水平定向钻进虚拟仿真培训系统研究

虚拟仿真技术是目前计算机科学研究热点,将虚拟仿真技术应用到非开挖领域是非开挖教学及研究的发展趋势。针对水平定向钻进(Horizontal Directional Drilling,HDD)这一非开挖的主要施工工法,采用SolidWorks、3ds MAX、Photoshop等软件对三维场景、钻机以及钻头等施工设备进行三维建模,通过研究场景漫游技术、多摄像机跟随技术、物理效应仿真技术和轨迹记录及跟随等技术在Unity3D平台上开发培训系统,并将系统发布至桌面系统。该系统具有场景漫游、多视角显示、控制钻进、显示参数功能。测试结果表明培训系统运行流畅,场景切换迅速,具有良好的三维展示和教学功能。     

基于虚拟样机技术的矿井瓦斯抽采钻机集成设计

根据煤矿井下瓦斯抽采钻机的系统组成,建立了钻机虚拟样机集成模型,包括几何CAD模型、虚拟装配模型、结构强度模型、液压特性模型和多体动力学模型;并提出了相应的虚拟样机集成设计流程,形成了虚拟开发环境,包括数字化建模和仿真2大功能模块.以ZDY6000LD(A)定向钻机为例进行钻机虚拟设计,分析了钻机的稳固特性,并对定向钻进工况进行多体和液压的动力学联合仿真.ZDY6000LD (A)定向钻机基于虚拟样机技术建模,可在设计初期检验产品的性能,优化产品设计,为样机试验提供参考,该钻机已在神华集团等煤矿推广应用,可成功完成水平定向长钻进主孔深度l 212 m.     

综掘工艺虚拟仿真系统设计及关键技术

针对综掘工艺在三维虚拟仿真强交互性、现场情景高 贴合度等方面的不足,提出了基于 Unity3D 综掘工艺虚拟 仿真系统实现方法。以某矿综掘现场为真实场景,应用 UG 建模和3DMax的方法实现综掘工艺虚拟场景搭建和综掘工 艺设备各部件运动仿真,通过 GUI交互界面,实现各部件间 的交互运动,最后将所建模型文件导入 Unity3D 系统,进行 运动仿真交互设计。根据学习测试结果,该系统实现了综合 机械化巷道掘进工艺的可视化交互仿真操作,各操作项模块 间转换流畅。系统易于操作、场景明晰、实操性强,适用于工 人岗前培训、学生实操训练和试验教学,对丰富学习过程、提 升学习者对巷道掘进工艺的学习效果具有良好助益。     

定向钻进套铣打捞钻杆的设计

通过对常用定向钻进配套钻具打捞工艺的对比分析,明确了采用套铣打捞工艺处理煤矿井下近水平定向钻进中出现的塌孔、卡钻、埋钻等孔内事故的可行性与实用性。根据其工艺施工要求,结合煤矿井下近水平定向钻进系统配套钻具具体参数,研制了能够满足额定扭矩6000 N·m钻机使用要求的定向钻进套铣打捞钻杆。成庄矿的应用表明,采用套铣打捞工艺处理近水平定向钻进时孔内事故(塌孔、卡钻、埋钻等)可行性较强,且套铣打捞钻杆结构设计合理,能满足套铣打捞工艺的使用要求。     

维昌意马干式水平定向钻机

维昌意马干式水平定向钻机具有一套完备的钻进系统,能够在任何地质条件下完成水平定向钻孔作业。     

煤矿井下1800m水平定向钻进技术与装备

针对现有煤矿井下定向钻进技术与装备存在的技术问题,提出采用ZDY12000LD大功率定向钻机、泥浆脉冲无线随钻测量系统、配套钻具及复合定向钻进工艺进行煤矿井下定向钻进。结合现场试验,完成了主孔深度1 881 m的定向长钻孔,验证了ZDY12000LD钻机功率大、钻进及事故处理能力强的特点。同时,无线随钻测量系统测量精度高;配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑,沉渣少,钻孔曲率小,钻进效率高。说明上述钻进技术与装备可满足水平定向长深钻孔等的施工要求。     

煤矿井下近水平随钻测量定向钻进技术与装备

在介绍国内外煤矿井下近水平定向钻进技术发展的基础上,分析和总结了定向钻机、随钻测量系统、配套钻具及定向钻进工艺的主要特点、适用范围和工艺方法.现场应用验证了煤矿井下近水平定向钻进技术在施工中具有钻进效率高、钻孔轨迹控制精度高(水平位移小于孔深的0.5％,上下位移小于孔深的0.1％)和施工可操作性强的特点.基于技术发展和现场应用现状,对煤矿井下近水平定向钻进技术与装备的发展趋势进行了展望.     

基于Unity3D的虚拟矿山漫游仿真系统设计与实现

针对三维虚拟矿山系统在高逼真度、强交互性和跨平台等方面的不足,提出了一种基于Unity3D平台的三维虚拟矿山的实现方法。其主要过程：采集矿山的地形地质等三维坐标数据、属性数据,建立矿山三维模型,并导入到Unity3D引擎中,对数字矿山进行实时渲染并实现三维模型数据与二维空间数据整合,在此基础上利用C#语言编写脚本实现系统功能,最后将虚拟矿山漫游仿真系统移植到多个平台上。根据唐山钱家营煤矿的测试结果,该系统实现了在3种平台(Windows、安卓智能手机、Web网页)上均流畅运行,画面真实,界面友好,实现了虚拟矿山漫游仿真以及矿山属性信息的查询等功能。     

ZT-525型水平定向钻机的开发及应用

水平定向钻进施工工艺具有施工工期短、效率高、节约成本、可靠性强等优点，已得到广泛应用。但由于地下施工具有较大的不确定性，因此水平定向钻机的性能对施工结果起到关键作用。本文主要介绍了ZT-525型水平定向钻机的结构特点、主要技术参数及工程应用。     

煤矿井下近水平定向钻进技术的几个技术问题

为了使近水平定向钻进技术在煤矿井下瓦斯抽放中推广应用。介绍了稳定器，防喷钻头，钻杆及钻进工艺参数，对近水平定向钻孔钻进的影响。     

基于Unity3D的矿井提升机虚拟实训装置

研究了一种基于Unity3D的矿井提升机虚拟实训装置,装置主要由矿井提升机虚拟仿真软件、模拟操作台和信号台以及通信模块组成。虚拟仿真软件通过三维引擎Unity3D进行开发,首先使用3ds Max建立矿井提升机虚拟场景,然后利用Unity3D对虚拟场景进行再开发,并对相应地设备模型进行驱动;以STC12C5A60S2单片机为控制核心制作模拟操作台和信号台,实现对输入信号的检测、处理和传输;二者通过RS-232通信协议实现数据传输。     

Unity3D软件下的虚拟矿山仿真开发

针对传统三维虚拟矿山在模型建模、信息交互、属性查询及应用平台等方面的不足,借助Unity3D实现实体矿山的虚拟仿真;通过搭建虚拟矿山仿真架构,利用AutoCAD、3d Max建立虚拟矿山的三维场景模型;基于Unity3D进行虚拟矿山的集成、辅助场景、漫游系统和避灾路线模拟。结果表明:虚拟矿山系统的建立,实现了矿山开采环境仿真以及开采过程模拟,为矿山安全培训教育、作业人员避灾自救及矿山应急救援组织决策等提供了三维立体仿真指导,对其他类似矿山的数字化建设具有一定的借鉴意义。     

基于三维可视化技术底板穿层钻孔瓦斯抽采仿真系统研究

针对煤矿工程人员对钻孔瓦斯抽采工艺认识及在安全培训中的不足,以淮南矿业集团潘二矿底板瓦斯抽采场为例,基于三维可视化与虚拟仿真技术进行了底板穿层钻孔瓦斯抽采工艺仿真系统的设计与开发,利用3DMAX三维建模软件对矿区煤岩层赋存状况及钻机、注浆泵等设备进行三维模型的创建,提出了系统设计开发的工艺流程,开发了基于三维可视化及虚拟仿真技术的穿层钻孔瓦斯抽采仿真系统。     

弧角形PDC钻头在煤层顶板高位定向钻孔中的应用

结合定向钻进原理,分析了3种常用PDC定向钻头的结构特点及适用性,并针对地层特性,通过钻头剖面形状设计、刀翼结构设计、切削齿排布等方面的优化,设计了弧角形PDC定向钻头,并进行了现场试验,试验结果表明:弧角形PDC钻头寿命为普通钻头2倍以上,钻进效率提高1倍,钻头能够满足顶板孔定向钻进的要求。     

矿用提升机制动系统虚拟仿真研究

以某矿用提升机双工作点恒减速安全制动系统为对象,基于虚拟现实技术,设计并开发了一种提升机制动系统的虚拟仿真系统。采用SolidWorks、3DMax和Photoshop建立矿井提升机制动系统模型、场景及图标,在此基础上依托Unity3D开发平台对虚拟场景及模型再次开发,并建立交互界面。通过研究提出了一种在Unity3D中对液压系统仿真建模的方法,通过场景漫游功能增加了使用沉浸感,实现了提升机启制动状态、液压系统工作原理及工作运动曲线的同步结合,为煤矿机械类虚拟仿真教学研究提供了技术参考。     

大直径定向长钻孔用PDC钻头设计与应用

针对煤矿井下中硬地层钻进中采用的常规单齿式PDC定向钻头和常规型扩孔钻头钻进寿命短,效率低,以及常规扩孔钻头在扩孔钻进中难以沿原孔轨迹钻进的缺陷,结合大直径定向长钻孔对三种钻头的需求,研制了两种新型PDC钻头,其中新型PDC定向钻头采用刮刀型平底结构并优化布齿,增加了切削齿数量,扩孔钻头采用圆弧形剖面,并沿切削剖面布齿,增大了切削自由面。针对两种钻头进行了现场应用,现场应用证明,新型PDC定向钻头受控性好,钻进稳定,在中硬地层钻进效率和寿命显著提高,是普通单齿式钻头的2倍,新型扩孔钻头能够沿先导孔轨迹扩孔钻进,钻头寿命是普通扩孔钻头的3倍以上。     

煤矿井下复合定向钻井技术井斜控制特性分析

由于滑动定向钻井技术在煤炭定向钻井时存在钻进效率低、安全性差等问题,介绍了复合定向钻进技术,该技术采用定向钻机与螺杆钻具同时驱动钻头旋转,以实现高效钻进。由于钻机与螺杆同时转动,前人研究的螺杆控制井斜的力学特性结论不再完全符合现场施工结果。考虑了钻机转动时底部钻具组合受力特征,分析钻机转速、螺杆弯角、螺杆稳定器的安放位置以及上稳定器的安放位置对钻头侧向力的影响规律,从而指导复合定向钻井时现场施工作业,优化钻井参数,提高井眼轨迹控制的精度。     

全液压坑道钻机动力头转矩特性分析与试验研究

全液压坑道钻机是一种用于地下坑道钻孔的钻探设备,其动力头的转矩输出特性直接影响钻机的钻进参数和成孔工艺。利用UG软件建立全液压坑道钻机动力头的参数化虚拟样机模型,通过ADMAS动力学分析软件对虚拟样机模型进行动态仿真分析,得到动力头的动态转矩输出曲线,验证钻机设计的合理性。试制1台ZDY2300S型全液压坑道钻机的实物样机,并对实物样机进行转矩测试试验,将其试验结果与动态分析数据进行对比,分析误差产生的原因。     

基于Unity 3D的岩心钻机模拟操作系统设计与实现

自2008年起,我国地勘行业投资规模迅速增长,随后快速回落,近年来市场规模趋于稳定,预计2020年我国的岩心钻机相关市场规模约为100亿元左右,从业人员也将超过5万人。为了使我国岩心钻机操作人员能够掌握在“高精尖”设备转型下的自动化全液压岩心钻机的操作技能,本研究利用虚拟现实技术,还原岩心钻机的实际现场工作状态；采用SolidWorks,3ds Max,Cinema 4D等软件对钻机进行三维建模、坐标更改和纹理着色；以C#语言为脚本,研究关键帧动画设定、摄像机视角控制、刚体碰撞模块、射线检测等技术,提出基于Unity 3D的岩心钻机模拟操作系统设计方案并最终实现。该模拟操作系统具有多视角展示、钻进控制、参数显示和语音指导等功能,呈现了能够身临其境的钻机操作体验。     

定向钻机在赵庄煤矿松软突出煤层钻进中的应用实践

针对松软突出煤层高应力易塌孔煤层钻进过程中遇到喷孔、卡钻、塌孔、抱钻和煤炮等困难,赵庄煤矿采用ZDY-6000L全液压定向钻机进行了工业性试验,采取了钻头沿着顶板或底板钻进、水力排渣等技术措施。结果表明:定向钻机配合高强度刻槽钻杆钻进与普通钻机配合光面钻杆钻进相比较,可提高钻进效率100%以上,提高钻进深度30%以上,减少采煤工作面瓦斯抽采空白带。