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煤矿井下定向钻孔轨迹模型预测控制方法

煤田地质与勘探 2024年

作者：李浩姚宁平陆承达张金宝魏宏超吴加俊李金宇煤炭科学研究总院中煤科工西安研究院(集团)有限公司中国地质大学(武汉)自动化学院

【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... 详细信息

【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。

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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煤矿井下钻探装备技术现状及展望

煤田地质与勘探 2019年第1期47卷 1-5,14页

作者：姚克田宏亮姚宁平殷新胜方鹏姚亚峰邬迪王龙鹏中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

煤矿井下钻探装备对保障矿井安全高效生产起着至关重要的作用,经过四十多年的发展,其技术水平得到很大的提高。结合产品特点、技术类型和应用领域,总体介绍了国内外煤矿井下钻探装备的技术现状,分析了国外钻机的应用效果和存在问题,重... 详细信息

煤矿井下钻探装备对保障矿井安全高效生产起着至关重要的作用,经过四十多年的发展,其技术水平得到很大的提高。结合产品特点、技术类型和应用领域,总体介绍了国内外煤矿井下钻探装备的技术现状,分析了国外钻机的应用效果和存在问题,重点对国内钻机开发的历程和现状进行概述,详细论述了分体钻机、履带式钻机、电液控制钻机、胶轮自行式钻机和定向钻机5个具有代表性机型的技术现状,对产品开发思路和相关应用情况也做了必要阐述,最后分析了煤矿井下钻探装备的信息化、自动化和智能化的发展趋势。

关键词：钻探装备现状展望煤矿井下全液压钻机电液控制

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煤矿井下双动力头定向钻机关键技术研究

煤矿机械 2020年第11期41卷 30-32页

作者：姚亚峰姚宁平沙翠翠李坤潘欢欢白稳乐煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工集团西安研究院有限公司西安710077

针对煤矿井下碎软煤层及过断层、陷落柱探查等破碎岩层的钻孔施工需求,开发了一种采用双动力头护孔定向钻进的钻机,可适用于单杆及双管定向钻进、回转钻进等多种钻探工艺方法。分析了滑移式双动力头、夹持器组、双控电液控制系统及不同... 详细信息

针对煤矿井下碎软煤层及过断层、陷落柱探查等破碎岩层的钻孔施工需求,开发了一种采用双动力头护孔定向钻进的钻机,可适用于单杆及双管定向钻进、回转钻进等多种钻探工艺方法。分析了滑移式双动力头、夹持器组、双控电液控制系统及不同组合钻具加杆流程等关键技术,为煤矿井下复杂地层钻探施工提供了一种新装备。

关键词：双动力头定向钻机夹持器双控系统

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ZDY4000S型全液压钻机的设计与应用

煤炭工程 2006年第2期38卷 77-79页

作者：姚克殷新胜姚宁平姚亚峰田宏亮煤炭科学研究总院西安分院陕西西安710054

文章介绍了ZDY4000S型全液压钻机研制的背景和过程,简述了钻机主要组成部分的设计思路、加工和型式试验,以及典型的应用情况,钻机经多家用户使用后反应非常好,被证明是一种性能可靠、钻进效率高、应用广泛的设备,一定会促进煤矿瓦斯预... 详细信息

文章介绍了ZDY4000S型全液压钻机研制的背景和过程,简述了钻机主要组成部分的设计思路、加工和型式试验,以及典型的应用情况,钻机经多家用户使用后反应非常好,被证明是一种性能可靠、钻进效率高、应用广泛的设备,一定会促进煤矿瓦斯预抽技术水平的提高,为煤矿安全生产提供必要保障。

关键词：全液压钻机大直径钻孔瓦斯抽放

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M-700型煤层气抽放钻机的研制

M-700型煤层气抽放钻机的研制

岩土钻掘技术在资源、环境和工程建设中的应用与发展研讨会

作者：殷新胜田宏亮姚宁平姚克煤炭科学研究总院西安分院煤炭科学研究总院西安分院煤炭科学研究总院西安分院煤炭科学研究总院西安分院

M-700型煤层气抽放钻机是为解决煤矿井下长钻孔而研制的.介绍了其主要部件及液压系统的设计及特点,型式及试验情况.

关键词：全液压钻机煤层气抽放长钻孔

来源： cnki会议评论

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M-700型煤层气抽放钻机的研制

探矿工程（岩土钻掘工程） 2001年第S1期28卷 144-146页

作者：殷新胜田宏亮姚宁平姚克煤炭科学研究总院西安分院陕西西安710054

M - 70 0型煤层气抽放钻机是为解决煤矿井下长钻孔而研制的。介绍了其主要部件及液压系统的设计及特点 ,型式及试验情况。

关键词：全液压钻机煤层气抽放长钻孔

ZDY6000L型履带式全液压坑道钻机液压系统设计

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煤田地质与勘探 2007年第6期35卷 77-80页

作者：殷新胜姚宁平陈跟马姚克田宏亮凡东煤炭科学研究总院西安研究院陕西西安710054 铜川矿务局陈家山煤矿陕西耀县727102

提高全液压坑道钻机液压系统的技术水平,对于改善钻机整机性能及提高瓦斯抽采孔的成孔率具有重要意义。在对全液压坑道钻机液压系统现状分析的基础上,根据钻探工艺和液压传动控制系统节能的要求,设计了ZDY6000L型覆带式全液压坑道钻机... 详细信息

提高全液压坑道钻机液压系统的技术水平,对于改善钻机整机性能及提高瓦斯抽采孔的成孔率具有重要意义。在对全液压坑道钻机液压系统现状分析的基础上,根据钻探工艺和液压传动控制系统节能的要求,设计了ZDY6000L型覆带式全液压坑道钻机液压系统,其功能主要包括行走回路、回转回路、给进回路和辅助回路。经型式试验和现场工业性试验表明,该液压系统设计合理、先进可靠,具备良好的机动性,且节能增效。

关键词：负载敏感节能钻机液压系统

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西河水库滑坡体滑动机理分析与锚固治理

探矿工程 2001年第6期 8-10页

作者：马沈岐姚宁平燕南飞李建超煤炭科学研究总院西安分院钻探研究所陕西西安710054

分析了西河水库滑坡体的特性和滑动机理 ,将滑坡体划分为 3段 :张性裂隙补给源段 ,滑坡体移动调控段 ,滑坡体移动阻滞段。据此 ,根据设计运用风动非循环螺旋钻进施工工艺粗计划系统施工 ,并对施工的全过程进行科学管理 ,顺利完成施工任务。

关键词：滑坡体滑动机理三段式结构风动非循环螺旋钻进施工工艺粗计划系统

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煤矿用螺杆钻具性能测试及应用分析

探矿工程（岩土钻掘工程） 2011年第2期38卷 60-62页

作者：汪芸姚宁平王敬国煤炭科学研究总院西安研究院陕西西安710054 西安科技大学地环学院陕西西安710054 中国地质大学〈武汉〉工程学院湖北武汉430074

分析了国内外螺杆钻具发展现状,并通过比较国内外螺杆钻具的特征差异,针对不同的螺杆钻具进行性能测试试验,进一步掌握了螺杆钻具性能特点,为促进国内煤矿用螺杆钻具的再发展提出了指导性建议。

关键词：煤矿定向钻进螺杆钻具性能测试