矿井钻机随钻测振方法及其应用

摘要

随着煤矿深部开采，煤与瓦斯突出、突水等重大事故频发，迫切需求高精度地质探测技术。常规钻探技术通过取芯进行岩性和地质构造的识别，工作量大且成本较高。同时，煤矿井下超前探测孔、瓦斯抽放孔等钻探工作多以无岩芯钻探为主；针对此问题，通过在钻头后方及钻机上布置矿井随钻测振仪，提出矿井钻机随钻测振方法，旨在实现岩性自动有效识别，对煤矿安全生产具有重要的现实意义。
　　基于时域振动信号，提出了集采样打点、锤击振动、倒尺距离于一体的钻孔深度自动标定方法。利用自主研发的钻机测振仪系统（含三分量测振传感器模块、存储模块、无线通信模块及解编软件等），在实验室开展了空转实验，模拟了矿井钻机转动状态，转动频率与实测值一致性好。
　　利用煤矿本质安全型钻机测振仪系统，在皖北钱营孜矿掘进岩巷开展了钻机随钻测振和钻孔随钻测振现场实验；钻机、钻孔随钻测振实验对矿井钻机的不同工作状态进行区分，具有代表性的几种工作状态分别为：1）静态时的低频环境背景特征，2）准静态、旋转不破岩时的低频钻机振动特性，3）旋转钻掘时的高频破岩特点。利用方差分析、能量分析、耗时分析、钻速分析和频谱分析对钻孔随钻测振数据进行了处理，两个局部钻进深度的振动信号具有方差大、能量高、耗时长、转速大和频率高的特征，说明钻进岩性由软变硬，与矿井钻孔岩性柱状图吻合，表明利用矿井钻机随钻测振方法在超前钻孔岩性识别及钻孔深度准确标定方面具有有效性，可为超前地质预报及钻孔管理提供技术保障。

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变量注释表

1绪论

1.1选题背景及意义（Background and Significance of the Subject）

1.2国内外研究现状(Present Research Situation）

1.3研究内容（Research Contents）

2矿井钻机随钻测振原理

2.1钻柱振动规律（Drill string vibration law）

2.2钻柱振动信号分析方法（Analysis method of seismic while drilling signal）

2.3钻孔深度的自动测量（Automatic measurement of drilling depth）

2.4小结（Summary）

3随钻测振室内模拟实验

3.1测试装置（Test equipment）

3.2矿井钻机测振模拟实验（Simulation experiment of vibration measure while drilling of tunnel in drill）

3.3小结（Summary）

4随钻测振现场实验研究

4.1现场实验（Field experiment）

4.2小结（Summary）

5 结论与展望

5.1结论（Conclusion）

5.2展望（Prospect）

参考文献

作者简历

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