发明创造名称：一种煤矿井下定向钻进防串孔方法
外观设计名称：
决定号：184197
决定日：2019-07-12
委内编号：1F264279
优先权日：
申请（专利）号：201610364641.4
申请日：2016-05-26
复审请求人：中煤科工集团西安研究院有限公司
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：任平平
合议组组长：陈飚
参审员：刘琼
国际分类号：E21B7/04(2006.01)
外观设计分类号：
法律依据：专利法第38条
决定要点：在作出驳回决定之前，原审查部门应当将其经实质审查认定申请属于专利法实施细则第53条规定的应予以驳回情形的事实、理由和证据通知申请人，并给申请人至少一次陈述意见和/或修改申请文件的机会。否则该驳回决定的作出违反听证原则，不符合专利法第38条的规定。
全文：
本复审请求审查决定涉及申请号为201610364641.4，名称为“一种煤矿井下定向钻进防串孔方法”的发明专利申请（下称本申请）。本申请的申请人为中煤科工集团西安研究院有限公司，申请日为2016年05月26日，公开日为2016年09月28日。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2017年09月04日、2017年11月10日发出了第一、二次审查意见通知书，通知书中均采用了对比文件1、对比文件2、对比文件3以及本领域公知常识的组合来评述权利要求1-5的创造性。申请人仅在2017年11月13日针对第二次审查意见通知书的答复中对权利要求书进行了修改。之后，原审查部门于2018年03月09日发出了第三次审查意见通知书，引入了新的对比文件4，并指出：权利要求1相对于对比文件1、对比文件4和对比文件3以及本领域公知常识的结合不具备创造性，权利要求2-5的附加技术特征或者被对比文件1公开，或者被对比文件4公开，或者被对比文件3公开，或者为本领域的常规技术手段，因此也不具备创造性。
第三次审查意见通知书中引用了下述对比文件：
对比文件1：CN105095540A，公开日为2015年11月25日。
对比文件3：“孪生支持向量机关键问题的研究”，黄华娟，中国博士学位论文全文数据库信息科技辑，2014年第12期，第80-85页，公开日为2014年12月15日；
对比文件4：“基于支持向量机的随钻测量”，胡小林，电子测量与仪器学报，第26卷，第9期，第829-833页，2012年09月30日。
申请人根据该审查意见于2018年03月19日对权利要求1进行了修改，增加了说明书的内容，并基于上述修改论述了本申请具备创造性的理由。针对申请人的上述修改和意见陈述，原审查部门于2018年07月18日发出第四次审查意见通知书，指出：权利要求1相对于对比文件1、对比文件4和对比文件3以及本领域公知常识的结合不具备创造性，权利要求2-5的附加技术特征或者被对比文件1公开，或者被对比文件4公开，或者被对比文件3公开，或者为本领域的常规技术手段，因此也不具备创造性。申请人根据该审查意见于2018年07月30日对权利要求1进行了修改，删除了原权利要求1的部分技术特征，并将原权利要求2、4的部分技术特征并入，形成新的权利要求1，同时删除了原权利要求2-5。申请人同时基于上述修改论述了本申请具备创造性的理由。随后，原审查部门于2018年10月11日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：本申请权利要求1相对于对比文件1以及本领域公知常识的结合不符合专利法第22条第3款有关创造性的规定。驳回决定所依据的文本为：2018年07月30日提交的权利要求第1项，申请日2016年05月26日提交的摘要附图、说明书附图图1-3（即第1-2页）、说明书摘要，2016年07月12日提交的说明书第1-97段（即第1-10页）。
驳回决定所针对的权利要求书如下：
“1. 一种煤矿井下定向钻进防串孔方法，其特征在于，包括下述步骤：
建立绝对坐标系包含所有钻孔，实时预测钻孔轨迹，垂直X轴进行切片，根据切点与目标点之间的距离判断是否串孔；
其中，绝对坐标系的构建包括：规定零点钻孔，构建绝对坐标系包含同一工作面的所有钻孔；规定工作面内第一个钻孔为零点钻孔；具体为：规定工作面内第一个钻孔为零点钻孔，测量当前钻孔孔口与零点钻孔孔口之间的偏移量，基于以下公式得到测点的绝对三维坐标Yia、
Yia＝Yi ΔY
其中，Xi、Yi、Zi为i测点的相对孔口的三维空间坐标；ΔX、ΔY、ΔZ为当前钻孔孔口与零点钻孔孔口之间的偏移量；
其中，据切点与目标点之间的距离判断是否串孔具体包括以下子步骤：
步骤3.1，以预测点为目标点，在水平位移处垂直X轴切片，以该工作面内非当前钻孔的某钻孔为例，其切点绝对坐标为
其中与为邻近的两个测点的绝对坐标；
步骤3.2，计算切点与目标点之间的距离d：
”
驳回决定认为：权利要求1请求保护一种煤矿井下定向钻进防串孔方法，所要求保护的技术方案与对比文件1相比，区别技术特征是：（1）本申请是煤矿井下钻孔，实时预测钻孔轨迹；（2）比较平面以预测点为目标点进行垂直X轴切片；（3）测量当前钻孔孔口与零点钻孔孔口之间的偏移量，基于公式得到测点的绝对三维坐标；（4）步骤3.1和3.2。但是，上述区别技术特征均为本领域的公知常识。因此，在对比文件1的基础上结合本领域公知常识得到权利要求1要求保护的技术方案对所属技术领域的技术人员来说是显而易见的，因此权利要求1要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，不具有创造性。
申请人（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年10月31日向国家知识产权局提出了复审请求，同时修改了权利要求书，以驳回决定所针对的权利要求书为基础，复审请求人将说明书第57-93段的内容补入权利要求1，形成新的权利要求1。复审请求人认为：（1）、关于驳回时机：在实质审查过程中，原审查部门从未使用过对比文件1单独评述过本申请，驳回决定中所使用的对比文件1和公知常识的证据组合是第一次出现，原审查部门应该给予复审请求人再次陈述意见的机会，因此，原审查部门的驳回时机错误；（2）、关于创造性：a、对于对比文件1，本申请方案所在时间结点与对比文件1不同，本申请明确限定了要先预测下一个测点的三维空间绝对坐标，然后基于这一测点进行距离的计算，即，本申请中的测点是基于预测得出，而整个钻孔的轨迹是未定的，对比文件1中P点是在参考点轨迹上任选出的，即选择P点时，参考井的轨迹是已知的，由此可见，对比文件1中，是在两个轨迹已经确定的情况下，对轨迹间的距离进行评估分析，其是事后分析，而本申请中，其是基于已有的轨迹，实时预测出下一个测点，然后分析该测点与已有钻孔之间的距离，其是事前分析，因此对比文件1并没有给出对钻孔轨迹进行预测，然后基于预测出的测点来防止串孔的启示；此外，本申请与对比文件1所采用的手段不同，相对于对比文件1来讲，本申请在多个钻孔时，可以一次性在切片中获取多个切点与目标点的距离，而对比文件1中，则是针对每个参考点分别确定法平面，然后再用确定的法平面分别与比较点相交，其过程复杂，计算量大；b、对于对比文件3，对比文件3与对比文件1不存在结合启示，对比文件3只是一种普通的孪生支持向量回归机学习算法，不属于钻井探测领域，其也未公开可用于轨迹预测；并且对比文件3并未公开本申请的具体步骤；再者，本申请的孪生优化问题的构造方式，求解方式均不同于对比文件3；c、对于对比文件4，由于本申请与对比文件1的时间节点不同，对比文件1是在轨迹已经完全确定后再进行评估，其未给出任何轨迹预测过程的启示，更不存在基于预测结构来防止串孔的启示，在此基础上，本领域技术人员无动机去相同或相近领域去寻找钻孔轨迹的方法。
2018年10月31日提复审请求时新修改的权利要求书如下：
“1. 一种煤矿井下定向钻进防串孔方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)规定零点钻孔，构建绝对坐标系包含同一工作面的所有钻孔；
2)选择刚完成钻孔测点的倾角、方位角、工具面向角为输入参数，基于双目标孪生支持向量回归算法构建钻孔轨迹预测模型，预测下一个测点的三维空间绝对坐标；
3)以预测点为目标点进行垂直X轴切片，计算所有切点到目标点距离，根据距离值判定是否存在串孔危险；
规定零点钻孔，构建绝对坐标系包含同一工作面的所有钻孔，包括以下具体步骤：
1)规定工作面内第一个钻孔为零点钻孔，测量当前钻孔孔口与零点钻孔孔口之间的偏移量，当前钻孔三维坐标加上偏移量转化为绝对三维坐标 Yia和
Yia＝Yi ΔY
其中，Xi、Yi、Zi为i测点的相对孔口的三维空间坐标；ΔX、ΔY、ΔZ为当前钻孔孔口与零点钻孔孔口之间的偏移量；
选择刚完成钻孔测点的倾角、方位角、工具面向角为输入参数，基于双目标孪生支持向量回归算法构建钻孔轨迹预测模型，预测下一个测点的三维空间绝对坐标，具体包括以下步骤：
1)利用刚完成n个钻孔测点，n≥5的自然数，每个测点均记录钻孔倾角θi、方位角αi、工具面向角ωi，i＝1,2,…,n，构造训练样本集A和B
其中1＜m≤n的自然数；
2)双目标孪生支持向量回归算法如公式(1)和(2)所示，构造一对孪生的优化问题进行求解：
其中公式(1)的是优化目标， ξ1≥是0优化条件；w1表示公式(1)的支持向量机超平面的法向量，b1是相应的偏移量；ε1为公式(1)的不敏感因子，ξ1是公式(1)的松弛向量，e为与A行数相等的单位列向量；C1是公式(1)的惩罚因子；公式(2)是与公式(1)相匹配的孪生优化目标及条件，其符号含义与公式(1)相同；
为解决上述一对孪生的优化问题，向公式(1)和(2)中引入拉格朗日算 子γ1、γ2、β1、β2，将优化条件引入到优化目标中，获得拉格朗日函数(3)和(4)
利用拉格朗日函数(3)和(4)在鞍点处求导为零，可对孪生优化问题求解；
输入测试向量x＝[θn-m 1 … θn αn-m 1 … αn ωn-m 1 … ωn]，利用公式(5)可预测下一个测点的倾角和方位角
其中K(A,x)表示核函数；
3)将预测的倾角和方位角转化为空间三维绝对坐标：水平位移 左右位移上下位移
其中分别为n测点三维空间绝对坐标；ΔLn 1表示从n测点到n 1测点的孔深增量，λ表示设计方位角；
以预测点为目标点进行垂直X轴切片，计算所有孔的切点，后计算所有切点到目标点距离，根据距离值判定是否存在串孔危险，具体包括以下步骤：
1)以预测点为目标点，在水平位移处垂直X轴切片，以该工作面内非当前钻孔的某钻孔为例，其切点绝对坐标为
其中与为邻近的两个测点的绝对坐标；
2)计算切点与目标点之间的距离d：
当d＞1.5m表示安全，反之，存在串孔的危险。”
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年11月07日依法受理了该复审请求，并将其转送至原审查部门进行前置审查。原审查部门在前置审查意见书中认为：（1）、关于驳回时机，本案在第三次审查意见通知书中采用对比文件1、对比文件4、对比文件3及公知常识评述了权利要求1-5，第四次审查意见通知书中继续采用对比文件1、对比文件4、对比文件3及公知常识的方式评述权利要求1-5的创造性，第四次审查意见通知书后复审请求人将权利要求1、2和4进行重新整合，形成新的权利要求1，此时修改后的权利要求1仍可以采用对比文件1 与公知的方式进行评述，因此，此时驳回符合听证原则；（2）、关于创造性，对比文件1公开了一种井间相对位置关系的法面扫描解析方法，可用于实钻轨迹偏差分析、邻井防碰等方面，选择参考井为新井设计轨迹，比较井可为实钻轨迹或已钻邻井轨迹，即对比文件1公开了可以根据不同需要选择不同的轨迹进行比较分析，对于防碰撞分析，与本申请的防串孔实质意义相同，既然能用于防碰撞分析，则对比文件1必然也属于事前分析，因此，对比文件1与本申请的区别并不在于事前还是事后分析，而在于进行比较时所选择的轨迹是新钻孔的哪种轨迹，新孔轨迹包括新孔设计轨迹和新孔实钻轨迹，其中实钻轨迹，包括已经完成的实测轨迹和未完成的预测轨迹，然而，在本领域，对实时钻孔进行轨迹预测已是本领域的常规技术手段，且采用最小二乘向量法预测实时轨迹的方法也由对比文件4公开，因此，当面对需要预防新钻井眼与已钻邻井发生碰撞或串孔时，选择新钻孔的实时预测轨迹和已钻邻井轨迹进行比较对本领域技术人员而言是显而易见容易想到的；对比文件4公开了采用最小二乘向量回归算法预测实时钻孔轨迹，本领域技术人员有动机结合对比文件4给出的采用最小二乘向量回归算法预测的实钻轨迹作为参考井的技术启示，而对比文件3公开了孪生支持向量回归机学习算法的算法公式，当采用最小二乘向量回归算法进行轨迹预测时，本领域技术人员有动机结合对比文件3公开的有关最小二乘向量回归算法的技术启示。因而坚持驳回决定。
随后，国家知识产权局成立合议组对本案进行审理。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，可以作出审查决定。
二、决定的理由
1、审查文本的认定
复审请求人于2018年10月31日提复审请求时对权利要求书进行了修改。经查，上述修改符合专利法第33条及专利法实施细则第61条第1款的规定，本复审请求审查决定所针对的文本为：2018年10月31日提交的权利要求第1项，申请日2016年05月26日提交的摘要附图、说明书附图第1-2页、说明书摘要，2016年07月12日提交的说明书第1-10页。
2、关于听证
专利法第38条规定，发明专利申请以申请人陈述意见或者进行修改后，国务院专利行政部门仍然认为不符合专利法规定的，应当予以驳回。
根据上述规定，在作出驳回决定之前，原审查部门应当将其经实质审查认定申请属于专利法实施细则第53条规定的应予以驳回情形的事实、理由和证据通知申请人，并给申请人至少一次陈述意见和/或修改申请文件的机会。否则该驳回决定的作出违反听证原则，不符合专利法第38条的规定。
本案中，在驳回决定之前的第一、第二次审查意见通知书中，所采用的证据均为对比文件1、对比文件2、对比文件3以及本领域公知常识的组合，在第三次及第四次审查意见通知书中，引入了新的对比文件4，所采用的证据均为对比文件1、对比文件4和对比文件3以及本领域公知常识的组合，而在驳回决定中，评述权利要求1所使用的证据为对比文件1以及本领域公知常识的组合，这种证据组合在之前的四次审查意见通知书中均未出现过，属于首次采用。据此，合议组认为：在驳回决定作出之前，驳回决定所依据的事实、理由和证据均未告知过申请人，故审查程序违反了听证原则，从而导致申请丧失了针对驳回决定所依据的事实、理由和证据陈述意见或进行修改申请文件的机会，因此，驳回决定不符合专利法第38的规定。
3、关于创造性
专利法第22条第3款规定：创造性，是指同现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
权利要求1请求保护一种煤矿井下定向钻进防串孔方法。
经查，对比文件1公开了一种井间相对位置关系的法面扫描解析方法，并具体公开了下述技术特征（参见说明书第69-153段、图1-7），包括以下步骤：步骤S101，获取参考井和比较井的轨迹数据，其中参考井为设计轨道或新设计井，而比较井为实钻轨迹或已钻邻井；步骤S102中，统一参考井和比较井的指北方向及坐标系（对应于本申请的规定零点钻孔，构建绝对坐标系包含同一工作面的所有钻孔）；步骤S103，根据实际需要来确定参考井和比较井的计算范围；步骤S104，按扫描间距计算参考井在计算范围内的分点参数，参考井可以是设计轨道或实钻轨迹；步骤S105，求取任一参考点法面与比较井的交点，首先建立参考点的法面方程和比较井的井眼轨迹方程，然后联立这两个方程并求解，根据解的存在性及合理性确定出参考点法面与比较井的交点，具体说，在参考井上任选一参考点P，过P点作垂直于参考井的平面，得到参考点P处的法面，根据参考点的井斜角、方位角及空间坐标等轨迹参数，可建立参考点的法面方程；此外，也可以使用水平面作为参考面来表征参考点P与比较点Q之间的相对位置关系；步骤S106、根据所述参考点P和所述交点Q的轨迹数据来计算法面扫描结果的表征参数，表征参数包括法面距离、扫描井斜角、扫描方位角和高边转角；步骤S107、按参考点的井深顺序输出计算结果图表，为实钻轨迹偏差分析、邻井防碰提供依据。
对比文件4公开了一种采用支持向量机预测钻进轨迹的方法，并具体公开了如下技术特征（参见第3、4节）：对实际信号进行预测, 具体过程为：对信号x(n)向后预测m 点，首先确定训练样本个数l，按一定规则产生一个训练集{(γ1，у1),…,(γ?, у?) } ，再利用决策函数就可以得到实际信号数据外的第一个预测值
式中k(γj,γ? 1)为核函数, 再将x(n 1)作为端点，重复上面步骤就可以得到第二个预测点x(n 2)，依照此方法，则可以得到第m 个预测点x(n m)。自此，对原始数据序列的预测完成。上位机将从通讯模块传来的数据再做一次计算得到方位角、倾角、工具面角、上下和左右偏差等定位参数，将方位角、倾角和工具面角这三类参数组成一个新的数据序列{p? (??,φ?,γ?)},?=0,1,2,…,n 作为预测的原始数据序列，采用支持向量机方法分别对方位角、倾角和工具面角各自向后预测一个数据点即得到一组新的待钻进三维坐标参考点。例如：现场钻进施工过程中当前一组定向钻进数据序列为{p0(?0,φ0,γ0),?,pn(?n,φn,γn)},n=1,2,… ，采用支持向量机对该数据序列进行向后预测得到一个新数据点pn 1(?n 1,φn 1,γn 1)，其中pn 1 预测点作为下一步钻进施工的方位位置参考信息。将该预测点的参考信息和实际施工过程中反馈的地质情况进行对比分析，以此判断是否需要下一步钻进。
对比文件3公开了一种最小二乘孪生支持向量回归机及其特征选择算法，具体公开了（参见其说明书第80-85页）：孪生支持向量回归算法是最小二乘支持向量机演化出的一种变形算法，以及具体的非线性最小二乘孪生支持向量回归机学习算法。
合议组认为，将本申请的权利要求1所要求保护的技术方案与对比文件1相比，两者的区别在于：（1）本申请是煤矿井下定向钻孔防串孔，对比文件1是石油钻井的邻井防碰；（2）本申请所采用的防串孔判断的目标点为当前实测点的下一个测点的预测点，即本申请是基于已完成钻孔测点的倾角、方位角、工具面向角，实时预测出下一个测点的三维空间绝对坐标，然后分析该测点与已有钻孔之间的距离，而对比文件1中邻井防碰判断的目标点为参考点，其为当前的设计轨道节点或者实钻轨迹，然后基于参考点与比较井之间的位置关系来判断；（3）本申请是以预测点为目标点进行垂直X轴切片，计算所有切点到目标点距离，根据距离值判定是否存在串孔危险，而对比文件1是以参考点法面与比较井的交点情况，来判断邻井防碰情况；（4）本申请还限定了预测点是基于双目标孪生支持向量回归算法构建钻孔轨迹预测模型获得的，并限定了基于双目标孪生支持向量回归算法构建钻孔轨迹预测模型获得预测点的具体计算方法、步骤。
基于上述区别技术特征可以确定，权利要求1的技术方案实际解决的技术问题是采用何种方式来确定是否串孔，以及如何预测钻孔轨迹。
合议组认为对比文件1、4、3均并未公开上述区别技术特征（2）-（3），也未给出解决上述技术问题的技术启示。
对于对比文件1，P点是在参考井轨迹上任意选出的，即选择P点时，参考井的轨迹是已知的，因此，对比文件1是在两个轨迹已经确定的情况下，对轨迹间的空间位置关系进行评估分析。虽然在对比文件1说明书第[0084]段中记载了“无论参考井是设计轨道还是实钻轨迹”，即参考井也可以是实钻轨迹，但是，即便参考井是实钻轨迹，其可以包括已经完成的实钻轨迹和未完成的轨迹，对比文件1中没有任何地方表明未完成的轨迹可以基于已完成实钻轨迹进行预测后得到，而且对比文件1中其余部分文字记载都是以设计轨道为例进行说明的，因此，对比文件1并未公开参考点之后的测点可以是未钻的预测点。此外，对比文件1中所使用的是将参考井的当前测点P点与比较井进行比较以进行邻井防撞判断，即每次比较所使用的都是当前测点，根本不涉及下一个测点，更不用提采用预测法获得下一个测点。因此，对比文件1中不存在采用预测法来确定下一个测点的动机。本领域技术人员没有动机对对比文件1进行改进以获得包含上述区别技术特征（2）的权利要求1的技术方案。
对于串孔表征参数及具体计算方法，对比文件1中采用的是建立参考点的法面方程和比较井的井眼轨迹方程，然后联立这两个方程并求解，根据解的存在性及合理性确定出参考点法面与比较井的交点，进而确定参考点P与比较点Q之间的相互位置关系。尽管在说明书第[0130]段中还指出“用水平面作为参考面”，但是，对比文件1中同时还在说明书第[0132]-[0138]段中指出“要表征参考点P与比较点Q之间的相对位置关系，除了法面距离之外，还需要增加其它参数。所选用的参考面不同，需要增加的参数也不同”、“当选用水平面作为参考面时，参考点P与比较点Q就是具有一般性意义的两个空间点。要确定这两个空间点的相对位置关系，需要3个参数。在已知两点间法面距离的条件下，可增加2个角度参数来确定它们之间的相对位置关系，即扫描井斜角和扫描方位角”、“当用法平面作为参考面时，只需要增加一个高边转角即可表征出Q点的位置”，由此可见，对比文件1中用于判断邻井防撞的参数及其计算方法与本申请不同，本申请只是以预测点为目标点进行垂直X轴切片，计算所有切点到目标点距离，根据距离值判定是否存在串孔危险，所使用的参数为切点到目标点的距离，而对比文件1中是根据参考平面的不同使用法面距离、扫描井斜角和扫描方位角（参考平面为水平面），或者使用法面距离、高边转角（参考平面为法平面）作为判断参数，并且两者的计算方法也不同。因此，本申请与对比文件1是使用了两种不同的方法来进行判断。
对于对比文件4，其仅仅是公开了一种采用支持向量机预测钻进轨迹的方法，根本不涉及防串孔判断，而由于对比文件1中并不存在对参考点进行预测的动机，因此，对比文件1与对比文件4并无结合的动机。
对于对比文件3，其仅仅是公开了一种最小二乘孪生支持向量回归机及其特征选择算法，也不涉及防串孔判断，而由于对比文件1中并不存在对参考点进行预测并采用支持向量进行进行预测的动机，因此，对比文件1与对比文件3也没有结合的动机。
由此可见，本领域技术人员没有动机对对比文件1进行改进以获得包含上述区别技术特征（2）-（3）的权利要求1的技术方案，且上述区别技术特征未被对比文件4和3公开，对比文件4和3也没有给出相应的技术启示，而且也没有证据表明上述区别技术特征是本领域的公知常识，且采用这些技术特征使本申请的权利要求1获得了能够以另一种方式判断井下定向钻进是否串孔的技术效果。因而，本领域技术人员基于对比文件1、4和3公开的内容不能显而易见的获得权利要求1所要求保护的技术方案，权利要求1相对于现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，因此权利要求1具备创造性，符合专利法第22条第3款关于创造性的规定。
基于上述事实和理由，本案合议组作出如下复审请求审查决定。
三、决定
撤销国家知识产权局于2018年10月11日对本申请作出的驳回决定。由国家知识产权局原审查部门在本复审请求审查决定所依据审查文本的基础上对本申请继续进行审查。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
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