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：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：竖井钻机钻井法是实现井筒机械化、无人化和智能化建设的重要技术之一。西部弱胶结地层钻井法凿井基岩破碎难、刀具损坏率高、糊齿和吸渣口堵塞等现象突出,高钻压、排渣不及时、泥包钻头易导致钻头憋死,而大扭矩钻进又发生了钻杆断裂、钻具掉落等事故,进尺缓慢和反复提钻维修、钻具打捞导致钻井工效极低,主要原因是钻头结构及其刀具布置不合理、钻进参数与岩石条件不匹配、破岩与排渣效率不协调。为解决弱胶结地层钻井法凿井“破不掉、排不出、进尺慢、能耗高”的现实难题,梳理了竖井钻机钻头破岩钻进技术现状及存在的问题,以“系统”和“过程”为基本观点,提出了基于力-构-能协调模型的钻进参数设计思路与方法,应重点围绕弱胶结地层钻井法凿井钻头结构设计及其力学特征、基于钻头滚刀运动轨迹的滚刀布置、基于气-液-固耦合流场的排渣效率优化以及基于能量转化机制的钻进参数优化4个主要方面开展研究,进而形成融合钻头结构、滚刀布置、洗井排渣和能量消耗等多因素的钻头高效钻进参数设计方法,为西部弱胶结地层钻井法凿井低能耗破岩、高效率排渣和破-排效率协调作业提供支撑,推动竖井钻机钻井法在西部弱胶结地层凿井中的应用。

摘要：本文介绍了一种传统立轴式钻机钻进参数数字化技术,即通过数据采集设备研发及软件编程,形成了立轴式钻机钻进参数数字化系统,集钻进压力、立轴转速及立轴位移等钻进参数数据采集于一体,实现了多参数数字化信息集成管理目标。结合工程实际设定钻进参数存储规则,建立真实有效的钻进参数原始数据库,再从中快速提取、分析数据规律,获取高钻进速率下各地层钻进参数推荐组合,同时为复杂地层识别的准确判断提供了原始数据支撑,达到高效、高质量钻探目标。

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：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：瓦斯抽采钻孔施工是落实区域防治煤与瓦斯突出措施的关键一步,目前,底抽巷穿层钻孔施工多采用普通液压钻机,而在钻进过程中无法知道钻孔轨迹和钻头层位,主要依靠人的专业知识和一些外界信息来分析判断钻孔是否到达设计层位,这种方法受工人经验积累程度,信息滞后、干扰因素多的影响,判断结果往往具有一定偏差、延迟和误差。通过采集钻机的钻进参数,开发了适用于煤矿井下瓦斯抽采钻机的钻孔煤岩识别系统,为底抽巷穿层钻孔层位的判定提供科学依据和指导,改善了现有人工识别的不准确、不及时情况,避免了见煤后进尺过多和过煤的现象,提高了钻孔施工的经济性。

摘要：为解决钻机在实际工作时无法对实时钻进参数进行自动监测和存储的问题,结合钻机的工作任务分析了监测系统所应具备的功能需求,并完成了监测系统的总体功能和结构设计;针对监测系统完成了关键元器件和传感器的选型设计,并完成了监测系统任务执行的软件流程。通过对监测系统的基本性能和安标性能进行试验,取得理想结果。

摘要：岩石类型的识别对于钻进工程的安全和经济效益具有重要意义。钻进过程中的岩石类型实时识别大多是通过随钻测井,但由于随钻测井成本昂贵,在地质勘探领域鲜见应用。本文挖掘深部探测Sinoprobe-05项目金川科钻的钻进多参数(钻速、钻压、转速、钻头扭矩、泵压力、泵量)数据,通过一种融合模型算法来识别岩石类型。首先采用Savitzky-Golay平滑滤波器降低钻进参数数据的噪声,然后对数据进行了归一化。最后运用融合模型预测和识别岩石类别。融合模型的初级学习器为支持向量机、人工神经网络和随机森林,通过次级学习器贝叶斯模型平均算法对每个模型的权重进行计算。结果表明,多模型融合算法准确率为0.9686,比每个单独的算法准确率高。

摘要：文中针对桩基础施工对周围环境的影响,进行了城市轨道交通保护区范围内桩基础施工技术研究。从勘察、设计和设备准备三个方面进行针对性设计,在钻孔施工阶段,精确定位测量后,对钻进参数进行适应性控制;在内护筒施工阶段,振动固定内护筒后灌注混凝土。结果显示,15.0 m处的沉降幅度控制在10.0 mm范围内,60.0 m处沉降幅度稳定在5.0 mm以下,105.0 m处的沉降幅度可忽略不计。该技术有效保障了城市轨道交通保护区的安全。