摘要：随着隧道的埋深、断面尺寸、长度逐渐增大,隧道掌子面围岩的力学参数将直接影响掌子面的稳定性。传统的岩石室内试验方法人力、物力耗费较大,难以指导当前隧道智能化设计和施工,为此,提出了一种基于钻进参数的隧道掌子面围岩单轴抗压强度和弹性模量(Rb-E)解析方法。首先,从能量角度出发,提出了智能型凿岩台车冲击-推进-回转协同破岩过程中机械比能的计算公式。然后,采用数值模拟的方法,模拟智能型凿岩台车的破岩过程。通过动态分析方法,分析了单位体积的围岩在不同围岩单轴抗压强度、弹性模量条件下,钻进速度、围岩“密集单元”内能与围岩单轴抗压强度、弹性模量的动力响应规律。随后,利用能量法,建立了基于钻进参数的隧道掌子面围岩单轴抗压强度、弹性模量解析模型(DP-Rb-E)。最后,依托郑万高铁、宜兴联络线等钻爆法隧道工程开展了现场钻进试验和围岩力学参数测试,验证了该方法的可靠性。研究结果表明:在相同推进压力、冲击压力、回转速度条件下,围岩单轴抗压强度、弹性模量越大,钻进速度越慢,围岩“密集单元”的内能平均值越大;现场验证性试验结果表明,掌子面围岩单轴抗压强度解析结果与实测结果差异率为-5.52%~-20.89%,掌子面围岩弹性模量解析结果与实测结果差异率为-9.01%~-22.03%。

摘要：长进尺、大断面开挖条件下,隧道开挖掌子面-未支护段围岩三维稳定性具有更大挑战,围岩三维精细化分级是解决该问题的关键。基于现场收集的大量钻进参数样本,运用极端随机树算法,建立围岩智能分级机器学习模型;在此基础上,利用凿岩台车扫描定位系统及坐标系转换关系确定各炮孔钻进参数对应的三维坐标,并利用克里金空间插值技术构建开挖循环范围内钻进参数三维数据空间;结合隧道工程实际,进一步将钻进参数三维数据空间纵向分段、横向分块(分层、分区),利用围岩智能分级模型实现各尺度三维精细化分级,为制定、调整施工方案提供建议。研究有助于促进基于钻进参数的围岩智能分级的应用,提升施工阶段的围岩分级水平,为精细化设计奠定基础。

摘要：针对底抽巷瓦斯抽采穿层钻孔施工过程中,煤岩界面识别不及时、不准确,缺少相应技术手段的问题,设计开发了一套基于钻进参数(转速、回转扭矩、推进力、推进速度、破碎比功)的煤岩界面识别系统,整套系统由数据感知层、采集层和分析层组成。其中,数据感知层和数据采集层合称钻机数据采集系统,可以对钻进参数进行实时采集;数据分析层则采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)分类算法对带有煤岩分类标记的钻进参数进行数据学习和模型训练,继而对未知的钻进参数进行分类预测,最终实现煤岩界面自动识别。在河南鹤壁中泰矿业的现场应用表明:钻进参数中的回转扭矩、推进速度和破碎比功在煤岩界面处均产生明显的“涨落”,可以作为区分煤层和岩石的3个特征参数;使用线性核函数的支持向量机分类模型可以准确地将两种地层中的钻进参数区分出来,通过对训练集中89个样本数据学习即可在测试集中获得100%的正确率,说明了特征参数和地层信息之间是线性可分的。该系统推广应用不仅可以为煤岩分类识别提供基础数据的获取途径;还可以为穿层钻孔的煤岩界面识别提供一定的科学依据和指导,从而确保钻孔达标,避免抽采空白带的产生。

摘要：智能化钻井背景下,传统的司钻调控钻进参数的钻井模式已经无法满足钻进参数自适应调控的需求,而数字孪生技术具有实时同步、真实映射和高保真度的特性,因而构建钻进参数自适应调控数字孪生系统,与智能钻井设备、智能终端相结合,可实现钻机自主送钻和自主定向。为此,在介绍钻进参数自适应调控技术架构及其工艺流程的基础上,设计了基于数字孪生技术的钻进参数自适应调控系统架构,包括物理钻井平台、虚拟钻井平台、钻井孪生数据、服务应用层和通信连接层5个要素;并从数字孪生系统的构建、演化及更新等3个方面阐述了钻进参数自适应调控数字孪生系统的运行机制,分析了关键理论技术需求。研究表明,钻进参数自适应调控数字孪生系统能够实现钻进参数自适应调控技术和智能钻机、智能设备的深度融合,推动数字孪生技术在钻井工程中的应用,对于实现智能化钻井有重要作用。

摘要：为及时、准确、全面获取掌子面岩石单轴饱和抗压强度,并为推进隧道智能化建造、实现围岩级别动态变更提供重要依据,依托池黄高铁2标段岭上村隧道工程,获取42组掌子面以及4组岩石相似材料的凿岩台车钻进参数和岩石强度数据。在对凿岩台车的破岩过程进行分析后,选取冲击压力、推进压力、回转压力、钻进速率共4项指标作为预测模型的输入参数,分别建立单因素回归、多元非线性回归和LSSVM算法的岩石强度预测模型。模型预测结果表明:1)单因素预测模型中采用钻进速率作为输入参数具有最高的预测精度,预测值与实际值的相关系数为0.9458;2)采用多因素预测模型后,其预测准确率进一步提高,相关系数达到0.9745;3)LSSVM算法模型的预测值与实际值的相关系数为0.9838,其预测准确率与多元非线性回归相当,均可用于实际工程中的岩石强度预测。

摘要：针对松软煤层坑道钻机施工需要,设计了一种钻进参数测量系统。系统的硬件以车用可编程逻辑控制器(PLC)为控制核心,以控制器局域网(CAN)总线为通信网络,针对煤矿使用要求重点对电路进行设计。采集器底层软件设计利用CoDeSys开发工具,上位机软件界面则基于LabVIEW。实际应用结果表明:该测量系统能准确获取松软煤层坑道钻机施工所需的钻进参数,具有实时性强、准确性和可靠性高,人机交互友好等优点。

摘要：钻进参数检测对钻进参数优化、钻机设计、钻进工艺研究具有重要作用。结合JSL-30型钻机结构和工作原理,研制了适用于振动条件下的钻进参数检测系统。经检验,检测数据准确可靠。

摘要：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。

摘要：实时准确预测钻进参数变化趋势对现场钻井作业具有重要参考价值。针对智能模型在现场作业应用中面临的钻进参数可获取性限制,提出了一种基于注意力时域卷积网络(AT-TCN)的钻进参数超前预测方法。该方法不仅考虑了录井曲线随深度变化的趋势和自相关性,同时嵌入高拓展性的注意力机制模块,使模型更好地捕捉钻进参数的动态变化。利用现场钻井数据集测试,评估了模型在预测4种关键钻进参数(扭矩、立管压力、钻井液当量密度和机械钻速)方面的有效性和准确性。研究结果表明:AT-TCN预测当量密度的准确率最高达到99%,且在模型精度和计算效率上,均优于其他4种深度学习模型,能够有效捕捉钻进参数的变化趋势。AT-TCN还提供模型的双重可解释性,可从时序和特征维度方面反映输入序列对预测结果的影响。研究结果有望为钻井作业的安全性、高效性作出重要贡献,具有较强的落地应用价值。

摘要：矿用防爆钻进参数测试仪是以８０Ｃ３１单片机为主体的煤矿井下用智能化多参数的防爆钻进检测仪器。该仪器可同时测量、记录６项钻进参数，并能用记录器转存回收。本文着重阐述了该仪器的设计原则、关键问题的解决、工作原理和主要技术指标。