煤矿井下定向钻孔轨迹设计与计算方法

结合煤矿井下定向钻孔工艺技术特点,阐述了定向钻孔轨迹设计原则、定向钻孔轨迹设计参数中钻孔深度、钻孔方位角和钻孔倾角的确定原则。基于对煤矿井下定向钻孔轨迹计算数学原理的研究,总结了绘图和计算2种钻孔轨迹设计和计算方法,并在我国27个矿区进行推广应用,推广应用期间完成最深定向钻孔深度为1 212 m。     

煤矿井下定向钻孔轨迹设计与计算方法

结合煤矿井下定向钻孔工艺技术特点,阐述了定向钻孔轨迹设计原则、定向钻孔轨迹设计参数中钻孔深度、钻孔方位角和钻孔倾角的确定原则。基于对煤矿井下定向钻孔轨迹计算数学原理的研究,总结了绘图和计算2种钻孔轨迹设计和计算方法,并在我国27个矿区进行推广应用,推广应用期间完成最深定向钻孔深度为1 212 m。     

煤矿井下定向钻孔轨迹设计与控制技术

为了更好地控制钻孔轨迹,通过研究煤矿井下定向钻孔轨迹算法,得出钻孔轨迹设计参数,按照钻孔设计步骤系统总结出钻孔轨迹参数设计准则以指导钻孔轨迹设计,并给出利用实钻对钻孔轨迹设计优化方法.通过研究定向钻造斜规律得出工具面向角是影响螺杆钻具改变钻孔轨迹主要因素,结合地层硬度、重力作用等因素对钻孔造斜影响,得出利用工具面向角预测钻孔轨迹方法.最后根据定向钻造斜规律和施工经验归纳总结出满足不同钻孔轨迹控制需求的工具面组合,以控制钻孔轨迹在目标区域的施工.     

煤矿井下定向钻孔轨迹预测技术

煤矿井下定向钻孔轨迹预测技术是实现钻孔轨迹智能控制的基础,通过研究煤矿井下定向钻造斜规律,得出工面向角是螺杆钻具改变钻孔轨迹主要因素,建立工具面向角改变钻孔倾角、方位角数学模型,推导出工具面向角预测定向钻孔轨迹算法,并开发相应定向钻轨迹预测软件。杨柳矿现场试验表明该钻孔轨迹预测软件满足现场施工精度要求(相对误差小于1.38%)、钻具摩阻力降低20%以上,提高定向钻施工安全性。     

煤矿井下近水平定向钻孔轨迹描述与计算方法

本文在分析地面与井下钻孔轨迹描述习惯不同的基础上,结合煤矿井下定向钻孔施工的特点建立了钻孔轨迹描述体系,提出了描述钻孔轨迹空间位置的主要几何参数的定义和表示方法。通过分析常用钻孔轨迹坐标计算方法的适用性,提出适合煤矿井下施工特点的最佳计算方法模型,为井下定向钻孔轨迹设计和控制提供了理论依据。     

基于卷积神经网络的煤矿井下定向钻进轨迹参数预测

为了得到定向钻进过程中钻头处的实际轨迹参数、提高定向钻孔轨迹控制效果保证实钻轨迹精准度;基于一维卷积神经网络建立了煤矿井下定向钻孔的轨迹参数的预测模型;选取了502组、每组12个实钻轨迹的倾角、方位角、工具面向角等参数作为训练集,以每组最后1次测量所得倾角、方位角为输出值,其他参数作为输入值对模型进行训练;另取12组轨迹参数作为测试集对模型的预测能力进行检测,并将测试结果与24名技术人员根据工作经验得出的预测值进行对比分析。研究表明：该一维卷积神经网络对轨迹参数的预测可行,在均方根误差、可决系数这2项评价指标显出略微优势的同时,倾角、方位角预测的绝对误差分别为0.69°和0.79°,比技术人员预测值平均分别低了22.5%和18.1%。     

基于Dempster-Shafter信息融合的井下定向钻孔轨迹预测

针对煤矿井下定向长钻孔轨迹预测中存在的问题,提出了应用D-S证据理论将瓦斯抽采钻孔施工的地质条件、钻具组合条件和钻进工艺参数3部分信息进行融合,并结合现场实例对钻孔轨迹进行预测。融合结果表明:该方法为煤矿井下定向钻孔施工提供了参考,弥补了单纯使用测斜仪器的不足,从而提高钻孔施工中钻孔轨迹的预测精度和预测效率。     

钱营孜煤矿高位定向长钻孔轨迹控制方法研究

通过对钱营孜煤矿高位定向长钻孔轨迹控制方法研究,以方位角、倾角控制为切入点,结合高位钻场布置以及施工过程控制,实施高位定向长钻孔轨迹控制技术,提高了经济效益。     

煤矿井下巷道梳状定向钻孔轨迹设计方法

为了快速有效抽采松软煤层掘进巷道围岩瓦斯,结合定向千米钻机性能,提出采用梳状定向长钻孔"横向"或"纵向"布置方式远距离掩护预抽掘进巷道围岩煤体瓦斯。根据掘进工作面特征,按梳状定向长钻孔设计流程,总结出钻孔轨迹设计原则,并借鉴定向井设计与计算理论,提出三段式斜平面法设计梳状定向长钻孔,明确了钻孔轨迹空间位置的点、线、面之间的关系,简化优化钻孔轨迹设计参数,降低钻孔施工风险。最后以余吾煤矿某掘进巷道为例,详细介绍了斜平面设计方法,分析表明三段式斜平面设计梳状定向钻孔的方法满足工程精度,减少了设计工作量,提高了工作效率。     

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。     

煤矿井下近水平定向钻技术研究与应用

为了提高煤矿井下瓦斯抽采孔的钻孔深度和瓦斯抽采效果,采用煤矿井下近水平定向钻技术在煤层施工近水平长钻孔、多分支孔。系统介绍了该定向钻技术及不同煤层条件下成孔方法,然后根据定向钻孔在煤层施工特点,分析在煤层施工近水平定向钻孔所面临地质条件复杂、钻孔轨迹难控制、钻孔事故复杂等技术难点,总结现场施工经验,形成一套适合定向钻孔施工的常用钻具组合、施工流程、钻孔轨迹控制等工艺方法。该定向钻技术在杜儿坪煤矿、双柳煤矿的成功应用说明其满足最大孔深大于500 m和煤层钻遇率大于90%的瓦斯抽采孔施工要求。     

瓦斯抽采定向长钻孔智能设计方法及系统

我国煤矿普遍采用人工"尝试逼近"的方法进行瓦斯抽采定向长钻孔设计,其效率低、精度差、设计人员工作量大,不利于矿井的安全、高产、高效。针对该技术问题,研究了兼容顺层、穿层、高位等钻孔布置方式的定向钻孔设计方法,并基于SuperMap Object.Net 6R平台开发了定向钻孔智能设计系统,实现了定向瓦斯抽采钻孔轨迹参数的自动计算和成图,为煤矿技术人员进行定向瓦斯抽采钻孔设计提供了自动化手段。在寺河矿的现场应用表明,该系统的定向钻孔单孔设计时间不超过10 min,极大地提高了定向钻孔的设计效率。     

寺河煤矿井下近水平定向钻孔工艺研究

煤矿瓦斯是影响煤矿井下安全生产的重要因素,同时作为一种新能源正越来越受到重视。为了解决煤矿井下瓦斯安全问题和新能源的开发利用,近水平定向钻孔抽采瓦斯技术得到了广泛应用。近水平定向钻孔抽采瓦斯技术的核心是钻孔施工过程中对钻孔轨迹进行精确控制。本文通过分析影响定向钻孔施工的因素结合现场钻孔施工,总结出了煤矿井下近水平定向钻孔施工的经验及规律,达到了对钻孔轨迹精确控制的目的。     

Microsoft Excel在随钻测量数据处理和轨迹图绘制中的应用

文中通过对Excel参数计算和图形绘制功能的研究,成功地将其应用到煤矿井下随钻测量定向钻孔的轨迹坐标计算和轨迹图绘制之中,为定向钻孔轨迹设计和分析提供了新思路。     

复杂地层顺层定向钻孔轨迹设计方法优化

金泰煤矿M6煤层具有顶底板破碎、视倾角由双倾角控制（XZ视图倾角17°、YZ视图倾角3°）、煤层厚度薄且厚度变化差异大（1.08～1.68 m）的复杂产状特征,在顺层定向钻孔施工中,钻孔平面拐弯段采用原有的轨迹设计方法存在轨迹实控难度大、易偏离煤层进入不稳定顶底板而无法钻进、多分支孔施工降低施工效率和无效进尺的难题。本文基于视倾角计算公式,引入钻孔沿工作面走向倾角参数,针对钻孔平面拐弯段优化轨迹设计方法,并在金泰煤矿开展验证试验。结果表明：优化的钻孔平面拐弯段轨迹设计方法相对于原有轨迹设计方法,能够保持钻孔沿煤层中部钻进,克服煤层厚度变化干扰,实现钻孔平面拐弯段精确沿煤层钻进,有效进尺率分别为48.82%、76.72%和100%。8～10号试验钻孔瓦斯监测数据均呈现出较好的瓦斯抽采效果。     

定向长钻孔技术在煤矿井下防治水钻孔施工中的应用

针对煤矿井下水害防治钻孔施工中采用传统回转钻进工艺施工存在钻探工作量大、钻孔轨迹不可控、探测盲区等难题,总结了定向长钻孔施工技术在探测老空区、顶板疏放水及底板加固注浆施工中的优势。现场实践表明,采用定向长钻孔技术能够实现钻孔轨迹精确控制,保证钻孔轨迹沿预定探测区域延伸,提高探测精度,为煤矿井下防治水钻孔施工提供了实践经验。     

矿井长钻孔随钻轨迹测量技术研究

针对煤矿井下长钻孔轨迹测量的问题,采用了2种长钻孔随钻轨迹测量方法,可用于煤矿井下水平钻孔或定向钻孔无缆随钻测斜,随钻测量并记录钻进方向的倾角、方位角;对最小曲率法、均角全距法的钻孔轨迹数据计算方法进行了研究,分析了钻孔轨迹测量中常见的误差原因及校正误差的方法,通过实测钻孔轨迹数据分析钻孔轨迹测量数据分析方法与测量效果。通过理论与实测数据研究得出,该随钻钻孔轨迹测量技术与误差校正方法提高了钻孔轨迹测量精度,能够很好地用于矿井长钻孔的轨迹测量。     

煤矿老空区定向探查钻孔的施工应用

定向钻进技术已成为煤矿井下探放水及地质探查的主要技术途径之一。以石拉乌素煤矿、张双楼煤矿、双龙煤矿老空区定向探查钻孔施工为例,分析了老空区定向探查钻孔施工工艺流程。针对不同情况的老空区,分析了对钻孔轨迹控制精度的要求及影响因素、准确选择磁偏角的重要性,总结了定向钻具的安全施工措施及经验。结果表明,定向钻孔可进行长距离精准超前探查,能够满足探查老空区的需求。研究为煤矿安全开采提供了可靠的技术保障。     

煤矿井下手持式浅孔轨迹仪

研制了煤矿井下手持式浅钻孔轨迹仪。仪器主要由孔口显示控制器、轨迹仪探管和输送杆3部分组成,用于煤矿井下较浅钻孔的输送式测量。轨迹仪探管可测量钻孔的倾角、方位角和工具面向角等姿态参数,孔口显示控制器同步工作并记录钻孔的深度和测量时间,二者通过蓝牙无线传输的方式进行通信,最终结果以数字和图形的方式显示出来。试验结果表明,该设备工作稳定、性能可靠,实用性强。     

基于神经网络的坑道近水平定向孔轨迹预测研究

当前近水平定向钻孔轨迹测量位置滞后于钻头位置,无法实时获取滞后区钻孔轨迹实际参数,施工过程中控制轨迹时需要人工预测该部分轨迹并为下一步轨迹调整提供依据。为了降低人为因素影响,提高轨迹预测的准确性,基于BP神经网络建立了用于煤矿井下近水平定向孔轨迹控制的孔底空间参数预测模型。选取随钻测量仪器位置及其之前12 m范围的倾角、方位角等13个钻孔空间和轨迹控制参数,经过变换后作为输入参数,构建了一个具有11个输入参数和2个输出参数的4层BP神经网络预测模型,该模型以不同矿区的6个钻孔502组数据为训练样本,得到了网络预测模型参数,并将12组测试数据的预测结果与24名从业技术人员的经验预测结果进行了对比分析。研究结果表明：采用logsig激活函数和（9×6）节点的双隐含层BP神经网络模型,对孔底空间参数（倾角、方位角）的预测绝对误差平均值分别达到0.51°和0.68°,且预测误差服从正态分布,预测结果绝对误差平均值较从业5年以上的技术人员低了35%,现场应用效果较好,满足煤矿井下定向钻进轨迹控制的需要,并为定向钻轨迹智能控制提供了理论与实践基础。