole. A probe, usually equipped with inclinometers and a compass, is inserted into the hole (Figs. 6, 7) to measure the inclination in two directions and the orientation of the probe, i.e. the hole, at different depths, usually every meter. The data is then preferably processed in a specially designed software, such as "ROC manager", by means of which the hole can be illustrated on a screen.

Om koordinaterna från probningen relateras till de givna koordinaterna för startpunkten vid ytan, exempelvis geodetiskt inmätta, eller till och med grovt uppskattade utifrån koordinaterna för en tänkt startpunkt, kommer koordina- terna för det probade hålet att skilja sig från verkligheten.If the coordinates from the probe are related to the given coordinates of the starting point at the surface, for example geodetically measured, or even roughly estimated based on the coordinates of an imaginary starting point, the coordinates of the probed hole will differ from reality.

'Jn 10 fl: I J 'Jo 531 222 4 Ett problem med metoderna som används idag att resultaten från de olika mätningarna inte är tillförlitliga, i det att de inte resulterar i en riktig illustration av de verkliga förhållandena under markytan, vad gäller avvikelsen mellan det planerade hålet och det verkliga hålet, och bergets beskaffenhet.'Jn 10 fl: IJ' Jo 531 222 4 A problem with the methods used today is that the results from the various measurements are not reliable, in that they do not result in a correct illustration of the actual conditions below the ground surface, in terms of the deviation between it planned the hole and the real hole, and the nature of the rock.

Att föra samman koordinater från olika koordinatsystem orsakar felpassning mellan den kartlagda situationen och verkligheten. Därigenom kommer illustra- tionen (kartläggningen) av det borrade hålet/ hålen troligen inte att överrens- stämma med den verkliga positionen för hålet vid ytan och bergets egenskaper, och hålpositionerna under markytan.Combining coordinates from different coordinate systems causes a mismatch between the mapped situation and reality. As a result, the illustration (mapping) of the drilled hole (s) will probably not correspond to the actual position of the hole at the surface and the properties of the rock, and the hole positions below the ground surface.

Om startpunkten för hålet markeras på markytan, kan det vara så att den fak- tiska startpunkten för borren är något förskjuten relativt den avsedda start- punkten, för vilken koordinaterna sedan används. Om hålet vidare analyseras med MWD och / eller probning, är det inte troligt att det slutliga resultatet över- ensstämmer med det verkliga tillståndet för det borrade hålet i berget.If the starting point of the hole is marked on the ground surface, it may be that the actual starting point of the drill is slightly offset relative to the intended starting point, for which the coordinates are then used. If the hole is further analyzed by MWD and / or probing, it is not likely that the final result will correspond to the actual condition of the drilled hole in the rock.

Kort beskrivning Huvudsyftet med föreliggande uppﬁnning är att tillhandahålla en sann illustra- tion av håldata. Detta löses genom egenskaperna framställda i den känneteck- nande delen av det oberoende kravet. Föredragna utföringsformer framställs i de beroende kraven.Brief Description The main purpose of the present invention is to provide a true illustration of hole data. This is solved by the properties presented in the characterizing part of the independent claim. Preferred embodiments are set out in the dependent claims.

Enligt en huvudaspekt hänför sig föreliggande uppfinning till ett borriggsystem för en borrigg företrädesvis använd för bergborrning innefattande - åtminstone en navigationssignalsmottagare, anpassad för att motta naviga- tionssignaler, och att generera en navigationsdatasignal innefattande posi- tionskoordinater för borrningens startpunkt, och - en mätprob, anpassad att generera en probdatasignal som svar på uppmätt data erhållet vid probning av ett borrat hål.According to a main aspect, the present invention relates to a drilling rig system for a drilling rig preferably used for rock drilling comprising - at least one navigation signal receiver, adapted to receive navigation signals, and to generate a navigation data signal comprising position coordinates of the drilling starting point, and - a measuring probe to generate a probe data signal in response to measured data obtained when probing a drilled hole.

Uppﬁnningen kännetecknas av att systemet ytterligare innefattar en bearbet- ningsanordning, och att nämnda navigationsdatasignal och nämnda probdata- 10 15 20 25 30 53 'I 222 5 signal påförs nämnda bearbetningsanordning som genererar en utsignal bem- ende av de påförda signalema, vari nämnda utsignal innefattar verklig data re- presenterande positionen, djupet och orienteringen för det borrade hålet.The invention is characterized in that the system further comprises a processing device, and that said navigation data signal and said probe data signal are applied to said processing device which generates an output signal by means of the applied signals, wherein said output signal comprises actual data representing the position, depth and orientation of the drilled hole.

En kombination av ett satellitnavigationssystem och probning gör det möjligt att bestämma ett borrhåls startposition och koordinaterna för håleti tre dimensio- ner utmed håldjupet. De från probníngen erhållna hålkoordinaterna kan såle- des föras samman med det noggranna koordinatsystemet från satellitnaviga- tionssystemet, t.ex. GPS.A combination of a satellite navigation system and probing makes it possible to determine the starting position of a borehole and the coordinates of the borehole in three dimensions along the borehole depth. The hole coordinates obtained from the probe can thus be combined with the accurate coordinate system from the satellite navigation system, e.g. GPS.

Kombinationen av de två metoderna, noggrant navigationssystem på borriggen och probning av det borrade hålet, resulterar i att orienteringen, utstråckningen och positionen för hålet i berget/ marken kan bestämmas och registreras. ' Enligt en andra aspekt innefattar systemet enligt uppfinningen ytterligare en MWD-anordning anpassad att generera en lvIWD-datasignal beroende av data erhållen under borrning av hålet, och nämnda MWD-datasignal påförs också nämnda bearbetníngsanordning och används för att beräkna nämnda utsignal, så att nämnda utsignal dessutom innefattar data vad gäller bergets beskaffen- het utmed det borrade hålet.The combination of the two methods, accurate navigation system on the drilling rig and probing of the drilled hole, results in that the orientation, extent and position of the hole in the rock / ground can be determined and registered. According to a second aspect, the system according to the invention further comprises an MWD device adapted to generate an lvIWD data signal depending on data obtained during drilling of the hole, and said MWD data signal is also applied to said processing device and used to calculate said output signal, so that said output signal also includes data regarding the condition of the rock along the drilled hole.

Att föra samman data från de tre metoderna; 0 navigationssystem på borriggen, o MWD under borrning, och 0 probning av det borrade hålet, kommer sålunda att resultera i precisa koordinater och parametrar i tre dimen- sioner för borrhålet. Bergparametrarna för hålet kan sålunda registreras och föras samman med motsvarande parametrar för andra intilliggande hål. En till- förlitlig och noggrarm kartläggning av bergparametrar utmed hålen på arbets- platsen erhålles därigenom och kan användas vid pallbrytning, vågbyggen etc. 10 15 20 25 30 531 222 6 Genom att använda kombinationen av de tre teknikerna, kan arbetsplatsen med bergets egenskaper och dess borrade hål föras samman med världskoordinater, vilket resulterar i en riktig illustration av berget som skall bearbetas.To bring together data from the three methods; 0 navigation systems on the drilling rig, o MWD during drilling, and 0 probing of the drilled hole, will thus result in precise coordinates and parameters in three dimensions for the borehole. The rock parameters for the hole can thus be registered and combined with corresponding parameters for other adjacent holes. A reliable and accurate mapping of rock parameters along the holes in the workplace is thereby obtained and can be used in pallet breaking, wave construction, etc. 10 15 20 25 30 531 222 6 By using the combination of the three techniques, the workplace with the rock properties and its drilled holes are brought together with world coordinates, resulting in a true illustration of the rock to be machined.

När man har den riktiga illustrationen av det borrade hålet, kan den ansvarige arbetsledaren bestämma hur arbetet skall fortsätta. Som ett exempel (Fig. 2 och 7), når man känner till att en del av det borrade hålet nästan når fram till stuf- fen kan han/ hon bestämma att inte använda det hålet för sprängning, vilket aimars skulle ha varit en oekonomisk sprängning. Med uppfinningen kommer det att vara möjligt att få en riktig bild av förhållandena, därigenom möjliggö- rande att t.ex. maximera sprängeffektiviteten.Once you have the correct illustration of the drilled hole, the supervisor in charge can decide how the work should continue. As an example (Figs. 2 and 7), when it is known that a part of the drilled hole almost reaches the stump, he / she may decide not to use that hole for blasting, which otherwise would have been an uneconomical blasting. . With the invention it will be possible to get a correct picture of the conditions, thereby enabling e.g. maximize burst efficiency.

Dessa och andra aspekter av och fördelar med föreliggande uppﬁnning kommer att bli tydliga från den detaljerade beskrivningen och de förklarande ritningar- na.These and other aspects of and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description and the explanatory drawings.

Kort beskrivngg av ritnirggalig I den detaljerade beskrivningen av föreliggande uppfmning kommer hänvisning att göras till de tillhörande ritningarna, ivilka Fig. 1 är en schematisk vy av en bergborrigg, nägra markeringar på ytan för avsedda startpunkter, Fig. 2 Fig. 3 visar en borrigg anordnad med GPS-utrustning, är en schematisk vy av ett tvärsnitt av ett borrat hål jämfört med det avsedda hålet (streckad linje), I Fig. 4 visar en exempliﬁerande borrplan i ett GPS-gränssnitt, Fig. 5 visar en schematisk illustration som ett resultat av MWD, Fig. 6 är en schematisk vy av en person utförande en probning av ett borrat hål, är en schematisk illustration av probningen j ämförd med det avsedda hålet, är ett schematiskt diagram av uppfmningen enligt en första aspekt, Fig. 7 Fig. 8 Fig. 9 är ett schematiskt diagram av uppfinningen enligt en andra aspekt. 10 15 20 25 30 531 222 Detaljerad beskrivning Fig. 1 visar en schematisk vy av en bergborrigg 10 arbetande på en arbetsplats.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the detailed description of the present invention, reference will be made to the accompanying drawings, in which Fig. 1 is a schematic view of a rock drilling rig, some markings on the surface of intended starting points, Fig. 2 Fig. 3 shows a drilling rig arranged with GPS equipment, is a schematic view of a cross section of a drilled hole compared to the intended hole (dashed line), In Fig. 4 shows an exemplary drilling plane in a GPS interface, Fig. 5 shows a schematic illustration as a result of MWD, Fig. 6 is a schematic view of a person performing a probe of a drilled hole, is a schematic illustration of the probe compared to the intended hole, is a schematic diagram of the invention according to a first aspect, Fig. 7 Figs. Fig. 9 is a schematic diagram of the invention according to a second aspect. Detailed description Fig. 1 shows a schematic view of a rock drilling rig 10 operating at a workplace.

Några markeringar på markytan eventuellt orda av en lantmätare, visande de avsedda startpunktema i enlighet med hur positioneringen av borrkronan tidi- gare ordes.Some markings on the ground surface may be worded by a surveyor, showing the intended starting points in accordance with how the positioning of the drill bit was previously arranged.

Föreliggande uppfmning hänför sig till ett borriggsystem för en borrigg företrä- desvis använd för bergborrning åtminstone en navigationssignalsmottagare, an- passad för att motta navigationssignaler, och att generera en navigationsdata- signal innefattande positionskoordinater för borrningens startpunkt, och en mätprob, anpassad att generera en probdatasignal som svar på uppmätt data erhållet vid probning av ett borrat hål..The present invention relates to a drilling rig system for a drilling rig preferably used for rock drilling at least one navigation signal receiver, adapted to receive navigation signals, and to generate a navigation data signal comprising position coordinates of the drilling starting point, and a measuring probe adapted to generate a probe data. in response to measured data obtained by probing a drilled hole.

I Uppñnningen kännetecknas av systemet ytterligare innefattar en bearbetnings- anordning, och att nämnda navigationsdatasignal och nämnda probdatasignal påförs nämnda bearbetningsanordning som genererar en utsignal beroende av de påförda signalerna, vari nämnda utsignal innefattar verklig data represente- rande positionen, djupet och orienteringen för det borrade hålet (Fig. 8).The invention is further characterized by the system comprising a processing device, and that said navigation data signal and said probe data signal are applied to said processing device which generates an output signal depending on the applied signals, said output signal comprising actual data representing the position, depth and orientation of the drilled hole. (Fig. 8).

Systemet enligt uppfinningen kan ytterligare innefatta en MWD-anordning an- passad att generera en MWD-datasignal beroende av data erhållen under borr- ning av hålet.. Nämnda MWD-datasignal påförs också nämnda bearbetningsan- ordning och används för att beräkna nämnda utsignal, så att nämnda utsignal dessutom innefattar data vad gäller bergets beskaffenhet utmed det borrade hä- let (Fig. 9). MWD-datasignalen kan antingen vara ràdata från den utförda borr- ningen som bearbetas av bearbetningsanordningen, eller en bearbetad signal.The system according to the invention may further comprise an MWD device adapted to generate an MWD data signal depending on data obtained during drilling of the hole. that said output signal also includes data regarding the nature of the rock along the drilled heel (Fig. 9). The MWD data signal can be either raw data from the drilled hole machined by the machining device, or a machined signal.

Utsignalen påförs företrädesvis en bildskärm för presentation av data från ut- signalen.The output signal is preferably applied to a monitor for presentation of data from the output signal.

När borrningen skall påbörjas, kan borr-planen (koordinater för hålens start- punkter) laddas in i en dator anordnad med en bearbetningsanordning enligt 10 15 20 25 531 222 8 föreliggande uppfinning. Datorn är företrädesvis anordnad i borriggens förar- hytt.When drilling is to begin, the drilling plan (coordinates of the starting points of the holes) can be loaded into a computer provided with a machining device according to the present invention. The computer is preferably arranged in the drilling rig's cab.

Borrkronan positioneras sedan av föraren, och de verkliga koordinaterna för startpunkten bestäms med hjälp av navigationssystem, såsom GPS.The drill bit is then positioned by the driver, and the actual coordinates of the starting point are determined using navigation systems, such as GPS.

Borrningen av hålet påbörjas, och därmed också mätningen och registreringen av de tekniska parametrarna (MWD), såsom genomträngriingshastighet, matartryck och slagtryck, under borrningen.Drilling of the hole begins, and thus also the measurement and registration of the technical parameters (MWD), such as penetration speed, feed pressure and impact pressure, during drilling.

När borrningen år avslutad, utförs probning av det borrade hålet (Fig. 6-7). Ana- lysen av parametrarna utförs i en mjukvara, såsom "Tunnel manager".When drilling is completed, probing of the drilled hole is performed (Fig. 6-7). The analysis of the parameters is performed in a software, such as "Tunnel manager".

Data från GPS:en, MWD:n och probningen matas in i bearbetníngsanordningen som beräknar en utsignal, vilken innefattar verklig data representerande den verkliga positionen, djupet, orienteringen av hålet, bergegenskaper etc. Utsigna- lerna påförs företrädesvis en bildskärm i illustrationssyfte, t.ex. genom att pre- sentera resultaten i ett grafiskt gränssnitt (Fig. 8), vilket ger en riktig illustration av hålet och / eller bergets egenskaper i relation till vårldskoordinater, och dår- igenom till andra referenspunkter med tillförlitliga koordinater.Data from the GPS, the MWD and the probe are input to the processing device which calculates an output signal, which includes actual data representing the actual position, depth, hole orientation, rock properties, etc. The outputs are preferably applied to a monitor for illustrative purposes, e.g. ex. by presenting the results in a graphical interface (Fig. 8), which gives a correct illustration of the hole and / or rock properties in relation to world coordinates, and thereby to other reference points with reliable coordinates.

Den riktiga illustrationen kommer därigenom att ge underlag för efterföljande beslut om hur arbetet skall fortsätta; vidare borrning, sprängning etc.The correct illustration will thereby provide a basis for subsequent decisions on how the work should continue; further drilling, blasting, etc.

Utföringsforrnerna visade i rítningarna och framförda i beskrivningen bör inte uppfattas som begränsande, utan endast som exempliﬁerande.The embodiments shown in the drawings and presented in the description should not be construed as limiting, but only as exemplary.

Claims

A drilling rig system for a drilling rig preferably used for rock drilling comprising: at least one navigation signal receiver, adapted to receive navigation signals, and to generate a navigation data signal comprising position coordinates for the starting point of the drilling network, and adapted to generate a probe data signal in response to measured data obtained by probing a drilled hole, characterized in that the system further comprises a processing device, and that said navigation data signal obtained before drilling and said probe data signal obtained after drilling are applied to said processing signal generating a processing signal. depending on the applied signals, wherein said output signal comprises actual data representing the position, depth and orientation of the drilled hole. Drilling rig system according to claim 1, wherein the system further comprises an MWD device adapted to generate an MWD data signal depending on data obtained during drilling of the hole, and said MWD data signal is also applied to said processing device and used to calculate said output signal, so that said output signal in addition, includes data regarding the nature of the rock along the drilled hole. Drilling rig system according to claim 2 or 3, wherein the output signal is applied to a screen for presentation of data from the output signal. Drilling rigs preferably used for rock drilling comprising a drilling rig system according to any one of claims 1-3. A method comprising the steps of: receiving navigation signals from at least one navigation signal receiver, generating a navigation data signal comprising position coordinates of the starting point of the drilling, and generating a probe data signal in response to measured data obtained when probing a drilled hole. The characterized water method further comprises applying said navigation data signal obtained before drilling and said probe data signal obtained after drilling to a processing device, and generating an output signal depending on the applied signals, wherein said output signal comprises actual data representing the position, depth the orientation of the drilled hole. The method of claim 5, wherein the method further comprises generating an MWD data signal depending on data obtained during drilling of the hole, and applying said MWD data signal to said processing device and for calculating said output signal, so that said output signal in addition, includes data regarding the nature of the rock along the drilled hole. A method according to claim 5 or 6, wherein the method further comprises presenting data from the output signal on a monitor.