CN117514128B - 一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿井下水平定向钻探控制领域，具体公开一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，本发明通过获取当前钻孔的轨迹参数，并与基准轨迹参数进行比对，判断当前钻孔的轨迹是否需要修正，进一步获取当前钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数；能够及时发现并解决施工偏差和问题，使得钻机钻孔可以快速的回归到正确的钻孔轨迹，确保钻进方向准确无误；获取当前钻孔的运行参数，并与适宜运行参数比对，判断当前钻孔的运行参数是否需要调节，进一步获取当前钻孔运行参数的调节方向和调节量；能够精准控制钻进过程，确保井下钻探的准确性和一致性，提高钻探成果的质量和可靠性。

Description

一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下水平定向钻探控制领域，涉及到一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法。

背景技术

在钻探技术领域，随着设备的不断升级和技术进步，对井下钻探过程的实时监测和分析需求日益增长。井下钻探是一项高风险的活动，实时监测可以帮助识别潜在的危险和安全风险，保障工作人员的安全，有利于及时调整钻探参数和工艺，提高钻探效率和岩芯采集质量，还可以优化钻探参数和工艺，提高钻井效率和成功率。

传统的钻探工作模式通常依赖经验处理，导致钻探效率低下、资源浪费，甚至可能引发安全事故，因此，存在一些不足：一方面，传统钻探工作模式缺乏对钻机钻孔轨迹的实时监测和分析，进而无法在钻孔轨迹出现偏差的情况下及时进行修正，使得施工偏差过大，从而造成钻探工作反复施工，还可能存在安全隐患。

另一方面，传统钻探工作模式缺乏对钻机钻孔运行参数的实时监测和调控，如钻机的钻进速度、钻头速度和推进力等，钻机钻孔的运行参数过大，容易损伤机械设备，且增加安全风险，运行参数过小，钻探效率低下，进而使得传统钻探工作模式不够智能化，无法满足井下钻探监测分析的实际需求。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，具体技术方案如下：一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，包括如下步骤：步骤一、钻机钻孔轨迹参数监测：获取煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数，其中轨迹参数包括钻孔倾角和钻孔位移。

步骤二、钻机钻孔轨迹偏离分析：获取当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹，得到当前监测周期内钻机钻孔的基准轨迹参数，将当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数与基准轨迹参数进行比对，分析当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数。

步骤三、钻机钻孔轨迹修正补偿：根据当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数，判断当前监测周期内钻机钻孔的轨迹是否需要修正，如需要修正，获取当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数，并进行反馈。

步骤四、钻机钻孔运行参数监测：获取当前监测周期内钻机钻孔的运行参数，其中运行参数包括钻进速度、钻头转速和推进力。

步骤五、钻机钻孔适宜运行参数分析：获取当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型、岩石硬度和钻机温度，并获取煤矿井下钻探作业的钻探任务量，分析当前监测周期内钻机钻孔的适宜运行参数。

步骤六、钻机钻孔运行参数调节：根据当前监测周期内钻机钻孔的运行参数和适宜运行参数，分析当前监测周期内钻机钻孔的运行参数匹配系数，判断当前监测周期内钻机钻孔的运行参数是否需要调节，如需要调节，获取当前监测周期内钻机钻孔运行参数的调节方向和调节量，进一步对钻机钻孔的运行参数进行调控。

在上述实施例的基础上，所述步骤一的具体分析过程包括：提取数据库中存储的历史煤矿井下钻探作业数据，得到历史煤矿井下钻探作业中钻孔轨迹出现偏差对应的最短作业时长，将其记为，通过分析公式/>得到钻机钻孔的监测周期/>，其中/>表示预设的钻机钻孔的监测周期的修正因子，/>表示钻机钻孔的监测周期的补偿量。

按照与钻机钻孔监测周期等时长的原则对煤矿井下钻探作业过程进行划分，得到煤矿井下钻探作业过程中各监测周期。

在上述实施例的基础上，所述步骤一的具体分析过程还包括：通过钻机钻杆上安装的运动传感器，获取煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的轨迹，进一步得到煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔轨迹的长度和钻机钻孔轨迹与水平基准线之间夹角的角度，将其分别记为煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角。

将煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角记为当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角，并分别表示为。

在上述实施例的基础上，所述步骤二的具体分析过程为：提取数据库中存储的当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹，得到当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹对应的钻孔位移和钻孔倾角，将其分别记为当前监测周期内钻机钻孔的基准钻孔位移和基准钻孔倾角，并分别表示为。

通过分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数/>，其中/>表示预设的轨迹偏离系数的修正因子，分别表示钻孔位移和钻孔倾角的权重因子，/>，/>表示预设的钻孔位移的偏差阈值，/>，/>。

在上述实施例的基础上，所述步骤三的具体分析过程包括：将当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数与预设的轨迹偏离系数阈值进行比较，若当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数大于预设的轨迹偏离系数阈值，则判断当前监测周期内钻机钻孔的轨迹需要修正。

在上述实施例的基础上，所述步骤三的具体分析过程还包括：获取当前监测周期内钻机钻孔的轨迹的起点和终点，并获取当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹的起点和终点，进一步得到由当前监测周期内钻机钻孔轨迹终点指向预定钻孔轨迹终点的有向线段，将其记为当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹，获取当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应补偿轨迹的长度和其与水平基准线之间夹角的角度，将其分别记为当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿钻孔位移和补偿钻孔倾角。

将当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数反馈至钻机的控制终端，进而对钻机钻孔的轨迹进行修正。

在上述实施例的基础上，所述步骤四的具体分析过程为：通过钻机钻杆安装的测量钻进速度的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度，将其记为。

通过钻机安装的测量钻头转速的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速，将其记为。

通过钻机安装的测量推进力的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的推进力，将其记为。

在上述实施例的基础上，所述步骤五的具体分析过程为：S1：通过地质勘探技术获取当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型。

获取当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本，对当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本进行分析，得到当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本对应的岩石硬度，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的岩石硬度。

获取当前监测周期内钻机钻孔的钻机温度，将其记为。

提取数据库中存储的煤矿井下钻探作业的钻探任务量，将其记为。

S2：提取数据库中存储的各地质结构类型中各岩石硬度范围对应的钻机钻孔的钻进速度，根据当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型和岩石硬度，筛选得到当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型和岩石硬度对应的钻机钻孔的钻进速度，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的参考钻进速度，并表示为。

通过分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻进速度/>，其中/>表示预设的钻机钻孔的适宜钻进速度的修正量，/>表示自然常数，/>表示预设的单位钻探任务量对应的影响因子，/>表示预设的钻机温度阈值，/>分别表示预设的钻探任务量和钻机温度的权值，/>。

S3：同理，根据当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻进速度的分析方法，获取当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻头转速和适宜推进力。

在上述实施例的基础上，所述步骤六的具体分析过程包括：将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度和适宜钻进速度/>代入分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数/>，其中/>表示预设的钻进速度匹配系数的修正因子，/>表示预设的钻机钻孔的钻进速度的偏差阈值。

同理，根据当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数的分析方法，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速匹配系数和推进力匹配系数。

在上述实施例的基础上，所述步骤六的具体分析过程还包括：D1：将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数与预设的钻进速度匹配系数阈值进行比较，若当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数小于预设的钻进速度匹配系数阈值，则当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度需要调节。

将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度减去适宜钻进速度，得到当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的符号，进一步得到当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节方向。

获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的绝对值，将其记为当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节量。

D2：同理，根据D1的分析方法，判断当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速和推进力是否需要调节，并获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速和推进力的调节方向和调节量。

相对于现有技术，本发明所述的一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法以下有益效果：1.本发明通过获取当前钻机钻孔的钻孔倾角和钻孔位移，并获取当前钻机钻孔的基准轨迹参数，两者进行比对，分析当前钻机钻孔的轨迹偏离系数，判断当前钻机钻孔的轨迹是否需要修正，进一步获取当前钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数，进行反馈；能够及时发现并解决施工偏差和问题，使得钻机钻孔可以快速的回归到正确的钻孔轨迹，确保钻进方向准确无误，从而减少钻探工作反复施工，避免潜在的安全隐患。

2.本发明通过获取当前钻机钻孔的钻进速度、钻头转速和推进力，并获取当前钻机钻孔的适宜运行参数，分析当前钻机钻孔的运行参数匹配系数，判断当前钻机钻孔的运行参数是否需要调节，进一步获取当前钻机钻孔运行参数的调节方向和调节量，能够精准控制钻进过程，确保井下钻探的准确性和一致性，提高钻探成果的质量和可靠性，还可以避免不必要的钻进和返工，减少材料消耗和能源浪费。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的方法流程示意图。

图2为本发明的当前监测周期内钻机钻孔的轨迹示意图。

图3为本发明的当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹示意图。

附图标记：1.当前监测周期内钻机钻孔的轨迹；2.钻孔位移；3.钻孔倾角；4.水平基准线；5.预定钻孔轨迹；6.补偿轨迹；7.补偿钻孔位移；8.补偿钻孔倾角。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本发明提供的一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，包括如下步骤：步骤一、钻机钻孔轨迹参数监测：获取煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数，其中轨迹参数包括钻孔倾角和钻孔位移。

作为一种优选方案，所述步骤一的具体分析过程包括：提取数据库中存储的历史煤矿井下钻探作业数据，得到历史煤矿井下钻探作业中钻孔轨迹出现偏差对应的最短作业时长，将其记为，通过分析公式/>得到钻机钻孔的监测周期/>，其中表示预设的钻机钻孔的监测周期的修正因子，/>表示钻机钻孔的监测周期的补偿量。

按照与钻机钻孔监测周期等时长的原则对煤矿井下钻探作业过程进行划分，得到煤矿井下钻探作业过程中各监测周期。

需要说明的是，监测周期表示煤矿井下钻探作业过程中隔多长时间对钻孔轨迹监测核对一次。

需要说明的是，监测周期较短，可近似为实时监测。

作为一种优选方案，所述步骤一的具体分析过程还包括：参阅图2所示，通过钻机钻杆上安装的运动传感器，获取煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的轨迹，进一步得到煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔轨迹的长度和钻机钻孔轨迹与水平基准线之间夹角的角度，将其分别记为煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角。

将煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角记为当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角，并分别表示为。

需要说明的是，运动传感器用于测量钻杆的位移和方向，通过收集传感器数据并进行处理，可以获得钻孔的轨迹信息。

在另一个具体实施例中，通过钻杆中安装的陀螺仪，测量方位角和倾角来确定钻孔的轨迹。

在另一个具体实施例中，通过钻杆中安装的惯性导航系统，测量钻杆的运动状态和方向，通过对钻杆运动的积分，计算出钻孔的轨迹。

需要说明的是，煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的轨迹为线段形状。

步骤二、钻机钻孔轨迹偏离分析：获取当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹，得到当前监测周期内钻机钻孔的基准轨迹参数，将当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数与基准轨迹参数进行比对，分析当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数。

作为一种优选方案，所述步骤二的具体分析过程为：提取数据库中存储的当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹，得到当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹对应的钻孔位移和钻孔倾角，将其分别记为当前监测周期内钻机钻孔的基准钻孔位移和基准钻孔倾角，并分别表示为。

通过分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数/>，其中/>表示预设的轨迹偏离系数的修正因子，分别表示钻孔位移和钻孔倾角的权重因子，/>，/>表示预设的钻孔位移的偏差阈值，/>，/>。

步骤三、钻机钻孔轨迹修正补偿：根据当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数，判断当前监测周期内钻机钻孔的轨迹是否需要修正，如需要修正，获取当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数，并进行反馈。

作为一种优选方案，所述步骤三的具体分析过程包括：将当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数与预设的轨迹偏离系数阈值进行比较，若当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数大于预设的轨迹偏离系数阈值，则判断当前监测周期内钻机钻孔的轨迹需要修正。

作为一种优选方案，所述步骤三的具体分析过程还包括：参阅图3所示，获取当前监测周期内钻机钻孔的轨迹的起点和终点，并获取当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹的起点和终点，进一步得到由当前监测周期内钻机钻孔轨迹终点指向预定钻孔轨迹终点的有向线段，将其记为当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹，获取当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应补偿轨迹的长度和其与水平基准线之间夹角的角度，将其分别记为当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿钻孔位移和补偿钻孔倾角。

将当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数反馈至钻机的控制终端，进而对钻机钻孔的轨迹进行修正。

在本实施例中，本发明通过获取当前钻机钻孔的钻孔倾角和钻孔位移，并获取当前钻机钻孔的基准轨迹参数，两者进行比对，分析当前钻机钻孔的轨迹偏离系数，判断当前钻机钻孔的轨迹是否需要修正，进一步获取当前钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数，进行反馈；能够及时发现并解决施工偏差和问题，使得钻机钻孔可以快速的回归到正确的钻孔轨迹，确保钻进方向准确无误，从而减少钻探工作反复施工，避免潜在的安全隐患。

步骤四、钻机钻孔运行参数监测：获取当前监测周期内钻机钻孔的运行参数，其中运行参数包括钻进速度、钻头转速和推进力。

作为一种优选方案，所述步骤四的具体分析过程为：通过钻机钻杆安装的测量钻进速度的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度，将其记为。

通过钻机安装的测量钻头转速的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速，将其记为。

通过钻机安装的测量推进力的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的推进力，将其记为。

需要说明的是，钻进速度是指钻头在井下钻机工作时前进的速度，通常以米/小时或米/分钟为单位表示。

需要说明的是，钻头的转速是指钻机转动钻杆时，钻头自身的旋转速度，通常以转/分钟或转/秒为单位表示。

需要说明的是，推进力是指钻机施加在钻头上的向前推力，可以通过液压系统或其他推进机构提供。

步骤五、钻机钻孔适宜运行参数分析：获取当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型、岩石硬度和钻机温度，并获取煤矿井下钻探作业的钻探任务量，分析当前监测周期内钻机钻孔的适宜运行参数。

作为一种优选方案，所述步骤五的具体分析过程为：S1：通过地质勘探技术获取当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型。

获取当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本，对当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本进行分析，得到当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本对应的岩石硬度，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的岩石硬度。

获取当前监测周期内钻机钻孔的钻机温度，将其记为。

需要说明的是，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻机温度，具体方法为：按照预设的原则在钻机表面布设各温度监测点，获取当前监测周期内钻机表面各温度监测点的最高温度，将其记为，/>表示第/>个温度监测点的编号，/>，通过分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的钻机温度/>，其中/>表示温度监测点的数量，/>表示预设的第/>个温度监测点的影响因子，/>。

提取数据库中存储的煤矿井下钻探作业的钻探任务量，将其记为。

S2：提取数据库中存储的各地质结构类型中各岩石硬度范围对应的钻机钻孔的钻进速度，根据当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型和岩石硬度，筛选得到当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型和岩石硬度对应的钻机钻孔的钻进速度，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的参考钻进速度，并表示为。

通过分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻进速度/>，其中/>表示预设的钻机钻孔的适宜钻进速度的修正量，/>表示自然常数，/>表示预设的单位钻探任务量对应的影响因子，/>表示预设的钻机温度阈值，/>分别表示预设的钻探任务量和钻机温度的权值，。

S3：同理，根据当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻进速度的分析方法，获取当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻头转速和适宜推进力。

在一个具体实施例中，通过获取当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本，分析当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型。

在另一个具体实施例中，通过电磁勘探技术获取当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型。其中电磁勘探技术是根据电磁波在不同介质中的传播特性，进而推断出地下的地质结构类型。

步骤六、钻机钻孔运行参数调节：根据当前监测周期内钻机钻孔的运行参数和适宜运行参数，分析当前监测周期内钻机钻孔的运行参数匹配系数，判断当前监测周期内钻机钻孔的运行参数是否需要调节，如需要调节，获取当前监测周期内钻机钻孔运行参数的调节方向和调节量，进一步对钻机钻孔的运行参数进行调控。

作为一种优选方案，所述步骤六的具体分析过程包括：将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度和适宜钻进速度/>代入分析公式/>得到当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数/>，其中/>表示预设的钻进速度匹配系数的修正因子，/>表示预设的钻机钻孔的钻进速度的偏差阈值。

同理，根据当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数的分析方法，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速匹配系数和推进力匹配系数。

作为一种优选方案，所述步骤六的具体分析过程还包括：D1：将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数与预设的钻进速度匹配系数阈值进行比较，若当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数小于预设的钻进速度匹配系数阈值，则当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度需要调节。

将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度减去适宜钻进速度，得到当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的符号，进一步得到当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节方向。

获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的绝对值，将其记为当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节量。

D2：同理，根据D1的分析方法，判断当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速和推进力是否需要调节，并获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速和推进力的调节方向和调节量。

需要说明的是，获取当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节方向，具体方法为：获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的符号，若当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的符号为正符号，则当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度大于适宜钻进速度，当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节方向为减小。

若当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的符号为负符号，则当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度小于适宜钻进速度，当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节方向为增大。

需要说明的是，获取当前监测周期内钻机钻孔运行参数的调节方向和调节量后，将其发送至钻机的控制终端，进而对钻机钻孔的运行参数进行调控。

在本实施例中，本发明通过获取当前钻机钻孔的钻进速度、钻头转速和推进力，并获取当前钻机钻孔的适宜运行参数，分析当前钻机钻孔的运行参数匹配系数，判断当前钻机钻孔的运行参数是否需要调节，进一步获取当前钻机钻孔运行参数的调节方向和调节量，能够精准控制钻进过程，确保井下钻探的准确性和一致性，提高钻探成果的质量和可靠性，还可以避免不必要的钻进和返工，减少材料消耗和能源浪费。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本发明所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、钻机钻孔轨迹参数监测：获取煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数，其中轨迹参数包括钻孔倾角和钻孔位移；

步骤二、钻机钻孔轨迹偏离分析：获取当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹，得到当前监测周期内钻机钻孔的基准轨迹参数，将当前监测周期内钻机钻孔的轨迹参数与基准轨迹参数进行比对，分析当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数；

步骤三、钻机钻孔轨迹修正补偿：根据当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数，判断当前监测周期内钻机钻孔的轨迹是否需要修正，如需要修正，获取当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数，并进行反馈；

步骤四、钻机钻孔运行参数监测：获取当前监测周期内钻机钻孔的运行参数，其中运行参数包括钻进速度、钻头转速和推进力；

步骤五、钻机钻孔适宜运行参数分析：获取当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型、岩石硬度和钻机温度，并获取煤矿井下钻探作业的钻探任务量，分析当前监测周期内钻机钻孔的适宜运行参数；

步骤六、钻机钻孔运行参数调节：根据当前监测周期内钻机钻孔的运行参数和适宜运行参数，分析当前监测周期内钻机钻孔的运行参数匹配系数，判断当前监测周期内钻机钻孔的运行参数是否需要调节，如需要调节，获取当前监测周期内钻机钻孔运行参数的调节方向和调节量，进一步对钻机钻孔的运行参数进行调控；

所述步骤二的具体分析过程为：

提取数据库中存储的当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹，得到当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹对应的钻孔位移和钻孔倾角，将其分别记为当前监测周期内钻机钻孔的基准钻孔位移和基准钻孔倾角，并分别表示为；

通过分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数/>，其中/>表示预设的轨迹偏离系数的修正因子，/>分别表示当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角，/>分别表示钻孔位移和钻孔倾角的权重因子，/>，/>表示预设的钻孔位移的偏差阈值，/>，；

所述步骤三的具体分析过程包括：

将当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数与预设的轨迹偏离系数阈值进行比较，若当前监测周期内钻机钻孔的轨迹偏离系数大于预设的轨迹偏离系数阈值，则判断当前监测周期内钻机钻孔的轨迹需要修正；

所述步骤五的具体分析过程为：

S1：通过地质勘探技术获取当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型；

获取当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本，对当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本进行分析，得到当前监测周期内钻机钻孔的岩心样本对应的岩石硬度，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的岩石硬度；

获取当前监测周期内钻机钻孔的钻机温度，将其记为；

提取数据库中存储的煤矿井下钻探作业的钻探任务量，将其记为；

S2：提取数据库中存储的各地质结构类型中各岩石硬度范围对应的钻机钻孔的钻进速度，根据当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型和岩石硬度，筛选得到当前监测周期内钻机钻孔的地质结构类型和岩石硬度对应的钻机钻孔的钻进速度，将其记为当前监测周期内钻机钻孔的参考钻进速度，并表示为；

通过分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻进速度/>，其中/>表示预设的钻机钻孔的适宜钻进速度的修正量，/>表示自然常数，/>表示预设的单位钻探任务量对应的影响因子，/>表示预设的钻机温度阈值，/>分别表示预设的钻探任务量和钻机温度的权值，；

S3：同理，根据当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻进速度的分析方法，获取当前监测周期内钻机钻孔的适宜钻头转速和适宜推进力；

所述步骤六的具体分析过程包括：

将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度和适宜钻进速度/>代入分析公式得到当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数/>，其中/>表示预设的钻进速度匹配系数的修正因子，/>表示预设的钻机钻孔的钻进速度的偏差阈值；

同理，根据当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数的分析方法，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速匹配系数和推进力匹配系数；

所述步骤六的具体分析过程还包括：

D1：将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数与预设的钻进速度匹配系数阈值进行比较，若当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度匹配系数小于预设的钻进速度匹配系数阈值，则当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度需要调节；

将当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度减去适宜钻进速度，得到当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的符号，进一步得到当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节方向；

获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度偏差的绝对值，将其记为当前监测周期内钻机钻孔钻进速度的调节量；

D2：同理，根据D1的分析方法，判断当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速和推进力是否需要调节，并获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速和推进力的调节方向和调节量。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，其特征在于：所述步骤一的具体分析过程包括：

提取数据库中存储的历史煤矿井下钻探作业数据，得到历史煤矿井下钻探作业中钻孔轨迹出现偏差对应的最短作业时长，将其记为，通过分析公式/>得到钻机钻孔的监测周期/>，其中/>表示预设的钻机钻孔的监测周期的修正因子，/>表示钻机钻孔的监测周期的补偿量；

按照与钻机钻孔监测周期等时长的原则对煤矿井下钻探作业过程进行划分，得到煤矿井下钻探作业过程中各监测周期。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，其特征在于：所述步骤一的具体分析过程还包括：

通过钻机钻杆上安装的运动传感器，获取煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的轨迹，进一步得到煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔轨迹的长度和钻机钻孔轨迹与水平基准线之间夹角的角度，将其分别记为煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角；

将煤矿井下钻探作业过程中当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角记为当前监测周期内钻机钻孔的钻孔位移和钻孔倾角，并分别表示为。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，其特征在于：所述步骤三的具体分析过程还包括：

获取当前监测周期内钻机钻孔的轨迹的起点和终点，并获取当前监测周期内钻机钻孔的预定钻孔轨迹的起点和终点，进一步得到由当前监测周期内钻机钻孔轨迹终点指向预定钻孔轨迹终点的有向线段，将其记为当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹，获取当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应补偿轨迹的长度和其与水平基准线之间夹角的角度，将其分别记为当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿钻孔位移和补偿钻孔倾角；

将当前监测周期钻机钻孔轨迹回归预定钻孔轨迹对应的补偿轨迹参数反馈至钻机的控制终端，进而对钻机钻孔的轨迹进行修正。

5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下水平定向智能化钻探控制方法，其特征在于：所述步骤四的具体分析过程为：

通过钻机钻杆安装的测量钻进速度的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻进速度，将其记为；

通过钻机安装的测量钻头转速的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的钻头转速，将其记为；

通过钻机安装的测量推进力的传感器，获取当前监测周期内钻机钻孔的推进力，将其记为。