【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钻探，具体是指一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统。
技术介绍
1、随着我国基础建设需求不断增加，地质勘察也越来越重要。而岩土工程地质勘察是施工、设计的前提，是调查研究建设区域工程地质的重要手段。地质勘察能正确反映场地的工程地质条件，结合设计和现场施工条件，对不同勘察阶段进行技术评价，为基础建设、矿山、边坡等工程提出施工的指导性意见，服务于工程建设的全过程，目前使用深部钻探机械设备与技术获取地下标本与地层剖面实况，是地质勘探中最直接有效的方法，也是对未知区域地质探测的关键技术，钻孔取心作为钻探方式之一，在现实施工中需求极大。
2、而在地质钻探取心工作中，由于钻探地质岩层结构复杂，且岩层种类较多，因此往往需要使用到不同的钻头（钻探取心工艺）解决同一钻孔中不同地层的取心难题，而在实际施工中，这种切换方式，存在诸多问题，在钻头对地质岩层进行钻探时，难以及时发现地质岩层的变化，导致切换钻头时，不能快速更换，进而导致钻机受损，进而影响钻探工作。
3、有鉴于此，亟待提出一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，用于解决上述问题。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，包括机架和钻机，所述钻机设置在机架顶部中间，且底端竖直向下或水平穿过所述机架，所述钻机包括外周面通过安装座与机架相连接的机身部，在所述机身部的底
4、在所述机架上还设有监测平台，所述监测平台用于监测当前钻机的工况参数，并基于该工况参数对当前钻探地质岩层结构进行识别判断，并基于岩层识别结果向外界中控机发出是否更换钻头指令；
5、其中，所述监测平台包括；相互信号连接的感知模块、识别模块和反馈模块，所述感知模块用于获取钻机工作时的工况参数，并对工况参数进行预处理后输出至识别模块中，所述识别模块基于预处理后的工况参数对当前钻机工作的地质岩层结构进行识别判断，并向反馈模块输出识别判断结果，所述反馈模块用于输出岩层识别结果。
6、基于上述，本申请提出一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其在进行钻探工作时，可通过监测平台对钻机工作的工况参数进行实时采集监测，并通过对采集到的钻机工况参数进行分析处理，以实现对钻探地质岩层的结构判断识别，进而确保钻机在进入不同地质岩层中时，可及时发现地层的变化，从而确保技术人员更换钻头更加及时，并有效避免钻头的损坏，从而保证钻机的正常钻探工作。
7、进一步地；所述感知模块包括相互信号连接的数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元基于多个安装在钻机上的传感器用于采集钻机的实时工况参数；所述数据处理单元用于对数据采集单元采集的实时工况参数进行数据处理，并输出参数数据信息。
8、进一步地；所述数据处理单元包括：相互信号连接的数据清洗器、数据分析器和数据增益器；所述信号清洗器用于对参数数据信息进行数据清洗和去噪补偿，以移除数据异常值和噪声数据；所述数据分解器对移除数据异常值和噪声数据后的参数数据信息进行变量分解，以提取参数数据信息中的主要数据特征，所述数据增益器对主要数据特征进行增益处理并输出至识别模块中；其中主要数据特征为突变特征参数。
9、本申请通过数据处理单元，用于在数据采集单元采集钻机的工况参数后，对数据进行清洗去噪处理，以提高数据质量，而变量分解则主要是将采集到的多维复杂数据进行分解简化，以得到低维数据，从而提取数据中的主要数据特征，取出不重要的部分，从而降低数据分析处理的难度和复杂度，也即是在构建神经网络之前，首先对钻机的工作参数进行了数据清洗和去噪，移除了异常值和噪声数据。然后，采用主成分分析（pca）方法对数据进行降维处理，以减少模型的计算复杂性和避免过拟合问题。具体来说，在钻机钻探过程中，当钻头在某一地质岩层中进行钻深工作时，由于地质岩层变化不大，因此其钻头工况参数大致是恒定的，而当其持续钻深并进入至另一地质岩层中时，由于岩层的硬度、破碎程度性质的变化，钻头的工况参数会有明显的变化，也即是数据出现突变阶跃，因此本申请通过上述数据处理增益后，可将数据中的突变点进行放大，进而利于提取参数中的突变特征数据，并基于该突变特征数据对岩层的地质结构进行判断识别，从而有助于后续对岩层的地质结构进行判断识别。
10、较为优选；所述识别模块中搭建有岩层预测模型，且岩层预测模型基于gru神经网络结构构建，并基于钻机历史工况参数训练，其中，神经网络结构包括特征输入层、中间网络层和结果输出层；所述特征输入层将经数据处理单元处理后的参数数据信息作为模型输入；所述中间网络层包括多个隐藏层，且多个隐藏层之间通过神经元节点连接，所述多个隐藏层通过relu激活函数对参数数据信息进行非线性变换，以捕捉突变特征参数与地质岩层结构的非线性关系，并输出数据，所述输出层接收中间网络层的输出数据后，生成岩层识别结果并输出，且所述输出层增加有softmax层。
11、进一步地；所述提升起钻件包括：提升单元和伸缩起钻单元；所述提升单元包括内壁通过旋转件与提心钻杆转动连接的管套，多个周向设置在机身部的外表面四周、且底端通过连接耳与管套活动连接的液压杆，任一所述液压杆的顶端与机身部相铰接；所述伸缩起钻单元包括伸缩套管和位于伸缩套管两侧的提升气缸，所述伸缩套管包括顶端与驱动部的驱动端固定连接、且其底端开口并向内延伸形成滑动腔的外套管，设于外套管底部、底端与提心钻杆顶端固定连接、且顶端延伸至外套管内部滑动腔中的管心，所述管心横截面呈十字型并与滑动腔滑动配合，所述提升气缸的顶端与机身部相连接，且其底端通过卡接环与提心转杆转动连接。
12、较为优选；所述旋转件包括固定卡接在提心钻杆外部的卡盘，套接在卡盘外部并通过其内壁的转动支撑单元与卡盘转动连接的套筒，且套筒的外壁与管套内壁相连接，在所述套筒内壁设有卡紧腔，在卡紧腔的内壁环面四周均设有与卡盘滚动接触的抑偏滚轮，所述抑偏滚轮通过减振总成与卡紧腔相连接，在所述卡紧腔的内部上方和内部下方均设有用于对卡盘进行抵紧的压紧件，所述压紧件包括：储油腔、压紧腔和抵紧轮，所述储油腔与压紧腔之间通过流通管相连通，且流通管内设有单向阀，所述压紧腔的底部通过开口与卡紧腔相连通，在所述抵紧轮的外部嵌套有与压紧腔底部开口活动密封的密封套，在所处储油腔的内部设有压紧活塞，通过所述压紧活塞用于储油腔内的液压介质压入至卡紧腔中，并对抵紧轮提供抵紧力。基于上述旋转件的结构设计，在提心钻杆旋转时，通过抑偏滚轮和压紧件的相互配合，可保证提心钻杆的转动平稳性，促使其始终平稳转动，有效本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，包括机架（1）和钻机（2），所述钻机（2）设置在机架（1）顶部中间，且底端竖直向下穿过所述机架（1），其特征在于：所述钻机（2）包括外周面通过安装座与机架（1）相连接的机身部（20），在所述机身部（20）的底部设有钻杆部（21），所述机身部（20）的顶部设有驱动部（22），所述机身部（20）的侧面还设有钻井液循环单元，所述钻井液循环单元对钻杆部（21）提供钻井液，所述驱动部（22）的输出端穿过机身部（20）并与钻杆部（21）顶端相连接，用于对钻杆部（21）提供钻探动力，所述钻杆部（21）包括；提心钻杆（210）和钻头（211），所述提心钻杆（210）的上端与机身部（20）之间还设有提升起钻件，且提心钻杆（210）的底端通过更换模组（25）与钻头（211）可拆卸连接；
2.根据权利要求1所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述感知模块（30）包括相互信号连接的数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元基于多个安装在钻机（2）上的传感器用于采集钻机（2）的实时工况参数；所述数据处理单元用于对数据采集单元采
3.根据权利要求2所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述数据处理单元包括：相互信号连接的数据清洗器、数据分析器和数据增益器；所述信号清洗器用于对参数数据信息进行数据清洗和去噪补偿，以移除数据异常值和噪声数据；所述数据分解器对移除数据异常值和噪声数据后的参数数据信息进行变量分解，以提取参数数据信息中的主要数据特征，所述数据增益器对主要数据特征进行增益处理并输出至识别模块（31）中；其中主要数据特征为突变特征参数。
4.根据权利要求3所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述识别模块（31）中搭建有岩层预测模型，且岩层预测模型基于GRU神经网络结构构建，并基于钻机（2）历史工况参数训练，其中，神经网络结构包括特征输入层、中间网络层和结果输出层；所述特征输入层将经数据处理单元处理后的参数数据信息作为模型输入；所述中间网络层包括多个隐藏层，且多个隐藏层之间通过神经元节点连接，所述多个隐藏层通过ReLU激活函数对参数数据信息进行非线性变换，以捕捉突变特征参数与地质岩层结构的非线性关系，并输出数据，所述输出层接收中间网络层的输出数据后，生成岩层识别结果并输出，且所述输出层增加有softmax层。
5.根据权利要求1所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述提升起钻件包括：提升单元和伸缩起钻单元；所述提升单元包括内壁通过旋转件与提心钻杆（210）转动连接的管套（230），多个周向设置在机身部（20）的外表面四周、且底端通过连接耳与管套（230）活动连接的液压杆（231），任一所述液压杆（231）的顶端与机身部（20）相铰接；所述伸缩起钻单元包括伸缩套管（232）和位于伸缩套管（232）两侧的提升气缸（233），所述伸缩套管（232）包括顶端与驱动部（22）的驱动端固定连接、且其底端开口并向内延伸形成滑动腔的外套管（2320），设于外套管（2320）底部、底端与提心钻杆（210）顶端固定连接、且顶端延伸至外套管（2320）内部滑动腔中的管心（2321），所述管心（2321）横截面呈十字型并与滑动腔滑动配合，所述提升气缸（233）的顶端与机身部（20）相连接，且其底端通过卡接环与提心转杆转动连接。
6.根据权利要求5所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述旋转件包括固定卡接在提心钻杆（210）外部的卡盘（240），套接在卡盘（240）外部并通过其内壁的转动支撑单元与卡盘（240）转动连接的套筒（241），且套筒（241）的外壁与管套（230）内壁相连接，在所述套筒（241）内壁设有卡紧腔，在卡紧腔的内壁环面四周均设有与卡盘（240）滚动接触的抑偏滚轮（242），所述抑偏滚轮（242）通过减振总成（243）与卡紧腔相连接，在所述卡紧腔的内部上方和内部下方均设有用于对卡盘（240）进行抵紧的压紧件，所述压紧件包括：储油腔（244）、压紧腔（245）和抵紧轮（246），所述储油腔（244）与压紧腔（245）之间通过流通管相连通，且流通管内设有单向阀，所述压紧腔（245）的底部通过开口与卡紧腔相连通，在所述抵紧轮（246）的外部嵌套有与压紧腔（245）底部开口活动密封的密封套，在所处储油腔（244）的内部设有压紧活塞（247），通过所述压紧活塞（247）用于储油腔（244）内的液压介质压入至卡紧腔中，并对抵紧轮（246）提供抵紧力。
7.根据权利要求1所述的一种针对不同地层钻探...
【技术特征摘要】
1.一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，包括机架（1）和钻机（2），所述钻机（2）设置在机架（1）顶部中间，且底端竖直向下穿过所述机架（1），其特征在于：所述钻机（2）包括外周面通过安装座与机架（1）相连接的机身部（20），在所述机身部（20）的底部设有钻杆部（21），所述机身部（20）的顶部设有驱动部（22），所述机身部（20）的侧面还设有钻井液循环单元，所述钻井液循环单元对钻杆部（21）提供钻井液，所述驱动部（22）的输出端穿过机身部（20）并与钻杆部（21）顶端相连接，用于对钻杆部（21）提供钻探动力，所述钻杆部（21）包括；提心钻杆（210）和钻头（211），所述提心钻杆（210）的上端与机身部（20）之间还设有提升起钻件，且提心钻杆（210）的底端通过更换模组（25）与钻头（211）可拆卸连接；
2.根据权利要求1所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述感知模块（30）包括相互信号连接的数据采集单元和数据处理单元，所述数据采集单元基于多个安装在钻机（2）上的传感器用于采集钻机（2）的实时工况参数；所述数据处理单元用于对数据采集单元采集的实时工况参数进行数据处理，并输出参数数据信息。
3.根据权利要求2所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述数据处理单元包括：相互信号连接的数据清洗器、数据分析器和数据增益器；所述信号清洗器用于对参数数据信息进行数据清洗和去噪补偿，以移除数据异常值和噪声数据；所述数据分解器对移除数据异常值和噪声数据后的参数数据信息进行变量分解，以提取参数数据信息中的主要数据特征，所述数据增益器对主要数据特征进行增益处理并输出至识别模块（31）中；其中主要数据特征为突变特征参数。
4.根据权利要求3所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述识别模块（31）中搭建有岩层预测模型，且岩层预测模型基于gru神经网络结构构建，并基于钻机（2）历史工况参数训练，其中，神经网络结构包括特征输入层、中间网络层和结果输出层；所述特征输入层将经数据处理单元处理后的参数数据信息作为模型输入；所述中间网络层包括多个隐藏层，且多个隐藏层之间通过神经元节点连接，所述多个隐藏层通过relu激活函数对参数数据信息进行非线性变换，以捕捉突变特征参数与地质岩层结构的非线性关系，并输出数据，所述输出层接收中间网络层的输出数据后，生成岩层识别结果并输出，且所述输出层增加有softmax层。
5.根据权利要求1所述的一种针对不同地层钻探取心可切换钻头系统，其特征在于：所述提升起钻件包括：提升单元和伸缩起钻单元；所述提升单元包...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘泽军，刘毅，罗良成，苗斌，徐智磊，徐正宣，张广泽，王栋，侯锦，陈明浩，邓睿，欧阳吉，强新刚，
申请(专利权)人：四川中铁二院环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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