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。

煤矿井下硬岩气动冲击回转钻进效率研究

为提高煤矿井下穿层孔钻遇硬岩的钻进效率,采用中风压气动冲击回转钻进方法,运用Workbench/LS-DYNA仿真软件分析不同气体压力和不同钻机转速对机械钻速的影响关系,并在淮南某矿进行现场试验。仿真分析及现场试验结果表明:气体压力是有效提高机械钻速的最主要因素,机械钻速随着气体压力的增大而增大,钻机转速在40r/min时对机械钻速的影响最大;所得气体压力值为1MPa,钻机转速为40r/min时是最佳钻进参数组合,且黏滑振动现象得到较大改善;9组现场试验平均机械钻速为18.6m/h,是采用该技术方案前8.48m/h的2.2倍。研究结果为实际工程中改善硬岩钻进效率提供了重要参考。

回转钻进钻孔测量系统及其在寺河矿的应用

目前,尚未在煤矿普通回转钻进工艺中见到利用钻孔测量系统对钻孔进行轨迹测量的相关报道。因现有技术无法对普通回转钻进瓦斯抽放钻孔的实际轨迹进行有效监测,导致瓦斯抽放钻孔施工不到预定位置,出现瓦斯抽放盲区,煤与瓦斯突出事故时有发生。基于以上问题,利用地球重力场和地磁场原理,首次研制了普通回转钻进钻孔测量系统,并利用该套系统对瓦斯抽放孔的施工及相邻钻孔的设计布置起到了很好的指导作用。

回转钻进随钻测量装置数据处理软件设计

根据回转钻进随钻测量装置数据处理软件的作用进行需求分析,详细阐述了软件各项功能的开发需求;根据软件开发需求设计了软件功能模块,阐述了各功能模块的作用,绘制了功能开发框架;根据需求和开发框架确定数据处理流程。实际应用结果验证了该软件具有良好的性能。

CVD金刚石强化孕镶金刚石钻头的冲击回转钻进试验研究

孕镶金刚石钻头的性能对地质勘探钻进的效率和成本有很大的影响。为了提高钻头的性能,本文设计、制造了一种用CVD金刚石条作为硬支点材料的新型孕镶金刚石钻头。设计了CVD金刚石条的尺寸、数量及在钻头胎体上的排列方式。根据被钻岩样的可钻性及研磨性,设计了钻头胎体硬度、金刚石粒度、浓度及钻头结构。采用中频感应热压法制造了59 mm硬支点孕镶金刚石钻头,并进行了冲击回转钻进试验。试验结果表明:与软支点孕镶金刚石钻头相比,在冲击回转钻进试验中,硬支点钻头的钻进效率、抗冲击性能均优于软支点钻头;与纯回转钻进试验相比,钻头的平均时效更高,达2.84 m/h,且钻进性能更加稳定。

地热井射流式冲击器冲击回转钻进的分流试验研究

液动冲击器冲击回转钻进技术应用于地热井钻进中,可以数倍提高钻进速度。但由于钻进工艺要求,钻进中泵量高,钻压大,泥浆固相含量高,对冲击器工作影响很大。研究分流对冲击器的影响,采用分流技术,改善流量过大对冲击器的负面影响,提高冲击器工作稳定性,提高钻进效率,推动液动锤冲击回转技术在地热井钻进中的应用。

地质钻探液动冲击回转钻进技术再(新)认识

针对地质钻探液动冲击回转钻进适用条件、钻探设备配置要求、冲洗液与现场维护、相关新产品研发等方面提出了一些认识和建议。文章认为,当前地质钻探装备条件的改善,冲洗液性能、质量和固相控制(净化)工作的强化,有利地支撑了液动冲击回转钻进技术的推广应用,小直径金刚石绳索取心液动冲击回转钻进已经成为应用最为广泛的液动冲击回转钻进工艺。对原地质矿产标准《液动冲击回转钻探技术规程》(DZ/T 0053—93)进行修订,是推动目前我国液动冲击回转钻进技术发展的举措之一。今后,还应加强新型高能液动潜孔锤研发和示范应用,研究优化大直径、全面钻进工艺。

冲击-回转钻进工艺在超硬岩层中的应用

阐述了冲击-回转钻进工艺的原理,分析了影响其钻进效率的几个工艺参数,列出了选用此工艺施工所需的设备。通过气动冲击器在重庆松藻煤矿的应用,证明了在超硬岩层或复杂岩层中钻进时,采用冲击-回转钻进工艺不仅效率高,而且成本更低。

“打滑”岩层回转钻进采用低工艺规程初探

通过对岩石破碎机理的再探讨,提出在坚硬致密弱研磨性岩层(俗称"打滑"地层)的金刚石回转钻进中采用低工艺规程,在探索和实际应用中取得很好的效果,尤其在中深孔中转速开不上去时也取得好的效果。

螺旋冲击回转钻进技术及其在边坡治理中的应用

以施工实践为基础,结合理论分析,提出了一种在岩土锚固工程施工中广泛应用的新型钻探工艺技术———螺旋冲击回转钻进技术。在总结其优点的基础上提出了尚待解决的工艺难题。

冲击回转钻进中的静压力

本文阐述了冲击回转钻进的岩石破碎过程，分析了静压力的作用，提出了如何确定合理静压力的方法。

发展中的冲击回转钻进技术

冲击回转钻进技术应用日趋广泛，冲击器的理论研究不断深入，规格类型发展迅速，与多种钻孔工艺方法相结合更加速了该项技术的发展，赋予该技术新的生命力。

月面回转钻进采样非脆弱鲁棒控制

回转钻进采样技术是实现月面采样任务的重要手段。回转采样机构在月面复杂环境下会发生模型摄动,并受到外部扰动的影响,采样控制器的鲁棒性对顺利完成采样任务具有重要意义。本文针对回转采样机构,分析了采样过程中的模型摄动、外部扰动影响,建立了采样机构状态空间模型,利用线性矩阵不等式方法设计了状态反馈非脆弱鲁棒控制器,仿真结果表明:在有界模型摄动、有界随机系统扰动情况下,回转钻进采样控制系统内稳定,并对扰动具有抑制能力。

大切削具钻头回转钻进的分析

根据刃具斜切入破岩的一些试验研究成果，分析了大切削具钻头的钻进过程，推导出了大切削具钻头进行回转钻进的机械钻速公式。

套管冲击器回转钻进法

套管冲击器回转钻进法是钻进覆盖层的最有效方法之一,广泛应用于地质勘探、采矿、建筑和水井钻凿。对它的主要设备、工作原理、操作注意事项及优点等作了全面介绍。

冲击回转钻进的碎岩特点和效果

前言一九八○年以来,液动冲击回转钻进在我国发展迅速,有500多个机台使用,至一九八五年止钻进总进尺达45万米,直接经济效益达500多万元。近年来,在我国又发展了绳索取心冲击回转钻进,把绳索取心钻进和冲击回转钻进的优点综合起来,成为当今一种先进的钻进方法。它即能提高纯钻时间,又能提高碎岩效率、回次进尺和予防孔斜。为了正确使用该先进方法,以获得显著的经济效益,本文着重介绍冲击回转钻进的碎岩特点。

浅探液动冲击回转钻进

液动冲击回转钻进方法,曾被认为是本世纪七十年代两大钻探技术之一。在我国,本世纪五十年代末就开始进行这方面的研究工作,到目前为止,地矿、冶金、煤炭、核工业等系统所研制的冲击器有阀式正作用、反作用、双作用、喷射式(射吸式)、射流式等各种类型。

多工艺冲击回转钻进技术的新拓展

多工艺冲击回转钻进技术具有钻进效率高、孔内事故少、钻头寿命长、设备质量轻等一系列优点 ,近年来愈来愈受到国内外钻探界的关注。全面介绍了该项工程技术在我国工程地质勘察、锚固工程、大直径基岩桩孔工程、水文水井钻凿以及非开挖铺设管线中的应用现状。由于紧密地与生产实际结合 ,使得冲击回转钻进的新工艺、新方法日臻完善。我国钻探界已将该项技术应用于石油天然气钻井、大陆科学钻探、水下钻孔、干旱岩溶地区水井钻凿等工程中 ,解决了许多生产技术难题 ,使得该项技术的应用领域不断拓宽。

基于单柱齿破岩过程的高压液动冲击回转钻进试验研究

针对煤矿井下穿层钻孔硬岩钻进效率低的难题,基于冲击回转钻进机理和Wassara高压液动冲击器主要特点,分析柱齿在冲击荷载下形成的破碎坑形态,并将其划分为崩解区、密实区、开裂区和弹性区。在此基础之上,对柱齿连续破岩的大间隔冲击和小间隔冲击2种情况进行过程分析,结合淮南潘三矿现场试验条件讨论高压液动冲击回转钻进工艺参数,优选高压液动冲击回转钻进配套钻机、冲击器、钻杆、钻头和清水泵,及主要技术参数。试验结果表明:当清水压力在15 MPa以上时,高压液动冲击回转钻进的平均机械钻速为24.67 m/h,与采用该技术之前的8.48 m/h机械钻速相比提高了约1.9倍;并采用回归分析拟合得到机械钻速与水压之间的线性关系,经过数理统计的F检验,F=8.82大于F_(0.05)(1,7),验证了回归结果是显著的,机械钻速随水压的增大而线性增大。高压液动冲击回转钻进技术可有效提高煤矿井下硬岩层钻进效率,保障煤矿安全高效生产。

复杂条件下冲击回转钻进若干问题分析及处理措施

气动冲击回转钻进主要应用于难用或忌用液体作为循环介质的地区，而“引松入长”工程中的爆破孔施工是水量丰富、气温低、地层（包含有卵砾石层，破碎中风化玄武岩层，夹破碎带的玄武岩层及完整致密的玄武岩层）复杂的条件下进行的，本文对其出现的问题进行了分析，并提出了合理的解决措施。