采空区下薄煤层螺旋钻机定向钻孔自适应控制方法

洪建俊

doi:10.13436/j.mkjx.202606003

煤矿机械 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (6) : 13 -18. DOI: 10.13436/j.mkjx.202606003

采空区下薄煤层螺旋钻机定向钻孔自适应控制方法

洪建俊

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摘要

采空区下薄煤层在顶板垮落带二次活化、瓦斯微裂隙贯通及围岩流变效应耦合作用下，钻机易受低频冲击载荷与随机扰动影响，导致钻孔轨迹产生成孔率衰减，增加倾角偏差和方位角偏差，难以实现有效控制。为此，提出采空区下薄煤层螺旋钻机定向钻孔自适应控制方法。基于弹性核理论与岩体极限平衡理论求解采空区下薄煤层塑性区合理宽度，通过孔深、倾角、方位角解算螺旋钻机钻孔的空间三维坐标，采用测量孔段线性假设和空间折线模型确定螺旋钻机定向钻孔轴线空间位置。根据获取的空间位置信息建立定向钻孔偏差模型，经泰勒级数展开、向前欧拉法离散化处理后构建状态空间方程，引入反馈校正策略，对倾角偏差和方位角偏差实现纠偏控制，提高成孔率，确保钻孔在煤柱合理宽度约束下精准契合设计空间位置，实现定向钻孔自适应控制。试验结果表明：所提方法在方位角与倾角控制上偏差极小，成孔率始终在92%以上，钻杆扭矩波动系数低于3，可以实现对螺旋钻机定向钻孔的有效控制。