煤矿履带式定向钻机路径规划算法

煤矿履带式定向钻机路径规划过程中存在机身体积约束和实际场景下的行驶效率需求,而常用的A^(*)算法搜索速度慢、冗余节点多,且规划路径贴近障碍物、平滑性较差。提出一种以改进A^(*)算法规划全局路径、融合动态窗口法(DWA)规划局部路径的煤矿履带式定向钻机路径规划算法。考虑定向钻机尺寸影响,在传统A^(*)算法中引入安全扩展策略,即在定向钻机和巷道壁、障碍物之间加入安全距离约束,以提高规划路径的安全性;对传统A^(*)算法的启发函数进行自适应权重优化,同时将父节点的影响加入到启发函数中,以提高全局路径搜索效率;利用障碍物检测原理对经上述改进后的A^(*)算法规划路径剔除冗余节点,并使用分段三次Hermite插值进行二次平滑处理,得到全局最优路径。将改进A^(*)算法与DWA融合,进行煤矿井下定向钻机路径规划。利用Matlab对不同工况环境下定向钻机路径规划算法进行仿真对比分析,结果表明:与Dijkstra算法和传统A^(*)算法相比,改进A^(*)算法在保证安全距离的前提下,加快了搜索速度,搜索时间分别平均减少88.5%和63.2%,且在一定程度上缩短了规划路径的长度,路径更加平滑;改进A^(*)算法与DWA融合算法可有效躲避改进A^(*)算法规划路径上的未知障碍物,路径长度较PRM算法和RRT^(*)算法规划的路径分别平均减小5.5%和2.9%。

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。

基于损伤力学的矿用定向钻机金属结构寿命评估

针对ZYL-15000D型煤矿用履带式全液压定向钻机底座寿命评估,首先通过Q345B钢的脉动循环加载拉伸疲劳试验数据,拟合得到应力幅值和寿命的关系式,经由应力修正和安全系数的选取,转换得到对称循环下的应力幅值和寿命的关系式。结合基于损伤力学推导出的损伤退化模型,根据Q345B钢试验数据拟合确定损伤退化模型中的待定参数,将Q345B钢对称循环下应力幅值和寿命的关系式代入,得到Q345B钢的疲劳损伤退化模型。然后借助ABAQUS对钻机整机进行结构分析,得到钻机底座的危险点位置(即应力最大处),在该型号样机试验台上通过应变片测得钻机底座危险点处的应力—时间历程。最后采用雨流计数和应力修正,对测得的随机载荷谱进行处理得到雨流计数直方图(应力均值-幅值-循环次数),再转换为对称循环载荷的形式,代入确定的疲劳损伤退化模型中,评估钻机底座的疲劳寿命。

自动定向钻机双摩擦力胶体卡瓦仿真研究

煤矿井下钻孔封孔技术自动化程度不足,采用自动定向钻机协助封孔可提高封孔自动化程度。设计了一种自动定向钻机用双摩擦力胶体卡瓦,以解决自动定向钻机夹持器夹坏封孔器的问题;提出了2种胶体结构,实现了主动钻杆接扣与退扣2个过程摩擦力差异化,确保钻机顺利加接封孔器。采用非线性有限元法,选用Mooney-Rivlin应变能函数表征胶体力学性能,开展了胶体夹持封孔器仿真,得到了不同材料胶体的工作摩擦力,验证了2种结构胶体的合理性,研究了胶体表面胶条压缩量对封孔器应力的影响,探究了胶体表面胶条数量对胶体轴向摩擦力的影响。结果表明:天然橡胶与聚氨酯橡胶作为胶体材料是合理的,胶条压缩量宜为0.9 mm、胶条数量宜为3条。

胶轮式定向钻机在煤矿探放水钻孔施工中的应用

针对具备无轨运输条件的煤矿井下探放水孔密集、成孔精度高和钻机快速搬迁和降低工人劳动强度等需求,开发了胶轮式定向钻机。介绍了该钻机的组成及基本参数,并在布尔台煤矿进行了现场试验。试验结果表明,该钻机机动性强,1人可完成搬迁,极大降低了工人的劳动强度,提高了工作效率;在探放水孔施工中性能稳定,命中率高,各项参数达到设计要求,为同类矿井钻孔施工奠定了基础。

煤矿井下定向钻机钻进液压系统研究

针对原有井下定向钻机开式钻进液压系统操控性能差、节能性差的问题,研究了基于负载敏感技术的钻进液压系统的构成与工作原理,采用AMESim软件对钻进液压系统进行建模与仿真分析,仿真结果表明基于负载敏感技术的钻进液压系统的压力和流量波动均在允许范围之内,而且动态响应速度较快。基于负载敏感技术的钻进液压系统的工作效率为64.7%,相较于原开式钻进液压系统效率(20%~40%),新系统更加节能。

水平定向钻机动力头推拉微动控制新方法

在岩石工况下,要求钻头极其缓慢地切削、推拉速度非常低,否则稍微推动手柄就会速度太快,从而导致操控性不能满足使用。针对此问题,设计了一种能够实现水平定向钻机动力头推拉微动的控制方法。该方法采用液压与电气联合控制系统,可以提高推拉速度控制精度,实现毫米级移动,同时也减少了因推拉速度控制难而造成的旋转扭矩大、成孔效果不佳的问题。

定向钻机泥浆泵用四挡变速箱设计研究

针对目前多数定向钻机泥浆泵使用定量马达驱动而无法调节泥浆泵排量的情况,设计了一种用于调节泥浆泵输入转速的四挡手动变速箱。该变速箱输入端通过联轴器与电机相联、输出端通过联轴器与泥浆泵输入轴联接,当需要调节泥浆泵流量时,通过手动调节变速箱挡位可实现泥浆泵流量定量调节。该变速箱采用两级传动减速,第1级传动为公共级,第2级则通过不同齿轮对的相互啮合,实现4个不同挡位变速。整个变速箱结构紧凑、操作简单可靠。

折叠式定向钻机辅助上钻杆装置设计

为降低定向钻机施工时工人劳动强度并提高定向钻机上钻杆自动化水平,设计了一种折叠式辅助上钻杆装置。该辅助上钻杆装置采用模块化设计,将钻杆箱、钻杆架、滑动架等机构集成于一体,工作时钻杆在辅助上杆装置推杆机构、升降机构、滑动机构的共同作用下被送至预定位置,并实现辅助上钻杆功能。在非工作状态下,钻杆架向下翻转可有效减少整机宽度,方便转场运输。样机测试表明:辅助上钻杆装置可满足定向钻机上钻杆功能并有效降低工人劳动强度。

基于一维卷积神经网络的定向钻机故障诊断专家系统设计

针对目前定向钻机的监测主要依靠人力,其故障的诊断主要依靠专家经验,速度缓慢,效率较低,提出基于一维卷积神经网络(1D CNN)的定向钻机故障诊断专家系统,利用1D CNN实现了推理机的设计,利用SQL Server 2005建立知识库,最后通过LabVIEW和Python混合编程开发专家系统。经模拟测试,该专家系统能快速给出故障原因、部位和处理建议,提高了定向钻机故障诊断的速度和效率,为进一步实现矿用装备的智能化奠定基础。

定向钻机在恒大煤矿地质构造探查中的应用

恒大煤矿2171综放工作面受平安F1、F2断层影响,地质构造复杂,伴生断层较多,单一的三维地震探测无法探明具体情况。针对这一问题,恒大煤矿选用ZYWL-15000DS定向钻机施工定向长钻孔进行精准探测,利用已有巷道向采区边界地质构造复杂区域施工探明构造钻孔,对2171工作面涉及区域进行全面探测。实践表明,通过定向长钻孔探明了2171工作面区域地质构造情况,确定具备回采条件,为后续工作面布置提供了有利的地质参考条件。

ZDY23000LDK电液控制大功率定向钻机研制与应用

根据大功率定向钻机的市场需求和煤矿智能化的发展要求,提出了基于防爆电液控制技术的煤矿井下智能化大功率定向钻进装备解决方案。重点解决紧凑布局、关键部件设计、自动装卸钻杆、防爆电液控制等问题。研制了ZDY23000LDK智能化定向钻机,实现了施工过程的远距离遥控、自动装卸钻杆、参数监测等功能,提高了钻进装备的智能化水平,减轻了工人劳动强度,为“以孔代巷”大直径定向钻孔高效施工提供了装备保障。

千米定向钻机技术应用研究

针对新源煤矿2205工作面瓦斯治理问题,采用千米定向钻机技术进行了本煤层瓦斯预抽和回采期间抽采,得到以下结论:千米定向钻机技术在2205工作面瓦斯预抽中抽采达标周期为8个月,本煤层瓦斯预抽抽采浓度大,流量小;回采期间瓦斯抽采流量大,浓度小;回采期间工作面上隅角瓦斯浓度未出现超限现象。

水平定向钻机自动化控制系统的研究

为了解决水平定向钻机控制系统控制偏差大、功能单一、安全性不足的难题,提出了一种新的水平定向钻机自动化控制系统。该系统增加安全栅采集模块,提升了数据信号的采集精度和反应灵敏性;增加漏电闭锁模块,实现了驱动电机的漏电闭锁故障控制;提高了应用安全性,增加先导模块实现了远程控制、故障信息采集管理。根据实际应用表明,该水平钻进自动化控制系统,能够将钻机的钻进精度提升88.4%,将控制灵敏性提高59.3%,将运行故障率降低44.6%,极大地提升了水平定向钻机的精度和可靠性。

定向钻机在远距离地质构造精准探测及探放水中的应用

列举了以往构造未探清、探放水不精确给煤矿带来的损失,阐述了定向钻机探测的必要性,同时结合屯兰矿12519底抽巷远距离探断层和22307轨道顺槽远距离探放水实例,进一步证明了定向钻机在地质构造的精准探测及探放水过程中发挥着关键作用,可为矿井采掘布置和安全生产提供可靠的技术依据。

矿用定向钻机循环用水设计

针对定向钻机在钻探过程中易产生大量污水,而这些污水夹带的煤泥量较大,时常会出现淤堵大巷水沟及井底水仓的问题,为定向钻机设计了一种循环用水系统,该系统引用全自动反冲洗清水过滤站的方法,通过综合应用过滤装置、水箱、排水泵以及操控系统,实现了打钻污水的成功循环再利用,降低了钻探成本,促进了定向钻机的节能降耗,取得了较好的经济效益,具有一定的推广应用价值。

定向钻机在煤矿瓦斯治理中的应用

煤炭资源开发和利用极大程度地推动了经济的发展,但是在实际开采中可能会发生瓦斯超标或瓦斯爆炸事故,给煤矿企业带来一定的经济损失,因此,煤矿企业将定向钻机应用在瓦斯治理中,降低了煤矿瓦斯风险。主要介绍了定向钻进技术研究思路与原理,探讨了定向钻机在煤矿瓦斯治理中的具体应用,为煤矿企业提供一定的参考。

国四时代水平定向钻机发动机控制设计与使用

根据非道路国四法规要求:自2022年12月1日起,所有生产、进口和销售的560kW以下(含560kW)非道路移动机械及其装用的柴油机应符合本标准第四阶段要求。水平定向钻机装有的柴油机也应全面升级切换成非道路国四排放标准的发动机,本文根据国四标准内容并结合实际设计切换经历,归纳总结了水平定向钻机应用的发动机国四原理与路线、新增的仪表指示灯含义与开关操作、发动机性能限制原理和国四油品。

定向钻机在探放水方面的技术应用

青洼矿22061巷西北部临近原青洼煤业一采区采空区,由于开采时间较为久远,水文地质资料不足,采空区边界不清楚,采空区积水严重威胁2206综放工作面的安全采掘。为探清采空区范围,保证巷道掘进安全,采用ZDY6000LD全液压定向钻机对采空区范围进行探测,圆满完成了探测采空区边界的任务。

低渗透松软煤层定向钻机超前探技术研究与应用

为了解决在低渗透松软煤层地质构造复杂区段采用常规超前探手段会影响施工工期且容易发生瓦斯和水害事故的问题,采用定向钻机在巷道开孔位置施工长钻孔替代常规手段进行超前探,探明前方地质和水文条件,该方法利用随钻测量系统和水力马达进行长距离施钻,在开孔位置修筑完善的排水系统和安装水封式汽水渣分离防喷装置,解决瓦斯和水害问题。采用定向钻机开展超前探,一次批掘超过300m,施工期间未发生瓦斯和水害事故,提高了生产效率。实践证明,定向钻机+完善排水系统+水封式汽水渣分离防喷装置能够快速、安全开展低渗透松软煤层的超前探测。