BP神经网络算法在智能钻进控制系统中的应用

司钻人员在钻进过程中需要根据地层变化不断调整钻进参数,钻进效果依赖于司钻人员经验,对一些复杂工况的反应很难做到及时、准确。智能钻进系统通过检测到的钻探状态参数来实现钻进参数的自动控制,是目前钻探领域研究的热点和难点。钻进参数驱动系统具有非线性、大延时的特点,很难获得精确的数学模型,所以传统的控制方式效果并不理想。BP神经网络具备提取样本中复杂映射规律的能力,对实钻过程7个主要监控参数与3个与钻压和转速相关的控制信号数据进行分析和处理。首先进行归一化处理,然后采用神经网络算法对数据进行训练、验证与测试,建立监控参数与控制信号之间的映射关系,得到了输入与输出控制参数之间的连接矩阵,为建立钻压和转速智能控制方案提供了参数依据。     

牙轮钻机微机控制系统

牙轮钻机钻凿的岩层是随机分布、错综复杂的,因而钻进过程难以定义。针对这种情况本文提出牙轮钻进岩石可钻性指数,可用来连续检测牙轮钻进过程中的岩性变化,并由此而建立牙轮钻进过程的控制模型。这一控制模型可对钻具的轴压和转速进行优化匹配。微机控制系统可使钻机随着被钻岩石变化始终处于良好的钻进状态,它还具有钻进参数超限处理、钻进过程程序控制钻进深度的盘测、岩性记录和指导调平等功能。     

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。     

注浆岩体强度随钻评价试验研究

复杂条件地下硐室安全控制的难点在于破碎围岩的有效支护,锚注支护是破碎围岩有效控制的主要手段,注浆后的岩体强度是锚注支护参数合理设计优化的重要依据.目前对于注浆岩体强度的定量测试评价方法研究较少,数字钻进测试技术为实现注浆岩体强度的定量获取提供了新思路,其关键在于建立数字钻进参数与注浆岩体强度参数的定量关系.基于此,本文以厚冲积层高应力矿井——万福煤矿为工程背景,利用研发的岩体数字钻进试验系统,开展注浆岩体数字钻进试验,讨论分析不同水灰比及不同岩体粒径因素对钻进参数、切削能量和抗压强度的响应规律.在此基础上,结合回归分析方法,得到数字钻进PDC钻头条件下的钻进能耗系数和钻进能耗常数,以及钻进岩体破碎系数,建立基于能量分析的注浆岩体钻进参数与等效强度定量关系模型(EDP-ECS模型),提出注浆岩体等效强度随钻评价方法.本文研究为基于数字钻进测试实现地下工程注浆围岩强度的定量评价提供了理论与方法基础.     

板集煤矿副井井筒钻井法快速通过砂层施工经验

板集煤矿副井井筒表土层中有346.6m厚的砂层,其中不同程度地含有砂岩盘块体.钻进该地层时,容易在钻头与切割工作面之间堆积岩屑,使钻进困难,严重影响钻进速度.重点介绍了钻井施工中清除工作面堆积物,控制钻进参数,加快钻进速度的具体做法.     

多参数钻进实验台的硬件系统设计

设计了以PC机为核心的室内钻进参数自动检测与控制系统，能够程控钻井压力，电机回转转速，同时实时检测钻井压力，冲洗液，扭矩，位移，钻进速度，回转转速等主要钻井参数，并实现数据存储、打印、完成绘制钻进参数随时间变化曲线，建立数据库，并产生相应的钻进报表。     

千米定向钻进技术的应用现状及问题探讨

千米定向钻进技术能够实现长钻孔定向钻进和对钻孔轨迹的精确控制,可以提高钻孔瓦斯抽采效率,但在实际应用过程中还存在诸多问题。总结了千米定向钻进技术的应用现状及存在的问题,并指出千米钻进技术必须在其技术的适用性、钻进参数和抽采参数匹配的合理性,以及使用的安全、经济效益等方面加强研究,才能充分、高效地发挥其技术优势。     

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。     

河南油田钻进参数的优化研究

结合目前广泛采用的钻进基本方程,对钻进录井资料、钻头磨损资料进行处理,运用优化反演法求取钻进方程中的各项系数,开发出基于系数反演法的钻井参数优化计算系统.应用该系统,对河南油田2口井的钻进参数和水力参数进行了优化计算,进而对累计进尺和钻进时间进行了预测分析,计算结果与实际数据吻合良好.     

钻孔机器人基于专家数据库及差分进化算法的自适应钻进技术研究

煤矿井下钻孔施工过程具有非线性及难预测性,钻孔机器人应能根据地层的变化实时自适应调节钻进参数。通过前期大量试验建立了专家数据库,数据库包含了不同岩性、不同倾角及不同深度等的钻进控制向量,为自适应钻进提供了丰富的基础数据;形成了一套控制向量差分进化算法,对专家数据库的控制向量进行优化。钻孔机器人以优化后的控制向量进行控制,实现钻进效率较高、钻进事故较少的额定工作状态。     

基于IABC-ICA的随掘地震去噪方法

随掘地震是利用掘进机切割岩石产生的振动作为震源来进行探测,具有安全、简便、高效等优点,但随掘地震探测所采集的地震记录中波组成分复杂,有效信号能量弱,且被掘进机工作时产生的强噪声干扰,信噪比极低,去噪难度大,需要对随掘地震记录去噪方法进行研究.通过改进人工蜂群(IABC)算法搜索策略,提高了人工蜂群算法的收敛速度和收敛精...     

瓦斯抽放钻孔深度快速检测技术研究

设计了利用弹性波快速检测钻孔深度的方法,并从检测原理、钻杆中弹性波的传播特点、扰动时间和强度对信号精度的影响等几方面对检测技术进行研究;设计出检测信号分析方法,实现了检测信号的自动识别,开发了配套软件。现场试验结果表明,该方法能够准确、快速地确定钻孔深度。     

矿井瞬变电磁多匝回线电感影响消除及曲线偏移研究

小线框瞬变电磁近年广泛用于煤矿井下水害探测,但多匝回线自感和互感作用使早期时间道信号严重失真,小边长线框的固有过渡过程使晚期时间道信号显著抬升,均会对资料的处理解释精度带来干扰,为解决这一问题,通过分析矿井与地面瞬变电磁曲线的差异,分两步给出了消除小线框影响的方法。结合理论推导得出的多匝回线电感公式与实测电流-时间导数的关系,计算出需要消除的电感电动势,可消除早期信号中的小线框电感影响;引入曲线偏移概念,利用衰减曲线斜率与时间项指数幂项的相关性,以正演曲线为拟合目标,可在一定程度上修正晚期信号受到的线框固有过渡过程影响。通过对大量不同类型的矿井水害探测实测资料处理,结合钻探等其他实际地质信息,证明该方法可有效获取有利于精确反演解释的数据,使矿井瞬变电磁数据处理不再需要引入经验参数。     

基于地下VLF人工信号源的定位技术研究

基于甚低频电磁波(VLF)穿透地层能力,研究地层对信号造成的影响,评估频率、功率和信号穿透能力的关系;从信号源、天线、信号处理滤波等方面讨论其实现的原理及关键技术;筛选适合地下-地表单向通信的合理方式和载波机制;建立简化的磁偶子定位模型,完成信号源的定向和定深。总结甚低频定位技术的关键方案,为煤层气水平井、水平对接孔、定向钻进导向孔、矿井救援等钻探领域中孔内信号传输提供一种新的通讯技术。     

煤矿采空区放射法二次探水技术研究

为解决薄煤层开采中的采空区探水钻孔布置数量过多、钻孔施工常受已施工钻孔的影响而导致钻孔偏向、串孔、塌孔等问题,研究了分2次从掘进工作面不同阶段进行钻探的方法,以减少掘进工作面探水施工钻孔数量。第1次探水作业在掘进工作面布置9个钻孔,其钻孔密度能满足小于10 m掘进距的安全需要,第2次探水在新掘进工作面施工6个钻孔。结果表明：通过分二次探水作业可以达到《煤矿防治水规定》的探水要求,减少探水钻进进尺60 m,也减少了钻进过程中钻孔间的相互影响,提高了探放效果。     

微扭矩检测传感器的研究与实践

在钻井液性能参数微机监测系统的开发研究中,对钻井液流变性能参数检测系统的切应力检测进行分析与研究。鉴于现有的扭矩传感器测量扭矩比较大,不适用于微扭矩的检测,故在此系统中,微扭矩检测传感器的研究设计成为了重要的任务,主要工作包括微扭矩检测方案的确定、传感元件材料的选择与分析、电阻应变片的选择与信号处理以及传感器使用过程中的安全与维护分析等。     

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。     

一种用于胶带运输机的金属探测装置

为优化胶带运输机除铁作业模式,防止“倒刺”现象的发生,研制了一套能够自动检测金属的装置,安装在除铁器之前,以有效保护胶带机安全运行。分别从金属检测模块、信号处理模块、胶带机控制模块及报警模块对该金属探测装置进行介绍,并阐述了具体技术方案和工作方式。该装置从信号检测到处理模块接收报警信号,根据报警信号发出警报及停机,可及时发现胶带运输机带面上有危险的金属件,告知巡查人员及时停机清除,可有效避免事故发生;且整体结构简单,对于实现胶带运输无人化、自动化及智能化,有积极的推动作用。     

煤田地质钻井参数监控系统的设计

设计开发了一种高精度、高可靠性的钻井实时多参数监测控制系统,对钻压、泵量等12个参数直接测量,对参数与派生参数的数学建模与计算,提高目的层采芯率、提前预警可能发生的钻进事故,开发专家系统对钻机运行状态进行有效控制。降低事故发生率,节约钻井成本,提高钻井效率和井队的科学钻井水平。     

YDX-1型轻便岩心钻机的研制与应用

根据我国矿产资源勘探开发现状,通过对国内外现有岩心钻机的对比分析,研制了YDX-1型轻便岩心钻机,其特点为高效、轻便、易搬运、模块化、全液压顶驱式。通过机电液测控技术、虚拟仪器技术、Internet网络技术,对钻机运行及钻进过程中相关数据进行采集、分析、处理,完成钻机故障诊断和故障处理、孔内工况识别和典型工况自动处理、钻进规程参数优化、远程数据传输及监控等任务目标,实现钻进过程自动化控制。钻机于2013年在山东省威海市进行了野外生产试验,展示出优良性能、高效率和高可靠性,取得了良好的经济技术效果。实践证明:YDX-1型轻便岩心钻机设计布局合理,性能优良,用途广泛,可靠性高,机械化程度高,制造质量总体水平高,对钻探工艺适应性强,是高山交通不便矿区勘探较为理想的新一代钻探设备。