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摘要
松软煤层钻孔过程中由于瓦斯含量高，易发生卡钻事故。为解决松软煤层钻孔施工卡钻问题，综合应用钻孔排渣理论和液压防卡钻技术，基于模糊神经网络和粒子群算法，提出一种智能防卡钻方法，并设计智能防卡控制器实现智能防卡控制。智能防卡钻方法，以钻杆的回转扭矩、回转速度和单位时间排渣量为信号，判断钻进状态，通过控制钻杆的给进速度进而控制煤渣的产生速率，通过控制钻杆的回转速度控制煤渣的排出速率，使孔内的煤渣产生量小于钻杆的最大排渣量，防止孔内出现煤渣堵塞，避免卡钻。智能防卡控制器由智能决策器和执行器两部分组成，智能决策器采用模糊神经网络构建模型，并使用粒子群算法进行求解，分别采用扭矩传感器、转速传感器及重量传感器实时监测钻孔施工中的钻杆扭矩、钻杆转速及排渣量，并将数据输入至智能决策器，智能决策器根据防卡钻方法输出控制决策至执行器，执行器是基于粒子群算法的最优PID控制器，控制液压机构完成智能决策器输出的决策值。仿真结果表明，模糊神经网络和粒子群算法结合与经典的误差反馈传播式模糊神经网络相比，误差小，求解速度快。智能防卡控制器可预测卡钻，并自行作出决策，防止发生卡钻事故。在液压防卡钻基础上引入钻孔排渣理论并与智能算法结合提出智能防卡控制，为预测和防止卡钻提供了理论支撑和新思路。
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单位中国人民解放军装备学院; 电子工程学院; 山东科技大学
