【摘要】：煤礦定向鉆進(jìn)技術(shù)發(fā)展于石油鉆探領(lǐng)域,其憑借在鉆孔深度、軌跡可控性等方面上的優(yōu)異性能,已被廣泛應(yīng)用于煤礦地質(zhì)勘探、瓦斯抽放、水害防治等領(lǐng)域�，F(xiàn)有的定向鉆孔軌跡控制主要是依靠司鉆工人的施工經(jīng)驗(yàn)來完成,這種操作現(xiàn)狀不可避免地帶來了鉆進(jìn)效率低、實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡偏離度大等問題。為提高煤礦開采效率,實(shí)現(xiàn)鉆孔軌跡的智能化控制,有必要開展煤礦水平定向鉆機(jī)軌跡預(yù)測(cè)技術(shù)與控制技術(shù)的研究。定向鉆孔的軌跡控制本質(zhì)上是對(duì)設(shè)計(jì)軌跡的跟蹤,其前提是對(duì)下一階段軌跡的精確預(yù)測(cè)。本文首先以國內(nèi)外各類鉆孔軌跡預(yù)測(cè)方法的計(jì)算原理為基礎(chǔ),探討了它們相對(duì)于煤礦開采領(lǐng)域的適用性問題。實(shí)現(xiàn)軌跡預(yù)測(cè)的前提是要明確鉆具組合當(dāng)前姿態(tài)與鉆孔軌跡當(dāng)前位置,因此本文分別在硬、軟件的層面上研究了鉆具組合姿態(tài)參數(shù)的計(jì)算方法以及鉆孔軌跡的描述方法。其次,本文根據(jù)已有的鉆孔軌跡預(yù)測(cè)方法中的縱橫彎曲梁法與三點(diǎn)定圓法,構(gòu)建了一種適用于煤礦井下近水平定向鉆孔的軌跡預(yù)測(cè)算法,該預(yù)測(cè)算法通過已知的姿態(tài)角參數(shù)、已鉆鉆孔軌跡參數(shù),計(jì)算得到不同施工參數(shù)下,下一根鉆桿完成鉆進(jìn)后測(cè)點(diǎn)未知的三維坐標(biāo)值。最后,本文基于上述軌跡預(yù)測(cè)算法,以跟蹤偏差最小化為原則,利用求導(dǎo)函數(shù)的方法,構(gòu)建了鉆孔軌跡控制算法,該算法以設(shè)計(jì)軌跡中下一測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值為輸入,以下一鉆桿的最佳施工參數(shù)為輸出,鉆機(jī)以此參數(shù)進(jìn)行施工,即可使實(shí)際軌跡最大可能貼近設(shè)計(jì)軌跡,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)軌跡控制。在上述兩種算法的驗(yàn)證上,本文首先根據(jù)實(shí)鉆軌跡數(shù)據(jù)驗(yàn)證了軌跡預(yù)測(cè)算法的有效性,并通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)完成相關(guān)參數(shù)的測(cè)量,實(shí)現(xiàn)了根據(jù)傳統(tǒng)縱橫彎曲梁法進(jìn)行鉆孔軌跡預(yù)測(cè),將兩者的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明本文構(gòu)建的軌跡預(yù)測(cè)算法在易于實(shí)現(xiàn)的同時(shí),預(yù)測(cè)精度也稍強(qiáng)于傳統(tǒng)縱橫彎曲梁法。其次,本文根據(jù)實(shí)地鉆孔實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了軌跡控制算法有效性,由于軌跡預(yù)測(cè)算法在計(jì)算過程中未考慮地層因素影響,在最終的軌跡控制效果對(duì)比中,依靠控制算法施工要略弱于依靠司鉆工人經(jīng)驗(yàn)施工。這并不能說明上述軌跡控制算法沒有應(yīng)用價(jià)值,在智慧礦山的大背景下,上述工作仍然為實(shí)現(xiàn)煤礦開采自動(dòng)化、智能化目標(biāo)做出了貢獻(xiàn)。
【圖文】：

圖 1-1 單彎螺桿鉆具結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1-1 Schematic diagram of single-bent screw drill如圖 1-1 所示，，現(xiàn)有的煤礦井下具有軌跡控制能力的施工裝備為千米鉆機(jī)搭配單彎螺桿動(dòng)力鉆具的組合，所謂單彎螺桿鉆具是指該鉆具在離鉆頭不遠(yuǎn)處存在一個(gè)大小

無磁三軸轉(zhuǎn)臺(tái)Fig.3-7Non-magnetictriaxialturntable
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TD421.25

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本文編號(hào)：2619844