煤矿井下随钻测量数据声波传输系统

摘要

煤矿井下坑道钻探是防治瓦斯和水突出最直接、最有效的技术手段,常规回转钻进工艺因为工艺简单、成孔速度快和设备要求低等优点成为煤矿坑道钻探的主流施工方式,但其钻进过程中不能进行钻孔轨迹随钻测量,给煤矿安全开采留下了安全隐患.针对常规回转钻进过程中无法随钻测量钻孔轨迹的关键问题,进行随钻测量数据声波传输的研究,弥补现有随钻测量数据传输方式应用于常规回转钻进的不适应性.首先,通过建立钻杆柱中声波传输数学模型、借助仿真分析软件和搭建声波传输特性试验平台,得到声波在不同钻杆柱结构中传播时幅值衰减和波形变化规律,为数据传输速率的确定提供理论依据;其次,通过建立稀土超磁致伸缩换能器输出特性数学模型和优化激励线圈和预压力系统参数,研制钻孔内声波信号发送装置,为声波传输系统提供大功率高精度信号源;然后,针对接收信号的波形识别问题,通过对识别的信号提取多维特征向量,构建支持向量机分类器,提出SVM多维特征向量提取的波形识别方法,解决煤矿复杂工况条件下声波信号的智能识别问题;最后,通过搭建的随钻测量数据传输平台验证系统在传输距离289.5 m和传输速率10 bit/s条件下的运行效果,证明各模块理论模型、设计方法和整体系统的科学性和有效性.