煤矿用钻杆螺纹的研究现状及展望

钻杆是煤层瓦斯抽采、探放水和地质勘探等钻孔施工的主要装备之一。由于钻杆受力情况及使用环境复杂,使得因钻杆螺纹失效而导致钻孔孔内事故屡见不鲜。按不同结构分类方式,详细介绍当前煤矿用钻杆螺纹结构特点;总结螺纹应力分布和螺纹失效原因分析的研究现状,螺纹应力分布的研究方法主要有解析法、有限元法和试验法,螺纹失效主要原因包括疲劳破坏、脆断和粘扣等。同时分析了钻杆螺纹在设计、生产过程中存在的问题,包括基础研究不到位、制造技术滞后和钻探新技术对螺纹结构提出更高需求。并结合石油钻杆API螺纹和特殊螺纹的技术现状,探讨煤矿用钻杆螺纹的发展方向,包括开展大直径钻杆螺纹研究、开发煤矿用特殊螺纹、优化螺纹牙受力分布、研究动态循环复合载荷试验方法评判钻杆螺纹的性能等。     

国产绳索取心钻杆设计与制造技术的分析

介绍了国内外绳索取心钻杆的生产现状,论述了绳索取心钻杆的结构、各种管材的性能、钻杆和接头的选材、螺纹的优化设计和一些特殊工序,最后以89 mm绳索取心钻杆为例,根据不同的设计方案,列出了相应的技术参数供大家参考。     

煤矿用钛合金无磁钻杆的中试研究

目前,国内外煤矿坑道水平定向钻探用无磁钻杆材料均选用铍铜QBe2（ C17200）,该合金材料的延伸率低,钻杆易出现断裂事故。为解决这一问题,研究了高强度钛合金钻杆,探讨了钻杆的材料选择及螺纹结构设计。试验了钻杆的加厚工艺,其强度达到了设计要求,并通过现场试验验证了钻杆的使用效果。     

矿用钻孔机器人加卸钻杆的避障轨迹规划研究

矿用钻孔机器人加卸钻杆位置会随主机的调姿而变化,同时在加卸钻杆路径中还存在障碍物。因此,钻孔的加卸钻杆过程存在变目标的避障轨迹规划问题。根据防爆六自由度机械手的性能参数建立DH参数表,并提出三自由度主机调姿前后加卸钻杆位置变化的函数关系。利用凸包络体结合简单几何体的包络法建立了加卸钻杆系统的碰撞检测模型,可通过欧氏距离判断是否发生碰撞。提出了三段式的加卸钻杆避障轨迹规划策略,第一段和第三段在笛卡尔空间下采用直线规划,第二段在关节空间下采用多项式插值算法进行规划,并可通过增加过渡点解决避障问题。开展了基于七次多项式插值的最小冲击避障轨迹规划算法研究,由仿真分析可知,关节角度、角速度、角加速度和角加加速度都是连续的,但绝对值峰值很大且路径较长。进一步开展了基于改进双树RRT算法、B样条路径优化及七次多项式插值的冲击优化避障轨迹规划算法研究,由仿真分析可知,不仅可保证关节角度、角速度、角加速度和角加加速度的连续性,且路径较短,角加加速度的绝对值峰值降低了98.2%。通过示教试验验证了冲击优化避障轨迹规划方法在避障、加杆轨迹规划等的可行性,机械手各关节运行曲线及运动路径与仿真结果具有较高的相似...     

天然气水合物成矿带的识别技术研究

在天然气水合物的地震资料解释过程中,常规地震剖面上难以识别水合物成矿带的准确位置。通过多年的实践对比研究,认为波形、速度反演、速度模型、流体因子、瞬时振幅、相对极性和能量半衰时等各种地震剖面,能够较好地揭示水合物成矿带的地球物理异常特征。收集整理了一部分国内外对水合物成矿带的识别技术,并提出了在无井的情况下,如何利用波形、速度和各种地震属性剖面所提供的信息来确定水合物成矿带的一些新想法,以期对水合物资源量的评估能提供比较有价值的参考依据。     

基于反双曲正切的位场边界识别技术

通过分析倾斜角概念,提出利用反双曲正切函数特性对归一化的垂向导数进行变换处理,来识别重磁异常中地质体边界和提取地质体分布、断裂构造平面展布特征等信息。理论模型和实际资料对比分析表明,利用该方法识别重磁异常边界具有较好的效果和较高的分辨能力,能够获取丰富的地质信息,对识别地质体边界、划分大地构造单元、确定断裂带和地质构造走向等具有一定的意义。     

利用水平与垂直导数的相关系数进行位场数据的边界识别

为了解决现今边界识别方法中普遍存在的不能同时识别不同深度地质体边界的问题,采用相关系数法进行边界识别。该方法是利用总水平导数与垂直导数的相关系数来进行边界的识别。由于不同地质体边界处的水平与垂直导数的相关系数幅值几乎一样,因此该方法可以有效地同时识别出不同深度地质体的边界。理论模型试验表明:该方法能同时识别出不同深度地质体的边界,且与模型边界相吻合;将其应用于实际数据的处理中,该方法能识别出更多的地质细节。     

基于人工神经网络的数字识别技术

章介绍了一种利用BP神经网络进行数字识别的方法。首先,对数字进行特征提取,获得采样数据．再对样本数据进行学习和训练,形成良好的网络,然后对与训练数字有所区别的数字进行检测,达到了一定的准确度,表明了该方法在实际应用中具有可行性。本共分为五部分,第一部分对神经网络的基本原理进行了简单介绍,第二部分讲述了反向传播算法的基本原理,第三部分讲述了数字识别的基本原理,第四部分讲述了基于人工神经网络的数字识别的实例,第五部分对上述内容作了简要小结。     

基于模糊粒子群算法的钻杆运移装置控制系统研究

在大直径救援井施工起下钻作业中,钻杆运移装置用于大直径钻具输送及钻柱接续。针对钻杆运移装置定位过程中钻杆易产生振动,难以快速、准确地将钻杆举升至动力头翘起角度进行对扣的问题。首先分析了钻杆运移装置的结构特点和工作原理,利用结构关系推导了钻杆举升时的运动学模型,得出钻杆末端接头与举升油缸和运移小车运动规律的映射关系,并采用有限元方法建立了钻杆举升时的动载受力模型,得出了钻杆末端接头的振动加速度主要由举升油缸和运移小车的工作速度所决定,且各部件的工作速度主要由各自的输入流量所确定;其次引入了基于模糊粒子群优化算法的综合误差评价函数,将钻杆末端接头的转角误差和位姿误差作为输入信号,采用加权法进行计算出综合误差和加速度误差,利用梯形隶属度函数构造了模糊控制规则,得出综合误差、加速度误差与比例参数、积分参数、微分参数之间关系,完成PID的控制参数调节,实现了对钻杆末端接头的主动抑振控制;最后利用MATLAB软件搭建了数值仿真模型,以某次钻杆运移装置工作时测量数据信号为例进行仿真研究,系统综合误差只需0.9 s可将振幅衰减至峰值的10%以下,同时加速度误差仅为0.05 mm/s²     

基于EI-Fatti弹性波阻抗反演的流体识别

通过EI-Fatti弹性波阻抗反演直接得到了纵波阻抗、横波阻抗和密度数据,并以三类AVO模型进行反射系数试算,满足了流体识别对反演精度较高的要求.同时,采用基于EI-Fatti弹性波阻抗的两个流体识别因子对三类AVO模型进行对比分析,表明两种流体识别因子对于不同类型的AVO模型的流体识别效果是不同的.在实际资料中,利用弹性波阻抗反演产生较多弹性参数的优势,将这些弹性参数与储层参数进行交会和相关分析,分别定性和定量地对储层进行流体识别,从而达到了有效区分高饱含气和低饱含气储层的目的.     

基于COMSOL的铝合金钻杆腐蚀分析

为预测科学超深井钻探工程中铝合金钻杆耐腐蚀性能,运用COMSOL软件,建立多物理场腐蚀分析模型,开展“松科二井”铝合金钻杆“应力-温度-电化学”作用下的腐蚀规律仿真分析。分析结果表明：腐蚀体系达到平衡时,铝合金电极一侧的电解质电位偏高,钢接头电极一侧电解质电位偏低,靠近钢接头电极一侧铝杆体电流密度高;随着钻杆所受应力、温度的增加,腐蚀速率加快,相对于温度的影响,载荷对腐蚀影响较小;腐蚀速率和井下工作时间成正线性相关;离钢接头的电偶腐蚀处越近,铝合金钻杆的界面电流密度越大,并成指数关系,外壁强影响区域大约在距电偶腐蚀处0~200 mm,内壁为0~110 mm。研究成果将为铝合金钻杆的工程防腐提供参考。     

基于Unity3D的岩心钻机模拟实训平台研究

针对我国地质岩心钻探钻机培训的现状,综合分析国内外虚拟现实可视化现状,结合虚拟现实技术、Unity3D游戏引擎以及利用实物教具开发了一套区别于现有钻机仅限于钻机基本功能培训操作的模拟实训平台。平台由实物模型、可编程控制器、虚拟场景组成,本模拟实训平台一方面模拟操作钻机的相关动作;另一方面显示钻进过程中的相关数据,使学员熟练掌握钻进规程参数、孔内复杂事故的判断、预防和处理方法。经过多个虚拟场景的控制和实验测试,平台可稳定运行,学员可直观感受被控对象的运行,增强现场体验感,加深对地质岩心钻探的认识,降低了同程度下的培训成本。     

含缓蚀剂钻井液对铝合金钻杆材料的腐蚀影响

铝合金钻杆在钻井液中发生腐蚀会引发严重的孔内事故。为了延缓钻井液对铝合金钻杆的腐蚀作用,在pH值为10、温度为70 ℃的聚磺体系钻井液中,分别加入一定比例的有机缓蚀剂（十二烷基苯磺酸钠,C18H29NaO3S或SDBS）及稀土缓蚀剂〔硫酸镧,La2(SO4)3〕,通过力学性能测试,研究缓蚀剂对7075系铝合金钻杆材料腐蚀的影响。结果表明：上述2种缓蚀剂均可降低铝合金在碱性钻井液中的腐蚀,提高铝合金钻杆抗拉强度最高达6.73%;合金中Cu、Mg、Si等元素的第二相粒子是腐蚀的敏感区域,第二相粒子脱落后即形成腐蚀坑;在产生腐蚀裂纹时,腐蚀产物主要由Al、C、O等元素组成。     

基于极化分析的HVSR成像技术研究

<正>地震学是研究地球内部介质物理属性和地下结构不可或缺的技术手段。从震源角度划分,地震学探测主要分为主动源探测和被动源探测。主动源探测是应用人工激发产生的能量进行探测的方法技术,具有震源位置和发震时刻已知、激发能量可控等优点。但主动源探测由于其成本高,破坏性大等问题,并不适合在城市等区域大规模布设。     

深井复合钻柱技术在特深科学钻探中的应用探讨

深井复合钻柱技术是解决特深科学钻探超长钻杆柱可靠性问题的重要途径,其与设备能力、材料性能、钻进条件及管柱力学等息息相关。本文系统总结了复合钻柱技术在我国深部钻探中的发展和应用情况,在复合钻柱强度理论的基础上,探讨了不同复合钻柱的组合方案及其极限下深。研究结果表明,若以?216 mm直径终孔,仅依靠钢质钻柱已无法满足特深钻探13000 m的下深要求,而采用V150钢级?127 mm钻杆配合?127 mm钛合金钻杆及S135钢级?127 mm钻杆配合?129 mm铝合金钻杆可分别满足最大13484 m和18783 m的下深要求,钻柱总重分别仅有360.5 t和324.3 t,均具备可靠的安全性保障。本文对特深科学钻探用复合钻柱的设计和选择具有参考意义。     

基于BERTwwm与数据增强的地质实体识别研究

地质命名实体识别是识别地质文本中的地质实体并分类到准确的地质概念中的一项地质知识智能抽取任务,也是构建地质领域知识图谱的关键技术之一。本研究针对地质命名实体识别领域中复杂实体识别精度不足和样本标注成本较高这两大挑战,构建了一种地质实体识别模型BERTwwm-BiLSTM-Attention-CRF,该模型通过改进的预训练层BERTwwm并在模型中加入Self-Attention模块,显著提升了复杂地质实体的识别精度,对地质实体识别的精度达到92.67%的精确率,94.21%的召回率,以及93.29%的F1值。同时,为降低标注成本,提升小规模数据集的识别精度,本研究优化了模型构建流程,采用模型辅助标注方法,加快数据集的标注速度;改进简单数据增强方法,并利用地质字典有效扩充数据集,降低了人工标注的难度。经过实验证明,本研究提出的改进方法提高了地质实体识别效果,为地质文本分析提供了一种高效且经济的解决方案,有助于推动地质领域知识图谱的构建和地质信息的智能化处理。     

煤矿大直径救援钻孔顶管钻进装备关键技术研究

为解决煤矿坍塌巷道的救援难题,提高坍塌巷道大直径救援孔的钻进速度,提出了采用顶管工艺进行大直径钻孔施工。通过布置在硐室内的主顶装置,推动可以接续的管节及刀盘,对坍塌岩体完成破岩及排渣作业,最终形成由顶管管节组成的救援通道。研发了坍塌岩体条件下的大开口复合刀盘,由10把切刀、10把滚刀及2把刮刀组成,开口率为40%,能够满足大粒径渣石快速破碎的需求。研发了小直径顶管救援装备驱动系统及外周驱动、破排一体的新型排渣系统,主要结构包括出渣管、行星减速器、大齿轮、刀盘、电机等,电机带动刀盘及出渣管转动,出渣管内部焊接有螺旋的排渣条,煤岩破碎后进入刀盘,再由排渣管连接刮板机进行连续出渣,最大排渣粒径为300 mm,能够解决大流量大颗粒排渣需求和排渣系统小空间布置困难的问题。搭建了坍塌巷道的堆积体试验环境,完成煤矿顶管救援装备的工业性试验,顶进距离为102.5 m,折合日进尺为43.92 m,形成内径1 575 mm的救援通道,并实测得出顶进过程中的刀盘转矩和推进力的变化趋势。研究成果对提升我国应急处置与救援装备技术水平,对灾变条件下最大程度减少人员伤亡和财产损失具有重要意义。      

基于透明土技术的开口管桩施工模拟

开口管桩因为土塞效应的存在,其施工力学机理比实心桩要复杂。传统的测量方法无法测得整个桩周土体的位移场以及土塞的具体情况。利用透明土技术,模拟不同桩径,壁厚的开口管桩的沉桩过程,得到管桩外侧土体的全部位移场,并观测到土塞高度的变化、土塞中土颗粒的位移向量场和土塞土颗粒位移中性面。通过对实验结果的分析,可以得到以下结论:不同截面尺寸的管桩施工引起的土体变形区域的横向范围与管桩内径与壁厚的比值（r/w）成反比,且每施工2倍管桩外径R深度,横向影响范围扩大67%;当外径相等时,r/w值相差150%时,土塞高度相差186%;土塞效应和桩径无关,和r/w有关;当壁厚保持一定的同时,土塞高度变化量约为管桩内外径比（R/r）的改变量的2倍;土塞达到完全闭塞状态时还会发生桩端土体的剪切破坏,从而管桩内腔涌入新土形成新的土塞。