[发明专利]煤矿井下定向钻孔轨迹控制方法

摘要

本发明涉及一种煤矿井下定向钻孔轨迹控制方法，包含步骤一：确定预定轨迹；步骤二：确定输入与输出，构建基于两输出最小二乘支持向量机的预测模型，利用实钻轨迹预测下一个测点轨迹参数；步骤三：对比通过实钻轨迹预测的轨迹与预定轨迹，通过最小偏差给出最优的工具面向角，控制后续的实钻轨迹进行修正，实现对钻孔轨迹进行有效控制；由此，本发明的方法操作简单、结果可靠，可实时指导现场钻进施工，具有工程使用价值。

主权项

1.一种煤矿井下定向钻孔轨迹控制方法，包含如下步骤：步骤一：确定预定轨迹；步骤二：确定输入与输出，构建基于两输出最小二乘支持向量机的预测模型，即构建基于螺杆钻具的弯曲角度和工具面向角的连续弯曲模型，利用实钻轨迹预测下一个测点轨迹参数，包括如下子步骤：1)确定预测模型的输入与输出，输入为刚完成n个钻孔测点记录的孔倾角θ_i、方位角α_i、工具面向角ω_i，i＝1,2,…,n，输出为下一个测点的倾角方位角2)构造基于两输出最小二乘支持向量机的预测模型，如公式(1)所示，其中，是优化目标，是优化条件，i＝1,2,…,n表示输入参数的维数，k＝1,2表示两输出，w超平面的法向量，b是相应的偏移量，C是惩罚因子，ξ表示预测值与真实值之间误差，A表示输入向量，B是与A对应的标签值，φ(A_i)表示非线性映射函数，将非线性的样本集映射到高维特征空间中转化为线性问题求解，然后引入拉格朗日乘子γ，获得拉格朗日函数，如公式(2)所示，将优化条件加入到优化目标中   利用拉格朗日函数L在鞍点处求导为零，对公式(2)进行求解，随后利用公式(3)预测下一个测点的倾角方位角其中3)将预测的倾角和方位角转化为空间三维坐标：水平位移左右位移上下位移其中，X_n、Y_n、Z_n表示n测点的三维坐标，ΔL_n+1表示从n测点到n+1测点的钻孔深度增量，λ为预定方位角；步骤三：对比通过实钻轨迹预测的轨迹与预定轨迹，通过最小偏差给出最优的工具面向角，控制后续的实钻轨迹进行修正，实现对钻孔轨迹进行有效控制，包括如下子步骤：1)计算钻孔轨迹的预测值与钻孔轨迹的设计值之间的偏差，2)选择不同的工具面向角ω，重复上述步骤，得到一组不同的偏差d，得到偏差d与工具面向角ω之间的关系曲线，根据最小偏差d_min得到最优的工具面向角ω_opt，实现对钻孔轨迹进行有效控制；从而利用已有的实钻数据，基于两输出最小二乘支持向量机构建完善的钻孔轨迹预测机制，准确预测下一步的钻孔轨迹。