柱脚不均匀沉降对单斜撑钢井架的影响与治理研究

长期的荷载作用可能导致矿井井架变形和不均匀沉降,甚至可能引起结构整体倾覆。针对童亭煤矿钢结构单斜撑井架的沉降和受力特点,采用ANSYS有限元软件构建了单斜撑井架结构模型,研究了斜撑基础不均匀沉降对井架结构内力的影响规律,并对井架内力受不均匀沉降影响机理进行分析。结果表明:①立架与斜撑间的沉降差值会引起立架C柱底和顶部横梁的应力呈线性增加,对斜撑影响较小;X方向沉降率达到2.04‰时,立架最大应力出现于C柱底,约为148 MPa,低于钢材设计强度的限值。②两斜撑基础间的不均匀沉降对单斜撑井架的不利影响更大,断绳工况下的Y方向沉降率为0.88‰时即发生应力超限破坏,略低于《矿山井架设计标准》中对单斜撑式钢井架斜撑基础间最大1‰的沉降差值限制。③不均匀沉降导致井架内力重分布,井架最大应力值和位移值均随沉降值增大而增大,其中立架C柱和斜撑上下天轮梁为最危险部位。针对井架沉降现状,提出了重点部位的加固和顶升方案,加固后井架内力和变形均大幅降低,静力性能提升30%。

ZJ90DBT沙漠快移钻机井架底座研制

为满足科威特沙漠地区钻机快速移运的要求及大尺寸防喷器组的安装要求,研制了ZJ90DBT钻机。井架为前开口K型结构,依靠绞车动力起升,满足带顶驱导轨起放及运输的要求;底座为旋升式结构,采用液缸起升,满足绞车高位安装和超高防喷器组安装的要求。钻机主机部分采用分体移运:井架、游吊系统及顶驱导轨等作为一个运输单元采用半挂车整体运输;底座及配套设备、井架人字架等作为一个运输单元采用牵引车整体拖挂移运。该钻井架底座搬迁时免于拆装,极大地提高了钻机的移运效率。

小波包与遗传算法优化BP神经网络相结合的井架钢结构损伤识别

井架钢结构损伤影响其承载安全性,为快速、准确对损伤位置进行识别,提出小波包与遗传算法优化BP神经网络相结合的井架钢结构损伤识别方法。首先利用小波包处理非平稳振动信号的优良性能对原始振动信号进行特征提取,获得表征井架钢结构损伤的信息;再通过特征参数建立数据集训练并测试井架钢结构损伤识别模型,该模型结合遗传算法自身特点改善了传统BP神经网络的不足。本文识别方法不需要损伤前的数据特征进行对比,便可对损伤位置进行确定。经过对石油井架钢结构模型实验验证:该方法对井架钢结构损伤识别准确率超过90%,相对于BP网络识别准确率以及识别速度均有所提高。

K型井架悬挂机械手二层台结构设计与测试

钻机井架上的二层台增加悬挂式机械手可以提高钻采效率,但会导致二层台整体受力增大,而传统井架二层台结构设计时未考虑增加悬挂式机械手,需要改进其结构,提高二层台承载能力以满足加装二层台机械手后的井架整体承载要求。在现有二层台结构基础上,对普通井架二层台改进结构设计,优化力学结构,强化二层台承载性能,用Ansys软件对该设计模型进行了数值计算和结构分析。利用STS-WiFi无线结构测试系统对优化结构后的二层台进行现场应变测试,通过砝码施加阶梯载荷并实时监测二层台关键测试点的应力变化。整理分析测试数据并将现场测试结果与理论计算结果比较,研究表明现场测试结果与理论计算结果相吻合,该增加悬挂式机械手的二层台结构设计满足强度要求,可用于钻采作业。

基于APDL的船用电梯井架参数化建模与仿真

基于APDL软件,对船用电梯井架进行参数化建模和有限元分析,实现了电梯井架的快速设计、优化和分析。具体方法是采用多面体拼接法对电梯井架进行几何建模,然后定义参数化变量,通过改变参数化变量的值来实现电梯井架的参数化设计。最后利用有限元分析方法对电梯井架进行仿真分析。结果表明,该方法能够提高设计效率,减少制造成本,同时也能保证产品质量。因此,在电梯井架的设计和制造中具有一定的应用价值。通过调整参数、进行工程设计的优化,可以在设计阶段找到成本效益最佳的设计方案,从而避免了在后期制造和维护过程中出现意外的高成本,帮助预测维护成本和整个产品的生命周期成本。

强台风作用下海洋平台井架抗风性能

为研究在强台风作用下海洋平台井架的抗风性能,提出静力分析与瞬态动力学分析相结合的方法,综合考虑背向风、侧向风和45°向风等3种风向,利用Davenport功率谱,采取谐波叠加法和快速傅里叶技术模拟脉动风风场,用MATLAB编程得到相应的风速时程曲线,转化为风载加载到模型上,得出节点最大位移、轴向应力和弯矩的时程曲线。研究发现,45°向风为井架较不利风向,井架底部和根部受载较严重,并且在动力学分析中45°向风的位移和应力等结果都为静力分析的近3倍,因此在未来的生产实践中推荐使用瞬态分析方法。

一种辅助钢结构井架大翻转法竖立创新工艺研究

随着我国矿井规模的扩大,井架形式也在不断创新,井架吊装过程中的成本及风险系数随之增加,为了安全、可靠、经济地完成井架吊装,针对不同形式的井架采用不同的吊装方法。对于L-A型井架,因重量重、高度高等特征,采用单一的吊装方法风险和难度大。因此,针对纱岭金矿项目L-A型钢井架的吊装,为了防范吊装过程中的安全隐患和事故风险,提出并实施了一种辅助钢结构井架大翻转法竖立的创新工艺。

采矿船井架底座吊点静载力实验方案研究

地球上海洋矿产资源丰富,而海洋矿产资源的开发离不开采矿船。我国造船技术领先全球,但深海采矿船的设计与建造尚缺少相关经验。采矿船井架底座是井架的基础,船东对井架底座的强度和精度要求很高,给井架底座的建造带来极大挑战。本文以采矿船井架底座吊点静载力实验方案设计为例,阐述计算过程、实验方法,吊机配载等,为后续类似实验提供参考与借鉴。

基于时域多参数信息融合与机器学习算法的井架钢结构损伤识别

为避免井架钢结构在作业过程中由结构损伤引发的安全隐患,将时域多参数信息融合与机器学习算法进行结合,基于井架钢结构位移响应信号提出了一种基于主成分分析和随机森林算法的井架钢结构损伤识别方法。利用加速度传感器提取在冲击载荷下井架钢结构的加速度响应信号,由加速度响应信号处理得到位移响应信号,并提取包含脉冲因子、裕度因子和峭度的3个时域特征;运用主成分分析法将3个特征融合成1个新的综合性时域特征,将原始信号中包含的大多数信息保留下来;将处理过的数据输入随机森林算法模型进行井架钢结构损伤识别,整个过程只需要采集损伤后的信号,不需要采集损伤前的信号。利用以上损伤识别模型对井架钢结构有限元模型进行仿真计算,同时结合ZJ70井架钢结构实验室模型的实验结果进行分析。分析结果表明:利用上述损伤识别方法可以准确高效地判断出井架钢结构单一或多处损伤,判断结果的正确率为90%以上。

HVD分解和GA-BP神经网络结合的井架钢结构损伤识别

针对井架钢结构冲击载荷振动信号非线性、非平稳性对损伤识别的干扰问题,提出了一种基于希尔伯特振动分解(Hilbert Vibration Decomposition,HVD)与遗传算法优化的神经网络(Genetic BP Neural Networks,GA-BP)相结合的智能故障诊断方法。首先,利用HVD分解的方法处理冲击载荷作用下的加速度非平稳振动信号;其次,由斯皮尔曼相关系数选取HVD分解后的最优(Intrinsic Mode Function,IMF)分量,以最优IMF分量能量变化率构造特征向量;最后,通过特征向量建立数据集进行神经网络训练,完成信号的特征学习和故障分类。利用ZJ70型井架钢结构模型进行冲击载荷作用下的单处损伤和多处损伤的不同工况实验验证,结果表明:对于单处损伤位置识别率达到90%,多处损伤位置识别率高达96%,利用HVD分解与GA-BP神经网络相结合的方法具有较好的稳定性,能够准确判断出井架钢结构损伤位置,具有一定的实际应用价值。

基于广义柔度矩阵的井架钢结构损伤识别

钻机井架结构在生产过程中会因各种原因而出现不同程度的损伤及破坏,为解决复杂工作环境下石油钻井井架结构健康监测中损伤识别问题,提出了一种基于广义柔度矩阵的井架结构损伤识别方法。相比于柔度矩阵方法,广义柔度矩阵仅需前几阶低阶固有频率及相应的模态振型便可确保计算的精度。在构建损伤控制方程的过程中,采用矩阵分块模式求解方法,与传统方法中需将单元刚度矩阵扩充整体刚度矩阵维数相比较,所提出的求解方法只需针对单元刚度矩阵的行数进行相应扩充,而列数不变,因此从计算量的统计角度分析可大大降低构建损伤识别控制方程的计算量。最后,以实际工程中的K型井架钢结构为例,结果显示对于不同的损伤位置及程度,该方法均具有良好的识别效果,可用于其他大型结构的损伤诊断或健康监测。

煤矿钢井架结构设计要点探讨

钢井架因良好的结构性能在大中型煤矿的竖向提升中被广泛应用。为了研究四斜柱式钢井架设计的布置选型、受力分析、荷载组合等设计要点,以实际工程为例,对同一模型分别采用不同规范的分项系数进行计算,并对结果进行对比。结果表明,按照新规范的分项系数进行设计更安全,同时提出了重视前期方案设计、进行参数化、模块化设计的建议,研究结果可供类似工程参考对照。

井架承载能力测试加载装置研究及应用

模块钻机和修井机井架是钻井和修井作业过程中的主要承重结构,其本身的稳定性与承载能力水平直接关乎钻井作业过程中的安全。按照标准要求需定期进行应力测试,以检查井架的承载能力,确认其满足现场实际作业需要。测试过程中需要对井架进行加载,同时由于井架的形式不同,需要采用不同承载能力的工装实施作业,以适应现场井架的特点。针对井架承载能力测试中遇到的安全性较差和效率较低的问题,通过开展技术研究,解决现场井架承载能力测试作业的应用困难,提升井架应力测试作业的综合能力。本文介绍了一种井架承载能力测试加载装置,详细阐述了该装置的技术原理与作业特点。

可调式大跨距伸缩井架组合用定位装置

针对伸缩井架目前生产中使用一次性工艺撑,造成定位精度差、材料浪费、不易调节,以及对井架母材造成损伤等问题,分析了伸缩井架的结构、制造特点,研制出一种可调式大跨距伸缩井架组合用定位装置。介绍了定位装置的设计原则和结构,给出了技术参数,分析了原理和应用步骤。这一定位装置可以降低生产成本,解决伸缩井架生产中存在的问题。

DES模块钻机井架直立整体运输分析

针对DES模块钻机井架直立整体运输未有具体计算方法和方案,通过对DES钻机模块从建造场地到海上安装现场的运输过程进行详细的计算分析,以确保DES模块钻机井架在运输过程中的安全性和稳定性。使用SACS程序对DES模块的三维钢架结构进行模拟,并考虑相关的技术参数和环境荷载,采用静力分析和惯性力分析,对井架、钻机及其加固节点板进行了荷载模拟和运输分析,计算过程遵循国际标准规范。通过分析,得出了井架的最大变形结果,并校核了加固节点板的结果,井架对钻台和钢丝绳的稳定性和安全性,确保了运输过程中的结构安全。结论可为类似海洋工程项目的结构设计和运输提供了重要的参考数据,确保DES模块钻机井架在运输过程中的安全性和可靠性。

凿井井架套立架下行式安装工艺的应用

铜陵有色姚家岭矿业公司2#探矿井施工-600m中段探矿巷道,由井筒掘砌转探矿平巷施工需要进行临时改绞措施,须采用吊桶和罐笼两套提升系统。井筒-600m中段增设稳罐钢梁和手动托罐器,地表凿井井架下方增设套立架。套立架安装过程中首次采用下行式安装工艺,较传统上行式安装工艺工期由25天缩至20天,实现了快速安装施工,工程质量优良。

基于无源传感器的立井井架在线监测系统的应用研究

针对煤矿立井井架沉降、变形等观测的不便利性,恒源煤电股份有限公司引进了基于无源传感器在线监测系统,并在钱营孜煤矿主井提升系统进行了应用,实现了对煤矿立井井架沉降、变形等因素的实时在线监测。试验结果表明,该系统的应用效果理想,为企业创造了较好的安全经济效益。

VI型凿井井架快速安装技术研究

凿井井架是金属、非金属矿井在立井井简掘砌施工用的主要装备,担负着物料人员等提升运输任务, 选用合适型号凿井井架能提高提升运输能力,大型井架组装速度快慢对施工成本和建井工期有较大影响,本文以陕西亿华矿业开发有限公司海则滩煤矿副立井建设使用的VI型凿井井架为研究对象,论述了当前凿井井架发展历程并叙述了VI型凿井井架的特点,井架快速组装方法,此方法综合了“接装法”与“分扇组装法”,使安装效率大大提高,历时23天安装完成,其方法值得推广。

矿山标准凿井井架极限适用深度分析与构件优化设计

凿井井架是矿山竖井挖掘阶段的主要地上设施,现有标准图编制于1986年。采矿行业经过三十余年的发展,现行规范、常用工艺工法已与标准图多有不同。本文依托山东烟台某金矿1300 m凿井项目,梳理了井架所受各荷载间的联动-互斥关系。根据现行规范,分析了标准凿井井架的最大适用深度,分别计算了提升荷载和断绳荷载下的杆件应力,得出了最大适用深度增加的主要原因,并根据生产单位的诉求,采用空间结构模型计算方法,对标准井架构件进行了优化。

基于超大超深立井的凿井井架结构选型与设计

立井凿井井架是立井井筒施工期间进行提升和悬吊施工设备而设立的特殊钢结构体。近年来,随着我国矿产资源开发建设的不断发展,矿井的开采深度超过2000 m、井筒直径超过10 m时,现有的凿井井架无法满足施工的需要。研究设计了超深凿井井架,能够满足凿井井筒净直径11 m、凿井深度2500 m的施工要求。为进一步完善超大超深井凿井井架的设计理论,提升深井凿井技术装备水平,利用互联网技术对凿井井架工作状态下杆件的应变进行实测,既可以进一步提升立井井筒施工的信息化水平,也确保了超深立井凿井施工的安全。