DE2422571B2

DE2422571B2 - Verfahren und Steuervorrichtung zum Gesteins- und/oder Erdbohren

Info

Publication number: DE2422571B2
Application number: DE2422571A
Authority: DE
Inventors: G Lagerstrom
Original assignee: Atlas Copco AB
Current assignee: Atlas Copco AB
Priority date: 1973-05-15
Filing date: 1974-05-09
Publication date: 1975-07-31
Also published as: CA1022919A; ZA742761B; NO137021C; GB1437885A; IT1016000B; ATA396174A; AU6860474A; US3891039A; DE2422571A1; FR2229818B1; NO741732L; NO137021B; JPS5019202A; CH571148A5; AT333687B; FR2229818A1; SE373184B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Gesteins- und/oder Erdbohren, wobei mehrere Bohrlöcher bis auf eine vorbestimmte, vorzugsweise ebene Grundfläche vorgetrieben werden. Diese Grundfläche kann z. B. eine Fläche sein, die dicht bei der zukünftigen Oberfläche einer zu bauenden Straße liegt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf den Straßenbau beschränkt, sondern kann mit Vorteil in all jenen Fällen Anwendung finden, in denen das Bohren bis auf eine vorbestimmte Grundfläche vorkommt.

Die bisher bekannte Arbeitsweise verlangt ein zeitraubendes Ausmessen jedes Bohrlochs, um dessen erforderliche Tiefe zu bestimmen. Außerdem muß die Bohrtiefe an demjenigen Punkt angezeigt werden, an dem das Bohren stattfindet. Um die gewünschte Bohrtiefe zu erreichen, wird ein Bohrgestänge, bestehend aus einem oder mehreren Gestängeabschnitten, benutzt. In den meisten Fällen muß der Bohrvorgang unterbrochen werden, wenn der letzte Gestängeabschnitt nur teilweise in den Grund eingedrungen ist. Wenn das Bohren nicht bis auf die verlangte Tiefe vorgetrieben wird, bleiben beim nachfolgenden Sprengen über die Grundfläche vorstehende Felsen und Steine stehen, und um diese /u beseitigen, sind weitere Bohr- und Sprengarbeiten nötig. Zuvor muß allerdings das bereits losgesprengte Gestein abgetragen werden.

Hierbei besteht die große Gefahr, daß die Schaufeln oder Behälter der Lademaschinen beschädigt werden, wenn sie auf die wegen unzureichender Bohrtiefe stehengebliebenen, festen Steine stoßen. Um diese Gefahren und die zeitraubenden nachträglichen Sprengarbeiten und das darauf folgende nochmalige Abtragen von Gestein zu vermeiden, ist es wesentlich, daß das Bohren ununterbrochen fortgesetzt wird, bis die erforderliche Bohrlochtiefe erreicht ist. Damit dies auf jeden Fall sichergestellt ist, wird nach der bisherigen Praxis der Bohrvorgang üblicher Weise nicht unterbrochen, bis ai'ch der letzte Gestängeabschnitt ganz in den Grund eingebohrt ist. Damit werden jedoch unnötige Bohr- und Sprengkosten in Kauf genommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche gewährleisten, daß die Bohrlöcher ohne Unterbrechung des Bohrvorgangs und unabhängig von den Ansatzpunkten der Bohrungen genau bis auf die gewünschte Grundfläche vorgetrieben werden.

Das zur Lösung der vorstehenden Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist eifindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß mittels elektromagnetscher Strahlung eine zu der Grundfläche parallele Itezugsfläche erzeugt wird, daß der Abstand zwischen der Bezugsfläche und dem Punkt, an welchem eine Bohrung beginnt, in einer bestimmten Richtung gemessen wird und die in derselben Richtung gemessene Projektions-Komponen-

te der Bohrlochtiefe zu dem Abstand addiert wird und daß der Bohrvorgang unterbrochen wird, wenn die Summe anzeigt, daß die Grundfläche erreicht ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbe.spielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitende Bohrvorrichtung im /usamnenwirken mit einem frei stehend aufgestellten Suchermast für eine Bezup.sf'äche;

Fig.2 zeigt eine andere Ausführungsform, bei welcher der Sucher auf der Vorschublafette des Bohrgeräts montiert ist;

Fig. 3 zeigt in vereinfachter Darstellung den Schaltplan der Steuervorrichtung des Bohrgeräts nach Fig. 1. In

Fig.4 ist alternativ eine im Vergleich zu Fig. 3 vereinfachte Steuervorrichtung dargestellt;

Fig.5 zeigt die Ausführung nach Fig.2 mit einer dieser angepaßten Steuervorrichtung.

Gemäß Fig. 1 und 2 wird durch eine rotierende Strahlungsquelle 101 eine Bezugsfläche 102 erzeugt. Die Strahlungsquelle kann /. B. ein Laser entsprechend dem schwedischen Patent 3 47 351 sein. Sie wird so gerichtet, daß die Bezugsfläche 102 parallel zu einer vorbestimmten Grundfläche 103 liegt, bis zu welcher gebohrt werden soll. Für die Bohrarbeiten wird ein Bohrgerät benutzt, welches aus einem Chassis 104 und einem daran gelagerten Ausleger 105 besieht, der eine Vorschublafette 106 für eine Gesteinsbohrmaschine 107 trägt. Den Antrieb der Vorschubbewegung längs der Lafette 106 bildet ein Vorschubmotor 109, der in bekannter Ausführung auf eine Kette oder eine Schraubenspindel wirkt. Die Gesteinsbohrmaschine 107 ist mit einer Bohrstange 108 verbunden.

• Bei der Ausführung nach F i g . I wird ein frei stehend aufgestellter Sucher für die Bezugsfläche benutzt. Dieser besteht aus einem Grundrahmen 111, einem Teleskopmast 112 und einem Arm 113 zum Abfühlen des Niveaus des mit 99 bezeichneten Punkts auf dem Boden 100, wo das Bohren beginnt. Der Mast 112 trägt an seinem oberen Ende einen Fotodetektor 116, welcher ai einer Anzahl Fotozellen besteht, wie sie z. B. von der Firma Siemens unter der Typenbezeichm ng BPY 63 hergestellt werden. Diese Fotozellen sind 'weckmäßigerweise so angebracht, daß die Strahlungsquelle 101 unabhängig von ihrer horizontalen Richtung festgestellt werden kann. Der Fotodetektor 116 ist vorzugsweise mit einer einfachen Kunststoff-Optik zur Begrenzung des vertikalen Empfindlichkeitsbereichs und mit einem der Wellenlänge der Strahlungsquelle angep&3ten Filter versehen. Auf diese Weise wird der Einfluß z. B. des Sonnenlichts vermindert.

Der Grundrahmen 111 trägt reversible Antriebe für den Mast 112 und den Arm 113. Der Mjst kann z. B. durch Anschluß seines inneren Hohlraumes an eine Druckfluidquelle ausgefahren und mittels eines weiteren Druckfluidmotors verkürzt werden, welcher über ein an der Mastspitze befestigtes Kabel diesen zusammenzieht. Als Antrieb für den Arm 113 kann ein reversibler (,₀ Druckfluidmotor oder Elektromotor dienen. Um die Druckfluidzufuhr zu steuern, werden elektrisch gesteuerte Ventile benutzt, die mit Verstärkern oder Relais versehen sein mögen, so daß sie durch die Steuersignale der nachstehend beschriebenen logischen Steuerschaltung angetrieben werden können. Mit den Antrieben des Masts 112 und des Arms 113 sind Impulse erzeugende Fühler, nachfolgend Sensoren genannt.

verbunden Diese können z. B. mit rotierenden Magneten arbeiten, welche auf Blattfederrelais (Reed-Relais) oder sogenannte »log-cell-Elemente« wirken. Der Vorschub der Bohrmaschine 107 wird in ähnlicher Weise gemessen. Der Arm 113 ist zwischen einer oberen Endstellung 114 und einer unteren Endstellung 115 bewegbar, wobei die obere Endstellung 114 auf demselben Niveau liegt, wie die unter; Endstellung des Fotodetektors 116.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 nur darin, daß der Mast 122 auf der Vorschublafette 106 montiert ist Der Mast 122 wird durch einen Motor 121 angetrieben.

Mit den in Fig.1 eingetragenen Bezeichnungen ergibt sich folgende Beziehung:

A = H -i- K + Dcos v,

wobei A den Abstand zwischen der Bezugsfläche 102 und der Grundfläche 103, H den Abstand zwischen der Endstellung 114 und der Bezugsfläche 102, K den Abstand zwischen der Endstellung 114 und dem mit 99 bezeichneten Ansatzpunkt der Bohrung, D die Tiefe des Bohrlochs und schließlich ν den Winkel zwischen der Bohrrichtung und der Vertikalen bedeuten.

Bei der Anordnung nach F ig. 2 besteht folgende Beziehung:

A = (H + K + K) cos v,

in diesem FaIi sind H und K in der Bohrrichtung gemessen. K ist der konstante Abstand zwischen der unteren Endstellung 120 des Fotodetektors 116 und dem Ansatzpunkt 99 der Bohrung.

Die Bohrmaschine 107 ist in der Darstellung nach F i g . 3 gezeigt mit einem elektrisch gesteuerten Ventil 47, welches die Druckfluidzufuhr von einer Versorgungsleitung 48 zur Hammervorrichtung der Bohrmaschine unterbricht, wenn eine bestimmte Spannung, ein logisches 1-Signal, an den Eingang 49 des Ventils angelegt wird. Dieses möge einen Verstärker haben, welcher die Steuerung mittels logischer Signale ermöglicht.

Der Grundrahmen 111 des Mastes 112 trägt eine Anzahl von Fühl- oder Anzeigeeinrichtung 19,21,30,31 und 32, auch Indikatoren oder Sensoren genannt, sowie Impulse erzeugende Sensoren 91 und 2, was in F i g. 3 durch eine Linie 95 angedeutet ist. Der Indikator 19 erzeugt ein logisches 1-Signal, auch »Signal« genannt an seinem Ausgang, wenn der Arm 113 auf dem Grund aufsetzt. Der Indikator 21 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn der Mast 112 bis in die höchste Stellung ausgefahren ist, welche, falls gewünscht, einstellbar ist. Der Indikator 30 umfaßt den Fotodetektor 116, einen Verstärker mit Filter zur Unterdrückung verwünschter Signale und eine Ausgangssignalvorrichtung, z. B. einen Schmitt-Trigger, welcher ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Fotodetektor 116 die Strahlungsquelle 101 fühlt. Der Indikator 31 erzeugt ein Ausgangssignal, w"iin der Arm 113 in seiner oberen Endstcllung 114 steht. Der Indikator 32 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn sich der Fotodetektor 116 in seiner unteren Endstcllung 114 befindet. Die Sensoren 91 und 2, die mit den Antriebsmotoren des Masts 112 und des Arms 113 verbunden sind, haben zwei mit UP und DOWN bezeichnete Ausgänge. Diese Sensoren erzeugen zwei phasenverschobene Impulsfolgen, so daß die Drchrichtung der Sensoren dargestellt wird. Die Sensoren

umfassen Impulse erzeugende Elemente. z. Ii. monostabile Vibratoren und erzeugen logische !-Impulse konstanter Dauer je nach Drehrichtung der Sensoren entweder am Ausgang UP oder am Ausg.mg DOWN. »UP« und »DOWN« bedeuten » + « und »-« s entsprechend der üblicheren Praxis, nicht aber Bewegungsrichtungen. /. B. mit Bezug auf Γ i g. 1, nach oben bzw. nach unten.

Ein Sensor 3 ist mit dem Motor 109 oder der von diesem angetriebenen Kette- oder Schraubenspindel verbunden. Dieser Sensor ist von derselben Art wie du.¹ Sensoren 91 und 2 Dies ist in der Zeichnung durch die Linie 97 angedeutet. Weiterhin soll eine l.sr.ie 98 /eigen, daß mil der Vorschublafettc 106 ein Winkelsensor 26 verbunden ist, welcher ein Signal abgibt, dtis entweder dem Winkel ν oder dem cos ν proportional ist. Der Sensor kann auch durch einen Einstellknopf Schalter ersetzt sein.

Die Vorschublafette 106 ist mit einer Bohrstan genführung HO versehen, zu der eine mit einem Indikator 33 ausgestattete Zange gehört, durch welche das Bohrgestänge 108 gehalten werden kann. Der Indikator 33 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Zange das Bohrgestänge ergreift. In der Zeichnung zeigt eine Linie 96 die Lage des Indikators 3.3.

Auf dem Grundrahmen 104 des Bohrgeräts sind weitere elektronische Einrichtungen montiert. Die Steuerungselektronik ist im wesentlichen aus integrierten Schaltkreisen aufgebaut und in der Zeichnung als logischer Schaltplan dargestellt.

Zur elektronischen Steuereinrichtung gehören außer den bereits erwähnten Indikatoren und Sensoren drei Addierglieder 4, 5 und 6. Diese haben jeweils zwei Eingänge und einen Ausgang und arbeiten in der Weise, daß jeder Eingangsimpuls, unabhängig an welchem Eingang, einen Ausgangsimpuls erzeugt, und zwar unabhängig von der zeitlichen Reihenfolge Außerdem sind drei UP/DO WN Zähler 7.8 und 9 vorgesehen, die mehrere Ein- und Ausgänge haben, von denen nur die hier benutzten gezeigt sind. Um die Beschreibung zu vereinfachen, sei angenommen, daß die Zähler auf logische 1-Impulse reagieren und auch solche !-Impulse als Ausgangssignale erzeugen. Ein Eingang »LOAD« am Zähler 9 ist eine Ausnahme. Diesem Eingang werden logische O-Impulse zugeführt. Der Aufbau der Zähler muß berücksichtigt werden, wenn im Handel erhältliche Zähler benutzt werder.. Dies geschieht am einfachsten, indem an bestimmten Eingängen und/oder Ausgängen I Jmkehrglieder angeordnet werden. Wenn an einem mit »CLEAR« bezeichneten Eingang ein Signal auftritt. werden die Zähler auf 0 gestellt. Impulse, die an einen mit »UP« bezeichneten Eingang gelangen vergrößern den im Zähler gespeicherten Wert. Umgekehrt verrin gern Impulse am Eingang »DOWN« den im Zähler gespeicherten Wert. Wenn dieser Null wird, ergibt sich am mit »BORROW« bezeichneten Ausgang ein Signal. Wenn der Eingang »LOAD« des Zählers 9 einen logischen 0-lmpuls erhält wird der im Zähler 7 gespeicherte Wert auf den Zähler 9 übertragen, was in der Zeichnung durch einen Pfeil 45 angedeutet ist Der ^₀ im Zähler 7 gespeicherte Wert wird dadurch jedoch nicht beeinflußt. Ein Multiplizierglieii 11 multipliziert die Zahl der Impulse, welche es von dem die Bohrlänge messenden Sensor 3 erhält mit dem Wert \on cos ». der entweder unnvitelbar vom Sensor 26 erhalten wird. (,5 oder, wenn dicer nur einen Winkclwert erzeugt, im

ph/ier^licil 11 crmtticlt wird Weiterhin Mini itrci elcktm mechanisch».· Impuls/ah Ier 12. 13 und 14 in der Steuervorrichtung enthalten. Diese können natürlich durch elektronische Zähler mit Digitalanzeige ersetzt werden. Die Zähler 12 und 13 sind mil einer manuellen Null-Stelleinrichtung 81 bzw 82 verschen. Der Zähler 14 hat zwei parallel verbundene Digitalanzcigcn. von denen eine mit einer manuellen Voreinstellung 85 versehen ist. Impulse am Eingang 43 des Zählers 14 werden vom vorangestellten Wer! abgezogen und gleichzeitig auf der anderen Digitalanzeige zusammengezählt. Wenn die voreingestellte Anzeige den Wer! 0 erreicht, wird am Ausgang 44 des Zahlers 14 ein Signal erhallen Die beiden Digitalnnzcigen werden mittels eines Zugmagnclen 80 gleichzeitig zurückgestellt. Es sei angenommen, daß der Zugmagnet 80 einen Verstärker aufweist durch welchen eine Betätigung mittels logischer Signale möglich ist. Em Impulsgenerator 24 erzeugt ständig Impulse, deren Dauer und frequenz auf den Zahler 14 abgestellt sind. Weiterhin gehören zu der Steuervorrichtung zwei monostabile Vibratoren 28 und 29. Diese erzeugen jeweils am Ausgang 1 einen logischen 1-Impuls bestimmter Dauer und am Ausgang 0 einen logischen 0-lmpuls derselben Dauer, wenn die Spannung am Eingang vom Niveau eines logischen 0-lmpulses auf das eines logischen 1 -Impulses wechselt.

In der Steuervorrichtung nach 1 ig. 3 sind sieben »SET/RESET«-Hip-Flops 10. 15. 16. 17. 18. 20 und 27 enthalten. Diese erzeugen ein anhaltendes logisches !-Signal am Ausgang 1 und ein anhaltendes logisches 0-Signal am Ausgang 0 nach Empfang eines Impulses am Eingang 5. Wenn dagegen ein Impuls an den Eingang R gelangt, werden die logischen Werte der Ausgangssignale umgekehrt.

Schließlich gehören zur Steuervorrichtung eine Anzahl AND-GATTER und OR GATTER. Ein AND-GATTER, z. B. das Gatter 22, erzeugt nur dann ein logisches !-Signal am Ausgang, wenn alle Eingänge ein logisches 1-Signal erhalten. Ein OR-GATTER, z. B. das Gatter 50, erzeugt ein logisches !-Signal am Ausgang, wenn einer oder mehrere der Eingänge ein logisches 1-Signal erhalten. Die Gatter können mit Umkehrgliedern an den Eingängen oder Ausgängen versehen sein. was in der Zeichnung durch kleine Kreise angedeutet ist Die Umkehrung bedeutet, daß ein logisches 1-Signal in ein logisches 0-Signal oder umgekehrt verwandelt wird. Alle elektronischen Schaltkreise im dargestellten System erhalten ihre Steuerspannung von einei Spannungsquelle, z. B. einem Akkumulator, über ein Halterelais 25. Die Spannungsquelle und das Relaii seien hier als Einheit angenommen. Zum Systerr gehören zwei Sprungschalter 34 und 35. Leiter 70 und 71 stehen unter einer Spannung vom Niveau der logischer 1 -Signale. Außerdem sind zwei Anzeigegeräte vorgese hen. die z. B. Licht und/oder akustische Signale erzeugen. Im Beispielsfall sind sie als Lampen 41 und Ai dargestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet wie folgt Die Strahlungsquelle 101 ist so gerichtet, daß di< Bezugsfläche 102 parallel zur Grundfläche 103 liegt. Dei Abstand H + K zwischen der Bezugsfläche und den Ansatzpunkt 99 der Bohrung wird durch den Mast lti und den Arm 113 gemeldet und im Zähler 14 registriert Hierzu wird die Richtungskomponente Dcos ν de; Tiefe dcv Bohrlochs addiert. Wenn der Zähler 1' anzeigt, daß die Grundfläche 103 erreicht ist, wird an Ausgang 44 ein Signal erzeugt Dieses Signal schalte über den flip flop 18. das Gatter 68. dessen Ausgang 4< mn dem 1 ingang 49 des Ventils 47 verbunden ist. übe

dieses die Hammervorriehtung der Bohrmaschine 107 aus.

Im folgenden sei die Funktionsweise der in !-" i g . J dargestellten Steuervorrichtung erläutert, wobei mit der Bezeichnung »hoch« eine logische 1 -Signal-Spannung und mit »niedrig« eine logische O-Signal-Spannung gemeint wird. Die Beschreibung geht davon aus. daß die Spannung abgeschüttet ist und daß der Mast 112 und der Arm 113 sich nicht in einer ihrer Endsiellungen befinden. Wenn dann der Sprungschalter 34 beliitigt wird, gelangt Spannung von dem Leiter 70 an das Halterelais 25, durch welches alle Schallkreise mit Spannung versorgt werden, sowie /um hingung S des Flip-Flops 20. Dadurch wird dessen Ausgang 1 hoch, und auf diese Weise wird aueh der Ausgang 0 des Flip-Flops

16 hoch. Die Ausgänge der Gatter 61 und 62 werden niedrig. 13a sich der Arm 113 nicht in seiner oberen Fndstcllung 114 befindet, ist der Ausgang des Indikators Jl niedrig. Beide Fingänge des Gatters 63 sind deshalb niedrig und sein Ausgang hoch. Dieser Ausgang ist mit dem Antriebsmotor des Arms 113 verbunden, so daß der Arm dadurch in seine F.ndstellung 114 zurückgebracht wird.

Da sich voraussetzungsgemäß der Fotodetektor 116 nicht in seiner unteren Endslellung 114 befindet, ist der Ausgang des Indikators 32 niedrig. Weil auch der Ausgang des Indikators 31 niedrig ist. ist der Ausgang des Gatters 66 und sind beide Eingänge des Gatters 65 niedrig.

Da der Ausgai.g des Gatters 61 niedrig ist, sind beide ^₀ Hingänge des Gatters 64 niedrig. Dies bedeutet, daß der Ausgang 39 des Gatters 64 hoch ist. Dieser Ausgang ist mit dem Antrieb des Masts 112 derart verbunden, daß der Mast dadurch in seine F.ndstellung 114 verfahren wird. y,

Wenn der Arm 113 seine obere Endstellung 114 erreicht, wird der Ausgang des Indikators 31 hoch und dadurch wird der Ausgang 37 des Gatters 63 niedrig, wodurch der Antrieb des Arms 113 unterbrochen wird.

Wenn der Mast 112 seine Endslellung 114 erreicht, ₄„ w ird der Ausgang des Indikators 32 hoch. Dadurch wird der Ausgang 39 des Gatters 64 niedrig, so daß der Antrieb des Masts 112 unterbrochen wird. Da die Ausgänge beider Indikatoren 31 und 32 hoch sind, ist auch der Ausgang des Gatters 51 hoch, so daß der _4S Zähler 7 auf 0 gestellt wird und der Ausgang 1 des Flip-Flops 20 niedrig wird.

Wenn nun der Sprungschalter 35 betätigt wird, gelangt Spannung von der Leitung 71 /um monostabilen Vibrator 28, so daß dieser einen logischen 1-Impuls abgibt. Dieser Impuls macht über den Zugmagneten 80 den Zähler 14 bereit, so daß dessen voreingestellte Anzeige den eingestellten Wert zeigt, welcher dem Abstand A zwischen der Bezugsfläche 102 und der Grundfläche 103 entspricht. Der genannte Impuls stellt außerdem die Zähler 8 und 9 auf Null, macht den Ausgang 0 des Flip-Flops 18 hoch und dessen Ausgang 1 niedrig, macht außerdem den Ausgang 0 des Flip-Flops

17 hoch und dessen Ausgang 1 niedrig. Außerdem wird der Ausgang 0 des Flip-Flops 16 und de; Ausgang 1 des f_O Flip-Flops 15 niedrig, und über das Gatter 50 wird Ausgang 1 des Flip-Flops 27 niedrig.

Wenn die voreingestellte Anzeige des Zählers 14 Null /eigt und vom monostabilen Vibrator 28 der Impuls er/eugt wird, ist der Ausgang 44 hoch, und das Gatter 67 <,₅ überträgt deshalb den Impuls an den Zähler 12, welcher da/u dient, die Anzahl der Bohrlocher /u registrieren Da die Ausgänge 1 der I lip Flops 18 und 27 niedrig sind.

sind aueh beide Eingänge des Gatiers 68 niedrig und dessen Ausgang 40 deshalb ebenfalls niedrig. Dieser Ausgang ist mit dem Eingang <19 des Ventils 47 verbunden.

Die Hammervorriehtung der Bohrmaschine 107 läuft nunmehr an. und das Bohren kanu beginnen. Da der Arm 113 nicht in Berührung mit den-Grund steht, ist der Ausgang des Indikators 19 niedrig, und da der Ausgang 0 des Flip-Flops 16 niedrig ist. sind beide Eingänge des Gatters 59 niedrig und sein Ausgang 36 hoch. Dieser Ausgang ist mit dem Antriebsmotor 11.3 des Arms verbunden, so daß der Arm dadurch zum Aufsetzen auf dem Grund bewegt wird.

Da auch der Fotodetektor 116 noch nicht die Strahlungsquelle 101 aufgespürt hat. ist der Ausgang des Indikators 30 niedrig. Weil außerdem der Ausgang 1 des Flip-Flops 27 niedrig ist, sind beide Eingänge des Gatters 57 und deshalb auch dessen Ausgang niedrig. Da weiterhin der Ausgang 0 des Flip-Flops 16 niedrig ist. sind beide Eingänge des Gatters 60 niedrig und deshalb dessen Ausgang 38 hoch Dieser Ausgang ist mit dem Antrieb des Masts 112 vet bundcn, so daß der Mast dadurch ausgefahren wird.

Wenn der Mast 112 hochgefahren und der Arm 113 abgesenkt wird, liefern die Sensoren 91 und 2 Impulse am Ausgang LIP. Diese Impulse werden durch das Addicrglicd 4 zusammengezählt, welches sie an den Eingang UP des Zählers 7 weitergibt. Sobald der Arm 113 den Grund erreicht, wird der Ausgang des Indikators 19 hoch, wodurch der Antrieb des Arms über das Gatter 59 angehalten wird. Wenn der Fotodetektor 116 die Bezugsfläche 102 erreicht, wird der Ausgang des Indikators 30 hoch, wodurch der Antrieb des Masts über die Gatter 57 und 60 unterbrochen wird. Da die Ausgänge der Indikatoren 19 und 30 beide hoch sind, ist auch der Ausgang des Gatters 22 hoch. Dadurch wiederum wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 15 hoch, und als Folge davon liefert der monostabile Vibrator 29 einen logischen 0-Impuls an den Eingang LOAD des Zählers 9, wodurch der im Zähler 7 gespeicherte Wert auf den Zähler 9 übertragen wird. Da der Ausgang 1 des Flip-Flops 15 und auch der Ausgang 0 des Flip-Flops 17 hoch sind, können die Impulse des Impulsgenerators 24 durch das Gatter 23 gelangen. Die Impulse gehen einerseits an den Eingang DOWN des Zählers 9 und andererseits über das Addierglied 6 an das Gatter 56. Da der Ausgang 0 des Flip-Flops 18 hoch ist, können die Impulse durch das Gatter 56 gehen und werden im Zähler 14 registriert

Während des Bohrvorgangs ergreift die Zange der Bohrstangenführung 110 das Bohrgestänge 108 nicht, so daß der Ausgang des Indikators 33 niedrig ist. Wenn die Bohrmaschine 107 entlang der Vorschublafette 106 vorgeschoben wird, liefen der Sensor 3 Impulse am Ausgang DOWN. Diese Impulse gehen durch das Gatter 53. da der Ausgang des Indikators 33 niedrig ist Da der Ausgang 0 des Flip-Flops 10 niedrig und sein Eingang 1 hoch ist, können die Impulse nicht den Zähler 8 erreichen, sondern gelangen über das Gatter 55 einerseits zum Zähler 13 und andererseits zum Multiplizierglied 11. Im Zähler 13 wird die gesamte Bohrlänge registriert. Die vom Sensor 3 ankommende Zahl von Impulsen wird im Multiplizierglied 11 mit cos ι multipliziert und die auf diese Weise modifizierte lmpulszahl wird über das Addierglied 6 und das Gattei 56 dem Zahler 14 zugeführt. Die Impulse vorr Impulsgenerator 24 verringern den im Zähler ^c gespeicherten Wert, bis dieser Null wird Wenn du."

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geschieht, liefert der Zähler 9 einen Impuls am Ausgang BORROW. Dieser Impuls wird dem Eingang S des Flip-Flops 17 zugeführt, wodurch dessen Ausgang I 'hoch und dessen Ausgang 0 niedrig wird. Wenn der Ausgang 0 des Flip-Flops 17 niedrig ist, können die Impulse des Impulsgeneriitors 24 nicht durch das Gatter 23 dringen. Da der Ausgang 1 des Flip-Flops 17 hoch ist, sind die Ausgänge der Gatter 61 und 62 niedrig. Außerdem ist der Ausgang des Indikators 31 niedrig, so daß der Ausgang 37 des Gatters 63 hoch ist. Als Ergebnis davon wird der Arm 113 in seine obere EndL. ellung 114 bewegt.

Da der Ausgang des Indikators 31 niedrig ist, ist auch der Ausgang des Gatters 66 niedrig, und da weiterhin der Ausgang des Indikators 32 niedrig ist, ist auch der Ausgang des Gatters 65 niedrig. Dies bedeutet, daß beide Eingänge des Gatters 64 niedrig sind und deshalb dessen Ausgang 39 hoch ist. Als Folge davon wird der Mast 112 in seine untere Endstellung 114 verfahren. Wenn der Arm 113 die Endstellung 114 erreicht, wird der Ausgang des Indikators 31 hoch. Als Folge davon wird der Ausgang 37 des Gatters 63 niedrig, wodurch der Antrieb des Arms unterbrochen wird. Da der Ausgang 1 des Flip-Flops 17 hoch ist. folgt daraus weiterhin, daß der Ausgang des Gatters 66 hoch wird, so daß der Ausgang 39 des Gatters 64 niedrig und damit der Antrieb des Masts unterbrochen wird. Wenn der in IFig. 3 gezeigte Schalter 90 offen ist, wird statt dessen der Mast in seine untere Endstellung 114 zurückgezogen, wenn der Ausgang 1 des Flip-Flops 14 hoch ist.

Um die vorgesehene Grundfläche 103 zu erreichen, kann es erforderlich sein, das Bohrgestänge 108 zu verlängern. Wenn die Bohrmaschine 107 in ihrer vorderen Stellung auf der Vorschublafette 106 steht, wird die Zange der Bohrgestängeführung 110 zusamrnengedrückt. wodurch das Bohrgestänge 108 gehalten wird. Außerdem wird der Ausgang des Indikators 33 hoch. Dadurch werden die Gatter 52 und 53 geschlossen, so daß keine Impulse vom Sensor 3 hindurchgehen können. Die Bohrmaschine 107 wird vom Bohrgestänge 108 gelöst und in ihre hintere Stellung auf der Vorschublafette 106 zurückgefahren. Es wird dann ein weiterer Bohrstangenabschnitt mit dem Bohrgestänge 108 und danach die Bohrmaschine 107 wieder mit dem so verlängerten Bohrgestänge verbunden. Wenn die Zange der Bohrgestängeführung 110 geöffnet wird, wird der Ausgang des Indikators 33 niedrig, und der ßohrvorgang kann, wie vorstehend beschrieben, fortschreiten.

Sobald die Grundfläche 103 erreicht ist, wird der Wert in der voreingestellten Anzeige des Zählers 14 Null und der Ausgang 44 deshalb hoch. Dadurch wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 18 hoch und sein Ausgang

0 niedrig. Der Ausgang 40 des Gatters 68 wird infolgedessen hoch, wodurch die Hammervorrichtung ^ der Bohrmaschine 107, wie oben beschrieben, abgeschaltet wird. Die Lampe 41 leuchtet auf und zeigt an. daß das Loch fertig gebohrt ist.

Während des Bohrvorgangs kann es notwendig sein, die Bohrmaschine 107 zurückzuziehen, z. B, wenn das ho Bohrgestänge 108 das Bestreben zeigt, im Bohrloch Stecken zu bleiben. Wenn die Bohrmaschine zurückgelogen wird, liefert der Sensor 3 Impulse am Ausgang UP Diese gelangen über das Gatter 52 an den Eingang UP des Zählers» und an den Eingang R des Flip-Flops 10. Als Ergebnis des ersten Impulses wird der Ausgang

1 des Flip-Flops 10 niedrig und sein Ausgang 0 hoch. Galter 55 ist geschlossen. Wenn die Bohrmaschine 107

wieder vorgeschoben wird, liefen der Sensor 3 Impulse vom Ausgang DOWN. Da der Ausgang 0 des Flip-Flop<· 10 hoch ist, gehen die Impulse durch die Gatter 53 tint 54 /um Eingang DOWN des Zählers 8. Wenn der im Zähler 8 gespeicherte Wert 0 wird, ergibt sich wieder ein Impuls am Ausgang BORROW. Als Folge dieses Impulses wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 10 hoch und sein Ausgang 0 niedrig. Dadurch wird Jas Galter 54 geschlossen und gleichzeitig das Gatter 5i> geöffnet. Die Impulse vom Sensor 3 werden nun dem Zähler 14 zugeführt wie oben beschrieben.

Wenn sich der Fotodetektor 1(6 schon über der Be/ugsfläche 102 befindet, wenn der Sprungschalter 35 betätigt wird oder wenn der Fotodetektor während des Ausfahrens des Masts aus irgendeinem Grund die Bezugsfläche 102 nicht auffindet, wird der Mast bis in seine oberste Endstellung ausgefahren. Wenn er diese erreicht, wird der Ausgang des Indikators 21 hoch. Als Folge davon wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 27 hoch. wodurch Ausgang 38 des Gatters 60 niedrig und die Aufwärtsbewegung des Masts 112 angehalten wird. Weiterhin wird der Ausgang 40 des Gatters 69 hoch, wodurch die Hammervorrichtung der Bohrmaschine 107 angehalten wird und die Lampe 42 aufleuchtet. Weiterhin wird der Ausgang des Galters 61 niedrig. Da die Ausgänge der Indikatoren 31 und 32 beide niedrig sind, ist der Ausgang des Gatters 65 niedrig. Dies bedeutet, daß beide Eingange des Gatters 54 niedrig sind und deshalb dessen Ausgang 39 hoch ist. Als Folge davon wird der Mast 112 zusammengezogen. Wenn dann der Fotodetektor 116 während der Abwärtsbewegung des Masts auf das Niveau der Bezugsfläche 102 kommt, wird der Ausgang des Indikators 30 hoch. Da der Arm 113 schon in Berührung mit dem Grund ist. ist der Ausgang des Indikators 19 hoch. Deshalb wird der Ausgang des Gauers 22 hoch und dadurch auch der Ausgang 1 des Flip-Flops 15. Außerdem und der

AH^S/^anr ' ^{deS Fli}P-^FI°P^s ^T1 ⁿ'edrig. so daß der Ausgang 40 des Gatters 68 niedrig und die Lampe 42 abgeschaltet wird. Die Halbiervorrichtung der Bohm-iav-hinc >07 wird erneut gestartet. Da die Ausgänge 1 der Flip-Flops 17 und 27 niedrig sind, ist der Ausgang des Gatters 58 niedrig. Weiterhin ist Ausgang 1 des Flip-Flops 20 niedrig, so daß der Ausgang des Gatters 61 hoch ist. Dies bedeutet, daß der Ausgang 39 des Gatters 64 niedrig ist und die Bewegung des Masts 112 angehalten wird. Danach arbeitet die Steuerung wie vorstehend beschrieben.

Bei der Ausführung nach F i g . 4 wird eine Steuervorrichtung benutzt, welche sich von der nach F ig 3 im

^,^η/!!Γ*^{εη dadurch} unterscheidet, daß keine VPI DOWN Zähler vorgesehen sind

Ebenso wie bei der Ausführung nach F1 g 3 sind nach h ig.4 ein Fotodetektor 116. ein Verstärker und Hlter 140 und ein Ausgangsteil 141. ζ Β ein Schmitt Trigger, vorgesehen, um die Bezugsflache 102 festzustellen^p.ese dre, Einheiten entsprechen zusam men dem Indikator 30 nach F i g. 3. Die Sensoren 134. i*> und 136, die mit dem Vorschubmotor 109. dem Motor des Arms 113 und dem Motor des Masts 112

von . f^e\^Slnd· ^{Sind bci dlesem} Ausführungsbeispiel von einfacherer Konstruktion als die entsprechenden

nich, ηΓπ _h ^eru^AUSfÜhrUn« ^{nach F} * Β -3- Sie können A \t ,^"^""««fcrnigehorigen Motoren fühlen. Außerdem _s,ndd,e monostab.len Vibratoren 137. 138 ^sondere Einheiten geze.gt Dre,

ndikai™ ^sondere Einheiten geze.gt Dre,

h,d,_ka,o en werden be, der Steuervorrichtung nach F - g 4 eingesetzt. 7. B Drucksensoren 131. 132 und 1 H

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welche die mit einem Indikator versehene Zange 33 gemäß [-' i g . 3 ersetzen. Diese Indikatoren /eigen an. daß die Klammervorrichtung arbeitet, dall das Bohrgestänge 108 rotiert und dal} der Vorschub eingeschaltet ist. Sämtliche Ausgänge dieser Indikatoren sind während des Bohrvorgangs hoch.

Wenn der Schalter 130 in die .Schallstellung 127 gebracht wird, gelangt von der Leitung 71 Spannung an das Gatter 148. Dadurch wird der Ausgang I des Hip-Hops 143 hoch. Der Mast 112 und der Arm 113 werden über die Ausgänge 37 und 39 in die Kndslellung 114 zurückgezogen. Nachdem dies geschehen ist, sind die Ausgänge der Indikatoren 31 und 32 hoch.

Wenn der Sehaller 130 in die in I'ig. 4 dargestellte Schaustellung geschaltet wird, liefert der monosiabilc Vibrator 28 einen logischen 1-Impuls am Ausgang 1. Dieser Impuls stellt über den Zugmagneten 80 den Zähler 14 ein. Wenn die Voreinstellungsanzeige des Zählers 14 vorher Null gezeigt hat. geht der Impuls durch das Gatter 67 /um Zähler 12. Als Folge des Impulses wird außerdem der Ausgang I des Flip-Flops 18 niedrig. Ausgang 1 des Flip-Flops 142 hoch und dessen Ausgang 0 niedrig sowie Ausgang 1 des Flip-Flops 143 niedrig. Da sich der Mast 112 nicht in seiner oberen Stellung befindet, ist der Ausgang des Indikators 21 niedrig. Beide Eingänge des Gatters 68 sind deshalb niedrig, so daß das Ventil 47 die Druckfluidzufuhr zur Hammervorrichtung der Bohrmaschine 107 öffnet. Da der Ausgang 36 hoch ist, wird der Arm 113 zum Grund hin angetrieben. Da der Fotodetektor 116 sich nicht in der Bezugsfläche 102 befindet, ist der Ausgang des Ausgangsteiles 141 niedrig. Der Ausgang 38 ist hoch, und der Mast wird hochgefahren. Die Bewegung des Masts 112 und des Arms 113 wird über die Sensoren 136 und 135. die ■monostabilen Vibratoren 139 und 138. die Gatter 149 und 150, 38 Addierglied 4, das Gatter 152 und das Addierglied 6 im Zähler 14 registriert. Der Vorschub der Bohrmaschine iO7 längs der Vorschub'afcUc 106 wird während des Bohrvorgangs über den Sensor 134, den monostabilen Vibrator <37 und. da die Ausgang der Indikatoren 131, 132 und 133 hoch sind, das Gatter 151 im Zähler 13 registriert. Diese Impulse werden auch dem Multiplizierglied 11 zugeführt, wo ihre Zahl mit dem vom Sensor 26 erhaltenen Wert des cos ν modifiziert wird. Die das Multiplizierglied 11 verlassenden Impulse werden über das Addicrglied 6 dem Zähler 14 zugeführt. Wenn der Arm 113 den Grund erreicht, wird der Ausgang des Indikators 19 hoch, und das > Gatter 150 blockiert Signale vom Sensor 135. Es wird in diesem Fall angenommen, daß der Motor des Arms 113 mit einer mechanischen Kupplungsvorrichtung versehen ist. welche den Antrieb des Arms unterbricht, wenn dieser auf dem Grund aufsetzt.

ίο Wenn der Fotodetektor 116 die Bezugsfläche 102 erreicht, wird der Ausgang des Ausgangsteils 141 hoch. Dadurch wird der Ausgang 1 des Flip-Flops 142 niedrig, dessen Ausgang 0 hoch und Ausgang 1 des Flip-Flops 143 ebenfalls hoch. Als Folg davon werden der Mast und der Arm in ihre Endstellung 114 zurückgezogen. Gatter 152 wird dadurch geschlossen. Wenn die voreingestellte Anzeige des Zählers 14 Null wird, wird der Ausgang 44 hoch, wodurch Ausgang 1 des Flip-Flops 18 hoch wird. Ausgang 40 des Gatters 68 wird hoch, wodurch die Hammervorrichtung der Bohrmaschine 107 mittels des Ventils 47 angehalten wird. Außerdem leuchtet die Lampe 41 auf, um anzuzeigen, daß das Bohrloch fertig ist. Da der Vorschub der Bohrmaschine 107 längs der Bohrlafette 106 nur registriert wird, wenn die Ausgänge der Indikatoren 131, 132 und 133 hoch sind, kann das Bohrgestänge 108 auch bei dieser Ausführung verlängert werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Mast 122 auf der Vorschublafette 106 montiert. Ein Steuerkreis 144 dient bei diesem System dazu, eine Anzahl Impulse zu erzeugen, welche dem Abstand K entspricht. Dieser Steuerkreis ersetzt den Arm 113 in F i g . 3 und 4. Das Mulliplizierglied 11 ist gemäß F i g . 5 so versetzt worden, daß die Gesamtzahl der Impulse von den Sensoren 134 und 136 mit cos ν multipliziert wird entsprechend der aus Fig. 2 abgeleiteten Gleichung

.4 = (H + K + D)cos v.

Außerdem ersetzt ein Gatter 153 die Gatter 149 und 152 in Fig.4. Im übrigen arbeitet die Steuervorrichtung nach F i g. 5 im Prinzip in derselben Weise wie das System nach F ig. 4, so daß auf eine detaillierte Funktionsbeschreibung verzichtet werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnuncen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Gesteins- und/oder Erdbohren, wobei mehrere Bohrlöcher bis auf eine vorbestimm-Ie, vorzugsweise ebene Grundfläche vorgetrieben werden, dadurch gekennzeichnet, daß mittels elektromagnetischer Strahlung eine zu der Grundfläche parallele Bezugsfläche erzeugt wird, daß der Abstand zwischen der Bezugsfiäche und dem Punkt, an welchem eine Bohru.ig beginnt, in einer bestimmten Richtung gemessen wird und die in derselben Richtung gemessene Projektionskompo-■ente der Bohrlochliefe zu dem Abstand addiert wird, und daß der Bohrvorgang un^rbrochen wird, wenn die Summe anzeigt, daß die Grundfläche erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Be/.ugsflä-Che und dem Ansalzpunkt der Bohrungen in einer »Ilen zusammengehörigen Bohrungen gemeinsamen Richtung gemessen wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I oder 2, mit einer längs einer Vorschubvorrichtung verfahrbaren Bohrmaschine turn Bohren einer Anzahl Löcher bis auf eine bestimmte Grundfläche und einer mit der Vorschubvorrichtung verbundenen, den Vorschubweg der Bohrmaschine messenden Vorrichtung, gekennleichnet durch eine Vorrichtung zur Erzeugung *iner zur Grundfläche (103) parallelen Bezugsfiäche (102) mittels elektromagnetischer Strahlung und eine mit der den Vorschubweg messenden Vorrichtung verbundene Meß- und Steuervorrichtung zur Summierung des in einer bestimmten Richtung gemessenen Abstandes zwischen der Bezugsfläche (102) und dem Ansatzpunk; (99) der Bohrung und ier in dieselbe Richtung fallenden Richtungskomponente der Bohrlochtiefe (D).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Meß- und Steuervorrichtung die Bewegung der Bohrmaschine (107) auf der Vorschubvorrichtung (106) in Rückwärtsnchtung meßbar ist, wobei zu jeder Zeit die Lage des vorderen Endes eines mit der Bohrmaschine verbundenen Bohrgestänges (108) angegeben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Meß- und Steuervorrichtung eine Einrichtung gehört, durch welche die Vorschubmessung bei der Verlängerung des Bohrgestänges (108) zu unterbrechen ist.

6. Vorrichtung nach einen der Ansprüche 3 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß zur Meß- und Steuervorrichtung eine Einrichtung gehört, durch welche ein dem Abstand zwischen der Bezugsflache (102) und der Grundfläche (103) entsprechender Vorgabewert einspeicherbar ist, und daß ein Steuersignal erzeugbar ist, wenn eine Bohrung relativ zur Bezugsfläche (102) die dem Vorgabewert entsprechende Tiefe erreicht.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine von dem Steuersignal beeinflußbare, die Energiezufuhr zur Bohrmaschine (107) abschaltende Einrichtung.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Erzeugung der Bezugsfläche (102) einen Laser aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine den Abstand zwischen der Bezugsfläche (102) und dem Ansatzpunkt (99) einer Bohrung messende Vorrichtung, welche einen ausfahrbaren Mast (112) mit einem lichtempfindlichen, die Bezugsfläche (102) fühlenden Element (116) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Mast (112) ein Teleskopmast ist.