[发明专利]智能化安全高效钻进自动控制系统及控制方法

权利要求书

1.智能化安全高效钻进自动控制系统的控制方法，采用所述的智能化安全高效钻进自动控制系统，包括钻机驱动参数检测模块、回转钻进参数检测模块、钻机控制模块、钻机泵站、钻机回转器、钻具，所述的钻机驱动参数检测模块与钻机泵站连接，用于检测钻进过程中的扭矩T、推力F₁和提拔力F₂；回转钻进参数检测模块与钻机回转器连接，用于检测钻进深度L、钻杆回转速度ω和钻进速度ν；钻机控制模块根据钻机驱动参数检测模块、回转钻进参数检测模块检测的数据结果优化钻杆回转速度和钻进速度，并将优化结果传递给钻机泵站驱动钻机回转器实施钻进；其特征在于：包括以下步骤：

(1)进入钻机控制模块可视化操作平台，钻机控制模块内置安全钻进自动控制应用程序，操作人员进入该程序操作界面进行选择对象、设置参数，在该程序中设置煤层坚固性系数f、煤体瓦斯压力P、煤层埋深H、钻孔设计深度L_s、钻孔倾角α、钻孔直径D、钻杆直径d、钻杆类型，安全钻进自动控制应用程序自动生成该钻孔施工的初始参照曲线，其中包括：钻进扭矩T₀与深度L关系曲线、钻进推力F₁₀与深度L关系曲线、退钻提拨力F₂₀与深度L关系曲线、钻杆回转速度ω₀与钻进深度L关系曲线、钻进速度ν₀与钻进深度L关系曲线；

(2)将钻杆安装在钻机上，连接好排渣动力系统，启动钻机施工钻孔，待安装在钻机上的首根钻杆没入岩层中后，在钻杆尾部加长钻杆，该工序循环进行；

(3)启动钻机开始施工钻孔后，钻机控制模块自动接收钻进过程中的扭矩T、推力F₁、退钻提拔力F₂、钻进深度L、钻杆回转速度ω和钻进速度ν，内置安全钻进自动控制应用程序自动生成钻进过程中的工况曲线，其中包括：钻进扭矩T₁与深度L关系曲线、钻进推力F₁₁与深度L关系曲线、退钻提拨力F₂₁与深度L关系曲线、钻杆回转速度ω₁与钻进深度L关系曲线、钻进速度ν₁与钻进深度L关系曲线，工况曲线在钻机控制模块可视化操作平台界面实时动态显示，该钻孔施工的工况曲线与初始参照曲线在同一界面、同一坐标系中对比显示；

(4)施工过程中，与初始参照曲线相比较，同一钻孔深度位置，当工况曲线扭矩T、推力F₁和提拔力F₂大小发生超过10％以上的波动时，钻机控制模块将自动优化钻杆回转速度ω和钻进速度ν，以保障安全钻进；钻机控制模块自动优化钻杆回转速度ω和钻进速度ν的具体方式为：

钻进时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线扭矩T、推力F₁大小出现0～10％波动时，钻机控制模块将自动保持钻杆回转速度ω不变，钻进速度ν不变；

钻进时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线扭矩T、推力F₁大小出现10％～20％波动时，钻机控制模块将自动保持钻杆回转速度ω不变，钻进速度ν降低幅度为0～10％；

钻进时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线扭矩T、推力F₁大小出现20％～40％波动时，钻机控制模块将自动增加钻杆回转速度ω幅度为5％～20％，钻进速度ν降低幅度为5～20％；

钻进时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线扭矩T、推力F₁大小出现40％～60％波动时，钻机控制模块将自动增加钻杆回转速度ω幅度为20％～40％，钻进速度ν降低幅度为15～40％；

钻进时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线扭矩T、推力F₁大小出现大于60％波动时，钻机控制模块将自动增加钻杆回转速度ω幅度大于40％，钻进速度ν降低幅度大于40％；

退钻时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线提拔力F₂大小出现0～10％波动时，钻机控制模块将自动保持钻杆回转速度ω不变；

退钻时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线提拔力F₂大小出现10％～20％波动时，钻机控制模块将自动增加钻杆回转速度ω幅度为5％～15％；

退钻时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线提拔力F₂大小出现20％～40％波动时，钻机控制模块将自动增加钻杆回转速度ω幅度为10％～30％；

退钻时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线提拔力F₂大小出现40％～60％波动时，钻机控制模块将自动增加钻杆回转速度ω幅度为20％～40％；

退钻时，同一钻孔深度位置，与初始参照曲线相比较，当工况曲线提拔力F₂大小出现大于60％波动时，钻机控制模块将自动增加钻杆回转速度ω幅度大于40％；

(5)待钻进到钻孔设计深度后停钻，退出钻杆；

(6)、调整钻机位置，对另一个钻孔进行钻进作业；

(7)、重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)。