煤矿井下随钻测量电磁传输信道建模

煤矿井下随钻测量系统目前主要采用有线方式进行信号传输,但是存在通缆钻杆加工技术要求严格、使用成本高等缺点,研制适用于煤矿井下的电磁波随钻测量系统十分必要。与地面钻进中井下-地面电磁传输信道不同,煤矿井下电磁波随钻测量采用孔内-孔口电磁传输信道,电磁信号传输过程中衰减特性亟待研究。基于经典电磁理论,结合煤层及煤层围岩电性,运用等效传输线法,计算了孔口接收电极间信号电压,包括煤岩层导电性、发射信号频率、钻杆电阻率、钻杆长度对接收信号电压的影响。仿真结果表明,相同工作条件下,煤矿井下孔口电极接收电压小于地面电极接收电压,大于地面电极接收电压一半。     

煤矿隐蔽致灾地质因素井下探查用随钻测量系统测试研究

井下随钻测量定向钻进技术是煤矿隐蔽致灾地质因素重要探查手段之一,与常规钻进技术相比,具有轨迹精确可控、分支覆盖面广、坐标位置可计算等优势。为检验新型随钻测量系统测量结果的准确性,在井下进行了现场测试试验,实钻了2个试验孔,结果表明:新型随钻测量系统准确性好,实钻偏差能够保证在孔深5‰允许范围内,可提供足够准确的三维坐标参数,满足煤矿隐蔽致灾地质因素井下精确探查的要求。     

煤矿井下回转钻孔轨迹测量系统试验

为了精确定位煤矿井下瓦斯抽放钻孔轨迹,解决瓦斯抽放盲区问题,研制了回转钻孔轨迹测量系统。测量系统包括无磁钻杆、测量探管、同步器3部分,测量系统通过磁阻传感器测量方位角,通过加速度传感器测量倾角,最后通过计算得到实际钻孔轨迹。现场应用表明,钻孔施工中钻孔轨迹都存在偏差,由于地质条件和钻孔工艺不同钻孔轨迹偏差也有所不同。通过统计钻孔轨迹偏差,就能得到瓦斯抽采盲区,采取有效措施补打抽放钻孔消除抽放盲区,确保矿井安全生产。     

煤矿井下泥浆脉冲无线随钻测量定向钻进技术

提出了煤矿井下泥浆脉冲无线随钻测量定向钻进技术,介绍了技术原理,分析了泥浆脉冲无线随钻测量、双动力复合定向钻进和双动力复合排渣3项关键技术,集成了泥浆脉冲无线随钻测量系统和高强度钻杆在内关键配套装备。试验结果表明:顺利完成了孔深3 353 m超长定向钻孔施工,终孔时最大泥浆泵压力仅为额定压力的43.8%;在破碎的复杂顶板中完成5个高位定向钻孔,最大成孔深度540 m,总进尺1 653 m,使用泥浆脉冲无线随钻测量系统累积测量551次,其中误码4次,综合误码率仅为0.72%,系统有效工作时间在20 d以上。     

煤矿井下近水平定向钻进中的随钻测量技术

随钻测量是煤矿井下近水平定向钻进中的关键技术之一.本文介绍了我国煤矿井下近水平定向钻进技术的发展概况及随钻测量系统的原理与构成,并对煤矿井下的定向钻进随钻测量技术的发展、应用进行了讨论和展望.     

煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备

在介绍国内外煤矿井下近水平定向钻进技术发展的基础上,分析和总结了定向钻机、随钻测量系统、配套钻具及定向钻进工艺的主要特点、适用范围和工艺方法.现场应用验证了煤矿井下近水平定向钻进技术在施工中具有钻进效率高、钻孔轨迹控制精度高(水平位移小于孔深的0.5％,上下位移小于孔深的0.1％)和施工可操作性强的特点.基于技术发展和现场应用现状,对煤矿井下近水平定向钻进技术与装备的发展趋势进行了展望.     

煤矿井下定向钻孔随钻测量数据综合采集系统研究

当前煤矿井下定向钻孔随钻测量装备与系统之间相互独立,导致孔底随钻测量数据形式各异,形成数据孤岛的问题。基于B/S系统架构模式,通过对比随钻测量方式、测量数据格式,分析数据综合采集系统需求模块;搭建综合采集系统后台数据库,开发了煤矿井下定向钻孔随钻测量数据综合采集系统。验证表明,数据综合采集系统满足多种随钻测量数据统一汇总处理和整体分析评价功能,并完成数据实时上传,为煤矿井下定向钻孔数据监管平台提供数据网络传输保障,提高煤矿井下钻探智能化水平。     

煤矿定向钻进随钻测量软件优化设计

定向钻进应用于煤矿井下瓦斯抽采、探放水、地质勘探等钻孔施工效果明显,为煤矿安全生产提供了先进的装备和技术。通过研究定向钻进施工过程和随钻测量(MWD)软件业务逻辑,设计和开发了新版随钻测量软件。改进、增加和实现数据存储方式、软件辅助功能、图形可视化、数据可视化、数据标准化、软件版本数据兼容、逻辑流程和方法、算法优化等多项软件功能。在实验室环境和煤矿井下现场进行软件应用,给出软件应用结果界面并与旧版软件进行功能对比。     

随钻测量定向钻进技术在煤矿井下地质勘探中的应用

煤矿井下随钻测量定向钻进技术是一种成熟的钻孔施工技术,该技术具有钻孔轨迹参数可精确测量和计算、钻孔轨迹可人为控制以及开分支孔等特点。基于上述技术特点,随钻测量定向钻进技术适用于煤矿井下长距离、高精度地质勘探。现场实例介绍了定向钻进技术在煤矿井下地质勘探中的应用技术以及分析方法,可为同类钻孔施工提供经验借鉴;同时,针对现场施工中存在的问题,并指出了该技术的发展方向。     

随钻测量系统的井下数据传输方式的研究

随着钻井智能化程度的不断提高,井下与地面的信息传输已成为钻井工程领域的重要研究课题,它在随钻测量与控制中占有十分重要的地位。通过信息传输系统可以实时监测随钻信息及地质参数等,进而可以对井下的执行机构进行实时调控。但是信号传输的经济性、可靠性、传输速度以及工艺上的易操作性等问题一直是随钻测量技术发展的关键。而对信号传输方式的选择,对于井下与地面信息的传输具有重要的影响,目前国内对于井下与地面的信息信号传输方式的研究和选择主要是从原理方面进行定性的研究。从各类信号传输方式的原理入手,结合各种传输方式的数学模型,系统地介绍了电缆传输、光纤传输、声波传输、电磁传输、泥浆传输等传输方式的特征及优缺点,及各种传输方式在国内外所取得的最新的仪器成果,为相应的随钻仪器研发提供参考。     

矿用钻杆中声波通信技术研究

针对现有几种煤矿井下随钻测量数据传输方式在实际应用中的局限性,提出利用钻杆中传播的声波,实现数据传输,以弥补现有随钻数据传输方式的不足。通过对钻杆柱中声波传播特性的数学分析及试验测试,验证了钻杆柱中声波信号的衰减及适应频率;基于换能器的研究设计了满足煤矿井下工况条件的声波信号源;通过随钻测量数据传输试验,验证了声波在钻杆柱中传输数据的通信效果,证明矿用钻杆中通过声波传输随钻测量数据的可行性。     

煤层井下定向钻进用随钻测量系统的研制

为实现煤矿井下定向钻进的安全高效进行,需要研制煤矿井下定向钻进用随钻测量系统,对钻孔轨迹进行实时测量和控制.通过分析煤矿井下施工环境、钻进工艺和功能结构要求等,总结了系统研制技术要求和研制关键技术,制定了系统组成结构与工作原理、工作模式与控制流程、孔口仪器研制、测量探管设计及系统软件设计等关键技术的实施方案,并具体实施和研制出了4种型号随钻测量系统,应用效果良好,可满足煤矿井下定向钻进需要.     

随钻测量钻进技术在煤矿井下瓦斯抽放中的应用

随钻测量是煤矿井下定向钻进中的关键技术之一。介绍了随钻测量钻进技术的特点和工作原理,以及定向孔的设计和工艺步骤,并对其在陕西彬县亭南煤矿、宁夏汝箕沟煤矿和晋煤集团岳城煤矿瓦斯抽放中的应用进行了阐述。     

基于ARM的煤矿井下定向钻机随钻测量系统

为实现煤矿瓦斯抽采的安全高效进行,根据煤矿井下定向钻机的施工环境和施工工艺要求,开发了一套基于ARM处理器的高精度随钻测量系统,建立了钻孔轨迹绘制的数学模型,设计了测斜探管硬件电路,编制了钻孔轨迹数据处理软件,并进行了地面试验和井下随钻测量试验。试验结果表明,该系统测量精度高,通信稳定,满足煤矿井下随钻测量的技术要求。     

煤矿井下随钻测量信号泥浆脉冲传输特性研究与试验

基于定向钻孔的地质保障技术可实现矿井致灾隐患的超前探查与治理,但受现有有线随钻测量定向钻进装备制约,存在信号传输干扰因素多、对定向钻具要求高、地层适应性差等不足,亟待开发矿用泥浆脉冲无线随钻测量系统。结合煤矿井下近水平定向钻孔施工特点,小泵量、低泵压和小直径条件下工作需要,建立了泥浆脉冲信号发生机构和水力通道模型,分析了泥浆脉冲信号传输速度、传输强度、衰减规律和传输影响因素等特性,给出了信号反射与透射、泥浆泵噪声干扰、孔内钻头旋转干扰和冲洗液流道阻塞等影响因素的针对性处理方法。分析结果表明,煤矿井下近水平定向钻进宜采用正脉冲方式进行信号传输;以清水作为冲洗液时信号传输速度为1 366.20~1 445.11 m/s;信号脉冲幅值可通过改变流道控制阀与孔板之间的间隙进行调整;信号传输衰减系数随冲洗液流量增大而线性增大,随钻杆柱内径增大而逐渐减小,当信号发射频率f＞0.2 Hz后,衰减系数维持在0.126×10-3 m-1左右;采用煤矿井下常用钻杆,孔深1 500 m时孔口接收信号强度为孔内信号发射强度的73.74%~90.71%。现场试验表明,开发的矿用泥浆脉冲随钻测量系统信号传输误码率为3.2%,脉冲信号实际幅值一般小于理论计算幅值,但误差小于10%,最大实钻传输距离达到1 566 m,且具有更深的信号传输能力。     

矿井随钻测量数据处理软件开发与应用

为解决矿井随钻测量数据处理软件功能单一、成果显示效果不佳、信息融合不足等问题,采用C#语言与SQL Server数据库开发了矿井随钻测量数据处理软件。软件具有数据实时传输、钻孔数据处理、钻孔轨迹评价、钻孔轨迹三维显示等功能模块,可实现现场测量数据实时传输。软件中数据实时传输模块使用网络传输协议实时接收井下矿用钻孔轨迹仪采集的原始数据,读取实时传输的原始数据并进行数据处理。数据读取模块中可以读取不同格式类型的钻孔轨迹数据,可对不同格式数据进行处理与成图。实现钻孔轨迹快速处理,钻孔轨迹数据的深度分析与评价,钻孔群数据库管理及轨迹钻机三维状态显示的作用。实现钻孔群中单个钻孔或钻孔群轨迹的三维成图技术,实现巷道、钻场、钻孔轨迹数据的三维立体展示。设计钻孔通过煤层段的进煤点坐标、出煤点坐标,实际钻孔轨迹通过煤层段的进煤点坐标、出煤点坐标,经过离散数据点网格化后生成进煤点曲面和出煤点曲面,以及煤层赋存图。对钻孔编号、钻孔深度等参数进行差异化标识,可直观显示钻场区域内钻孔的覆盖面图,从覆盖面图看出该区域钻孔分布是否均匀、是否存在空白带。对区域空白带通过覆盖面图采集的坐标自动计算补充钻孔的开孔角度,更...     

WinCC在煤矿井下输送带传输监控系统中的应用

针对山东某煤矿在输送带传输的各个环节自动化程度不高,控制效率低的情况,使用WinCC组态软件设计了煤矿井下输送带传输监控系统。应用实际表明,该监控系统的设计节省了工作人员对系统检修和维护的时间,提高了井下生产的安全性。     

煤矿井下磁耦合谐振WPT系统优化设计

针对煤矿井下复杂环境,为了提高其WPT(Wireless Power Transmission无线电能传输)功率并降低发射端线圈电压,改进了井下WPT发射端的线圈结构,并提出了适合井下WPT的传输模型。根据电路互感耦合理论,推导出WPT系统传输功率与传输效率的数学表达式,分别阐述了耦合系数、输入频率、负载大小对传输功率与传输效率的影响。设计过程中应用Or CAD与Matlab软件对传输系统各个影响因素进行仿真分析,在此基础上设计并制作了实验平台。实验分析得出此传输系统存在最佳功率传输距离和最佳效率传输距离,总体实验结果与理论仿真结果一致,最后通过与典型WPT系统做对比实验分析,得出改进WPT系统提高了传输功率,可为实际井下WPT提供理论参考。     

煤矿井下隐患排查信息传输系统实验研究

为建立煤矿井下隐患排查信息传输系统,在采用光纤作为煤矿隐患信息数据传输主要介质的基础上,提出采用SHDSL技术以电话双绞线作为辅助数据传输介质,进行井下数据传输系统的延伸,并进行了实验研究。在井下隐患信息传输平台的基础上,引入移动手持终端作为隐患闭环管理的主要载体,对基于井下数据传输系统的煤矿隐患闭环管理模式进行了探讨,引入了隐患排查信息时效性的概念,进一步完善了煤矿隐患闭环管理流程,对煤矿隐患排查工作的开展具有一定的现实意义。     

基于井下轨迹数据的煤矿人员违规行为识别

当前有关井下人员轨迹数据的研究,缺乏针对煤矿领导带班下井的违规识别以及作业人员超时作业的违规识别.基于井下人员定位系数据,提出了判断煤矿领导是否带班下井及作业人员是否超时作业的识别方法,着重于识别煤矿领导是否带班下井、是否与上一班带班领导在井下交接班、是否存在安排他人代替下井(代打卡情况)、作业人员是否超时作业等4种场景.该方法的识别结果以图表方式直观地反应了煤矿领导带班下井情况,帮助煤矿发现隐患,促进煤矿提升管理水平,辅助煤矿安全生产.