基于钻柱状态估计的坑道回转钻进智能优化方法

为解决现有研究中难以通过随钻获取孔底钻进参数,仅利用孔口数据进行回转钻进操作参数优化准确性不高、提升效果不足的问题,通过构造孔内状态观测器估计孔底钻进参数信息,提出基于钻柱状态的坑道近水平回转钻进智能优化方法.首先分析煤矿井下坑道回转钻进特性,考虑实钻约束条件,提出机械钻速和钻头磨损的优化目标评价方法;随后建立轴向和扭转维度的集中质量钻柱动力学模型,构建基于该模型的钻柱状态空间方程,得到了孔口-孔底钻柱运动状态映射关系;基于此设计了状态观测器,利用李雅普诺夫稳定性分析方法,得到反馈增益矩阵L,以估计孔底钻头的运动状态,并进行仿真分析评价;最后综合孔口采集的数据和孔底状态估计,运用NSGA-Ⅱ多目标优化算法实现了动力头转速和给进压力的优化,并利用安徽淮南某煤矿实钻数据进行了验证.结果表明,基于钻柱状态估计孔底信息进行优化后的钻速和司钻操作相比预计提升32.47％,仅利用孔口实测数据优化后的钻速仅预计提升15.04％,基于钻柱状态估计的坑道回转钻进智能优化方法更具优势,孔底估计钻进信息对提升钻进水平具有关键作用,研究对煤矿坑道回转钻孔实现高效、智能钻进具有重要理论与实际意义.     

我国煤矿坑道钻探装备技术进展与展望

煤矿坑道钻探装备技术在发展过程中受到诸多不利条件的限制,导致新技术发展滞后,随着我国煤矿大力推进智能化建设,给煤矿坑道钻探装备技术带来了革命性的发展机遇。通过分析了国外坑道钻探装备的技术特点和发展状况,以及国内坑道钻探装备技术的三个阶段发展,包括初级阶段的分体式钻机与稳定组合钻具轨迹控制方法,蓬勃发展阶段的履带式钻机、定向钻进装备技术及松软煤层钻进技术,新发展阶段的自动化和智能化装备技术,提出了今后我国煤矿智能化发展阶段钻探装备技术需要解决的关键问题,为推进钻探装备技术的智能化水平提高提供支撑。     

北京冯家峪铁矿坑道水平硬岩钻进技术实践

北京冯家峪铁矿地层坚硬致密、研磨性较弱、构造发育、易造斜、岩性复杂,坑道水平钻进中钻孔倾角变化范围较大（-55°～60°）,上仰孔施工中冲洗液易沿着钻杆流出并对施工人员、钻机设备造成较大危害,硐内安全生产隐患较多,这些都给钻进施工带来了较大困难。对此,选用主机质量轻、所需安装空间小的Z7559型全液压钻机,选取满眼组合钻具,定制软胎体金刚石钻头;合理选用、调整冲洗液性能及泵量,正确调整钻进工艺参数;采取限制回次进尺、合理安装钻机等措施,确保工程质量和施工安全。对坚硬地层大倾角硐内水平钻进施工具有一定的借鉴意义。     

松软煤层坑道钻机钻进参数测量系统设计

针对松软煤层坑道钻机施工需要,设计了一种钻进参数测量系统。系统的硬件以车用可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心,以控制器局域网(CAN)总线为通信网络,针对煤矿使用要求重点对电路进行设计。采集器底层软件设计利用CoDeSys开发工具,上位机软件界面则基于LabVIEW。实际应用结果表明：该测量系统能准确获取松软煤层坑道钻机施工所需的钻进参数,具有实时性强、准确性和可靠性高,人机交互友好等优点。     

螺纹插装阀在煤矿坑道钻机中的应用

介绍了螺纹插装阀的技术特点及其在煤矿坑道钻机中的发展应用情况。煤矿坑道钻机应用螺纹插装阀技术不仅可以实现复杂的液压控制系统,还能简化管路,方便整机布局。通过几个典型实例展示了螺纹插装阀在煤矿坑道钻机中的具体应用情况,验证了螺纹插装阀技术在煤矿坑道钻机液压系统中的实用性和良好的应用前景。      

地热井花岗岩地层钻进提速技术研究与应用进展

复杂多变的地质环境和恶劣的施工条件给地质钻进过程控制提出了巨大挑战,大数据、人工智能等前沿技术的蓬勃发展给钻探行业带来了全新的发展机遇。首先,从钻进过程感知与建模、钻进过程智能优化与钻进过程控制3个方面阐述地质钻进过程智能控制的国内外发展现状。在钻进过程感知与建模方面,利用多源钻进过程信息,建立地质环境模型,实现地质环境变化和钻进过程状态的感知,基于钻进信息特征进行故障诊断和预警;在钻进过程智能优化方面,建立钻速预测模型,提出适合地质钻进过程的钻速优化算法,面向多样约束条件和优化指标探索最优钻进轨迹的设计;在钻进过程控制方面,通过建立钻柱、钻进轨迹、钻井液循环模型,设计控制器来调整钻压、转速、泵量等操作参数,保障钻进过程的安全高效。其次,论述了地质钻进过程智能控制系统及其工程应用情况。最后,展望了未来需要攻克的基于工业物联网的信息物理融合与钻进过程智能控制技术,包括多目标和高维约束的优化决策与控制一体化技术以及融合大数据、云边协同技术的网络化智能管控,从而提升地质钻进这类复杂工业系统的感知深度、综合调度和全局优化能力。随着新一轮找矿突破战略行动的开展,需加快推进人工智能、新一代信息技术与地质钻探相关工艺、理论方法和技术的深度融合,突破地质钻进过程智能控制的关键科学问题,研发先进的智能地质装备,为资源勘探和开发提供技术支撑。

     

煤矿坑道钻机用履带式泥浆泵车及其应用

为实现煤矿坑道钻机钻进时搬迁便捷、作业安全、配套设备高度集成化,研制了煤矿坑道钻机用BLY 260/9型履带式泥浆泵车。泵车采用整体履带式结构,将钻机配套用附属装置集成到有动力、可自主行走的履带平台上。在晋煤集团成庄矿和寺河矿的现场试验表明,泥浆泵车配套坑道钻机尤其是定向钻机,技术方案先进可靠,瓦斯抽采钻孔施工效果良好,为煤矿坑道钻机的设备配置提供了一种有效的解决方法。     

煤矿井下定向钻进配套钻头的选型与使用

合理选配和使用钻头是提高钻进效率和节省钻进成本的关键。结合煤矿井下定向钻孔施工的特点,提出了配套钻头的一般要求。介绍了目前常用钻头的类型和特点,重点介绍了3种不同冠部形状的导向钻头的适用性及选型依据。总结了钻头合理使用的注意事项,为煤矿井下定向钻孔施工合理选择和使用钻头提供了参考依据。     

煤矿井下连续管钻进管柱分析及射流钻进实验

由于可连续起下钻、不间断循环等优势,连续管钻井已成为近年来发展最快的石油钻井技术之一,开发煤矿井下连续管钻进技术是煤矿实现“少人化”甚至“无人化”钻探的重要技术途径。针对该技术在煤矿井下应用存在的管柱优选、钻进方法等关键问题,提出了连续管射流定向钻进方法,根据煤矿井下钻探用泥浆泵能力和孔深设计,分析了不同管径、不同弯曲比(r₀/R_b)连续管流体摩阻;采用数值模拟方法,分析了不同连续管管径与钻孔孔径比(管孔比r_c)情况下近水平钻进管柱屈曲形态及与孔壁接触应力;通过旋转射流水力学参数研究和破岩效果实验,给出了最佳射流钻头参数:通过连续管射流定向钻进实验,分析了射流定向钻进造斜规律,不同流量、钻进速度与钻孔孔径的关系。结果表明:?19～?31.75 mm连续管的弯曲半径可满足煤矿坑道空间要求;连续管流体摩阻的主要影响因素为管径和流量,在井下常用泥浆泵流量200 L/min、压力31.5 MPa、钻孔深度200 m情况下,?31.75 mm连续管为最佳管柱方案;管孔比r_c=0.454时,连续管与孔壁接触应力...     

ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机的研制

针对我国煤矿松软突出煤层中的煤巷、高应力巷道等小断面巷道,以及皮带运输巷中钻机需频繁让道、在掘进巷道中钻机需绕前施工等通过空间狭小的复杂钻孔施工条件,结合煤矿钻孔现场施工对孔比较繁琐及搬运迁移比较困难的现状,进行了ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机的研制。目前常用的整体式履带钻机存在这样的缺陷：不能将井下机动灵活、外形尺寸小、操作人员安全性高等特点高度融合,使瓦斯抽采钻孔施工效率低,钻机对复杂钻场和矿井条件适应性差。该机型结构布置合理,辅助功能齐全,它能有效地改善中小煤矿钻孔施工效率,提高钻掘产量,降低工人劳动强度, 可用于瓦斯抽采穿层钻孔、瓦斯抽采顺层钻孔和探放水以及底板注浆等钻孔施工。本文主要介绍ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机的主要技术参数、结构布局特点及液压系统。经试验表明,对于中小煤矿钻孔施工具有良好的应用前景。     

煤矿坑道大直径水平长钻孔的工业性试验及思考

介绍了煤矿坑道大直径水平长钻孔的工业性试验情况。试验中使用定向钻进技术施工了4个钻孔,两个钻孔长度达到80 0m以上,试验钻孔最深86 5m,其中85 5m保持在煤层中连续延伸,孔径15 3mm,最高时效达到2 8m/h。文中还对试验中遇到的问题提出了自己的见解。     

国产随钻测量定向钻进系统在汝箕沟煤矿的应用

采用我国自主研发的随钻测量定向钻进系统及钻孔轨迹设计与分析软件,结合宁夏汝箕沟煤矿巷道现场试验情况,对该系统的组成、性能、使用情况等作了总结;对随钻测量得到的钻孔轨迹参数进行了分析处理,为今后定向钻孔轨迹设计和实测轨迹分析提供了参考。结果表明,无论是系统还是软件,均能满足煤矿井下随钻测量要求。     

煤矿井下水平定向钻进技术的发展

国内外煤矿井下水平定向钻进技术(HDD)的发展具有不同的技术路线,这涉及钻进设备和钻具、钻孔监测仪器的研发,钻孔轨迹控制理论的研究等。本文阐述了煤矿井下HDD技术在国内外的发展特点及我国在该领域未来几年的发展方向。     

水平定向钻进技术在胡底煤矿地质构造勘探中的应用

定向钻孔技术可以精确控制钻孔轨迹,可满足胡底煤矿对探明地质构造的要求。该矿采用ZDY6000LD型钻机施工4个近水平定向钻孔,精确探明主运、辅运石门的煤层走向,为抽掘采衔接提供了依据。介绍了胡底煤矿地质构造勘探定向孔的设计依据及钻进工艺。     

我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展

煤矿坑道近水平定向钻进技术是钻探工程领域的一项新技术,主要应用于岩层和较稳定、较硬煤层的瓦斯抽放钻孔和地质勘探孔。简述了国内外煤矿井下近水平定向钻进技术的发展概况,对目前煤矿井下近水平定向钻进技术所采用的稳定组合钻具钻进和孔底螺杆马达钻进两种主要方法的特点与适用范围作了分析。结合我国煤矿井下地质条件、煤层特征和定向钻孔的技术要求,对我国煤矿井下定向钻进技术的应用提出了几点建议,并对我国煤矿井下定向钻进技术与装备进行了展望。     

自控钻进中的优化钻进原理

对自控钻进中的２种比较实用先进的优化钻进原理进行了分析探讨。根据钻孔深度的不同,将钻柱－－孔壁环节作为主要影响因素,从能量传递效果的角度提出了适合浅孔的切入量优化控制方法和适合深孔的功率钻速优化控制方法,并论述了２种优化方法的基本原理和实现方法。     

煤矿送料孔、通风孔及救援孔钻进技术

介绍了煤矿送料孔、通风孔及救援孔等工程钻孔的钻进工艺及所用器具,并通过中国神华集团的施工实例对此类工程钻孔的前导钻进及扩孔钻进技术进行了较为详细的探讨。     

煤矿井下坑道钻机产品数据管理模型与系统

有效的产品数据和设计过程管理是煤矿井下坑道钻机数字化开发的保障。结合企业批量定制的生产模式和钻机产品的变型开发特点,定义了钻机的产品数据管理需求;建立了钻机产品数据管理的各项功能模型,包括项目管理、文档管理、流程管理、BOM管理、零部件管理、组织权限管理和系统集成;给出钻机产品数据管理系统的总体结构、系统组成和拓扑构型,并采用Team Center Express软件予以实现。最后,结合ZDY6000L产品数据实例对该系统的有效性予以说明和验证,并予以了系统实现。