礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法研究

邢俊華

（安徽省地質礦產勘查局327 地質隊，安徽 合肥 230000）

礦山地質勘探施工鉆進是礦山地質勘探施工中的主要工作內容，針對礦山地質勘探施工鉆進軌跡方面的相關研究是礦山地質勘探施工中的重點研究內容[1]。為實現(xiàn)礦山地質勘探施工鉆進軌跡的可控制性能，提高礦山地質勘探施工鉆進軌跡精度，礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法應勢而生。在我國，以往針對礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法研究中，主要通過定向控制的方式，確保鉆進軌跡規(guī)劃的合理性。考慮到實際礦山地質勘探施工鉆進工程中，往往會存在礦山地質勘探施工鉆進條件以及設備的客觀限制因素，傳統(tǒng)控制方法在操作過程中存在諸多困難[2]。不僅如此，傳統(tǒng)控制方法在實際應用中由于受外界干擾較大，很容易導致其穩(wěn)態(tài)運行轉速波形出現(xiàn)波動幅度大的問題，無法滿足礦山地質勘探施工鉆進軌跡穩(wěn)定控制的需求，證明傳統(tǒng)控制方法明顯存在不足之處有待加強。為此，本文提出礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法研究，通過設計一種新型礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法，進而提供更加科學、客觀、準確的控制數據和鑒定結論，通過穩(wěn)定控制礦山地質勘探施工鉆進軌跡，更好的為礦山地質勘探施工鉆進提供助力。

1 礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法

1.1 確定礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制前提條件

在礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制中，必須預先明確礦山地質勘探施工鉆進軌跡，礦山地質勘探施工鉆進軌跡示意圖，如圖1 所示。

圖1 礦山地質勘探施工鉆進軌跡示意圖

結合圖1 所示，為礦山地質勘探施工鉆進軌跡。由此可見，在礦山地質勘探施工鉆進過程中，其鉆進軌跡會發(fā)生變化，為保證礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制精度，需要確定礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制前提條件[3]。本文設定的控制前提條件為礦山地質勘探施工鉆進泵吸入口的壓力必須大于大氣壓，也就是必須保證礦山地質勘探施工鉆進過程中能夠達到的真空狀態(tài)，通過公式可表達為：

公式（1）中，P0指的是大氣壓，通常情況下為100kPa；?P2指的是礦山地質勘探施工鉆桿內外重度差；?P1指的是鉆渣混合液流經鉆桿長度，單位為cm；mγ指的是礦山地質勘探施工鉆進泵汽化的壓力，單位為kN/m ；U2指的是鉆桿內外重度差，單位為m；g指的是損失水頭，單位為m；?I1指的是鉆桿內外重度差，單位為m；h f指的是損失水頭，單位為m；hz指的是反循環(huán)單位長度，單位為m。通過公式（1），確定礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制前提條件，在滿足此前提條件的基礎上，開展礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制。

1.2 計算礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制參數

在滿足礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制前提條件的情況下，計算礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制參數[4]。假定礦山地質勘探施工鉆進軌跡與鉆桿內循環(huán)液之間存在的平衡方程，在此基礎上計算礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制最大懸浮速度。設礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制最大懸浮速度為Ug，可得公式（2）。

在公式（2）中，d指的是鉆桿內徑，單位為m；γs指的是鉆渣重度，單位為kN/m3；γa指的是泥漿定向上返流速，單位為m/s。通過公式（2）可以看出，礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制與鉆桿內徑d、泥漿定向上返流速aγ以及鉆渣重度sγ有關。因此，通過計算礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制參數可知，為保證礦山地質勘探施工鉆進的順利運行，必須嚴格控制礦山地質勘探施工鉆進軌跡的定向。當最大懸浮速度為Ug超過礦山地質勘探施工鉆進限制空間內固體顆粒在流體中的懸浮速度，為保證礦山地質勘探施工鉆進軌跡不出現(xiàn)偏移，可以通過在鉆頭上安裝一根鉆桿配扶正器，通過扶正器保證鉆孔垂直，對礦山地質勘探施工鉆進軌跡進行有效控制。

1.3 實現(xiàn)礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制

根據計算得出的礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制參數，對礦山地質勘探施工鉆進軌跡的歷史趨勢進行綜合控制[5]。在此基（3）。礎上，設礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方程為E，則有公式

公式（3）中，U m指的是礦山地質勘探施工鉆進過程中真空度的損失系數；s指的是控制特征；W指的是控制誤差比例系數。公式（3）計算得出的結果驗證礦山地質勘探施工鉆進是否正確，將地質鉆探工作中所涉及的控制參數進行有效承接。因此，此次列出的計算公式可以保證地質勘探鉆進符合礦山實際地質條件，通過該控制方程實現(xiàn)礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制。在實際進行礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制時，可以依照公式計算結果獲取控制參數的重要信息，全面了解礦山地質鉆探工作開展情況。

綜上所述，運用本文設計的礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法能夠針對砂石泵的入口壓力信息和最高鉆孔點的壓力信息實行約束；對自動化控制相應速率進行有效調節(jié)，保證實時性的情況下不影響礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制的效果[6]。通過礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方程，在線控制鉆桿內徑d、泥漿定向上返流速γa以及鉆渣重度γs，為日后的礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制提供強有力的數據支持。

2 實例分析

2.1 實驗準備

構建實例分析，選擇某礦山地質勘探施工項目作為實驗對象。礦山地質勘探施工鉆進的基礎設施包括：30 根直徑2.0m，深95m 的鉆孔灌注樁。對于礦山地質勘查施工過程中所應用的幾種不同型號的空氣潛孔錘，可針對不同地質結構情況選擇相對應型號的潛孔錘。應用表層套管技術對礦山地表十層一下位置進行鉆孔，鉆探到所需位置時下入表層套管。實驗區(qū)域地層條件包括：細砂層、圓礫土等風化狀態(tài)，針對礦山地質勘探施工鉆進軌跡展開控制工作。礦山地質勘探施工鉆進具體參數，如表1所示。

表1 礦山地質勘探施工鉆進具體參數

結合表1 所示，本次實驗內容為測試兩種方法的控制穩(wěn)態(tài)運行轉速波形，控制穩(wěn)態(tài)運行轉速波形越平穩(wěn)證明該方法的控制穩(wěn)定性越高。首先，使用本文設計方法，控制礦山地質勘探施工鉆進軌跡，通過oPWEQ 軟件可視化顯示其控制穩(wěn)態(tài)運行轉速波形，記為實驗組；再使用傳統(tǒng)方法，控制礦山地質勘探施工鉆進軌跡，同樣通過oPWEQ 軟件可視化顯示其控制穩(wěn)態(tài)運行轉速波形，記為對照組。

2.2 實驗結果分析與結論

整理實驗結果，如下圖2 所示。

圖2 兩種方法下的控制穩(wěn)態(tài)運行轉速波形

通過圖2 可知，本文設計的控制方法控制穩(wěn)態(tài)運行轉速波形明顯較對照組波動小，具有更高的控制穩(wěn)定性，能夠實現(xiàn)礦山地質勘探施工鉆進軌跡穩(wěn)定控制，從而說明所設計的控制方法其各項功能可以滿足設計要求。

3 結束語

通過礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法中存在的問題。由此可見，通過礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法，能夠指導礦山地質勘探施工鉆進工程優(yōu)化。在后期的發(fā)展中，應加大本文設計方法在礦山地質勘探施工鉆進中的應用力度。截止目前，國內外針對礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法的優(yōu)化設計提出深入研究，為提高礦山地質勘探施工鉆進軌跡控制方法的綜合性能提供參考。