СПОСОБ И СИСТЕМА ОЦЕНКИ ТВЕРДОСТИ МАССИВА ПОРОДЫ Российский патент 2021 года по МПК E21C39/00 E21B44/00 E21B49/00 G05B13/04 

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[1] Настоящая заявка испрашивает приоритет по временной патентной заявке U.S. Provisional Application No. 62/359,577, зарегистрирована 7 июля 2016, полностью включена в виде ссылки.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[2] Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к горным машинам и, конкретнее, к установкам для бурения взрывных скважин и оценке твердости породного массива во время работы установки для бурения взрывных скважин.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[3] В наземных и подземных горных разработках, обычно применяют взрывчатые вещества для разрушения породного массива с тем чтобы вынуть породу и транспортировать в руднике для складирования, обогащения и т.п. В частности, одну или несколько установок для бурения взрывных скважин (ʺбуровых станковʺ) применяют для бурения сетки скважин в породном массиве для приема ВВ. Проектное решение взрыва (в примере, геометрия скважин и энергия ВВ, подаваемая в каждую скважину) определяет распределение дробления породного массива (например, размер индивидуальных частиц горной породы). Результатом равномерного дробление является ритмичная работа по выемке и обогащению минерального сырья. В противоположность указанному, результатом неравномерного дробления обычно является низкая производительности работ при выемке и транспортировке а также дополнительные затраты и непроизводительное время при обогащении минерального сырья. Недостаточное и несообразное дробление может возникать, когда равномерно распределенная взрывная энергия приложена к породной массе с варьирующейся твердостью и другим неоднородным структурам. Поскольку свойства материала породного массива в общем распределены не однородно, подрывной заряд в идеале выполняют с возможностью получения соответствия энергия

ВВ, приложенной к каждой трехмерной локации породного массива, энергии, требуемой для получения однородного дробления. С помощью оценки твердости породного массива в блоках различных трехмерных локаций, можно улучшить проектное решение взрыва для получения соответствия энергия ВВ, приложенной в отличающихся трехмерных локациях породного массива, энергии ВВ, требуемой для получения однородного дробления.

[4] В сегодняшней практике взрывных работ комбинируют скудные данные геологических изысканий (например, образцов керна) а также эвристические данные предыдущих проводимых поблизости горных работ (например, других взрывных и буровых работ) для идентификации требований к взрывным работам (например, требований по энергии ВВ). Разрешение данных геологических изысканий ограничено стоимостью и временем, требуемым для отбора керна. В результате, взрывные работы часто планируют на основе усредненных свойств материала в большом массиве горной породы. Вариации в литологии материала (например, твердость, сбросообразование, границы между материалами разных типов, и т.п.) точно не известны и могут приводить к изменчивости в полученном дроблении.

[5] Можно использовать данные эксплуатационного мониторинга и другие данные с системы управления буровым станком для выведения системы показателей бурения (например, удельной энергии бурения). Такие системы показателей бурения можно применять для информации по взрывным работам. Вместе с тем, данные, полученные с бурильного станка, и, следовательно, измерение таких количественных показателей, как удельная энергия, могут быть искажены. Например, указанные данные могут быть искажены динамическим воздействием станка, сложным взаимодействием между станком и массой горной породы, и функциональным состоянием станка (например, большем потреблении энергии для бурения изношенным долотом, чем новым долотом). При этом, прямое измерение свойств горной породы является сложным без учета показателей работы станка с течением времени и без знания функционального состояния станка (например, информации о замене бурового долота).

[5] Следует также отметить, что проектное решение взрыва для скважины может требовать идентификации за короткое время бурения скважины для быстрой зарядки скважины ВВ для минимизации вывалов породы. При этом, оптимизация по всей сетке бурения до выработки конструктивного решения по подрывному заряду практически не осуществима, как разовое вычисление по пакету данных.

[7] Соответственно в вариантах осуществления предложены способы и системы для оценки твердости породного массива во время работы промышленной машины, такой как установка для бурения взрывных скважин. Например, в одном варианте осуществления предложен способ, который включает в себя прием электронным процессором модели породного массива и прием оперативной информация бурения с промышленной машины. Способ также включает в себя обновление модели породного массива на основе оперативной информации бурения и оценку индекса бурения для скважины на основе обновленной модели породного массива. Способ также включает в себя задание параметра взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения. Если необходимо, способ может также включать в себя прием оперативных данных по загрузке, таких как по меньшей мере с один ковшового погрузчика, колесного погрузчика, экскаватора, горной машины другого типа, и т.п. (обобщенно именуемых в данном документе ʺвспомогательной промышленной машинойʺ), собирающих раздробленную породу, и обновление, с помощью электронного процессора, обновленной модели породного массива на основе оперативных данных по загрузке.

[8] Другой вариант осуществления обеспечивает систему для оценки твердости породного массива во время работы промышленной машины. Система включает в себя электронный процессор, выполненный с возможностью приема модели породного массива и приема оперативной информации бурения с промышленной машины. Электронного процессор также выполнен с возможностью обновления модели породного массива на основе оперативной информации бурения и оценки индекса бурения для скважины на основе обновленной модели породного массива. Электронный процессор также выполнен с возможностью задания, после оценки индекса бурения для скважины, параметра взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения.

[9] В другом варианте осуществления предложен энергонезависимый машиночитаемый носитель, включающий в себя инструкции, которые при исполнении электронным процессором обеспечивают исполнение электронным процессором некоторого набора функций. Набор функций включает в себя прием модели породного массива и прием оперативной информации бурения с промышленной машины. Набор функций также включает в себя обновление модели породного массива на основе оперативной информации бурения и оценку индекса бурения для скважины на основе обновленной модели породного массива. Набор функций также включает в себя задание параметра взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения.

[10] Другие аспекты изобретения должны стать понятными при ознакомлении с подробным описанием и прилагаемыми чертежами.

Краткое описание чертежей

[11] На фиг. 1 показан вид сбоку установки для бурения взрывных скважин по одному варианту осуществления.

[12] На фиг. 2 схематично показана система для оценки твердости породного массива, пробуренной станком для бурения взрывных скважин фиг. 1.

[13] На фиг. 3 схематично показан контроллер системы фиг. 2.

[14] На фиг. 4 показана блок-схема последовательности операций способа оценки твердости породного массива с применением системы фиг. 2.

[15] На фиг. 5 в виде графика показано проектное решение взрыва для скважины на основе распределения индекса бурения для скважины.

[16] На фиг. 6 показана блок-схема последовательности операций способа обеспечения обратной связи, относящегося к оцененной твердости породного массива.

[17] На фиг. 7 схематично показаны последовательные фазы изыскательского бурения, бурения взрывной скважины и загрузки взорванного материала из перспективы имеющейся информации в модели породного массива.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[18] Перед подробным описанием любых вариантов осуществления изобретения следует уточнить, что изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и устройством компонентов, изложенными в следующем описании или показанными в следующих чертежах. Изобретение допускает другие варианты осуществления и практическую реализацию различными путями. Также понятно, что фразеология и терминология применяется в данном документе для цели описания и не должна рассматриваться, как ограничение. Применение слов ʺвключающий в себя,ʺ ʺсодержащийʺ или ʺимеющийʺ и их вариаций в данном документе относится к терминам, перечисленным ниже в данном документе и их эквивалентам, а также дополнительным позициям. Термины ʺустановлен,ʺ ʺсоединенʺ и ʺсцепленʺ применяются в широком смысле и относятся к обеим, прямым и не прямым установке, соединению и сцеплению. Дополнительно, ʺсоединенʺ и ʺсцепленʺ не сужаются до физических или механических соединений или сцеплений и могут включать в себя электрические соединения или сцепления, либо прямые или непрямые. Также, электронные средства связи и уведомления могут быть выполнены с применением любых известных средств, в том числе прямых соединений, беспроводных соединений и т.п.

[19] Следует отметить что множество устройств агрегатного обеспечения и основанных на программном обеспечении, а также множество отличающихся конструктивных компонентов можно использовать для реализации изобретения. В дополнение, следует понимать, что варианты осуществления изобретения могут включать в себя агрегатное обеспечение, программное обеспечение и электронные компоненты или модули, которые для целей рассмотрения могут быть проиллюстрированы и описаны, как если главные компоненты реализованы только в агрегатном обеспечении. Вместе с тем, специалист в данной области техники на основе прочтения данного подробного описания, должен признать, что по меньшей мере в одном варианте осуществления, основанные на электронике аспекты изобретения, можно реализовать в программном обеспечении (например, сохраняемые на энергонезависимом машиночитаемом носителе), исполняемом одним или несколькими процессорами. При этом, следует отметить, что множество основанных на агрегатном обеспечении и программном обеспечении устройств, а также множество отличающихся конструктивных компонентов можно использовать для реализации изобретения. Например, ʺконтроллерʺ и ʺблок управленияʺ, приведенные в описании, могут включать в себя один или несколько процессоров, один или несколько модулей запоминающего устройства, в том числе энергонезависимый машиночитаемый носитель, один или несколько интерфейсов ввода-вывода и различные соединения (например, системную шину), соединяющих компоненты. Кроме того, и как описано в последующих частях, конкретные конфигурации, показанные на чертежах, служат в качестве примеров вариантов осуществления изобретения, и возможны другие альтернативные конфигурации.

[20] На фиг. 1 показана установка 10 для бурения взрывных скважин (ʺбуровой станокʺ). Следует понимать, что буровой станок 10, показанный на фиг. 1 представлен, как один пример горной машины, и варианты осуществления, описанные в данном документе, можно применять с горной машиной любого типа без ограничения примером бурового станка 10, показанного на фиг. 1. Кроме того, варианты осуществления, описанные в данном документе, можно применять с промышленной машиной любого типа и без ограничения горной машиной.

[21] Как показано на фиг. 1, буровой станок 10 включает в себя мачту или вышку 14, основание 18 (например, машинное отделение), которое несет вышку 14, кабину 22 оператора, соединенную c основанием 18, и гусеничную ходовую часть 26 с приводом 30 гусениц, который перемещает буровой станок 10 по поверхности 34 (например, грунту). Вышка 14 несет бурильную колонну 38, включающую в себя множество компонентов, таких, например, как бурильные трубы, ударные переводники, резьбовые соединения, буровое долото, и стабилизатор долота. Как показано на фиг. 1, бурильная колонна 38 выполнена с возможностью выдвижения вниз (например, вертикально или под углом) через поверхность 34 и в ствол скважины. Буровой станок 10 также включает в себя один или несколько выравнивающих выдвижных опор 42 для опирания бурового станка 10 на поверхности 34. В выдвинутом положении выдвижная опора 42 взаимодействует с поверхностью 34 для несения бурового станка 10. Когда буровой станок 10 не используют (например, не ведут бурение), выдвижную опору 42 можно переместить в полностью убранное положение для обеспечения буровому станку 10 перемещения на гусеницах 26 без помех от взаимодействия выдвижных опор 42 с поверхностью 34. Кроме того, буровой станок 10 может включать в себя один или несколько буровых датчиков 48 (не показано на фиг. 1). Буровой станок 10 может также включать в себя один или несколько контроллеров 49 для управления компонентами бурового станка 10. В некоторых вариантах осуществления, один или несколько контроллеров 49 поддерживают связь с одним или несколькими буровыми датчиками 48. Также следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления один или несколько контроллеров 49 расположены на удалении от бурового станка 10 и поддерживают связь с компонентами бурового станка 10 (например, буровыми датчиками 48, другими контроллерами, и т.п.) напрямую (по одному или нескольким проводным или беспроводным соединениям) или через одно или несколько промежуточных устройств (по одному или нескольким проводным или беспроводным соединениям).

[22] Буровые датчики 48 применяют для измерения параметров бурения. Параметры бурения могут включать в себя, например, глубину спуска бурового долота, скорость проходки, силу спуска в скважину, скорость вращения и крутящий момент, гидравлический давление, угол наклона вышки 14, положение бурильной колонны 38, другие параметры бурения или их комбинации. Например, буровые датчики 48 могут включать в себя датчик напряжения, датчик силы тока или их комбинацию для измерения крутящего момента электрического вращающего устройства бурового станка 10. В качестве другого примера, буровые датчики 48 могут включать в себя датчик напряжения, датчик силы тока, датчик давления или их комбинацию установленную на приводе бурового станка 10 для измерения силы спуска в скважину (например, величину силы спуска, приложенной буровым станком 10 во время вертикального бурения). В некоторых вариантах осуществления буровые датчики 48 включают в себя один или несколько инклинометров для определения угла наклона вышки 14.

[23] На фиг. 2 показана система 50 для оценки твердости породного массива пробуренной с применением бурового станка 10 по одному варианту осуществления. Система 50 включает в себя базу 52 данных литологии породного массива и контроллер 54. База 52 данных литологии породного массива сохраняет модели породного массива. Модель породного массива представляет данные породного массива, связанные со свойствами материала породного массива, которые могут оказывать влияние на процесс бурения. В частности, данные породного массива представленные моделью породного массива могут включать в себя данные, связанные, например, с композицией, твердостью, местоположением одной или нескольких плоскостей нарушения, абразивностью, другими свойствами материала породного массива, которые могут оказывать влияние на бурение, или их комбинациями. В некоторых вариантах осуществления модель породного массива включает в себя данные, представляющие трехмерное геопространственное отображение свойств материала породного массива. В некоторых вариантах осуществления, модели породного массива выполняют на основе ранее собранных данных породного массива, относящихся к конкретному породному массиву. Например, модель породного массива может быть построена на основе ранее собранных данных геологических изысканий (например, отбора керна), данных бурения из ранее пробуренных скважин в аналогичном породном массиве, данных, связанных с ранее определенной неопределенностью свойств материала пробуренной скважины, других ранее собранных данных породного массива, или их комбинации.

[24] Дополнительно, как описано более подробно ниже, модель породного массива может иметь в основе (например, обновленная) данные породного массива, связанные с ранее полученным дроблением (например, от предыдущих взрывных работ), данные обратной связи, связанные с показателями работы машины, (например, непрямых измерений предыдущих взрывных работ, собранных другими машинами) и т.п. Например, когда взрывают породный массив, вспомогательную промышленную машину можно применять для сбора взорванного материала породного массива. Когда вспомогательная промышленная машина взаимодействует с взорванным материалом породного массива, вспомогательная промышленная машина собирает данные непрямых измерений (например, оперативные данные по загрузке). Непрямые измерения могут относиться, например, к успешности проектного решения взрыва на основе системы показателей работы машины, связанных с дроблением взорванного материала породного массива, (например, энергии копания, силы копания, движения через поверхность копания, полезной нагрузки и т.п.), необходимости выполнения корректировок проектного решения взрыва, и т.п.

[25] В некоторых вариантах осуществления база 52 данных литологии породного массива поддерживает связь с (например, передает данные на и принимает данные с) контроллером 54 по сети 56 связи. Сеть 56 связи может включать в себя интернет, сотовую сеть, общедоступную сеть, частную сеть или другую проводную или беспроводную сеть. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления сеть 56 связи включает в себя прямой канал связи между базой 52 данных литологии породного массива и контроллером 54 (например, выделенное проводное соединение). Кроме того, в некоторых вариантах осуществления, база 52 данных литологии породного массива поддерживает связь с контроллером 54 не напрямую, а через одно или несколько промежуточных вычислительных устройств. Например, база 52 данных литологии породного массива может поддерживать связь (например, через проводное или беспроводное соединение или сеть) с промежуточным вычислительным устройством (например, настольным компьютером, портативным компьютером, планшетным компьютером, средством связи, таким как смартфон или носимое смарт-устройство, и т.п.), и промежуточное вычислительное устройство может поддерживать связь с контроллером 54 (например, через сеть 56 связи).

[26] Как показано на фиг. 2, контроллер 54 поддерживает связь с буровыми датчиками 48. Контроллер 54 и буровые датчики 48 могут поддерживать связь по одному или нескольким проводным или беспроводным соединениям. Хотя на фиг. 2 не показано, в некоторых вариантах осуществления контроллер 54 поддерживает связь с буровыми датчиками 48 через сеть 56 связи. Также, следует понимать, что контроллер 54 может поддерживать связь с буровыми датчиками 48 ненапрямую, через одно или несколько промежуточных вычислительных устройств, одно или несколько промежуточных запоминающих устройств или их комбинации. Например, контроллер 54 может поддерживать связь (например, через проводное или беспроводное соединение или сеть) с промежуточным вычислительным устройством (например, настольным компьютером, портативным компьютером, планшетным компьютером, средством связи, таким как смартфон или носимое смарт-устройство, и т.п.), и промежуточное вычислительное устройство может поддерживать связь с буровыми датчиками 48 (например, через проводное или беспроводное соединение или сеть). В некоторых вариантах осуществления, контроллер 54 может поддерживать связь с другим оборудованием, например, по меньшей мере с одним ковшовым погрузчиком, колесным погрузчиком, экскаватором, горными машинами другого типа, и т.п. (обобщенно именуемыми в данном документе ʺвспомогательными промышленными машинамиʺ) для приема, например, данных обратной связи, как упомянуто выше. Дополнительно, контроллер 54 может поддерживать связь (например, через проводное или беспроводное соединение или сеть) с промежуточными запоминающими устройствами (например, промежуточной базой данных), и промежуточное запоминающее устройство может поддерживать связь с буровыми датчиками 48 (например, через проводное или беспроводное соединение или сеть). Аналогично, контроллер 54 может поддерживать связь с буровыми датчиками 48 через контроллер 49 бурового станка 10.

[27] Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления контроллер 54 включен в состав контроллера 49 бурового станка 10. Соответственно, контроллер 54 может быть установлен на буровом станке 10 или на удалении от бурового станка 10. Например, контроллер 54 может быть включен в состав устройства дистанционного управления или блок дистанционного управления для бурового станка 10.

[28] На фиг. 3 схематично показан контроллер 54 системы 50 по одному варианту осуществления. Как показано на фиг. 3, контроллер 54 включает в себя электронный процессор 58 (например, микропроцессор, специализированную интегральную схему (ʺспециализированную ИСʺ), или другое программируемое устройство), интерфейс 60 ввода-вывода и машиночитаемый носитель 62 (например, энергонезависимый машиночитаемый носитель). Электронный процессор 58, интерфейс 60 ввода-вывода, и машиночитаемый носитель 62 соединены и поддерживают связь через одну или несколько линий связи или шин. Следует понимать, что контроллер 54 может включать в себя меньше или больше компонентов, чем показано на фиг. 3, и может включать в себя компоненты в иных конфигурациях, чем конфигурация, показанная на фиг. 3. Также, контроллер 54 может быть выполнен с возможностью исполнения дополнительных функций, кроме функций, описанных в данном документе. Дополнительно, функции контроллера 54 могут быть распределены среди многочисленных контроллеров или устройств.

[29] Машиночитаемый носитель 62 включает в себя энергонезависимое запоминающее устройство (например, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство, или их комбинации), сохраняющее программные команды и данные. Электронный процессор 58 выполнен с возможностью извлечения инструкций и данных из машиночитаемого носителя 62 и исполнения, среди прочего, инструкций для выполнения способов, описанных в данном документе. Интерфейс 60 ввода-вывода передает данные с контроллера 54 во внешние системы, сети и устройства и принимает данные с внешних систем, сетей и устройств. Интерфейс 60 ввода-вывода может также сохранять данные, принятые из внешних источников, в машиночитаемом носителе 62 или обеспечивать прием данных в электронный процессор 58. Например, в некоторых вариантах осуществления, интерфейс 60 ввода-вывода включает в себя беспроводной передатчик, который поддерживает связь с сетью 56 связи для доступа в базу 52 данных литологии породного массива. Альтернативно или в дополнение, интерфейс 60 ввода-вывода может включать в себя соединительное устройство или порт для приема проводного соединения в базу 52 данных литологии породного массива, промежуточное вычислительное устройство, или промежуточное запоминающее устройство, описанное выше (например, кабель универсальной последовательной шины). В некоторых вариантах осуществления машиночитаемый носитель 62 также сохраняет базу 52 данных литологии породного массива или ее часть.

[30] Как показано на фиг. 3, контроллер 54 также поддерживает связь с буровыми датчиками 48. Следует понимать, что в некоторых вариантах осуществления буровые датчики 48 включены в состав контроллера 54. Как описано выше, когда контроллер 54 установлен на удалении от бурового станка 10, контроллер 54 может поддерживать связь с буровыми датчиками 48 напрямую или через одно или несколько промежуточных устройств. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления контроллер 54 принимает ввод от одного или нескольких органов управления оператора (например, джойстика, рычага, ножной педали, других органов управления, применяемых оператором для управления работой бурового станка 10, или их комбинации). Например, оператор может использовать свои органы управления для применения бурового станка 10 для бурения скважины в породном массиве. В некоторых вариантах осуществления контроллер 54 также поддерживает связь с интерфейсом пользователя (например, через интерфейс 60 ввода-вывода), таким как отображающее устройство или сенсорный экран. Интерфейс пользователя может обеспечивать оператору управление работой бурового станка 10 и в некоторых вариантах осуществления отображает данные обратной связи для оператора, в отношении, например, твердости породного массива, последовательности бурения, индекса бурения и т.п. Дополнительно, как упомянуто выше, контроллер 54 может также поддерживать связь с другим оборудованием (например, одной или несколькими вспомогательными промышленными машинами), например, для приема данных обратной связи.

[31] На фиг. 4 показан способ 70 оценки твердости породного массива, выполняемый с помощью контроллера 54 (электронного процессора 58) по одному варианту осуществления. Следует понимать, что способ 70 может включать в себя больше или меньше этапов, чем показано на фиг. 4. Дополнительно, следует понимать, что этапы, показанные на фиг. 4, можно выполнять в альтернативном порядке, одновременно, непрерывно или с комбинацией указанного.

[32] Как показано на фиг. 4, способ 70 включает в себя прием, с помощью электронного процессора 58, модели породного массива (блок 71). В некоторых вариантах осуществления, контроллер 54 принимает (через интерфейс 60 ввода-вывода) модель породного массива из базы 52 данных литологии породного массива по сети 56 связи. Альтернативно или в дополнение, модель породного массива или ее части могут быть локально сохранены или запрограммированы в контроллере 54 (например, машиночитаемом носителе 62). Как описано выше, модель породного массива может быть основана на априорных данных, касающийся свойств материала породного массива (например, полученных с помощью отбора керна). Дополнительно, как описано более подробно ниже, модель породного массива можно обновлять на основе данных обратной связи, принятых с другого оборудования (например, одной или нескольких вспомогательных промышленных установок), данных бурения, собранных ранее промышленной машиной, до получения оперативной информации бурения (например, данные, собранные буровым станком 10 во время бурения ранее пробуренных скважин), или их комбинации.

[33] Способ 70 также включает в себя прием с помощью электронного процессора 58, оперативной информации бурения с бурового станка 10 (блок 72). В некоторых вариантах осуществления оперативная информация бурения обеспечивает непрямые измерения свойств материала породного массива с применением бурового станка 10, как датчика. Например, оперативную информацию бурения можно получить, применяя один или несколько буровых датчиков 48. Как описано выше, оперативная информация бурения может включать в себя, например, глубину спуска бурового долота, скорость проходки, силу спуска в скважину, вращательную скорость и крутящий момент бурового долота, гидравлическое давление, расход, электрический сигнал, другие свойства материала породного массива, которые могут оказывать влияние на процесс бурения, или их комбинации. Данные бурения может быть названы в данном документе ʺоперативной информацией буренияʺ или ʺданными текущих измеренийʺ. Дополнительно, оперативная информация бурения может включать в себя данные (определенные с помощью глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС), касающиеся местоположения бурового станка 10 (например, трехмерной ориентации бурового станка 10 и трехмерного местоположения бурового станка 10 в глобальной системе координат).

[34] В некоторых вариантах осуществления оперативную информацию бурения фильтруют, применяя одну или несколько моделей, связанных с процессом бурения. Одна или несколько моделей, связанных с процессом бурения, могут включать в себя, например, динамическую модель бурового станка, модель взаимодействия бурового станка с породой, модель функционального состояния бурового станка, модель бурильной колонны, модель местоположения бурового станка, кинематическую модель и т.п. Динамическая модель бурового станка может собирать данные доминирующей динамики бурового станка 10 и основных функционирующих компонентов, исполнительных механизмов, и т.п. бурового станка 10. Модель взаимодействия бурового станка с породой может собирать данные взаимодействия между буровым долотом и поверхность, которую бурят (например, поверхностью 34, фиг. 1). Модель функционального состояния бурового станка может отслеживать текущее функциональное состояние бурового станка 10, такое, как простой, перестановка, бурение бурового станка 10, и т.п., и может отслеживать скважины, пробуренные буровым станком 10. В некоторых вариантах осуществления, функциональное состояние бурового станка 10 отслеживают, применяя машину с конечным числом состояний (например, абстрактную машину, запрограммированную, как алгоритм, которая может находиться в одном из конечного числа состояний). Модель бурильной колонны может отслеживать состояние бурильной колонны 38, например, наработку бурового долота или состояние бурового долота (например, новое или бывшее в употреблении, новое или затупленное, и т.п.). Модель местоположения бурового станка может отслеживать местоположение бурового станка 10, и кинематическая модель может отслеживать положение бурильной колонны 38 относительно основания 18. В некоторых вариантах осуществления модели, связанные с процессом бурения, взаимодействуют. Например, динамическая модель бурового станка может быть дополнена данными состояния модели взаимодействия бурового станка с породой в оптимальной схеме оценки для инвертирования динамики системы и оценки сил и крутящего момента бурения по непрямым измерениям.

[35] В некоторых вариантах осуществления модели, связанные с процессом бурения локально сохраняют или программируют в контроллере 54 и специально приспосабливают для бурового станка 10 и других внешних факторов (например, программы бурения, графика бурения, способа бурения и т.п.). Альтернативно или в дополнение, модели, связанных с процессом бурения, можно сохранять на внешнем запоминающем устройстве, доступном для контроллера 54 (например, напрямую или не напрямую через одно или несколько промежуточных устройств по проводному или беспроводному соединению).

[36] После приема оперативной информации бурения электронный процессор 58 обновляет модели породного массива на основе принятой оперативной информации бурения (блок 75). Например, в некоторых вариантах осуществления электронный процессор 58 обновляет модели породного массива, добавляя или обновляя точки на графике в модели породного массива на основе (определенные на основе) принятой оперативной информации бурения. В некоторых вариантах осуществления, дополнения или обновления модели породного массива включают в себя значение твердости горной породы и значение неопределенности. Также, в некоторых вариантах осуществления, дополнения или обновления модели породного массива включает в себя оперативную информацию бурения или ее часть (например, силы и крутящий момент бурения). Например, данные функционального состояния бурового станка 10 могут быть включены, как точки на графике для согласования обнаруженной твердости горной породы с частным функциональным состоянием бурового станка 10 или его компонентов (например, затуплением бурового долота).

[37] Электронный процессор 58 применяет обновленную модель породного массива для оценки индекса бурения (блок 76). В некоторых вариантах осуществления индекс бурения представляет идентификацию одного или нескольких свойств материала (например, твердости горной породы) на конкретной глубине в частной скважине. Например, как описано выше, модель породного массива может включать в себя трехмерное геопространственное представление свойств материала породного массива. В некоторых вариантах осуществления при начале бурения, в модель породного массива делается запрос для определeния распределения свойств материала для скважины, подлежащей бурению, на основе всей информации, имеющейся в модели породного массива на данный момент времени (например, априорное распределение индекса бурения). Например, в модель породного массива может быть сделан запрос для оценки свойства материала конкретного места в пространстве (например, конкретной глубины) в скважине, подлежащей бурению. Альтернативно или в дополнение, в модель породного массива может быть сделан запрос для оценки значения неопределенности, связанной с оцененными свойствами материала. Таким образом, распределение можно выразить в терминах свойств материала по литологии породного массива и значения неопределенности, связанной с оцененными свойствами материала (например, с оцененным индексом бурения). В некоторых вариантах осуществления значение неопределенности является числом, указывающим распределение или неопределенность в оцененных свойствах материала (например, вариантность, стандартное отклонение, и т.п.). Альтернативно или в дополнение, значение неопределенности может представлять уровень информации, имеющейся в базе 52 данных литологии породного массива (в примере, наличия и уровня ранее полученных изыскательских данных). В некоторых вариантах осуществления распределение выполняют на основе номинальной глубины бурения бурового станка 10. Альтернативно или в дополнение, распределение может быть выполнено на основе ориентации бурового станка 10 (например, трехкоординатного определения места бурового станка 10, определенного с помощью ГЛОНАСС и трехмерной ориентации бурового станка 10). Ранее полученное распределение затем обновляют на основе оперативной информации бурения для получения апостериорной оценки свойств материала породного массива (например, с применением оптимальной схемы оценки).

[38] В некоторых вариантах осуществления распределение индекса бурения для каждый скважины применяют для категоризации твердости породного массива в дискретные полосы, применяемые для проектного решения взрыва. Соответственно, способ 70 может включать в себя задание с помощью электронного процессора 58, параметра взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения (блок 77). Индекс бурения можно применять для задания параметра взрывных работ, такого как взрывная энергия, последовательность взрывных работ, конфигурация взрывных работ и т.п., для каждой или множества скважин. Дополнительно, в варианте взрывной энергии индекс бурения можно также применять для задания параметра взрывных работ для множество глубин в каждойй или множество скважин. Также, в некоторых вариантах осуществления, индекс бурения и показатели работы процесса можно применять для обеспечения проектного решения взрыва, процесса бурения, или их комбинации.

[39] На фиг. 5 показан пример преобразования распределения индекса бурения в дискретную категоризацию, которая картируется в конструктивное решение взрывных работ. В частности, на фиг. 5 показано графическое представление скважины 78 и связанной твердости горной породы на различных глубинах в скважине 78. На основе взаимоотношения между глубиной и связанной твердостью горной породы на различных глубинах, можно идентифицировать дискретные полосы энергии ВВ (например, количество энергии ВВ, необходимое на данной глубине на основе твердости горной породы, связанной с данной глубиной). Дискретные полосы можно применять для обеспечения инструкции, например, транспортному средству 79 по дозированию жидкого ВВ. Инструкции могут относиться к объему и глубине дозирования конкретного объема жидкого ВВ. Инструкции можно передавать электронно по проводному или беспроводному соединению.

[40] На фиг. 6 показан способ 80 обеспечения обратной связи, относящийся к оцененной твердости породного массива. Следует понимать, что способ 80 может включать в себя больше или меньше этапов, чем показано на фиг. 6. Дополнительно, следует понимать, что этапы, показанные на фиг. 6, можно выполнять в альтернативном порядке, одновременно, непрерывно, или в их комбинации. Кроме того, следует понимать, что этапы, показанные на фиг. 6, можно выполнять в соединении с этапами, показанными в способе 70, фиг. 4. Также, хотя способ 80 описан в данном документе, как выполняемый с помощью электронного процессора 58, способ 80 или его части можно выполнять с помощью других устройств (иных чем электронные процессоры).

[41] Как показано на фиг. 6, способ 80 включает в себя прием электронным процессором 58, модели породного массива (блок 82). Как описано выше, в отношении способа 70, в некоторых вариантах осуществления контроллер 54 принимает (через интерфейс 60 ввода-вывода) модели породного массива из базы 52 данных литологии породного массива по сети 56 связи или с локального носителя. В некоторых вариантах осуществления, модель породного массива, описанная в способе 80, включает в себя обновленную модель породного массива, описанную выше в отношении способа 70.

[42] Как показано на фиг. 6, способ 80 также включает в себя прием электронным процессором 58 оперативных данных по загрузке (блок 84). Как упомянуто выше, в некоторых вариантах осуществления, оперативные данные собирают с другого оборудования, такого как одна или несколько вспомогательных промышленных установок (например, других буровых станков, ковшовых погрузчиков, колесных погрузчиков, транспортных средств и т.п.). Например, когда взрывают породный массив, ковшовый погрузчик можно применять для удаления /транспортировки взорванного материала породного массива. Когда ковшовый погрузчик взаимодействует с материалом взорванного породного массива, ковшовый погрузчик (например, один или несколько датчиков в составе ковшового погрузчика) собирают непрямые измерения по раздробленной породе (например, объема полезной нагрузки, силы копания, перемещения через поверхность копания и т.п.). Непрямые измерения могут относиться, например, к размеру частиц материала взорванной горной породы, композиции материала взорванной горной породы и т.п.

[43] Способ 80 также включает в себя обновление электронным процессором 58, модели породного массива на основе принятых оперативных данных по загрузке (блок 85). В некоторых вариантах осуществления, модель породного массива обновляют, добавляя точки на графике к модели породного массива, обновляя точки на графике в составе модели породного массива, или их комбинации на основе принятых оперативных данных по загрузке. Как описано выше по отношению к способу 70, электронный процессор 58 применяет обновленную модель породного массива для оценки одного или нескольких индексов бурения (например, идентификации твердости горной породы на некоторой глубине в скважине) (блок 88). В некоторых вариантах осуществления, как описано выше по отношению к способу 70, электронный процессор 58 устанавливает параметр взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения (блок 89).

[44] Соответственно, в некоторых вариантах осуществления оперативные данные по загрузке применяют, как данные обратной связи для модели породного массива. Например, оперативные данные по загрузке можно применять для корректировки модели породного массива для отклонений между требуемым дроблением и полученным дроблением. На фиг. 7 показаны три являющихся примером фазы процесса бурения. В первой фазе 90 показана модель породного массива и связанная информация в модели породного массива на основе данных геологических изысканий (например, отбора керна). Когда проходит процесс бурения и собирают дополнительные данные (в примере, оперативная информация бурения), модель породного массива обновляют (например, объем знания свойств материала породного массива увеличивается и значение неопределенности, связанной с оцененными свойствами материала уменьшается), как показано во второй фазе 95. Дополнительно, в некоторых вариантах осуществления, когда выполняют взрывные работы, собирают оперативные данные по загрузке для дополнительного обновления модели породного массива (например, для коррекции отклонений между требуемым дроблением и полученным дроблением), как показано в третьей фазе 100.

[45] В способах, описанных в данном документе, информацию (например, свойства материала породного массива) из модели породного массива обновляют с помощью оперативной информации бурения, оперативных данных по загрузке или их комбинации. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления модели породного массива непрерывно обновляют для прибавления шаг за шагом объема знания и степени достоверности в модели породного массива. Другими словами, обе позиции, оперативная информация бурения и оперативные данные по загрузке можно применять, как данные обратной связи, для модели породного массива. Таким образом, разработана оптимальная схема с непрерывным обновлением модели породного массива. Как отмечено выше, оперативная информация бурения здесь может включать в себя глубину спуска бурового долота, скорость проходки, силу спуска в скважину, вращательную скорость и крутящий момент или их комбинации. В некоторых вариантах осуществления оцененный индекс бурения также учитывает конфигурацию площади в плане торца бурового долота (например, конструктивное решение бурового долота), установленную, например, изготовителем бурового долота. Такая информация по конфигурации может быть принята с устройства (например, контроллера), связанного с буровым станком 10. Оперативная информация бурения, оперативные данные по загрузке, или их комбинации можно применять для модификации распределения, обеспеченного моделью породного массива, для обеспечения распределения с более высоким разрешением (например, более высокой точностью) чем могут практически обеспечить геологические изыскания. Например, оперативная информация бурения, оперативные данные по загрузке, или их комбинации можно применять для модификации значения неопределенности, а также учета шума, связанного с оперативной информацией бурения, оперативными данными по загрузке или их комбинацией.

[46] В некоторых вариантах осуществления, применяют классификационную схему для определения индекса бурения. В данном варианте осуществления модель породного массива применяют для определения множества возможностей конкретных литографических признаков с помощью локации в скважине. Литографические признаки обрабатывают, как подмножества с уникальными характеристиками в терминах распределений показателей функционирования и систем показателей работы, зарегистрированных с бурового станка 10 (например, удельной энергии бурения, скорости проходки, силы спуска, скорости вращения и крутящего момента и т.п.). Индекс бурения или классификатор можно тогда очертить, как проблему недостающих данных, при которой оперативная информация бурения применяетcя, как ввод данных для определения элемента породного массива, который бурится в подмножествах литологии.

[47] В других вариантах осуществления, индекс бурения определяют, применяя марковскую переходную модель, которая определяет когда меняется режим бурения на основе вероятности перехода, определенной из априорной информация породного массива, запрошенной из модели породного массива, и оперативной информации бурения, оперативных данных по загрузке или их комбинации.

[48] Как описано выше, вне зависимости от того, как определяют индекс бурения, по ходу бурения модели породного массива можно также обновлять последними оценками свойств материала (в примере, ранее определенными индексами бурения), функционального состояния бурового станка 10 и параметра взрывных работ, и в последующей работе контроллер 54 может применять обновленную модель породного массива для будущих скважин в породном массиве. Кроме того, как описано выше, модель породного массива можно также обновлять с помощью данных, полученных с другого оборудования, такого как вспомогательная промышленная машина (например, других буровых станков, ковшовых погрузчиков, колесных погрузчиков и т.п.). Например, когда площадка работ включает в себя два буровых станка, три ковшовых погрузчика и один колесный погрузчик, данные, собранные всеми шестью машинами, можно применять для обновления модели породного массива. В некоторых вариантах осуществления модели породного массива обновляют на основе данных бурения, собранных ранее промышленной машиной, до приема оперативной информации бурения.

[49] Также, в некоторых вариантах осуществления контроллер 54 обнаруживает значительные отклонения между смоделированными свойствами горной породы (например, из модели породного массива) и измеренными свойствами горной породы (например, из оперативной информация бурения, оперативных данных по загрузке или их комбинации). Контроллер 54 может обнаруживать значительные отклонения с помощью сравнения смоделированных свойств горной породы с измеренными свойствами горной породы. Значительные отклонения можно выделить, как потенциально немоделируемые признаки (например, свойства породного массива, в настоящее время не представленные в модели породного массива) в литологии породного массива. В некоторых вариантах осуществления отклонения представляют четко выраженные изменения в литологии породного массива, которые могут оказывать влияние на планирование подрывного заряда (например, полость, отказ и т.п.). Модели породного массива можно обновлять на основе данных выделенных немоделируемых признаков для учета немоделируемых признаков в последующей работе.

[50] Кроме того, можно также применять тренды в статистике данных функционирования и показателей работы (в примере, оперативная информация бурения, оперативные данные по загрузке, или их комбинации) с течением времени для отслеживания функционального состояния бурового долота (в примере, износа). Другими словами, с помощью отслеживания показателей работы бурового станка 10 с течением времени контроллер 54 может удалять действие изменений на состояние машины (например, износ долота) и динамику машины, которые могут искажать оперативные данные бурения.

[50] Таким образом, варианты осуществления, описанные в данном документе, обеспечивают, помимо прочего, системы и способы оценки твердости породного массива во время работы промышленной установки. Различные признаки и преимущества некоторых вариантов осуществления изложены в следующей формуле изобретения.

Группа изобретений относится к области бурения взрывных скважин. Система для оценки твердости породного массива во время работы первой промышленной машины содержит электронный процессор, выполненный с возможностью приема модели породного массива, включающей параметры, относящиеся к породному массиву, расположенному в заданной области, приема оперативной информации бурения с первой промышленной машины, обновления модели породного массива на основе оперативной информации бурения, оценки индекса бурения для скважины на основе обновленной модели породного массива, причем индекс бурения включает в себя свойства материала породного массива, установки параметра взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения, приема оперативных данных по загрузке от второй промышленной машины, выполненной с возможностью сбора взорванного материала породного массива, причем оперативные данные по загрузке включают в себя по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из полезной нагрузки, силы копания, энергии копания, движения через поверхность копания и обновления модели породного массива на основе оперативных данных по загрузке от второй промышленной машины. Обеспечивается улучшение проектного решения взрыва для получения соответствия энергии взрывчатого вещества (ВВ), приложенной в отличающихся трехмерных локациях породного массива, энергии ВВ, требуемой для получения однородного дробления. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система для оценки твердости породного массива во время работы первой промышленной машины, содержащая:

электронный процессор, выполненный с возможностью приема модели породного массива, включающей параметры, относящиеся к породному массиву, расположенному в заданной области,

приема оперативной информации бурения с первой промышленной машины,

обновления модели породного массива на основе оперативной информации бурения,

оценки индекса бурения для скважины на основе обновленной модели породного массива, причем индекс бурения включает в себя свойства материала породного массива,

установки параметра взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения,

приема оперативных данных по загрузке от второй промышленной машины, выполненной с возможностью сбора взорванного материала породного массива, причем оперативные данные по загрузке включают в себя по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из полезной нагрузки, силы копания, энергии копания, движения через поверхность копания, полезной нагрузки, и

обновления модели породного массива на основе оперативных данных по загрузке от второй промышленной машины.

2. Система по п. 1, в которой модель породного массива основана на свойстве материала породного массива.

3. Система по п. 2, в которой свойство материала породного массива включает в себя по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из композиции, твердости, местоположения плоскости нарушения и абразивности.

4. Система по п. 1, в которой оперативная информация бурения включает в себя по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из глубины спуска бурового долота, скорости проходки, силы спуска, вращательной скорости и крутящего момента бурового долота, гидравлического давления, расхода, электрического сигнала и ориентации первой промышленной машины.

5. Система по п. 1, в которой индекс бурения включает в себя идентификацию свойства материала породного массива на некотором месте в породном массиве.

6. Система по п. 1, в которой модель породного массива включает в себя трехмерное геопространственное представление свойства материала породного массива.

7. Система по п. 1, в которой электронный процессор выполнен с возможностью оценки индекса бурения для скважины на основе конструктивного решения бурового долота первой промышленной машины.

8. Система по п. 1, в которой оперативные данные по загрузке включают в себя измерения, собранные вспомогательной промышленной машиной во время взаимодействия между вспомогательной промышленной машиной и взорванным материалом породного массива, и причем измерения включают в себя размер частиц материала взорванной горной породы.

9. Система по п. 1, в которой электронный процессор выполнен с возможностью обновления модели породного массива на основе данных бурения, собранных ранее первой промышленной машиной до приема оперативной информации бурения.

10. Система по п. 1, в которой модель породного массива включает в себя распределение свойства материала для породного массива, и при этом распределение включает в себя оцененное свойство материала на некотором месте в породном массиве и значение неопределенности, связанное с оцененным свойством материала.

11. Способ оценки твердости породного массива во время работы первой промышленной машины, содержащий:

прием электронным процессором модели породного массива;

прием электронным процессором оперативной информации бурения с промышленной машины;

обновление с помощью электронного процессора модели породного массива на основе оперативной информации бурения;

оценку с помощью электронного процессора индекса бурения для скважины на основе обновленной модели породного массива; причем оценка индекса бурения для скважины включает в себя категоризацию скважины во множество дискретных полос, каждая из которых имеет оцененную твердость породного массива, первого параметра взрывных работ для первой из множества полос и второго параметра взрывных работ для второй из множества полос.

12. Способ по п. 11, в котором обновление модели породного массива включает в себя обновление модели породного массива на основе по меньшей мере одного, выбранного из группы, состоящей из ранее собранных данных бурения, собранных ранее промышленной машиной до приема оперативной информации бурения, и данных, собранных второй промышленной машиной.

13. Способ по п. 11, дополнительно содержащий:

прием оперативных данных по загрузке со второй промышленной машины; и

обновление модели породного массива на основе оперативных данных по загрузке.

14. Способ по п. 13, в котором прием оперативных данных по загрузке включает в себя прием непрямых измерений, собранных второй промышленной машиной во время взаимодействия между второй промышленной машиной и взорванным материалом породного массива.

15. Способ по п. 11, дополнительно содержащий:

фильтрование оперативной информации бурения с применением модели, связанной с процессом бурения промышленной машины.

16. Способ по п. 11, в котором оценка индекса бурения для скважины включает в себя оценку индекса бурения на основе конструктивного решения бурового долота промышленной машины.

17. Энергонезависимый, машиночитаемый носитель, включающий в себя инструкции, которые, при исполнении электронным процессором, обеспечивают исполнение электронным процессором набора функций, содержащего:

прием модели породного массива;

прием оперативной информации бурения с промышленной машины;

обновление модели породного массива на основе оперативной информации бурения;

оценку индекса бурения для скважины на основе обновленной модели породного массива, причем индекс бурения включает в себя свойства материала породного массива и значение неопределенности, указывающее уровень информации, доступной о свойстве материала, и

задание параметра взрывных работ для скважины на основе оцененного индекса бурения.