煤矿液压定向钻机回转器结构设计校核及有限元仿真

以液压定向钻机回转器结构为研究对象,通过分析其传动原理,对其结构进行了设计,同时针对回转器组件开展了选型设计及强度校核,使其符合井下生产作业的需要。最后将回转器及其传动系统进行了有限元仿真分析,从极限载荷及动载效应两个角度出发,验证了所设计回转器的动态特性良好。

轴向振动对近水平孔管柱减摩及屈曲的影响

为了解决近水平长钻孔孔内管柱受压后摩阻增大甚至管柱屈曲变形的问题,提出了轴向振动减摩和防屈曲方法。首先,建立了轴向振动减摩的力学分析模型,分析了振动减摩的内在力学机制;其次,建立了振动减摩的有限元模型,研究了激振力、激振频率对于减摩效果的影响关系,并通过现场试验进行了验证。研究结果表明:单个振动周期内管柱与孔壁摩阻存在方向变换现象,降低了单个振动周期内的平均摩阻;激振力越大,减摩效果越好;轴向振动的幅值和频率达到一定门限值后能够有效防止管柱屈曲变形,降低管柱摆动;对于长为200 m、直径为89 mm的通缆钻杆管柱,当激振力大于等于5 kN时,能够大幅度减小管柱与孔壁摩阻,防止管柱屈曲;平均摩阻与振动频率呈倒对数关系,随着激振频率的增大,平均摩阻先减小而后趋于稳定,当激振频率大于等于6 Hz后减摩效果趋于稳定。该研究结果对于减摩防屈曲钻具的研制以及钻孔工程施工具有指导意义。

CY-RV系列智能型天井钻机性能及其应用

针对现有天井钻机装备智能化程度较低、钻进质量严重依赖人工经验、作业效率缺乏有效管控的问题,基于5G、人工智能、大数据、物联网等先进技术,研制了CY-RV系列智能型天井钻机,并在矿山、水利水电工程等领域开展了应用。研究表明:CY-RV系列智能型天井钻机具有结构紧凑、行走灵活、全岩性作业、绿色高效、安全智能等优势,已在我国地下矿山、水力水电、公路铁路隧道等领域竖向工程广泛应用,并出口至海外多国,实现了全面替代进口和出口创汇;CY-RV系列智能型天井钻机弥补了我国天井钻机装备自动化领域的空白,突破了国外技术垄断,显著提高了地下竖向工程施工作业智能化程度和安全生产水平,解决了劳动力紧缺难题,实现了生产本质安全,提升了我国矿山天井钻机装备的企业竞争力,对推动我国智能矿山建设具有重要的技术支撑作用。

赵庄矿定向千米钻机成孔工艺技术研究

千米钻机因其定向性能好、瓦斯抽放体积分数大、抽放时间长、钻孔成孔率高等优点,在煤层瓦斯含量较高、煤层透气性系数较大和煤质较硬的赵庄矿有着非常广阔的应用前景。但如何使用定向钻机实现长距离钻孔施工,一直是钻孔施工的难题。以赵庄矿为背景对定向千米钻机成孔工艺进行研究,得出了定向长钻孔开口施工时需要采取保直钻进方法,尽量采用中等钻压和泵量控制进尺和流量。采用“造斜钻进+常规钻进+造斜钻进+常规钻进”的二次造斜钻进方法效果更好。该施工工艺的研究为后续矿井的定向钻孔施工提供了一定的参考。

煤层水力自旋转射流钻头设计

高压旋转水射流技术在钻大井径、长连续孔方面具有明显优势,在煤层中钻井又具有高效、节能、钻孔大、成孔规则、破岩效率高等优点,因此在煤层气地面径向水平井技术和井下采空区钻长直井技术中广为应用。主要从理论上分析了旋转射流和射流旋转各自的流动规律、破岩过程及破岩机理,并在此基础上分析了旋转射流钻头各设计参数的取值范围,结合已有的经验值,优化设计了可控外壳旋转内导叶轮、可控中心轴旋转内导叶轮、偏置可控外壳自旋转、偏置可控中心轴自旋转等4种水力旋转式钻扩孔射流钻头。这些钻头适用于在煤层中钻孔及安全排放瓦斯气体。

煤矿用坑道钻机矩形滑动导轨结构设计

矩形导轨因其结构简单、刚性强、承载力大等特点成为煤矿用坑道钻机最常用的导轨截面形式。扼要介绍了常用滑动导轨的结构形式及应用特点,分析了矩形导轨在动载荷作用下的受力情况,给出了提高矿用坑道钻机导轨运动平稳性和使用寿命的具体措施。通过对比和分析得出,"L"形滑块加耐磨镶条的导轨型式能够较好地解决滑块导向面磨损严重和滑块成组更换互换性差的问题。论述了矿用坑道钻机矩形导轨防护方式的选取、防护机构的设计和导轨润滑方式的选择,矿用坑道钻机导轨应该采用以工作环境中的煤矸尘微粒为润滑介质的固体润滑方式。

ZYW-4000型煤矿用跨带式输送机组合式钻机的研制

针对煤矿井下安装有带式输送机的巷道钻孔施工困难的问题,提出了跨带式输送机钻孔施工的工艺方法,并将钻机的底架模块化,研制了ZYW-4000型煤矿用跨带式输送机组合式钻机。详细介绍了钻机的结构特点及主要参数;建立了钻机关键部件的有限元分析模型并进行了强度分析、模态分析及结构优化。通过实验室及现场实验表明,该钻机既可进行普通巷道施工又可进行跨带式输送机施工,钻机运行可靠,应用范围广,可以为同类钻机的研制提供参考与依据。

基于泵控液压技术的ZDY4000L履带钻机液压系统

对全液压履带钻机液压系统需要解决的问题和功能要求进行分析,详细介绍了基于负载敏感、恒压变量等泵控系统液压技术的ZDY4000L履带钻机液压系统,并结合实际使用对该液压系统主要回路的功能和特点进行阐述,最后通过生产实践应用验证了基于泵控液压技术的ZDY4000L履带钻机液压系统的先进性和可靠性。

整体式三棱螺旋钻杆的研制及其应用

低透气性松软突出煤层钻孔施工一直是国内没有很好解决的难题,就目前的现场应用来看,三棱钻杆因其特殊的结构及钻进方式,在松软煤层施工瓦斯抽放孔时取得了一定的效果,但在极不稳定的软煤层中钻进,三棱钻杆容易扭断,易发生掉钻事故。为此,结合三棱钻杆、螺旋钻杆及宽叶片钻杆的优点,研制了在松软煤层钻孔施工中更具有优势的三棱螺旋钻杆,并通过现场试验验证了钻杆的使用效果。

基于HyperWorks的钻机机架有限元分析及优化

针对某钻机机架在使用过程中侧面槽形钢与上、下机架连接处易断裂这一问题,运用HyperWorks软件对该型机架进行刚度与强度分析,得到了其在相应工况下的应力和变形分布。之后对机架模型进行拓扑优化,根据优化的结果提出改进方案,结果满足此种工况下强度与刚度的要求。为企业提供了改进思路,节约了成本并延长了钻机机架的使用寿命。

ZYWL-6000履带式联动钻机液压系统设计

通过分析普通钻机的液压系统,采用负载敏感技术,结合钻机所需的各种工况,设计出了ZYWL-6000履带式联动钻机的液压系统。经过实验室性能测试和现场工业性试验表明:该钻机能够实现各执行器之间的联动动作,满足钻孔工艺的各项要求,该系统具有更高的效率和更好的节能效果。

钻机转速与配油套密封性能关系的研究

配油套是全液压坑道钻机中重要的密封元件,其密封性能的好坏直接影响到液压系统效率的高低。论文通过对钻机转速和配油套密封性能关系的试验研究,得出了配油套泄漏量和主轴转速之间的关系,并结合煤矿坑道钻探钻进工艺的要求,提出了钻机在不同工况下合理的回转速度。

旋转喷雾降尘装置在掘进机上的应用研究

为更好地治理煤矿井下掘进工作面的粉尘危害,改善作业环境,基于掘进工作面的产尘机理、喷雾降尘机理和隔尘降尘思路,设计了一种新型旋转喷雾降尘装置,并对其在掘进机上的机载应用进行了研究。旋转喷雾降尘装置从掘进面的产尘源点进行捕尘、控尘以及二次负压降尘,达到有效隔尘降尘的目的,降尘效果比原有喷雾系统明显。

煤层气车载钻机顶驱优化设计

介绍了煤层气车载钻机顶驱的工作过程和结构参数,确定顶驱齿轮减速器的优化设计目标函数与设计变量,根据约束条件得出相应的约束方程,采用MATLAB进行优化计算,计算结果为顶驱设计提供了参考依据。

基于PLC的钻机智能防卡钻系统

建立了钻机钻进过程中的数学模型,对引起卡钻的原因进行了阐述;重点分析了智能防卡钻系统的组成、原理及防卡钻的算法(包括卡钻系数的计算及根据计算结果进行相关的防卡钻处理);介绍了智能防卡钻系统的应用情况。

液压锚杆钻车钻架结构优化设计和分析

为解决现有的液压锚杆钻车改造导致成本和质量增加的问题,提出了钻车钻架结构优化设计。基于ANSYS Workbench对钻架结构进行优化设计,根据优化设计结构进行有限元分析。结合有限元仿真分析结果验证优化钻车钻架优化前后的力学性能及疲劳寿命,最终得出本次优化可行。

原地浸矿注液孔施工设备钻机FMECA分析

原地浸矿是一种满足资源和环境保护要求的绿色生产工艺,常用于南方离子型稀土矿山的开采。开采前,需要在山体顶部进行注液孔的施工布置,而钻机是完成这项工作的重要机械设备。由于矿山环境恶劣,设备在使用过程中容易出现腐蚀、变形甚至断裂等故障,会降低稀土矿山的开采效率。基于此,运用故障模式影响与危害性分析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis,FMECA)技术,分析设备各种故障模式及主要影响,为设计、工艺、生产等部门持续性改进设备提供参考,提高设备的安全性和可靠性,延长其使用寿命。

联动型ZYW-2000矿用全液压钻机重型泵站的研制

针对联动型ZYW-2000矿用全液压钻机泵站串泵工作时,小泵易损坏、维修不便等问题。提出了大小泵分开独立工作的设计理念,并改进大小泵的连接方式,研制出联动型ZYW-2000矿用全液压钻机重型泵站。

不同地质条件下掘锚机的行驶通过性能分析

掘锚机行驶通过性能是影响其地质适应性的重要因素,为研究掘锚机在不同地质条件下的通过性能,以Sandvik MB670型掘锚机为研究对象,国内某煤矿5-2煤层为研究背景,采用履带动力学理论与多体系统动力学仿真方法构建了巷道内不同地形条件下的掘锚机行驶动力学模型,仿真研究了掘锚机的运动特性和稳定性。结果表明:纵向地形是影响机身振动的主要因素,坡度越大掘锚机滑转现象越严重,当5-2煤层底板纵向坡度为17%时,掘锚机的平均滑转率达到0.214;底板倾斜是造成掘锚机偏航角和偏移量迅速增大的主要原因,掘锚机在凹形底板上的偏航角和偏移量很小,在凸型底板上的偏航角近似不变而偏移量随位移线性增加。通过DEM-MBD耦合仿真方法研究了掘锚机在全煤层、含水煤层、含30 mm矸石煤层和含60 mm矸石煤层4种底板的上的动力学特性。结果表明:煤层表面保留30 mm矸石层时掘锚机爬坡角度可达到19.5°左右,而当矸石层厚度为60 mm时爬坡角度降低为17°,当煤层含水时掘锚机最大爬坡角度略低于全煤层时的19°;虽然不同地质条件下掘锚机的平均接地比压相近,与理论值误差在5%左右,但在含60 mm矸石煤层上掘锚机接地比压分布最不均匀,不同位置履带接地比压相差达8 N/cm 2,高于其他3种底板,增加矸石层厚度还会带来底板沉陷和堆积问题。而少量矸石层在提高行驶性能的同时也导致掘锚机偏移量和启动阶段加速度增加,因此针对不同工况要控制底板表面矸石含量。

防突远距离控制钻机推进机构分析与设计

介绍了防突远距离控制钻机对推进机构的基本要求,重点介绍了防突远距离控制钻机推进机构的设计方案及结构形式,并对其特点进行分析总结,最终确定防突远距离控制钻机推进机构方案。