煤矿履带式定向钻机路径规划算法

煤矿履带式定向钻机路径规划过程中存在机身体积约束和实际场景下的行驶效率需求,而常用的A^(*)算法搜索速度慢、冗余节点多,且规划路径贴近障碍物、平滑性较差。提出一种以改进A^(*)算法规划全局路径、融合动态窗口法(DWA)规划局部路径的煤矿履带式定向钻机路径规划算法。考虑定向钻机尺寸影响,在传统A^(*)算法中引入安全扩展策略,即在定向钻机和巷道壁、障碍物之间加入安全距离约束,以提高规划路径的安全性;对传统A^(*)算法的启发函数进行自适应权重优化,同时将父节点的影响加入到启发函数中,以提高全局路径搜索效率;利用障碍物检测原理对经上述改进后的A^(*)算法规划路径剔除冗余节点,并使用分段三次Hermite插值进行二次平滑处理,得到全局最优路径。将改进A^(*)算法与DWA融合,进行煤矿井下定向钻机路径规划。利用Matlab对不同工况环境下定向钻机路径规划算法进行仿真对比分析,结果表明:与Dijkstra算法和传统A^(*)算法相比,改进A^(*)算法在保证安全距离的前提下,加快了搜索速度,搜索时间分别平均减少88.5%和63.2%,且在一定程度上缩短了规划路径的长度,路径更加平滑;改进A^(*)算法与DWA融合算法可有效躲避改进A^(*)算法规划路径上的未知障碍物,路径长度较PRM算法和RRT^(*)算法规划的路径分别平均减小5.5%和2.9%。

煤矿液压定向钻机回转器结构设计校核及有限元仿真

以液压定向钻机回转器结构为研究对象,通过分析其传动原理,对其结构进行了设计,同时针对回转器组件开展了选型设计及强度校核,使其符合井下生产作业的需要。最后将回转器及其传动系统进行了有限元仿真分析,从极限载荷及动载效应两个角度出发,验证了所设计回转器的动态特性良好。

胶轮式定向钻机在煤矿探放水钻孔施工中的应用

针对具备无轨运输条件的煤矿井下探放水孔密集、成孔精度高和钻机快速搬迁和降低工人劳动强度等需求,开发了胶轮式定向钻机。介绍了该钻机的组成及基本参数,并在布尔台煤矿进行了现场试验。试验结果表明,该钻机机动性强,1人可完成搬迁,极大降低了工人的劳动强度,提高了工作效率;在探放水孔施工中性能稳定,命中率高,各项参数达到设计要求,为同类矿井钻孔施工奠定了基础。

液动冲击螺杆马达在煤矿瓦斯抽放中的应用

主要介绍了液动冲击螺杆马达与配套的ZYWL-6500DS定向钻机在鑫运煤矿的使用情况。通过瓦斯抽放孔施工,证实液动冲击螺杆马达在施工超硬岩石时比普通液动马达效率更高,平均单班进尺不低于30 m。解决了煤矿在硬岩(f>8)钻进中速度较慢的问题。施工结果表明,液动冲击螺杆马达比同类型的孔底马达在钻进速度和成孔率方面有着明显的优势。

钻机开孔定向仪的结构设计与优化分析

阐述矿用钻机开孔定向仪在矿井钻探中的应用特点,它通过高精度测量显著提高钻探效率和精度。分析矿用钻机开孔定向仪的功能、原理及其在不同应用场景中的设计要求。展示便携式和机载式的结构设计,并通过振动试验验证减振装置的有效性。

煤矿井下定向钻机钻进液压系统研究

针对原有井下定向钻机开式钻进液压系统操控性能差、节能性差的问题,研究了基于负载敏感技术的钻进液压系统的构成与工作原理,采用AMESim软件对钻进液压系统进行建模与仿真分析,仿真结果表明基于负载敏感技术的钻进液压系统的压力和流量波动均在允许范围之内,而且动态响应速度较快。基于负载敏感技术的钻进液压系统的工作效率为64.7%,相较于原开式钻进液压系统效率(20%~40%),新系统更加节能。

沿空留巷定向高位长钻孔采空区瓦斯治理技术

以高瓦斯矿井鹿台山矿2205采煤工作面为工程实例,通过改用沿空留巷工艺下施工定向高位钻孔抽采采空区瓦斯,抽采周期和采空区抽采效率得到显著提升,有效缩短抽采工程施工周期、降低施工成本,解决了采空区瓦斯治理问题。

定向钻机泥浆泵用四挡变速箱设计研究

针对目前多数定向钻机泥浆泵使用定量马达驱动而无法调节泥浆泵排量的情况,设计了一种用于调节泥浆泵输入转速的四挡手动变速箱。该变速箱输入端通过联轴器与电机相联、输出端通过联轴器与泥浆泵输入轴联接,当需要调节泥浆泵流量时,通过手动调节变速箱挡位可实现泥浆泵流量定量调节。该变速箱采用两级传动减速,第1级传动为公共级,第2级则通过不同齿轮对的相互啮合,实现4个不同挡位变速。整个变速箱结构紧凑、操作简单可靠。

折叠式定向钻机辅助上钻杆装置设计

为降低定向钻机施工时工人劳动强度并提高定向钻机上钻杆自动化水平,设计了一种折叠式辅助上钻杆装置。该辅助上钻杆装置采用模块化设计,将钻杆箱、钻杆架、滑动架等机构集成于一体,工作时钻杆在辅助上杆装置推杆机构、升降机构、滑动机构的共同作用下被送至预定位置,并实现辅助上钻杆功能。在非工作状态下,钻杆架向下翻转可有效减少整机宽度,方便转场运输。样机测试表明:辅助上钻杆装置可满足定向钻机上钻杆功能并有效降低工人劳动强度。

煤矿井下定向钻孔轨迹跟踪算法研究

针对近水平定向钻孔实钻轨迹跟踪设计轨迹,较为依赖工人操控经验的问题,通过研究单弯螺杆钻具的钻进过程,搭建类似圆锥底面边缘的钻孔轨迹预测模型,分析钻杆受到重力影响,引入挠度计算,提出一种钻孔轨迹预测算法。用预测轨迹代替实钻轨迹,以设计坐标与预测坐标距离为目标函数,通过对目标函数求导推得最佳工具面角的计算公式。通过MATLAB软件仿真验证该算法满足实际施工要求,具有应用价值,并使用LabVIEW软件依据上述算法搭建上位机系统,指导实际钻进过程中工具面角的调整。

智能钻井装备与技术研究进展

针对海陆两相复杂油气资源的开发利用,以及在复杂地质条件下,钻井工程遇到的一些非均质性、不确定性难题,迫切需要借助人工智能、大数据、机器学习等高端信息科学技术,为智能钻井技术与装备的发展带来了契机。阐述了智能钻井系统及其基本组成,主要包含现场地面智能控制平台、数据测量通信控制网络系统、井下智能导向钻井系统以及远程实时智能控制中心系统。系统总结了国内外智能化钻井装备的发展现状,包括智能钻机、智能钻杆、智能钻头、智能钻探分析平台,提出了智能导向钻进技术、智能取心技术、智能钻井液技术、微小井眼钻井技术、无人化钻探的智能化发展潜力。在新一轮的能源革命与工业变革的背景下,钻井技术装备与新兴信息技术的加速融合,将促进钻井技术装备向更加智能化、无人化的方向发展,实现钻井作业全流程自动化。智能化钻井装备与技术的应用,能够提升钻探效率和安全性,降低对环境的影响。与此同时,全面推进智能钻井技术装备及配套软件创新与迭代优化,加快高端智能化平台建设,不断提高其对勘探开发的支撑保障能力。本文的系统论述,以期能给中国智能化地质钻探的科研攻关和技术发展提供一定的参考与启发。

基于一维卷积神经网络的定向钻机故障诊断专家系统设计

针对目前定向钻机的监测主要依靠人力,其故障的诊断主要依靠专家经验,速度缓慢,效率较低,提出基于一维卷积神经网络(1D CNN)的定向钻机故障诊断专家系统,利用1D CNN实现了推理机的设计,利用SQL Server 2005建立知识库,最后通过LabVIEW和Python混合编程开发专家系统。经模拟测试,该专家系统能快速给出故障原因、部位和处理建议,提高了定向钻机故障诊断的速度和效率,为进一步实现矿用装备的智能化奠定基础。

碎软煤层双管定向钻具自动加卸系统关键技术与应用

为提高双管定向钻进钻孔施工时钻具加装和拆卸的自动化水平,提高装卸效率,开发一种双管自动加卸装置,实现不同工况下钻具的全自动装卸,解决双管定向钻进过程中钻杆和套管的同时加装和拆卸的技术难题,完成装置结构和控制系统的设计,运用末端柔顺技术,限制施工过程中装置承受的载荷,明确控制程序关键边界条件,制定不同工况下钻具自动装卸施工工艺流程。在安徽淮北矿业祁南煤矿展开工业性试验,试验顺利完成4个钻孔的施工,共进尺1170 m。试验过程中双管自动加卸装置运行平稳,能够满足不同工况下钻具组合的加装和拆卸需求。将原本需要2~3人密切配合才能完成的钻具组合自动装卸工作,变为依靠程序控制自动完成,钻杆和套管同时装卸和单独装卸平均效率较人工装卸分别提高了350%和110%,保证了双管定向钻进综合施工效率,减少了作业工人数量,降低了工人劳动强度,保障了施工安全。试验结果表明:双管自动加卸装置运行稳定可靠,施工工艺流程合理,装置各项性能满足双管定向钻进需求。研究成果为双管定向钻孔施工钻具的自动装卸提供了技术和装备支撑,为双管定向钻进技术在煤层气开采相关领域的推广应用奠定了基础。

煤矿井下瓦斯高效精准抽采定向钻进技术与装备

井下定向钻孔可实现超前、区域、精准瓦斯抽采,是煤矿区瓦斯资源开发的重要技术手段。针对煤矿井下全域化高效精准瓦斯抽采需要,在“十三五”国家科技重大专项支持下,研发了井下旋转地质导向定向钻进技术装备、碎软煤层双动力头双管定向钻进技术装备、井下大直径高位长钻孔定向钻进技术装备等3种适用于不同含煤地层、不同类型瓦斯抽采定向钻孔施工的重大技术装备。其中井下旋转地质导向定向钻进技术装备的单根钻杆自动上卸时间55 s,典型故障诊断准确率90%,随钻地层探查距离≥0.5 m,旋转导向造斜力达到1.4 t,最大成孔深度达到820 m,提升了定向钻探装备智能化水平,实现了煤矿井下定向钻进从“几何导向”到“旋转地质导向”的跨越;碎软煤层双动力头双管定向钻进技术装备的套管动力头额定转矩6000 N·m,钻杆动力头额定转矩3000 N·m,护孔筛管直径达到Ф75 mm,0.3≤f≤0.5(f为煤岩层坚固性系数)的碎软煤层中孔深250 m以上钻孔的成孔率达到75%,将定向钻进适用地层范围由f≥0.8拓宽至f≥0.3,实现了碎软煤层区域递进式瓦斯抽采;井下大直径高位长钻孔定向钻进技术装备的额定转矩23000 N·m,一次成孔直径153 mm,一次扩孔直径300 mm,最大成孔深度达到1071 m,提升了顶板高位定向钻孔成孔直径,为“以孔代巷”采动卸压瓦斯抽采提供了技术装备支撑。以上技术装备显著提高了煤矿井下瓦斯抽采定向钻孔的成孔能力和瓦斯抽采效果,推动了煤矿井下瓦斯抽采技术进步,保障了煤矿安全高效绿色开采。

定向钻机在恒大煤矿地质构造探查中的应用

恒大煤矿2171综放工作面受平安F1、F2断层影响,地质构造复杂,伴生断层较多,单一的三维地震探测无法探明具体情况。针对这一问题,恒大煤矿选用ZYWL-15000DS定向钻机施工定向长钻孔进行精准探测,利用已有巷道向采区边界地质构造复杂区域施工探明构造钻孔,对2171工作面涉及区域进行全面探测。实践表明,通过定向长钻孔探明了2171工作面区域地质构造情况,确定具备回采条件,为后续工作面布置提供了有利的地质参考条件。

新型直推式动力猫道机的研制

动力猫道机是石油钻井过程中将存放在地面的管柱输送到钻台面的必备设备,也是自动化钻机关键设备之一。传统的动力猫道机在输送管柱时需提升质量达4t的输送架,且需提升输送架后再推送管柱,存在输送效率低、无功能耗高等问题。本文提出了一种直推式动力猫道机,工作时无需整体抬升质量达数吨的输送架,采用小车直接推动方式将管柱从钻台下方直接推送至钻台面,从而提高管柱输送速度与效率,降低能耗。文中对直推式动力猫道机总体技术方案及参数、机械结构进行研究与详细设计分析,研究制定了直推式管柱输送工艺流程,并对关键件进行了受力分析与计算,根据计算结果及性能要求,开展了液压系统、动力控制系统设计研究。通过试验及性能测试,在适应钻台高度10.5m时最快管柱循环输送速度达到44s/根,同比提高50%,系统装机功率仅为35kW,同比降低60%。

煤矿钻机定向制动装置的结构设计及试验

为提升煤矿钻机的钻孔效率和钻孔精度,以斜面增力式定向制动装置为研究对象,完成了该制动装置的整体结构设计和关键零部件的材料选型;基于有限元分析软件对制动装置的卡瓦和制动轴的刚度和强度进行仿真分析,得出卡瓦和制动轴可满足工况要求;最后,通过室内试验和工程试验两种方式验证了定向制动装置的制定效果和控制精度,并取得理想结论。

高突矿井定向长钻孔瓦斯抽采技术应用研究

针对高瓦斯矿井在采掘生产过程中瓦斯制约难题,利用定向钻机在岩巷施工穿层定向钻孔,在煤层中施工短间距、长距离、条带式钻孔,以及在采煤工作面顺槽巷道施工区域递进式钻孔和高位定向钻孔。根据钻孔性质及采掘要求,通过定向钻孔抽放瓦斯,可促进采掘衔接平衡和矿井安全生产,应用效果显著。

定向钻机在煤矿瓦斯治理中的应用

煤炭资源开发和利用极大程度地推动了经济的发展,但是在实际开采中可能会发生瓦斯超标或瓦斯爆炸事故,给煤矿企业带来一定的经济损失,因此,煤矿企业将定向钻机应用在瓦斯治理中,降低了煤矿瓦斯风险。主要介绍了定向钻进技术研究思路与原理,探讨了定向钻机在煤矿瓦斯治理中的具体应用,为煤矿企业提供一定的参考。

全液压坑道钻机定向制动装置的设计及试验

为了保证井下长距离钻井设备的正常定向钻进,根据参数计算和结构设计,研制了矿用全液压隧道钻机摩擦盘定向制动装置。通过仿真,对定向装置工作过程中摩擦片产生的应力场进行了数值模拟,得到了摩擦片的应力分布和转矩。为了验证设计的钻机定向制动装置相对可靠,又开展了现场的工业性试验。结果表明,设计的钻机定向制动装置可以产生很好的制动效果,保障了井下长距离钻进施工的安全。