煤矿大口径钻头复杂界面耦合振动下故障诊断方法

徐波; 崔建; 王鹏晓

doi:10.13436/j.mkjx.202611039

煤矿机械 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (11) : 209 -215. DOI: 10.13436/j.mkjx.202611039

煤矿大口径钻头复杂界面耦合振动下故障诊断方法

徐波, 崔建, 王鹏晓

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摘要

煤矿大口径钻进穿越煤岩交界面等复杂地层时，钻头受纵-扭-横多模态耦合振动作用，纵向跳钻、横向偏摆与扭转黏滑在时频域高度混叠，故障特征被复杂的非平稳分量彻底淹没。传统方法难以分离跨界面振动响应并实现早期故障溯源。为此，提出了一种煤矿大口径钻头复杂界面耦合振动与故障诊断方法。首先，采用有限元-离散元耦合方法建立钻头多界面地层非均质数值模型，获取三向振动时域信号；其次，采用改进的自适应噪声完备集合经验模态分解（ICEEMDAN）对强耦合非平稳信号进行自适应分解，从时域、频域、时频域提取9维互补特征；最后，将特征集输入带注意力机制的双向门控循环单元（BiGRU）中，有效抑制了平稳段与噪声对故障征兆的稀释，使黏滑、涡动、掉齿等故障模式在特征空间中的可分性显著提升。实验结果表明，该方法对各类故障的识别准确率均达94%以上，马修斯相关系数（MCC）达0.94，预测不确定性标准差降至0.06，可有效实现煤矿大口径钻头复杂界面耦合振动的精准诊断。