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煤矿井下定向长钻孔套管下放方法及固孔工艺 被引量:1
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作者 冯彦军 侯红 +2 位作者 任建超 刘茂福 孙立强 《煤矿安全》 北大核心 2025年第2期212-219,共8页
为解决当前煤矿井下定向长钻孔水力压裂中难以实现全程下入粗径套管和全孔段注浆固孔的难题,分析了套管下放及注浆固孔存在的技术难点并提出相应对策措施,构建了定向长钻孔套管下放及注浆固孔总体技术方案,提出了可打捞式套管下放方法... 为解决当前煤矿井下定向长钻孔水力压裂中难以实现全程下入粗径套管和全孔段注浆固孔的难题,分析了套管下放及注浆固孔存在的技术难点并提出相应对策措施,构建了定向长钻孔套管下放及注浆固孔总体技术方案,提出了可打捞式套管下放方法及环空注浆工艺;通过套管通过性分析,给出了钻孔最大曲率为0.285°/m;设计出了可打捞式底扩钻具,并对传扭机构、螺旋扶正器、套管扣型等关键部件进行了设计;开发出了适用上斜定向长钻孔的水泥浆体系。采用可打捞式套管下放方法及环空注浆工艺在曹家滩矿进行了现场应用,应用结果表明:该套工艺是可行的,且在煤矿井下定向长钻孔中首次实现了粗径φ127 mm套管下入深度超过500 m,在孔深超过500 m定向长钻孔中实现了全孔段注浆。 展开更多
关键词 定向长钻孔 水力压裂 可打捞式底扩钻具 套管下放 注浆固孔
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大直径救援井井底流场模拟与实验研究
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作者 赵研 刘松赫 +7 位作者 郝世俊 赵江鹏 李沛舒 王学博 于永平 高科 董博 张博 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期247-255,共9页
【目的】针对大直径潜孔锤扩孔钻进技术在矿山救援中面临的井底流场复杂、排渣困难问题。【方法】为揭示钻进参数对井底流场及排渣效率的影响规律,优选钻进参数组合,采用计算流体力学−颗粒轨道模型方法,建立了潜孔锤反循环排渣流场数值... 【目的】针对大直径潜孔锤扩孔钻进技术在矿山救援中面临的井底流场复杂、排渣困难问题。【方法】为揭示钻进参数对井底流场及排渣效率的影响规律,优选钻进参数组合,采用计算流体力学−颗粒轨道模型方法,建立了潜孔锤反循环排渣流场数值模型,分析了机械钻速3.0 m/h下的井底流场的流速分布、岩屑运移及清渣率变化规律。研制了大直径多相流井底反循环模拟装置,该装置具有调控多种钻进参数以及记录井底岩屑运移轨迹的功能,基于该装置采用模拟岩屑开展双相流井底反循环实验,探究钻井液泵量与钻头转速对流场的影响规律。基于经实验验证的数值模型设计了两因素三水平正交实验。【结果】清渣率随钻井液泵量增大而提升,但增益效果随泵量增大而衰减;清渣率随钻头转速增大呈先升后降趋势,在钻头转速达到15 r/min时为最佳。正交实验表明,当处于较高泵量和中等转速工况下,流场排渣效果较好;在机械钻速3.0~6.2 m/h,实现最佳排渣效果的钻进参数组合为钻井液泵量216 m^(3)/h、钻头转速15~20 r/min。【结论】研究结果为大直径救援井钻进规程参数的合理选取提供了理论参考,有助于提升钻孔救援工程成孔速率。 展开更多
关键词 钻孔救援 大直径潜孔锤 钻进参数 岩屑运移 排渣效率
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救援车载钻机起下钻机构时效优化设计方法
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作者 曹超 毛炳权 +4 位作者 张忠海 常仁齐 赵继云 韩静 黄笛 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第8期247-258,共12页
【目的】在矿山事故救援领域,车载钻机开展地面钻孔作业开辟竖直救生通道最为有效。但受车辆载重限制,需平衡起下钻执行机构驱动速度与稳定性,建立参数优化设计配置体系,充分配置钻孔机构作业能力,是保障救援效率的关键。【方法】通过... 【目的】在矿山事故救援领域,车载钻机开展地面钻孔作业开辟竖直救生通道最为有效。但受车辆载重限制,需平衡起下钻执行机构驱动速度与稳定性,建立参数优化设计配置体系,充分配置钻孔机构作业能力,是保障救援效率的关键。【方法】通过构建车载钻机起下钻机构时空多重规划模型,明确了车载钻机关键参数范围和设计流程,按照多执行机构梯形或S形速度曲线分类规划原则,开展了钻机多执行机构时序规划和运动学规划;通过Adams和AMESim构建了双向耦合机液动力学模型,分析了机械系统和液压驱动系统的动态特性,优化了驱动系统参数配置和救援车载钻机主要机构的动态设计参数;构建了包含时序、运动、驱动的全局时效优化设计方法,形成了完整的救援钻机起下钻机构参数设计闭环。【结果和结论】(1)采用并行作业配置策略,可以将下钻时间和起钻时间分别缩短17.7%和17.5%,各执行机构中最大应力集中于铰接点,运动状态切换时振动与载荷冲击最大。(2)通过动力学迭代优化起下钻机构并行动作时序,使给进油缸执行提升动作时最大应力降低37.76%,翘起油缸执行动力头回落动作时最大应力降低4.66%。(3)起下钻机构样机动作时序测试表明,实际运动时间误差≤5.83%,振动幅值满足约束要求。研究提出的车载救援钻机时效优化设计方法对提升钻孔救援装备能力和效率具有重要意义。 展开更多
关键词 救援车载钻机 多机构协同 运动学规划 机液动力学 参数匹配 起下钻机构 时效优化
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基于振动信号的煤矿坑道钻机动力头故障诊断方法
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作者 柏发松 刘若君 +4 位作者 苗宇 张幼振 方有向 姚克 宋海涛 《能源与环保》 2025年第10期172-176,183,共6页
针对煤矿坑道钻机工况复杂化带来系统中各元件间逻辑关系模糊、故障诊断困难等问题,开展了坑道钻机动力头力学分析和仿真模态分析,在不同工况下进行室内试验,对不同工况下采集的振动信号进行降噪预处理,从时域和频域分析故障马达振动特... 针对煤矿坑道钻机工况复杂化带来系统中各元件间逻辑关系模糊、故障诊断困难等问题,开展了坑道钻机动力头力学分析和仿真模态分析,在不同工况下进行室内试验,对不同工况下采集的振动信号进行降噪预处理,从时域和频域分析故障马达振动特性,并采用EMD方法将降噪处理后的振动信号分解重构后进行希尔伯特时频分析。通过幅值参数指标分析信号的内部信息特征,确定峭度指标、裕度指标和均方根值能够表征动力头的运行状态和故障诊断指标,提出基于振动信号坑道钻机动力头的故障识别与诊断方法。该方法实现了动力头在不同故障程度时系统中薄弱环节的快速定位,在工程试验中得到了验证,为提高煤矿坑道钻机的可靠性提供了参考依据。 展开更多
关键词 故障诊断 煤矿坑道钻机 动力头 振动信号
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煤矿井下钻孔机器人试验研究
5
作者 张磊 彭光宇 +6 位作者 解志在 宋海涛 王加磊 姚克 董洪波 陈洪岩 王佳 《煤矿机械》 2025年第6期41-43,共3页
为了增强煤矿井下作业的安全性、提高钻探工作的效率、减轻矿工的劳动负担,研制并应用了一种集成六轴机械臂自动装卸钻杆功能的复合型钻孔机器人及其相应的控制技术。该技术有效解决了煤矿井下作业中机器人驱动系统防爆难题,设备整体设... 为了增强煤矿井下作业的安全性、提高钻探工作的效率、减轻矿工的劳动负担,研制并应用了一种集成六轴机械臂自动装卸钻杆功能的复合型钻孔机器人及其相应的控制技术。该技术有效解决了煤矿井下作业中机器人驱动系统防爆难题,设备整体设计紧凑,便于运输,且操作灵活,能够完成150 m的全自动化钻探作业。详细阐述了该钻孔机器人的核心技术指标、系统配置以及在淮南张集煤矿进行的工业性试验。试验结果表明,该钻孔机器人在结构设计上表现优异,其协同控制体系稳定,成功实现了全自动化钻探作业,推动了钻探技术向自动化和智能化的转型。 展开更多
关键词 六轴机械臂 自动装卸钻杆 工业性试验 煤矿智能化
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干湿循环下石灰改良红层泥岩填料力学性能劣化规律研究 被引量:3
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作者 陈康 刘先峰 +3 位作者 蒋关鲁 袁胜洋 马杰 陈忆涵 《岩土力学》 北大核心 2025年第1期43-54,共12页
红层泥岩水敏性高,作路基填料时可用石灰改良。受季节变化影响,路基基床经历干湿循环,导致服役性能降低。为研究干湿循环下改良填料力学特性劣化规律,开展一系列干湿循环试验、无侧限抗压试验和弯曲元试验测定改良填料无侧限抗压强度和... 红层泥岩水敏性高,作路基填料时可用石灰改良。受季节变化影响,路基基床经历干湿循环,导致服役性能降低。为研究干湿循环下改良填料力学特性劣化规律,开展一系列干湿循环试验、无侧限抗压试验和弯曲元试验测定改良填料无侧限抗压强度和小应变刚度。结合连续滴水扫描电镜(scanning electron microscope,简称SEM)试验,揭示干湿循环后填料微观结构劣化特征。结果表明:低幅度循环下试样在干侧和湿侧均产生体胀。高幅度循环下试样在湿侧产生体胀。在干侧先产生体缩,随循环次数增加,即使含水率较低,试样也产生体胀。体胀导致强度和小应变刚度均有不同程度的劣化。当试样产生体缩时,强度有所增长,但小应变刚度由于裂缝衍生而持续衰减。试样强度随损伤体变可用统一劣化方程表示。但高幅度循环下试样干燥后的小应变刚度远低于劣化线,且劣化速率远大于强度。试样滴水后能维持基本形貌,但观察到团聚体松散、微粒剥落和新生裂缝等结构劣化特征,从而导致宏观力学性能衰减。 展开更多
关键词 路基填料 干湿循环 石灰改良 红层泥岩 性能劣化
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多传感器自动调平履带车体设计
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作者 丁华忠 徐勇智 +3 位作者 曾庆辉 韩健 解志在 彭涛 《煤矿机械》 2025年第7期21-24,共4页
煤矿智能化钻孔机器人在施工作业前需要根据钻孔设计进行开孔姿态调整。煤矿井下钻场路面不平整,为保证钻孔机器人的稳定性,需实现钻孔机器人自动调平功能。以STM32控制器为主控核心,利用双轴倾角传感器及内置磁致伸缩位移传感器稳固油... 煤矿智能化钻孔机器人在施工作业前需要根据钻孔设计进行开孔姿态调整。煤矿井下钻场路面不平整,为保证钻孔机器人的稳定性,需实现钻孔机器人自动调平功能。以STM32控制器为主控核心,利用双轴倾角传感器及内置磁致伸缩位移传感器稳固油缸搭建一套自动调平控制系统。实际应用表明,该系统能够实现自动、安全、高效、精确调平,具有较好的稳定性。 展开更多
关键词 钻孔机器人 自动调平 车体平台 多传感器
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煤矿井下钻进工况参数智能控制技术发展与展望 被引量:1
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作者 王清峰 刘洋 +2 位作者 陈航 史书翰 崔小超 《矿业安全与环保》 北大核心 2025年第1期20-29,共10页
煤矿智能化和高产高效矿井的建设,对煤矿井下钻探智能化技术提出了更高要求。梳理了煤矿井下智能钻探技术发展历程,指出经过井下远距离手动控制、地面远距离手动控制、地面远距离自动控制、双模式自动控制等4个发展阶段后,煤矿井下钻探... 煤矿智能化和高产高效矿井的建设,对煤矿井下钻探智能化技术提出了更高要求。梳理了煤矿井下智能钻探技术发展历程,指出经过井下远距离手动控制、地面远距离手动控制、地面远距离自动控制、双模式自动控制等4个发展阶段后,煤矿井下钻探技术目前正处于智能化钻探探索阶段。从基于专家数据库、机器学习、云系统等3个方向,总结阐述了煤矿井下钻探智能化的关键核心技术——钻进工况参数智能控制技术的发展情况:专家数据库方面,介绍了其在矿业领域的主要应用范围,以及被引入到智能化钻探领域后的4个发展阶段,并对比给出了每个阶段的技术特点和先进性;机器学习方面,总结了在优化模型、优化算法、辅助控制手段等方向的最新研究成果,阐明了每个研究方向面临的难题和未来的研究思路;云系统方面,从石油开采、地质勘探、煤矿井下钻探3个方向探讨了最新发展情况。结合当前应用条件,综合评述了3种钻进工况参数智能控制方法的优缺点,分析了当前智能钻进存在的控制手段单一、多功能拓展应用不足等问题,从技术延展、控制闭环、策略多元、体系统一等角度对煤矿井下钻进工况参数智能控制与煤矿智能化建设深度融合应用提出了展望,为基于多信息融合的自适应钻进技术研究提供理论支撑。 展开更多
关键词 智能化钻进 钻进工况参数 智能控制 专家数据库 机器学习 云系统
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煤矿井下定向钻孔轨迹模型预测控制方法 被引量:1
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作者 李浩 姚宁平 +4 位作者 陆承达 张金宝 魏宏超 吴加俊 李金宇 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第2期205-212,共8页
【目的】针对煤矿井下复杂地层定向钻进过程中存在的实钻轨迹控制难度大、与设计轨迹偏差较大的问题,提出了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的定向钻孔轨迹跟踪控制方法。【方法】以螺杆钻具定向钻进过程为研究对象,在... 【目的】针对煤矿井下复杂地层定向钻进过程中存在的实钻轨迹控制难度大、与设计轨迹偏差较大的问题,提出了基于模型预测控制(model predictive control,MPC)的定向钻孔轨迹跟踪控制方法。【方法】以螺杆钻具定向钻进过程为研究对象,在分析煤矿井下复杂地层条件下定向钻进特性的基础上,研究定向钻具的运动规律,采用运动学理论建立滑动定向钻进的钻孔轨迹延伸模型,并用泰勒级数展开方式对模型进行线性化处理,以消除钻孔倾角与方位角等状态量之间的耦合关系,在此基础上构建钻孔轨迹预测模型和以最小轨迹偏差作为控制目标的目标函数,采用反馈校正方法解决预测模型的稳态误差问题,并设计具有预测模型、滚动优化、反馈校正功能的模型预测控制器,得到钻孔轨迹最优控制量的推荐-工具面向角,最终实现定向钻孔轨迹跟踪优化控制。最后,利用陕西韩城某煤矿钻孔实钻数据,对控制算法进行了验证。【结果和结论】结果表明,线性化处理后的钻孔轨迹延伸模型有效保留了原有模型的特征,并简化了控制器的设计过程。改进后的定向钻孔轨迹反馈校正模型预测控制方法克服了模型适配和稳态误差的影响,相比于基于螺杆钻具造斜规律的人工经验控制决策方法,倾角平均绝对误差和方位角平均绝对误差分别降低79.5%和70.5%,为复杂地层定向钻孔轨迹控制提供了一种新的控制算法。 展开更多
关键词 煤矿井下 螺杆钻具 定向钻进 轨迹模型 模型预测控制 轨迹跟踪控制
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煤矿坑道钻机连接底板的优化设计和分析 被引量:2
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作者 李点尚 郭伟 +3 位作者 张磊 宋海涛 汪勇 沙翠翠 《煤矿机械》 2025年第2期139-142,共4页
煤矿井下智能钻机通常采用整体式结构,而钻孔施工的大倾角和全方位需求要求钻机具备方位角调节功能,使得钻机主机和防爆机械臂能够在一定角度内同步旋转,为此设计了承载钻机主机和防爆机械臂的可旋转连接底板。为保证连接底板在钻孔施... 煤矿井下智能钻机通常采用整体式结构,而钻孔施工的大倾角和全方位需求要求钻机具备方位角调节功能,使得钻机主机和防爆机械臂能够在一定角度内同步旋转,为此设计了承载钻机主机和防爆机械臂的可旋转连接底板。为保证连接底板在钻孔施工中的承载能力及钻机的可靠性,利用有限元软件对其进行3种工况下的强度分析,并根据分析结果优化连接底板结构,确保达到强度和刚度要求。 展开更多
关键词 坑道钻机 连接底板 有限元分析 优化设计
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煤矿井下钻进工况智能识别算法研究与应用 被引量:1
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作者 陈韬 张幼振 许超 《煤矿安全》 北大核心 2025年第3期242-249,共8页
从钻进过程参数采集、数据处理、异常工况识别3方面对煤矿井下钻进工况识别方法进行了分析,提出了由数据采集层、处理层、工况识别层组成的煤矿井下常见钻进工况识别算法架构。其中,数据采集层能对钻进参数进行采集;数据处理层包含异常... 从钻进过程参数采集、数据处理、异常工况识别3方面对煤矿井下钻进工况识别方法进行了分析,提出了由数据采集层、处理层、工况识别层组成的煤矿井下常见钻进工况识别算法架构。其中,数据采集层能对钻进参数进行采集;数据处理层包含异常点的数据清洗、特征参数的提取以及传感器多源信息的融合;工况识别层采用机器学习中的分类算法与优化算法,通过结合2种及以上识别算法形成混合智能工况识别算法,对带有工况分类标记的钻进参数进行数据学习和模型训练,最终实现对钻进工况的智能识别。根据安徽淮南某煤矿井下典型钻进工况现场扭矩、泵压、钻速等钻进参数,构建了基于鲸鱼算法(WOA)优化后的核极限学习机(KELM)识别模型识别典型工况,通过对训练集样本进行学习,采用识别准确率优于SVM、KNN等识别模型的WOA-KELM模型,实现了对典型工况的智能识别。 展开更多
关键词 井下钻探 钻进工况 钻进参数 工况智能识别算法 机器学习
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放顶煤开采导水裂缝带高度确定的关键问题分析
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作者 崔希民 车宇航 +7 位作者 孙帅辉 李培现 孙灏 许志华 袁德宝 蒋金豹 赵玉玲 MALINOWSKA A 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期573-583,共11页
导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过... 导水裂缝带高度是保障水体下煤炭资源安全开采的重要指标。针对水体下厚煤层放顶煤开采引用经验公式计算导水裂缝带高度存在的条件不符问题,梳理了经验公式的产生基础,强调了经验公式的适用条件是大采场、单层采厚1~3 m、累计采厚不超过15 m的厚煤层分层开采。基于放顶煤开采顶煤冒放性和采出率的现场实测结果,提出了厚煤层放顶煤开采的有效采厚概念,有效采厚与顶煤采出率密切相关,且导水裂缝带发育高度随有效采厚的增加而增大,基于有效采厚的导水裂缝带高度可以有效避免因顶煤采出率提高而引发的欠估计情况发生。基于覆岩与地表沉陷从非充分采动到充分采动的发展演化事实,引入描述采动程度与导水裂缝带发育高度关系的Boltzmann函数,给出了基于采动程度系数的导水裂缝带最大高度计算方法。 展开更多
关键词 放顶煤开采 导水裂缝带高度 顶煤采出率 采动程度 有效采厚
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井下受限空间防爆车尾气CO扩散运移规律数值模拟分析
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作者 谭波 王善祈 +3 位作者 卢浩 贾子璇 高赛逸 姜海斌 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第3期511-521,共11页
随着智能化矿井的建设与实施,防爆柴油车已被广泛用于井下运输。由于煤矿巷道空间相对狭小和封闭、气体流通条件较差,其作业过程中产生的CO不易排出,对作业设施及工作人员的安全造成了潜在威胁。为此,利用Fluent软件模拟井下防爆柴油车... 随着智能化矿井的建设与实施,防爆柴油车已被广泛用于井下运输。由于煤矿巷道空间相对狭小和封闭、气体流通条件较差,其作业过程中产生的CO不易排出,对作业设施及工作人员的安全造成了潜在威胁。为此,利用Fluent软件模拟井下防爆柴油车怠速启动状态,探究风量、风向以及温度多因素条件下防爆柴油车尾气中CO的扩散运移规律。结果表明:防爆柴油车受到与行驶方向同向的顺风作用时,风速较小情况下CO沿水平方向排出且有横向运移趋势,随风速的提高CO运移范围会明显缩小,且少量CO有向下运移趋势;当受到逆风作用时,风速较小情况下CO存在向后上方运移的趋势,随风速的提高CO运移范围缩小且有横向运移趋势;当温度升高时,CO的运移范围增大且积聚的CO浓度提高。 展开更多
关键词 防爆柴油车 井下受限空间 Fluent模拟 CO运移规律
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基于深度学习的煤矿钻进机器人送钻位姿测量方法
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作者 罗江南 李建平 +1 位作者 江红祥 张德义 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3679-3691,共13页
井下钻孔是一种常用的施工方式,需要反复进行钻杆的装卸。为了实现钻杆的智能装卸,送钻位姿的测量尤为重要。然而,煤矿井下的复杂环境中,存在多尘多雾且光照多变的情况,使得传统方法的识别能力难以满足要求。此外,送钻时钻杆并没有安装... 井下钻孔是一种常用的施工方式,需要反复进行钻杆的装卸。为了实现钻杆的智能装卸,送钻位姿的测量尤为重要。然而,煤矿井下的复杂环境中,存在多尘多雾且光照多变的情况,使得传统方法的识别能力难以满足要求。此外,送钻时钻杆并没有安装在钻机上,直接测量不切实际。针对煤矿井下送钻位姿难以测量的问题,提出了一种基于深度学习的送钻位姿测量方法。该方法由基于改进的PointNet++分割模型和基于动力头与夹持器点云配准两部分组成。首先,为应对目前公开的钻机点云数据集规模不足的问题,搭建钻机点云获取平台,使用3D相机在夜间采集钻机点云数据。采集时,光照完全来自LED灯,以模拟井下光照不均的情况。为了模拟多尘多雾的井下环境,在点云数据中增加椒盐噪声,并在建立标签时将噪声单独分类,以达到去噪效果。其次,在PointNet++的基础上集成生成对抗网络以捕捉更复杂和微细的点云特征;同时,采用聚焦损失函数,提高模型对动力头和夹持器的关注度,并使用贝叶斯参数优化算法进行超参数调整。然后,使用点特征直方图(FPFH)和迭代最近点(ICP)算法对被测点云进行配准,以得到被测点云至源点云的转换矩阵;最终,确定送钻位置和方向向量,并以此定义送钻位姿。为了对所提方法的测量精度进行评估,采集6组钻杆安装在钻机上的钻进场景点云,通过Cloud compare软件手动分割,测量钻杆位姿。在自建数据集上的实验结果表明,改进的PointNet++模型在交并比(IoU)和分割精度(Precision)方面分别提升了17.7%和37.8%。其中,对于动力头和夹持器的IoU分别提升了34.9%和60.3%。在送钻位姿测量方面,平均距离误差为6.39 mm,径向距离误差为5.34 mm,平均角度误差为1.6°。因此,所提出的送钻位姿测量方法是可行的,在煤矿钻杆装卸的智能化领域具有潜在的应用价值。 展开更多
关键词 送钻位姿 3D视觉 点云分割 深度学习 生成对抗网络 钻进智能化
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煤矿井下钻杆加卸机械手动态路径规划方法研究进展
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作者 孙涵昱 李泉新 方鹏 《煤矿安全》 北大核心 2025年第10期229-236,共8页
煤矿井下作业环境复杂多变,钻探成为煤矿开采的必备环节。钻杆加卸是钻探过程中的重要步骤,传统的人工钻杆加卸方式不仅耗时费力,而且劳动强度极大,对工人的身体健康构成严重威胁。为了提高煤矿井下钻机的钻杆加卸效率,降低劳动强度,提... 煤矿井下作业环境复杂多变,钻探成为煤矿开采的必备环节。钻杆加卸是钻探过程中的重要步骤,传统的人工钻杆加卸方式不仅耗时费力,而且劳动强度极大,对工人的身体健康构成严重威胁。为了提高煤矿井下钻机的钻杆加卸效率,降低劳动强度,提升作业安全性,探讨并总结当前煤矿井下智能化钻机配套钻杆自动加卸技术,发现多轴液驱机械手式换杆技术具有高度的灵活性和适应性,可作为解决多规格钻具自动加卸问题的有效方案。基于当前机械手关键技术的研究,分析得出动态路径规划方法是多轴机械手式钻杆加卸系统研究的难点,在总结当前机械手动态轨迹规划领域研究进展的基础上,分析现有路径规划方法的优缺点,特别是在动态环境下的适应性表现。在此基础上,研究了基于快速随机搜索树(Rapidly-exploring Random Tree,RRT)算法的混合轨迹规划策略在复杂环境下的应用,展示了这些方法在提升机械手路径规划精度、减少操作时间以及增强系统鲁棒性方面展现出的显著优势。针对未来研究方向,提出了进一步提升机械手动态轨迹规划算法性能,增强机械手自主作业能力,推动煤矿井下自动化技术全面应用的建议。 展开更多
关键词 钻杆自动加卸 多轴液驱机械手 轨迹规划 智能化钻机 煤矿智能化 钻探
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防冲钻机钻测智能化试验平台研制及初步应用
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作者 谭健 刘学生 +3 位作者 耿艳峰 付彪 王洪磊 许珂 《岩土力学》 北大核心 2025年第2期673-684,共12页
为研究钻机钻进参数与围岩参数定量关系,实现冲击地压卸压钻进与预警评价同步,自主研发一套防冲钻机钻测智能化试验平台。该平台由智能钻测试验钻机、大尺度真三轴应力加载系统、计算机控制系统和其他辅助装置等组成。平台能够较好地还... 为研究钻机钻进参数与围岩参数定量关系,实现冲击地压卸压钻进与预警评价同步,自主研发一套防冲钻机钻测智能化试验平台。该平台由智能钻测试验钻机、大尺度真三轴应力加载系统、计算机控制系统和其他辅助装置等组成。平台能够较好地还原现场环境下的岩体力学参数与结构特征,实现随钻参数的实时测量与收集;利用该平台初步开展验证性试验。结果表明:真三轴应力加载系统通过电液伺服系统控制横向与竖向加载液压缸,实现大尺度试件的精确均匀真三轴加载,最大压力达6000kN,可真实再现千米深井围岩应力状态;智能钻测试验钻机在导轨式液压钻机基础上,设计新型高精度传感装置及信号传输模块,实现复杂工况下钻杆钻进过程中近钻头处随钻参数的实时测量与传输;计算机控制系统具有真三轴加载、钻机钻进控制、钻进参数收集等功能,实现钻进与参数采集同步;平台整体结构设计合理,操作简单。研发的试验平台可开展真三轴应力状态下大尺度试件钻进试验,对于研究建立钻机钻进参数与围岩参数定量关系,研发钻进过程中冲击危险性同步智能预警技术,实现围岩稳定性评估并进行同步预警等具有重要意义。 展开更多
关键词 试验平台 冲击地压 真三轴加载 随钻参数 实时测量
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基于岩性识别的煤层气开采智能钻机控制系统设计
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作者 李剑 江程 +3 位作者 刁友鹏 李敏齐 姜海锐 姜建国 《金属矿山》 北大核心 2025年第6期153-160,共8页
钻机智能化是工业发展的大趋势,能够有效降低劳动成本、提高生产效率和准确度。以提高岩性判别的实时性及准确度为目的,提出一种基于岩性识别的煤层气开采智能钻机控制系统。以钻压、转速、扭矩等实时随钻数据采集为基础,基于K-means++... 钻机智能化是工业发展的大趋势,能够有效降低劳动成本、提高生产效率和准确度。以提高岩性判别的实时性及准确度为目的,提出一种基于岩性识别的煤层气开采智能钻机控制系统。以钻压、转速、扭矩等实时随钻数据采集为基础,基于K-means++算法构建了针对煤岩性智能实时识别模型,并利用煤层气开发钻井28组实测数据对模型进行检测。结果表明,该模型误判率为零,模型可靠度高。在此基础上,基于模糊PID构建了智能钻机控制系统仿真模型。Matlab环境下模拟结果显示,模型系统上升时间仅2.5 s,为传统PID的1/2,超调量为传统PID的1/8,在响应速度和稳定性方面均有较大的提升。本智能钻机控制系统能够实现煤岩性的实时智能识别和钻机的快速、稳定响应,满足了煤层气开发钻机智能钻进实时调控的要求,为煤层气开采向智能化转型提供了理论基础。 展开更多
关键词 煤层气 智能钻机 岩性识别 K-means++算法 模糊PID
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真三轴条件下低渗煤岩储层导向水力压裂试验研究
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作者 李波 王楠楠 +3 位作者 崔俊启 时振 支光辉 王振锋 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第5期936-948,共13页
低渗煤岩储层中煤层气的开采是当下能源开采领域的一个热点。为研究低渗储层低滤失条件下水力裂缝的扩展规律,文中基于水力裂缝Ⅰ-Ⅱ复合型应力强度因子,构建了裂缝尖端周向应力理论模型。通过真三轴导向水力压裂试验,以含预制裂缝的低... 低渗煤岩储层中煤层气的开采是当下能源开采领域的一个热点。为研究低渗储层低滤失条件下水力裂缝的扩展规律,文中基于水力裂缝Ⅰ-Ⅱ复合型应力强度因子,构建了裂缝尖端周向应力理论模型。通过真三轴导向水力压裂试验,以含预制裂缝的低渗岩样为研究对象,分析了水平应力差与注液速率对裂缝扩展的影响。结果表明,低渗岩层水力压裂中,注液速率增加时,裂缝发育趋向于单一平直形态,且对裂缝长度的影响显著大于宽度,同时水力裂缝的起裂压力和持续扩展压力均随注液速率的增加而升高。最大水平主应力不变,最小水平主应力减小时,裂缝的起裂压力降低,水力裂缝扩展路径由倾斜弯曲变得平缓,水力裂缝宽度呈先增大后减小趋势。注液速率和水平主应力差增大均会增加岩石破坏的总注液量,使得低滤失条件下的裂缝体积进一步扩大。 展开更多
关键词 水力压裂 低滤失 裂缝扩展 预制裂缝 真三轴
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风障设置方式对上隅角低氧气体分布特征影响机理研究
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作者 袁军伟 吴冉 +3 位作者 聂金龙 李龙 都永坤 郭艳美 《矿业科学学报》 北大核心 2025年第4期693-704,共12页
风障法是一种通过在开切眼内合理设置风障以解决上隅角低氧问题的有效方法,风障的设置方式对上隅角低氧气体分布的影响较为显著。现场应用效果表明,“开门式”风障相较于“吊拉式”风障,对上隅角低氧现象的治理效果更好,但目前对二者在... 风障法是一种通过在开切眼内合理设置风障以解决上隅角低氧问题的有效方法,风障的设置方式对上隅角低氧气体分布的影响较为显著。现场应用效果表明,“开门式”风障相较于“吊拉式”风障,对上隅角低氧现象的治理效果更好,但目前对二者在解决低氧问题内在机理方面的研究还不够深入,这在一定程度上影响了风障法的推广应用。本文以山西某矿100508工作面为工程背景,利用Ansys Fluent软件构建工作面气体运移模型,开展“开门式”和“吊拉式”风障设置对上隅角低氧气体分布特征影响机理的研究。结果表明:“开门式”风障相较于“吊拉式”风障能够将更多新鲜风流导入上隅角区域,对上隅角区域风速的提升效果更明显,在上隅角和回风巷之间形成更大压降,改变了低氧气体原有的分布状态,可更好地解决上隅角低氧问题。 展开更多
关键词 风障设置 上隅角 低氧问题 气体运移模型 采空区
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矿用牙轮钻机钻进参数在不同岩性矿岩的响应规律研究
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作者 张伟 段云 +4 位作者 张丽 胥维 王明 迟洪鹏 杨立云 《有色金属(矿山部分)》 2025年第6期60-68,共9页
为揭示矿用牙轮钻机钻进参数在不同岩性矿岩的响应规律,探究钻进速度对岩性识别的适用性,本文采用数值模拟与现场试验相结合的方法开展研究。通过Abaqus有限元仿真软件构建破岩钻进仿真模型,分析矿岩类型、钻头转速和轴压对牙轮钻头破... 为揭示矿用牙轮钻机钻进参数在不同岩性矿岩的响应规律,探究钻进速度对岩性识别的适用性,本文采用数值模拟与现场试验相结合的方法开展研究。通过Abaqus有限元仿真软件构建破岩钻进仿真模型,分析矿岩类型、钻头转速和轴压对牙轮钻头破岩钻进速度的影响规律。结果表明:钻进速度受轴压、钻头转速及矿岩岩性的综合影响,在工况允许范围内,提升轴压和钻头转速可增加钻进速度,提高钻进效率;钻进速度在不同岩性矿岩具有显著区分,可作为岩性识别的有效指标;在内蒙古某露天矿搭建随钻测量系统,实时采集现场钻进数据并与仿真结果进行对比验证,数值模拟与实测数据的钻进速度变化趋势一致,验证了随钻测量系统的可靠性。论文结果能够为矿用牙轮钻机随钻测量系统、钻速控制优化及随钻岩性识别等研究提供一定理论依据与技术支撑。 展开更多
关键词 矿用牙轮钻机 数值模拟 钻进参数 岩性 随钻测量
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