XY-8型钻机配套的钻场数字信息采集及传输系统

为提高钻探工作的科学性,实现钻探过程连续监测和孔内异常工况提前预报,将电子技术、计算机技术、通信技术与钻探技术相结合,研发了XY-8型钻机配套的钻场数字信息采集传输系统,实现了钻进参数的采集、处理、储存以及远程传输,实现了孔内异常工况的提前预报,工作人员可通过视频传输远程管理钻探现场。该系统在河南灵宝地区的应用,取得了较好的经济效益。简要介绍了该系统的组成、功能、特点、参数检测原理、系统软件和生产应用效果。     

煤矿井下智能化定向钻探发展路径与关键技术分析

煤矿井下智能化定向钻探是坑道钻探发展的高级阶段,是一个涉及多学科领域的系统工程,具有显著的特殊性和独立性,服务于智能化开采的全过程,为煤炭资源安全、高效、绿色、智能开采提供着技术支撑和装备保障。描述了我国煤矿井下定向钻进技术与装备发展历程,从稳定组合钻具定向钻进到有线随钻测控定向钻进,再到无线随钻测控大功率定向钻进,坑道钻探技术的创新发展与装备的升级换代推动实现顺煤层定向钻孔深度从"1 000 m"跨越到"3 000 m"。明确了现阶段我国煤矿井下坑道钻探仍处于从机械化向自动化转变的发展定位,分析了智能化定向钻探面临的突出问题,提出了在实现自动化定向钻探的基础上向智能化定向钻探迈进的发展路径,归纳分析了自动化和智能化定向钻探的技术内涵和属性特征,自动化定向钻探强调钻探动作的自动控制执行,包括自动化定向钻机集成控制、多参数随钻测量信息融合、高精度导向控制、冲洗液循环自动控制等方面;智能化定向钻探强调钻探过程的智能最优化控制,包括智能分析与决策、低延时大容量数据传输、智能钻杆、钻探装备智能检测与诊断等方面。针对我国复杂多样的煤层赋存条件和不均衡发展的开采技术条件,建议分阶段、分区域、分层次推进煤矿井下智能化定向钻探探索与发展,并提出了智能化定向钻探亟待攻克的关键技术难题,包括自动化定向钻机研制、旋转导向钻进技术、地质导向钻进技术、随钻地质信息三维动态建模技术、智能化钻探数据库建立、钻孔事故预防与处理技术,同时介绍了"十三五"期间我国煤矿井下智能化定向钻探部分阶段性发展成果。     

钻探微机智能监测系统的研制与应用

钻探微机智能监测系统是检测技术、识别算法、计算机技术与钻探工艺相结合的高科技成果。它可方便快捷地安装于野外钻进现场，自动生成钻进参数的约束条件，对孔内工况进行智能识别，从而提高钻探效率，降低事故率，还可跟踪钻孔轨迹，进行中靶预测，建立钻探生产数据库。     

钻孔机器人钻进工况智能感知与自适应控制机理研究

为提高瓦斯抽采孔钻进过程中控制参数调节的智能化程度,揭示了钻孔机器人钻进工况智能感知与自适应控制机理,开发了钻进参数自适应控制技术。以最高钻进效率为控制目标,选择卡钻概率、排渣顺畅性和锚固稳定性为边界条件,并据此划分了钻进状态种类。通过分析边界条件对钻进过程的影响,建立了各边界条件的数学模型,构建了钻孔机器人钻进工况智能感知与自适应控制机理数学模型体系。根据钻进工况智能感知与自适应控制机理,开发了基于差分进化算法的自适应控制技术,实现了钻孔机器人控制向量的自动优化。地面钻进试验表明,钻进工况智能感知与自适应控制技术能控制钻孔机器人在钻进岩层突变时较快地实现对控制参数的自动调节,使钻孔机器人保持高效、稳定的钻进状态。     

数字信息采集及传输系统在HXY-1600智能拖车钻机的应用

为了提高钻探工作效率,作者将计算机、电子、通讯三大技术和钻探相结合,探讨信息采集及传输系统在HXY-1600智能拖车钻机上的应用,实现钻进参数采集以及机长可通过视频传输远程监控钻探现场。     

智能化建井理论技术研究与工程实践

基于煤矿建井阶段的智能化发展需求,提出了“智能化建井,建智能矿井”的定义与科学内涵,阐述了智能化建井在煤矿智能化建设中的重要作用;分析了西部地区建井面临地质条件复杂、基础理论研究薄弱、智能化建井装备研发滞后及工程技术突破难等问题;构建了由感知层、传输层、边缘层、平台层和执行与应用层组成的智能化建井系统总体架构,研发了由斜井掘进控制、竖井钻进控制及综合保障系统构成的智能化建井协同控制系统;总结了煤矿智能化建井通过基础理论研究、工艺设计、智能装备研制、控制系统研发、现场工程示范的一体化研究思路,解决煤矿建井过程中全断面机械破岩效率低、掘进复杂地层难、地下水防治及井筒稳定性与支护困难的技术难题。通过延长石油集团可可盖煤矿的智能化建井工程实践,形成了斜井敞开式全断面智能掘进工法,实现了斜井掘进“探-掘-支-锚-运”一体化作业;形成了竖井“一钻完井”智能化钻井工法,实现了竖井钻进“井下无人施工”本质安全作业,打造了行业智能化建井的工程与技术示范,形成了煤矿智能化建井的“延长模式”。最后结合煤矿智能化发展趋势,提出煤炭行业建井应共同遵循的原则与目标、当前工作和发展方向,并号召全行业聚焦智能化建井技...     

5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术研究

结合我国地下新型能源勘探工作的重大需求,开展了"5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术"的研究,取得了5000 m多功能交流变频电动钻机、多参数孔底自动监测装置、高温环保泥浆及泥浆性能自动测量装置、取心和无心钻进不提钻互换钻具等系列成果,填补了国内空白,推动了新型能源深部钻探技术向智能化方向发展.     

岩土工程智能钻进关键技术研究

智能钻进是智能岩土工程的技术基础,也是岩土工程信息化施工的先决条件,在矿山岩土工程、地质工程及地球科学钻探等领域有着广阔的应用前景。介绍智能钻进系统的基本组成、原理以及在钻进过程监测、钻头定位与导航、信号传输、地层岩性实时判别与分级等方面的主要内容、关键技术及技术瓶颈。建立智能钻进地层实时识别与分级理论,完善智能钻杆有线信息传输软、硬件系统,实现对地层和钻进系统连续监测、分析、评价、控制与管理是今后的发展方向。     

PLC在露天潜孔钻机控制系统中的应用

简述了CS165E潜孔钻机的工作原理和技术特点,重点介绍了由PLC组成的潜孔钻机电气控制系统.该系统实现钻进、行走、接卸杆功能的转换和PID调节功能,可显示和监控各种工况的设定值、测量值和系统可变参数.     

5000m新型能源勘探智能钻探装备与技术研究

结合我国地下新型能源勘探工作的重大需求,开展了“5000 m新型能源勘探智能钻探装备与技术”的研究,取得了5000 m多功能交流变频电动钻机、多参数孔底自动监测装置、高温环保泥浆及泥浆性能自动测量装置、取心和无心钻进不提钻互换钻具等系列成果,填补了国内空白,推动了新型能源深部钻探技术向智能化方向发展。     

煤矿井下钻孔钻进参数检测装置研究

针对目前煤矿井下瓦斯钻孔完孔程度和成孔率低的现状,以ZDY系列钻机为研究基础,通过理论分析,确定了钻进参数检测装置的设计方案、组成部分、分析软件开发和运行形式等;实验室试验得出该钻进参数检测装置的数据测试数值与给定数值误差小于1%,满足设计要求,现场工业性试验表明,钻进参数检测装置对钻孔施工过程能提供一定的帮助,提高钻孔成孔质量,为科学钻探提供了新的技术手段。     

我国煤矿井下坑道钻探技术装备40年发展与展望

煤矿井下坑道钻探在保障煤矿安全高效开采、增加清洁能源供给、实现绿色发展等方面发挥着不可替代的作用。改革开放以来,我国煤矿井下坑道钻探技术与装备实现了"由无到有"向"由弱到强"的历史性跨越,依靠坑道钻探技术与装备科技创新,支撑煤矿地质保障能力持续增强。首先从矿井灾害防治、隐蔽致灾地质因素探查、煤层气资源开发和其他工程应用等方面,全面阐述了安全高效绿色开采对煤矿井下坑道钻探的需求,并结合煤矿井下坑道钻探领域专著、专利、论文、标准规范、获奖情况,系统回顾和总结了40年来我国煤矿井下坑道钻探技术与装备的发展历程和代表性成果。在坑道钻探技术与装备方面,提出和发展了煤矿井下坑道回转钻进技术、稳定组合钻具定向钻进技术和随钻测量定向钻进技术,实现了煤矿井下钻孔施工由"无控钻进"到"受控钻进"再到"精确定向钻进"的跨越;研制了坑道钻机、泥浆泵(车)、钻杆、钻头、螺杆钻具、随钻测量系统、冲洗液循环净化系统等装备,促进了煤矿井下坑道钻探装备国产化进程及其升级换代,形成了适应于我国煤层赋存地质条件和开采条件、同时具备自主知识产权的坑道钻探技术与装备体系,尤其是大功率定向钻进和自动化、智能化钻进技术与装备研发,使我国煤矿井下坑道钻探技术装备水平跃升到新的台阶,推动了煤矿地质保障技术的进步,支撑了我国煤炭科学产能的释放和煤层气高效开发。面对新一轮能源科技革命,针对新形势下煤矿安全发展新要求,以信息化、智能化为特征的精准快速坑道钻探技术与装备的发展已迫在眉睫,在此基础上,提出了煤矿井下坑道钻探技术与装备发展方向及建议。     

4000m交流变频电驱岩心钻机的研制及其在地热井的工程应用

为满足深部找矿、科学钻探以及新能源勘探等对深孔取心钻探装备的需求,开展了4000m地质岩心成套技术装备研究。4000m地质岩心钻机回转系统采用顶驱系统,实现高转速下取心钻进;在井架底部设计有转盘回转系统,可进行大扭矩低转速钻进以应对不同的工况需求;钻机塔架和升降系统能进行长立根提下钻,可缩短提下钻作业时间;钻机的电传电控系统采用了目前国际先进的全数字交流变频技术及自动化、智能化控制技术、计算机控制技术、现场总线通讯和程序控制技术等,实现回转系统的无级调速和司钻的智能化控制。研制的4000m交流变频电驱岩心钻机在天津东丽湖地热调查井(CGSD-01井)中应用,初步验证了其技术性能,具有操作简便、安全性与可靠性高、使用成本低等优点。本文介绍了4000m交流变频电驱岩心钻机的项目来源、国内外研究现状、总体技术方案、主要结构及特点、主要技术参数、野外生产试验应用等情况。     

巷道智能化掘进的自主感知及调控技术研究进展

针对当前煤矿巷道综掘工作面的智能化程度较低,掘进效率低下的问题,分析了煤矿综掘工作面实现智能化快速掘进的关键技术--自主感知和调控技术。首先,探讨了智能化快掘创新方法与理论,以智能感知技术、自主控制技术、群组协同技术为核心,构建智能化快速掘进技术体系,以实现煤矿综合掘进机器人化装备的探-掘-护-锚一体化协同作业。其次,重点阐述了智能化掘进的自主感知技术,包括基于超宽带原理的位姿感知、基于双频激电法的超前探测、基于SLAM原理的环境感知、基于变迁记忆故障Petri网的故障感知等;自主调控技术,包括基于群体智能算法的智能截割、基于遗传变异粒子群算法的路径规划、基于BP神经网络PID算法的自主纠偏等。再次,详细论述了智能临时支护感知,包括围岩压力、顶底板状况、支架位姿等多维信息的感知,研究了非水平场景下掘支协同与多机组多缸联动的自适应控制方法;介绍了智能永久支护感知,包括围岩位移感知和支护装备受力变形感知,探讨了锚护网络结构优化方法,提出了基于粒子群优化算法的自适应钻进控制策略。最后,展望了煤矿巷道智能化掘进的自主感知及调控技术的发展方向。     

钻孔数字化与钻孔岩性自动识别技术

为实现露天矿山爆破钻孔作业数字化和智能化,开发了一套更加精确、更加可靠的钻孔数字化与钻孔岩性自动识别技术,包括硬件和软件两个方面。硬件包括安装在钻机上的钻孔搜寻定位和钻孔岩性感知终端系统,以及矿区无线数据传输系统。终端系统主要由GPS OEM板卡、PLC控制器、钻机主要工作参数传感器组成;数据传输系统由数字化爆破设计平台、矿区专用无线传输设施组成。开发的软件包括采用LabVIEW和VC++编程的定位寻孔软件,基于C#语言调用AutoCAD接口编程开发地质地形图匹配的爆破孔网设计软件。该项新技术应用于江西德兴铜矿,初步实现了钻孔作业和爆区岩性识别的数字化。     

深井钻进井底参数测量系统用传感器的分析研究

深井、超深井钻探工程中,钻进工艺和操作技术非常重要,直接影响钻井技术经济指标,目前主要依靠地面仪表显示的读数指标来指导钻进。但是,地面仪表显示的读数与井底钻进工艺参数实际数值有一定差异,而且孔越深,差异越大,据俄罗斯超深井钻井研究结果,这个差异可达20%~30%。为此俄罗斯成功研发出了井底参数测量系统,取得了很好的效果,其中传感器是关键器具。本文将俄罗斯深井钻进测量系统中使用的多种传感器进行了综合整理,包括井底钻井液压力传感器、井底温度传感器、井斜顶角传感器、井斜方位角传感器、井底钻头轴载传感器,介绍了这些井底参数传感器的结构组成及工作原理,并分析了传感器与井底-井口联系通道的配合问题。以期对我国13000 m的特深地质井钻进提供参考。     

基于海底岩心取样钻机的自适应钻进测控系统

海底岩心取样钻机是用于深海底矿产资源勘探和海洋地质科学研究的深海底地质钻探取心的专用设备.自适应钻进测控系统是基于深海钻机的一套测控系统,一定程度上实现了钻进工况的数据反馈和地质底层属性识别,通过对钻进工艺参数的拟合,自适应匹配相应的工艺参数,加以辅之人工智能和机器深度学习技术,实现自动钻进作业.辅助适当的人工干预即可完成整套海底钻进作业流程,从而提高海底钻机的作业效率和取心效果.     

可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井关键技术与装备

我国西部煤矿资源开发是保障煤炭资源供给的战略性任务,少人、安全、绿色、机械化、智能化矿井建设是现阶段煤炭智能化发展的必然趋势和重要方向。首先梳理了我国煤矿斜井和竖井全断面机械破岩掘进技术和装备现状,分析了适用煤矿井筒掘进的不同类型装备机械破岩掘进工作面临的共性难题;针对可可盖煤矿典型的西部富水弱胶结地层条件,确定了可可盖煤矿斜井和竖井联合开拓方案,并从地层条件、装备性能、围岩控制和经济合理性等方面,研判了采用斜井TBM掘进和竖井钻机钻井的可行性,提出了智能化建井建智能矿井的理念,构建了可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井模式;针对可可盖煤矿地层岩石强度低、扰动敏感的特性,突破了斜井敞开式TBM掘进高效破岩与围岩控制、连续排渣、装备推进与支撑协同控制等技术,实现了TBM姿态大幅度调整,一次掘进断面面积40 m2,形成了“探-破-支-运”一体化连续掘进技术体系,单月最高掘进进尺523.8 m;首次在西部富水弱胶结地层中采用竖井钻机钻井,提出了全岩地层竖井“一钻完井”工艺,形成了适用我国西部煤系地层钻井法凿井的大型竖井钻机及其配套装备体系,包括大直径全断面钻头结构、稳定钻杆、大型门式起重机以及竖井钻机高效集中控制系统,攻克了竖井钻机配套大型门式起重机安装、起下钻智能控制、竖井钻机高效钻进等关键技术与智能监控难题,实现了西部富水弱胶结岩石地层8.5 m大直径井筒高效钻进,单日最高钻进进尺10.8 m。     

可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井关键技术与装备

我国西部煤矿资源开发是保障煤炭资源供给的战略性任务,少人、安全、绿色、机械化、智能化矿井建设是现阶段煤炭智能化发展的必然趋势和重要方向。首先梳理了我国煤矿斜井和竖井全断面机械破岩掘进技术和装备现状,分析了适用煤矿井筒掘进的不同类型装备机械破岩掘进工作面临的共性难题;针对可可盖煤矿典型的西部富水弱胶结地层条件,确定了可可盖煤矿斜井和竖井联合开拓方案,并从地层条件、装备性能、围岩控制和经济合理性等方面,研判了采用斜井TBM掘进和竖井钻机钻井的可行性,提出了智能化建井建智能矿井的理念,构建了可可盖煤矿全矿井机械破岩智能化建井模式;针对可可盖煤矿地层岩石强度低、扰动敏感的特性,突破了斜井敞开式TBM掘进高效破岩与围岩控制、连续排渣、装备推进与支撑协同控制等技术,实现了TBM姿态大幅度调整,一次掘进断面面积40 m2,形成了“探-破-支-运”一体化连续掘进技术体系,单月最高掘进进尺523.8 m;首次在西部富水弱胶结地层中采用竖井钻机钻井,提出了全岩地层竖井“一钻完井”工艺,形成了适用我国西部煤系地层钻井法凿井的大型竖井钻机及其配套装备体系,包括大直径全断面钻头结构、稳定钻杆、大型门式起重机以及竖井钻机高效集中控制系统,攻克了竖井钻机配套大型门式起重机安装、起下钻智能控制、竖井钻机高效钻进等关键技术与智能监控难题,实现了西部富水弱胶结岩石地层8.5 m大直径井筒高效钻进,单日最高钻进进尺10.8 m。     

海床式取心钻机研究及总体方案设计

本文论述了海底钻探取样的意义及取样的方式,说明了海床钻机式钻探取样的优点,结合海床式钻机应用的背景及发展趋势阐述了海床式钻机设计中工作水深和钻进深度两个技术难点及如何在钻机高度集成的情况下加大工作水深和钻进深度。重点介绍了钻进深度为200 m的深海浅孔取心钻机,包括钻孔结构设计和钻杆库设计。最后提出了关于海床式钻机发展的几点设想,包括保真钻探、使用海水做冲洗液、应用海水液压系统取代液压油液压系统等。