新型电液控制反井钻机安全测控系统仿真与试验研究

摘要

反井钻机钻井施工技术的进步和发展，从根本上解决了我国煤炭、水电、有色金属矿山等行业反井施工技术难题，大大加快了反井施工速度。反井钻机施工工艺是钻凿导孔至透孔，导孔钻头更换为扩孔钻头，由下而上进行扩孔。由地质条件、设备和人员操作影响，施工可能发生一些事故，影响工程质量和施工安全，必须进行相关研究。特别是随着深井大直径反井钻机的研制，发生事故的可能造成较大损失，对其进行研究更为必要。
　　 本文首先对反井钻机事故成因、现象及处理措施进行了详细分析，从可利用电液控制系统测量控制的角度出发，提出了安全测控系统的设计概念。在设计过程中，分析了新型电液控制反井钻机的液压系统和电控系统的特点，以及典型的反井钻机操作流程特点，设计出安全测控系统，并对传感器安装及信号处理、操作规则给出了方案。之后进行了液压系统的建模，利用仿真模拟软件AMESim进行仿真模拟试验。最后对安全测控系统在传统液控反井钻机和计算机电液控制钻机上的工业性试验。
　　 利用BMC200型及BMC400型反井钻机可实现安全测控系统，并在矿山风井施工现场进行工业性试验检验，证明了新型电液控制中，反井钻机安全测控系统可行及有效。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 反井钻井工艺的发展

1.2 国内反井钻机的发展

1.3 电液比例技术介绍

1.4 反井钻机事故

1.4.1 导孔钻进阶段事故

1.4.2 扩孔钻进阶段事故

1.4.3 辅助工艺事故及机械故障事故

1.5 本论文研究内容

2 反井钻机驱动方式特性

2.1 反井钻机旋转驱动及其特点

2.2 反井钻机的推进系统

2.3 反井钻机的驱动控制方式

3 反井钻井的事故分析

3.1 钻杆滑脱、折断事故及防治

3.1.1 钻杆滑脱事故

3.1.2 钻杆折断事故

3.1.3 钻杆滑脱、折断事故的处理方法概述

3.2 导孔堵钻事故及防治

3.2.1 堵钻原因分析

3.2.2 堵钻防范措施

3.2.3 堵钻事故处理方法

3.3 钻进塌孔事故及防治

3.3.1 钻进塌孔原因分析

3.3.2 钻进塌孔防范措施概述

3.3.3 塌孔事故处理方法

4 事故成因的理论分析，理论要素及判断

4.1 导孔钻进事故原因及分析

4.2 扩孔事故的成因及分析

4.3 钻杆丝扣滑脱的事故成因及分析

4.4 安全系统的作用研究

5 反井钻机电液比例液压系统的设计

5.1 新型电液控制反井钻机液压系统的特点和设计要求

5.1.1 反井钻机液压系统的特点

5.1.2 液压系统的设计要求

5.2 新型电液控制反井钻机液压系统的构成

5.3 反井钻机电控系统的构成

5.3.1 组件构成

5.3.2 电磁阀控制线路介绍

5.4 安全测控系统的设计

5.4.1 液压系统的传感装置

5.4.2 钻机主机上的传感装置

5.4.3 安全测控系统的控制流程

6 安全测控系统模型的仿真分析

6.1 仿真软件介绍

6.2 比例溢流阀模型

6.3 安全系统的仿真分析

6.4 仿真试验结论

7 工业试验

7.1 安全系统在液控反井钻机中的工业性试验

7.2 安全系统在电液控制反井钻机中的工业性试验

7.2.1 试验条件

7.2.2 试验目的及设计原理

7.2.3 试验过程

7.2.4 试验结语

7.3 试验总结

8 结论与展望

8.1 全文总结

8.2 论文结论

8.3 展望

参考文献

致谢

导师简介

在读期间参与的工程项目及课题情况