具有差分全球定位系统接收器的水下岩石钻机及钻孔法的制作方法

专利名称：具有差分全球定位系统接收器的水下岩石钻机及钻孔法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机及其钻孔方法，特别是，前者在安装于自升平台(SEP)驳船的中心开口处的钻机主体上具有一个差分全球定位系统(DGPS)接收器；钻机的位置数据从卫星和参考站处接收，使之在水下岩石中在精确的钻孔位置处钻孔；驳船可以快速地移动到钻孔位置，这样钻孔工作的建设效率提高。
背景技术：
在一些实例中，例如水下桥结构的桥墩地基，用于特定目的的海上结构的建造，大型船只的航道开发，大型船只的泊位建设，水底航道处的岩石将被钻孔，潜水员把雷管和炸药装入钻孔——雷管和炸药具有预定的数量并且在外面制造完成，钻孔由水下材料如石头、沙和土密封，引爆炸药来破碎岩石，该处最终将被整平。
在钻孔工作中，安装在具有钻机的驳船上的绞盘被操作来卷紧或放松钢索。连接在钢索每端的超过1.5～2.5吨的锚被放置在远离驳船超过150～200米的地方。锚落在岩石上，驳船停下来；接下来钻机的钻杆被放下并转动，这样水下岩石就能被钻孔了。
在韩国的公开专利No.10-0270251中揭示了一个用于水下岩石钻孔的已有技术的实例。如图1a和1b所示，在驳船1的一边安装了一个平台4，它具有预定的间隔并且平台4由一个垂直平台2和一个水平平台3构成。与驳船1表面平齐的轨道5安装在平台4上。传统的陆地钻机7具有一个可被操作上升和下降的套管6，在陆地钻机7的各端还具有一个驱动轮8。一个驱动轮8被放置在平台4的轨道5上，另一个被放置在驳船1上。陆地钻机7可以沿长度方向移动。
上述的已有技术假定用作陆地钻机7的履带式钻机被装载在驳船1上，并且由H型梁制成的平台4被建造在驳船的一边。履带式钻机被放置在平台上并且沿着轨道5前后移动。驳船和钻机可以独立操作，这样可以进行钻孔工作。
然而，海上的钻孔作业，由于波浪驳船会摇摆20～30厘米。当一只大船接近正在进行钻孔作业的驳船时，浪高将增加超过60厘米，波浪的力量将使驳船摇摆地更加厉害。
因此，如果驳船由于波浪的力量严重地摇摆或倾斜，除了驳船的摇摆之外，装在驳船上的履带式钻机将绕着履带式钻机的钻杆和钻头的支撑点中心摇摆。钻杆可能会折断，它会给钻孔作业带来问题。
另外，因为履带式钻机位于从驳船中心偏移出来的平台的侧边上，这里存在着潜在的稳定性问题，因为安装在履带式钻机上的钻杆可能掉进水底。
此外，当钻孔位置需要改变时，履带式钻机必须沿着轨道移动，因此钻孔设备需要拆卸，拆卸的部分在另一个目标钻孔位置处组装。在钻孔作业中，这常会有困难。移动到下一个位置通常需要花费30分钟，因此由于缓慢的钻孔作业，也带来了效率低下的问题。
另外，当钻杆的长度为3米左右而钻杆的直径为75毫米时，钻杆的重量为18公斤。根据钻杆的操作，除了把钻杆的直径调整为小于75毫米之外别无选择。(如果把钻头的直径调整为105毫米，钻杆的重量将增加到22公斤，机器的中心可能偏移)。钻杆直径的增加也是有限制的。当凿的爆破孔的直径较小(如75毫米)时，凿孔的位置是不准确的。另外，小直径的钻孔要增加填药量，带来的缺点就是不能获得更好的爆破效果。
此外，如果在水下岩石上面覆盖有泥沙的情况下采用已有技术，较小直径爆破孔周围的泥沙或岩屑将进入爆破孔，使得填药更难。通常，钻孔的堵塞率为20～30％，这就需要额外的钻孔工作。另外，炸药必须粘结在岩石的外表面，这也不方便。

发明内容
为了解决上述问题，发明者提出了新的钻孔技术，在其中采用卫星定位装置确定目标的精确位置并且该装置被用于水下钻孔技术。
通常，全球定位系统是一种利用卫星精确地确定目标位置的系统。利用GPS接收器，可以通过3颗卫星测量精确的时间和距离；利用三角方法可以精确地得到当前位置。它被应用于简单的定位信息、国防、海洋开发、海洋资源调查、飞机、船舶和汽车的自动导航、交通控制、防止油罐碰撞、工厂的精确调查以及地图绘制等领域。
DGPS(差分全球定位系统)是一种通过从卫星接收的卫星信号和从安装在陆地已知位置的DGPS参考站接收的补偿信号进行定位的装置。即使在开阔的海洋，船舶的位置也可以被精确地探测到。DGPS是一种轻量级的装置，它包含一个接收卫星信号的天线，一个从卫星信号中提取所需信息的RF(无线电频率)单元，一个处理所需信号的计算单元和一个用户界面单元。
该装置是一个模块化的GPS系统，它可以测量远离GPS卫星和参考站的位置。它可以24小时连续操作。精确度极高的位置信息可以通过观测方法实时动态的以快速初始化和低能耗的形式获得。
因此，本发明可以解决所述问题。在安装于自升平台(SEP)驳船的中心开口处的钻机主体上设置有一个差分全球定位系统(DGPS)接收器，钻机的位置被设定为与目标钻孔位置同心(DGPS钻孔误差；小于2厘米)，船体的位置可以被控制而不会移动钻机。而后，驳船快速地移动到下一个目标钻孔位置，这样钻孔工作的建设效率得以提高。
本发明的目的是提供一种用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机及其钻孔方法，其中DGPS技术被引入钻孔技术，安装与驳船中心开口位置的钻机与目标水下岩石是同心的，所以可以得到精确的钻孔。
本发明的另一个目的是提供一种用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机及其钻孔方法，其中钻孔作业位置的移动可以快速实现而不需要移动钻机和拆卸麻烦的部件，因此提高了建设效率本发明的另一个目的是提供一种用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机及其钻孔方法，其中钻机被提供在驳船的中心，不会直接受波浪或其它外力的影响，使得钻杆的连接更加容易，能够进行大直径的钻孔作业，因此使水下岩石获得高效爆破。
本发明的另一个目的是提供一种用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机及其钻孔方法，其中钻机钻杆的折断可以被防止，即使是在船体摇摆的情况，因此使工作更连贯。
为了实现这些目的，本发明的特征在于，一个用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机，有以下部分组成一个安装于驳船船体开口上部的钻机，并且在其主体的预定位置处有一个差分全球定位系统(DGPS)接收器；一个差分全球定位系统(DGPS)，其中连接在钻机上的DGPS接收器从卫星和参考站接收位置数据，并且DGPS接收器通过电缆把接收到的数据发送到控制装置；
一个用来存储钻孔地图的钻孔数据存储装置，它既显示水下岩石的目标钻孔位置又显示通过输入装置输入的钻孔位置数据；一个显示装置，分别显示钻机位置和水下岩石的目标钻孔位置并且监测全过程；一个船体移动装置，用来控制载有钻机的船体的位置；和一个控制器，用来控制显示在显示装置上的从钻孔数据存储装置接收的钻孔位置数据以及从DGPS接收的钻机位置数据，并控制船体移动装置从而控制载有钻机的船体的位置。
另外，它的另一个特征在于DGPS接收器连接在钻机的上部，与钻机的钻杆同轴。
另外，它的另一个特征在于船体移动装置包含多个安装在驳船上的绞盘；一个绞盘驱动器，根据控制器的指令驱动多个绞盘；多条钢索，缠绕在相应的绞盘上并且通过分别安装在驳船四角的换向器连接着沉于水下岩石的相应的锚上。
另外，它的另一个特征在于绞盘驱动器根据控制器的指令分别操作每个绞盘的正转、反转和停止。
另外，它的另一个特征在于船体移动装置通过控制器的指令来驱动，放置在与船体移动方向一致的绞盘运转以拉动钢索，放置在与船体移动方向相反方向的绞盘运转以释放钢索。
另外，它的另一个特征在于输入装置是一个扫描仪或一个键盘。
此外，它的另一个特征在于使用用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机的钻孔方法包含a)初始设置步骤，其中位于驳船中心的具有差分全球定位系统接收器的钻机所在的驳船移动到被钻岩石上方；驳船的锚通过多个绞盘和多个钢索操作；各锚被沉在远离船体预定距离处的岩石上，并且驳船停止移动；接下来，运行安装在控制器中的钻孔程序；控制器从DGPS接收驳船的当前位置数据；在显示装置中建立以当前位置为原点的XY平面；钻孔地图和钻孔数据被存储在钻孔数据存储装置中，在显示装置中显示水下岩石的目标钻孔位置；b)显示步骤，其中由钻孔数据存储装置定位的目标钻孔位置和由DGPS输入的钻机位置被显示在具有XY平面的显示装置中；c)决策步骤，其中确定目标钻孔的位置是否与钻机的位置相符；d)船体位置控制步骤，其中如果不相符，绞盘驱动器根据控制器的指令来驱动以移动船体；e)开钻步骤，其中当钻机位置与目标钻孔位置相符时，钻机的钻杆和钻头穿过驳船的开口降低开始对水下岩石进行钻孔；f)船体移动步骤，其中当目标钻孔位置的岩石钻孔作业完成时，船体被移动到下一个目标钻孔位置；和上述的过程b)～f)重复操作。
另外，它的另一个特征在于船体位置控制步骤和船体移动步骤是以下步骤绞盘驱动器根据控制器的指令运作；缠绕在各个绞盘上的多条钢索穿过换向导向器连接相应锚；卷动安装成沿预定方向移动的钢索并释放安装成沿反向移动的钢索，从而实现船体的移动。


本发明上述的和其它的目的、特征以及其它优点通过接下来的详细描述并结合附图可以更加清晰的理解，其中附图图1a是根据已有技术的钻机的透视图；图1b是根据已有技术的钻机的侧视横截面图；图2a是根据本发明的用于水下岩石的具有差分全球定位系统(DGPS)接收器的钻机所在的驳船的透视图；图2b是一幅侧视横截面图，示例了驳船停在被钻的海上进行钻孔作业的情形；
图3是一幅示意图，示例了具有DGPS接收器的钻机对水下岩石进行钻孔的情形；图4是一幅框图，示例了根据本发明的用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机的各部分；图5是一幅用于水下桥梁基础的沉箱的横截面图；图6是一幅显示在显示器中的要被安装在水下岩石上的沉箱的横截面图和钻孔地图；图7是一幅示例根据本发明的驳船的移动原理的图；图8是一幅框图，示例了船体移动装置的各部分；图9是一幅流程图，显示了用于水下岩石的具有DGPS接收器的钻机的钻孔方法的顺序。
具体实施例方式
参考附图，其中在不同的附图中自始至终都用相同的参考数字指代相同的或相似的部分。
图2a是根据本发明的用于水下岩石的具有差分全球定位系统(DGPS)接收器的钻机所在的驳船的透视图，图2b是一幅侧视横截面图，示例了驳船停在被钻的海上进行钻孔作业的情形。
如图2a和2b所示，在驳船10上安装了多个绞盘62a、62b、62c、62d，各条钢索63a、63b、63c、63d分别缠绕在绞盘62a、62b、62c、62d上。连接着各个钢索63a、63b、63c、63d的锚(未示出)被沉在远离驳船10四角预定距离的水下岩石上，从而固定驳船10。
驳船在船体中心有一个预定尺寸的开口11。防护性的钻机20安装在开口11上方，这样它不会直接受波浪力的影响。钻机的钻头和钻杆21可以通过开口11移上移下。因此，钻机20被安置得很接近到达水下岩石。
另外，在它的主体预定位置处设置有一个DGPS接收器31，优选地，位于钻机上部并与钻机20的钻杆21同轴。钻机的位置信息从卫星和通过电缆C从参考站处接收，并被发送到控制器(未示出)。
图3是一幅示意图，示例了具有DGPS接收器的钻机对水下岩石进行钻孔，并且DGPS接收器从卫星和参考站获得钻机的位置信息。
GPS卫星S把信号发送给用户。该信号具有涉及到卫星位置和卫星到钻机的距离等信息。DGPS接收器31从3个以上的GPS卫星接收信号从而获得DGPS接收器31的位置信息。通过测量无线电波的传送时间可以得到GPS卫星和GPS接收器之间的距离。此时，GPS卫星和GPS接收器之间的时间必须精确同步。
DGPS(差分GPS)是这样一种系统，其中位置已知的参考站利用卫星S发送的信息计算出伪测距值的误差分量，结果值传给用户，用户就可以做出位置的精确判断。
在DGPS系统中，DGPS接收器31的位置——预先在参考站E测量——与利用卫星S发送的GPS信号计算出的位置进行比较。从而此时可以计算出位置误差的修正信息。该信息以RTCM(海运事业无线电技术委员会)格式(修正信息传输的标准格式)发送给DGPS接收器31，因而在位置的计算中得以体现，使用户的定位更精确。
在本发明中，DGPS系统被应用于钻孔作业。载于驳船上的钻机的位置与被破碎的水下岩石的位置是同轴的，因此对水下岩石的钻孔更精确。
图4是一幅框图，示例了根据本发明的用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机的各部分。钻机包含驳船10，钻机20，卫星S，用来从参考站E接收位置信号的DGPS，控制器40，钻孔数据存储装置50，船体移动装置60，显示装置70和输入装置。
DGPS 30包含参考站E，它把预先测量的自身位置与利用GPS信号计算的位置进行比较，从而计算出相应于GPS信号的修正信息。另外，DGPS 30具有一个位于钻机20的主体上的DGPS接收器，可以利用从参考站E接收的修正信息来修正从GPS卫星接收到的GPS信号差异，并把钻机的位置数据输出到控制器40。
控制器40在其内建的存储器中存储有钻孔程序。根据该程序，从DGPS 30接收的钻机位置数据和从钻孔数据存储装置50(将在后面解释)中读取的目标钻孔位置数据被分别显示在显示装置70中。另外，控制器40可以控制船体移动装置60的运作，而船体移动装置60则可以控制载有钻机20的船体的位置。
在钻孔数据存储装置50中，水下岩石的目标钻孔位置数据和它的钻孔地图通过输入装置如扫描仪和键盘来输入。继而它们被存储。
船体移动装置60，如图8所示，包含多个安装于驳船上的绞盘62a～62d，一个按照控制器指令来驱动绞盘的绞盘驱动器61，分别缠绕在各个绞盘并通过安装在驳船四角的引导辊64和导向器65与沉在水下岩石上的各锚66a～66d相连的钢索63a～63d。
显示装置70，如图6所示，是一个显示器71，它可以显示钻机的当前位置和水下岩石的目标钻孔位置数据和钻孔地图，并且它可以监测整个钻孔过程。另外，显示装置包含钻孔地图72，光标73，它由“”指代并表明从DGPS接收器31和控制器接收的钻机的当前位置，显示单元74，它由“◎”指代并表明目标钻孔的位置，以及一个用来显示钻机位置数据和目标位置数据的坐标显示单元75。
图5是一幅用于水下桥梁基础的沉箱的横截面图。沉箱W被安装在水下岩石的设计区域内。沉箱W以点划线显示，虚线所示的部分是水下岩石要被清除的区域。打钻要在虚线区域进行，炸药装在钻孔中。接下来，进行爆破或破碎作业以消除岩石的突起并获得一个平整的区域。最后，沉箱被沉在坚硬岩石的表面。
图6是一幅显示在显示器中的要被安装在水下岩石上的沉箱的横截面图和钻孔地图。显示器显示一个代表钻机当前位置的光标、目标钻孔位置的钻孔坐标数据、用来显示当前位置和目标位置坐标的坐标显示单元。
在驳船的稳定位置，显示器71显示沉箱基底的钻孔地图72，它是从钻孔数据存储装置中读出的，以及鼠标光标73，它由“”指代。显示器从安装在钻机主体上的DGPS接收器接收数据并根据控制器的指令显示钻机的当前位置。另外，显示器71也显示一个显示单元74，它由“◎”指代并表明目标钻孔位置，以及一个坐标显示单元75，以显示钻机的当前位置和需要定位的目标位置数据。
显示器显示由“”指代的表明当前位置的光标73，它与由“◎”指代的表明目标钻孔位置的显示单元74并不一致。
因此，在进行钻孔作业时，操作者必须把钻机的位置移动到已经定位好的目标钻孔位置。操作者读取显示器71的坐标显示单元75。操作者通过输入装置80输入命令使钻机的当前坐标数据与目标钻孔位置的钻孔坐标数据相匹配。根据控制器40的指令，船体移动装置60被操作。由“”指代的钻机位置被移动到由“◎”指代的目标钻孔的位置，从而移动船体。
如上所述，操作者读取显示器71并确认钻机的坐标是否与目标钻孔的坐标对齐，然后操作钻机。钻机的钻头和钻杆穿过驳船的中心开口降低到海底进行钻孔作业。
在相符的目标位置完成钻孔作业后，钻机20的钻头和钻杆升起到一定的高度，不会影响钻机在水下的移动。船体移动到下一个目标钻孔位置开始钻孔作业。
光标以相同的方法落在下一个目标钻孔位置。当鼠标点击时，目标钻孔位置被指向用“◎”指代的显示单元74并在显示器71中显示。另外，根据控制器40的指令，与该位置对应的新的钻孔坐标数据从钻孔数据存储装置50中读出，并显示在坐标显示单元75中。
当新的钻孔坐标数据被输入时，控制器40既可以接收鼠标73的“”光标(指示钻机20的位置)又可以从DGPS接收器31接收位置坐标数据。当控制器40把它与新的钻孔坐标数据进行比较后，控制器40计算出差别。根据计算结果，绞盘驱动器61开始运作，船体移动到新的目标钻孔位置。“”光标73与“◎”显示单元相符。钻机的位置被设置好，然后操作钻机进行钻孔作业。
图7示例了根据本发明的驳船的移动原理。钻机位置被定位于原点O，也就是驳船的中心。从原点O延伸出来并与船尾方向平行的直线被设定为X轴。与原点O正交的直线被设定为Y轴。从而建立了X-Y平面。
如图7所示，假定驳船10从当前位置O移动到第一象限的位置P，下面解释绞盘的操作。
当钻机的当前位置位于原点O时，岩石的目标钻孔位置是P，当驳船移动到P位置时，船首的左/右绞盘62c、62d和船尾的左绞盘62a被操作进行反向旋转以释放钢索。同时，船尾的右绞盘62b以正常的方式旋转来卷紧钢索，从而移动船体。
另外，为了移动到位置P，船体要沿OPx方向移动到位置Px，然后沿OPy方向移动到位置P。
这时，当驳船沿OPx方向移动时，船头的左/右绞盘62c、62d要被操作反向旋转以释放钢索。同时，船尾的左/右绞盘62a、62b以正常的方式旋转以卷紧钢索，从而把船体移动到位置Px。接下来，当驳船沿OPy方向移动时，船头的右绞盘62d和船尾的右绞盘62b以正常的方式旋转来卷紧钢索。同时，船头的左绞盘62c和船尾的左绞盘62a反向旋转以释放钢索，从而把船体从位置Px移动到位置P。
在另一个实例中，在原点位置O和目标位置P之间建立一些区段。在每个区段，按照上面已经提到的相同方式，安装在船体移动方向上的绞盘卷紧各自的钢索，同时，安装在相反方向上的绞盘释放各自的钢索。重复操作直到船体到达位置P。
虽然另一个实施例还没有被公开，但船体移动装置与控制器是相连的。而且，当另外的装置用来控制绞盘的操作时，配备有控制绞盘旋转方向和停止按钮的控制盒，它的电力和机械装置都与控制器连接。很清楚，相应按钮是用来操作移动船体的。
图8是一幅框图，示例了船体移动装置的各部分。船体移动装置60包含多个安装在驳船上的绞盘62a～62d，一个用来根据控制器指令驱动绞盘的绞盘驱动器61，多条钢索63a～63d，分别缠绕在各个绞盘上并且通过引导辊64和分别安装在驳船四角的换向器65连接着沉于水下岩石的各锚66a～66d。
船尾的左/右绞盘62a、62b和船头的左/右绞盘62c、62d被分别安装在驳船上。虽然船头的左/右绞盘安装在船尾的左/右绞盘62a、62b前面，但钢索的延伸方向在船尾通过引导辊64和换向器65被改变。因此，钢索互相交叉并与各个锚66a～66d相连。
因为锚66a～66d被沉在水下岩石上，驳船的位置要依靠钢索63a～63d的卷动状态。钢索从各个绞盘的卷紧或放松可以实现船体的移动。因此，可以确定装在驳船上的钻机的位置。
当驳船沿船头方向移动时，绞盘驱动器61根据控制器40的指令运作。船头的左/右绞盘62c、62d以正常的方式旋转以卷紧钢索63c、63d，而船尾的左/右绞盘62a、62d反向旋转以释放钢索63a、63b。因此，船体沿船头方向移动。
同样，当驳船10沿船尾方向移动时，船尾的左/右绞盘62a、62b正常旋转以卷紧钢索63a、63b，而船头的左/右绞盘62c、62d反向旋转以释放钢索63c、63d。因此，船头沿船尾方向移动。
因为各锚66a～66d被沉在远离船体预定距离(如150～200米)的水下岩石上，所以绞盘的运转会使驳船10移动，也会使装在驳船中心的钻机的位置改变。
下面说明用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机的钻孔方法。
驳船10移动到被钻岩石上方，其中在驳船的中心具有安装了DGPS接收器的钻机。驳船的各锚通过多个绞盘62a～62d和多条钢索63a～63d来操作。锚被沉在远离船体预定距离的岩石上并使驳船10停止。
接下来，运行安装在控制器40中的钻孔程序。控制器40从DGPS30接收驳船的当前位置数据。当前位置数据被显示在显示装置70中。为了在显示装置70中显示水下岩石的目标钻孔位置，钻孔地图和钻孔数据通过扫描仪或键盘存储在钻孔数据存储装置50中。接下来，进行初始化。
从钻孔数据存储装置定位的目标钻孔位置和由DGPS 30输入的钻机20的位置被显示在显示装置70中。
确定目标钻孔的位置是否与钻机的位置相符。如果不相符，根据控制器40的指令来驱动绞盘驱动器61以移动船体。当钻机的位置与目标钻孔位置相符时，钻机的钻头和钻杆穿过驳船10的开口11降下开始对水下岩石进行钻孔。
绞盘驱动器根据控制器40的指令运行。缠绕在各个绞盘62a～62d的多条钢索63a～63d通过换向器与各个锚66a～66d相连。安装成沿预定方向移动的钢索被卷紧，而安装成沿相反方向移动的钢索被释放，因此实现了船体的移动。
图9是一幅流程图，显示了用于水下岩石的具有DGPS接收器的钻机的钻孔方法的顺序。为计算机供电进行初始化。(步骤S1)计算机包含一个控制器40，在其内建存储器中存储有钻孔程序，一个存储钻孔地图和自身坐标数据的钻孔数据存储装置50，一个输入装置80如扫描仪或键盘，和一个显示装置80如显示器。
在步骤S2，钻孔地图和存储在钻孔数据存储装置50中表明目标位置的坐标数据与从DGPS 30接收的钻机20的位置数据被输入。输入的数据根据控制器40的指令显示在显示装置70中。
操作者在目标钻孔位置点击鼠标并确定位置数据是否已经输入。(步骤S3)如果目标位置是新输入的，被鼠标点击的目标钻孔位置的图标在显示单元74中会显示为“◎”，而显示单元74将被定位在显示装置70中。目标钻孔位置的坐标数据从钻孔数据存储装置50中读取并显示在坐标显示单元75中(步骤S4)。
从DGPS 30接收的钻机20的当前位置在显示装置70中显示为光标“”，钻机当前位置的位置数据被显示在坐标显示单元75中(步骤S5)。
目标钻孔位置和钻机位置之间的差异被计算出来并显示在坐标显示单元75中(步骤S6)。差异存在时，绞盘驱动器61将根据控制器40的指令运作。各个绞盘以正常的方向或相反的方向旋转来移动驳船10。结果是，钻机20与目标钻孔位置相符(步骤S7)。
确定被控制的钻机位置与输入的目标钻孔位置之间的差异是否为零(步骤S8)。操作绞盘直到差异为零并使驳船10移动。当差异为零时，绞盘驱动器61停止，钻机开始进行钻孔作业(步骤S9)。当目标钻孔位置的岩石钻孔作业完成时(步骤S10)，船体被移动到下一个目标钻孔位置。
根据本发明，船体移动装置可以通过控制器的简单操作来运作。钻机可以快速精确地(大约10～20秒)移动到水下岩石的目标钻孔位置进行钻孔作业。由于上述方法，水下岩石的钻孔作业可以有效地进行。此后，岩石被破碎或爆破，破碎岩石的碎屑被放入铲斗，这样海床可被整平。然后可以安装桥梁的沉箱基础。
在本发明中，因为DGPS技术可被引入钻孔技术中，安装在驳船中心的钻机可以在目标钻孔位置精确地进行钻孔作业。本发明的优点在于排除了不精确，并可以在精确的钻孔位置进行连续地钻孔作业。
另外，DGPS接收器被安装在钻机的预定位置，可以从卫星和参考站接收钻机的位置数据。结果是，控制器和船体移动装置可以移动驳船。它的效果在于建立的钻孔作业位置可以被快速设置而不用移动钻机。
在水下钻孔作业中，钻机被安置成一种不会直接受外力(如在波浪力的作用下引起的驳船摇摆而产生的冲击)影响的状态。结果，施加到钻机上的外界影响可以被最小化。因此，钻机被安装在驳船的中心。由于钻杆连接的灵活确保了钻孔作业的稳定性。不需要对钻机进行复杂的工作如移动、装配、拆卸等。可以获得快速的钻孔作业并增加建设效率。
另外，钻机被安装在驳船中心而不是驳船边缘。这使得钻杆和钻头的装配和操作更加方便。因为钻头具有超过100毫米的直径，而根据所装钻头直径采用的钻杆具有更大的直径，所以可以使用更大直径的钻机，可以进行更大直径的水下钻孔作业，从而使得水下岩石的爆破和破碎更便利。
在已有技术中，由于泥沙涌入被挖的小直径钻孔而不能填药，所以需要额外的钻孔作业。相反，在本发明中，不需要额外的钻孔作业。它的优点在于岩石清除作业的稳定性和效率可被大幅提高。另外，它也具有经济的优点。
即使船体摇摆，也可以防止钻机钻杆的损坏，整个过程可被监测。
权利要求
1.一种用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机，包含一个安装于驳船船体开口上部的钻机，并且在其主体的预定位置处有一个差分全球定位系统(DGPS)接收器；一个差分全球定位系统(DGPS)，其中连接在钻机上的DGPS接收器从卫星和参考站接收位置数据，并且DGPS接收器通过电缆把接收到的数据发送到控制装置；一个用来存储钻孔地图的钻孔数据存储装置，它既显示水下岩石的目标钻孔位置又显示通过输入装置输入的钻孔位置数据；一个显示装置，分别显示钻机位置和水下岩石的目标钻孔位置并且监测全过程；一个船体移动装置，用来控制载有钻机的船体的位置；以及一个控制器，用来控制显示在显示装置上的从钻孔数据存储装置接收的钻孔位置数据以及从DGPS接收的钻机位置数据，并控制船体移动装置从而控制载有钻机的船体的位置。
2.如权利要求1所述的用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机，其中DGPS接收器连接在钻机的上部，与钻机的钻杆同轴。
3.如权利要求1所述的用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机，其中船体移动装置包含多个安装在驳船上的绞盘；一个绞盘驱动器，根据控制器的指令驱动多个绞盘；多条钢索，缠绕在相应绞盘上并且通过分别安装在驳船四角的换向器连接着沉于水下岩石的相应锚上。
4.如权利要求3所述的用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机，其中绞盘驱动器根据控制器的指令分别操作每个绞盘的正转、反转和停止。
5.如权利要求1或3所述的用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机，其中船体移动装置通过控制器的指令来驱动，放置在与船体移动方向一致的绞盘运转以拉动钢索，放置在与船体移动方向相反方向的绞盘运转以释放钢索。
6.如权利要求1所述的用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机，其中输入装置是一个扫描仪或键盘。
7.一种使用用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机的钻孔方法，包含a)初始设置步骤，其中位于驳船中心的具有差分全球定位系统接收器的钻机所在的驳船移动到被钻岩石上方；驳船的锚通过多个绞盘和多个钢索操作；锚被沉在远离船体预定距离处的岩石上，并且驳船停止移动；接下来，运行安装在控制器中的钻孔程序；控制器从DGPS接收驳船的当前位置数据；在显示装置中建立以当前位置为原点的XY平面；钻孔地图和钻孔数据被存储在钻孔数据存储装置中，在显示装置中显示水下岩石的目标钻孔位置；b)显示步骤，其中由钻孔数据存储装置定位的目标钻孔位置和由DGPS输入的钻机位置被显示在具有XY平面的显示装置中；c)决策步骤，其中确定目标钻孔的位置是否与钻机的位置相符；d)船体位置控制步骤，其中如果不相符，绞盘驱动器根据控制器的指令来驱动以移动船体；e)开钻步骤，其中当钻机位置与目标钻孔位置相符时，钻机的钻杆和钻头穿过驳船的开口降低开始对水下岩石进行钻孔；f)船体移动步骤，其中当目标钻孔位置的岩石钻孔作业完成时，船体被移动到下一个目标钻孔位置；和上述的过程b)～f)重复操作。
8.如权利要求7所述的使用用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机的钻孔方法，其中船体位置控制步骤和船体移动步骤是以下步骤绞盘驱动器根据控制器的指令操作；缠绕在各个绞盘上的多条钢索穿过换向导向器连接相应锚；卷动安装成沿预定方向移动的钢索并释放安装成沿反向移动的钢索，从而实现船体的移动。
全文摘要
本发明涉及一种用于水下岩石的具有差分全球定位系统接收器的钻机及其钻孔方法，新的钻孔技术——卫星导航装置定位目标的精确位置——被引入水下钻孔技术。在安装于自升平台(SEP)驳船的中心开口处的钻机主体上具有一个差分全球定位系统(DGPS)接收器，钻机的位置被设定为与目标钻孔位置同心，船体的位置可以被控制而不用移动钻机。然后，由于船体移动装置的运转，驳船快速移动到下一个目标钻孔位置，这样钻孔作业的建设效率可以被提高。
文档编号E21B41/00GK1624290SQ20041005647
公开日2005年6月8日 申请日期2004年8月9日 优先权日2003年12月6日
发明者白仁淑, 金钟设, 姜大雨 申请人:白仁淑, 金钟设, 姜大雨