[发明专利]一种水平钻机自动控制方法

说明书

本发明提供一种水平钻机自动控制方法，包括钻机推进控制和切割器旋转控制；首先启动水平钻机，切割器保持转速ω，推进油缸保持推进力F，同时检测实时的切割器扭矩T和水平钻机推进速度V，将参数T和V分别与通过大数据分析得到的临界值进行比较，确定其所在范围对应的控制策略，然后通过PLC控制器对切割器转速ω以及推进油缸的推进力F做出相应调整，在整个推进过程中，水平钻机通过推进油缸的伸出缩回与推进油缸上前、后插销的伸缩动作的交替配合不断前进，直至达到预定推进行程，最后水平钻机退回换杆，结束作业或进入下一次自动推进过程。本发明实现对水平钻机作业状态的高精准调控，提高了作业效率，延长设备使用寿命。

技术领域

本发明涉及地质工程技术领域，特别地，涉及一种水平钻机自动控制方法。

背景技术

钻机是一种用于带动钻具在地下钻进并获取实物地质资料的机械设备，常被用于地质勘探或矿产资源（含固体矿、液体矿、气体矿等）开发领域，通过获取地层内部的岩芯、矿心、岩屑、气态样、液态样等，以探明地下地质和矿产资源等情况。

目前，钻机在使用时大多采用垂直向下顶进的钻进方式，而水平钻进的案例罕有，就算有也均为短距离简单作业，对于长距离（千米级及以上）水平钻机技术的发展较为滞后。但随着如今大力发展高海拔地区的高原隧道和铁路施工建设，利用水平钻机提前探测地质情况的实际需求正逐渐增加。

目前水平钻机的控制主要以人工操作为主，自动化程度偏低，操作精度受工人本身的技术水平影响较大，难以保证作业质量稳定，而且人工操作的方式也不适用于高寒高海拔的恶劣环境，影响施工效率。

同时现有的垂直钻机控制方法并不适用于水平钻机，因为钻机在垂直作业时受到重力作用，钻进方向与重力方向相同，所以不需要考虑对钻机进行推进控制。而水平钻机的动力则完全依靠推进油缸，推进力不足会造成冲击器、钻头和岩石之间发生不规则碰撞，降低钻孔速度，推进力过大则会产生较大回转阻力，加剧钻头震动，降低钻孔速率，同时加速钻头磨损，减少设备使用寿命，增加施工成本。

因此，急需设计一种水平钻机自动控制方法以确保作业时能实现对推进油缸参数及切割器参数的最优选择和精准调控，使钻机能始终按照预定路线前进并适应各种复杂的地质环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可根据实时反馈数据对水平钻机的工作状态进行优化调整且调控精度高的控制方法，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种水平钻机自动控制方法，包括钻机推进控制和切割器旋转控制，其中，钻机推进控制包括自动推进模式和推进换步模式。所述自动控制方法具体包括如下步骤：

步骤1）启动水平钻机，预设推进油缸的初始推进力为F₀，切割器的初始转速为ω₀，水平钻机的目标推进距离为K，水平钻机完成一次推进过程的推进距离为S，水平钻机经过n次推进后的总推进距离为SS=n*S，设置初始n=0，SS=0。

步骤2）水平钻机进入自动推进模式：

步骤2.1）通过PLC控制器判断是否达到预定推进行程，水平钻机在当次推进过程中的已推进距离为Y=i*X，其中，X为推进油缸的最大行程距离，i为推进油缸在当次推进过程中的换步次数，设置初始i=0，Y=0，若YS，则执行下一步骤，若Y=S，则水平钻机进入回退换杆模式，执行步骤4）；

步骤2.2）PLC控制器控制切割器以上一时刻的转速ω继续旋转，推进油缸以上一时刻的推进力F继续向前伸出推进；

步骤2.3）检测当前的切割器扭矩T以及水平钻机的推进速度V，将两个参数分别与预设好的临界值进行比较，并通过PLC控制器对切割器转速ω以及推进油缸的推进力F做出对应调整；