钻井法凿井气-液-固耦合排渣流场及刀盘吸渣口优化

针对西部地区侏罗系地层煤矿立井钻井法施工中出现的气举反循环洗井排渣与钻进效率低下问题,以陕西可可盖煤矿中央回风立井ϕ4.2 m超前钻井为工程背景,基于CFD-DEM(计算流体力学和离散单元法耦合)研究方法,建立了气-液-固多相耦合排渣数值模型,揭示了排渣管内、井底流场的速度及压力分布规律,并基于自研的气举反循环排渣试验装置,采用PIV(粒子图像测速法)测试技术对流场分布的正确性进行验证;提出了优化刀盘吸渣口评判指标和方法,对吸渣口的数量、长径比、面积比、总面积占比进行优化,得到了超前钻头刀盘吸渣口布置的最佳方式和相关参数;讨论了钻头转速、注气量、风管没入比和泥浆黏度等主要因素对排渣流场的影响。研究结果表明:(1)排渣管内流体的运移以轴向流动为主,且途经注气端时,流速发生跳跃式剧增;井底流体的运移主要以水平流动为主,流体的垂直上返仅存在于吸渣口附近;井底流体的水平流动以切向流动为主,径向流动仅在吸渣口两侧较为明显,且远离吸渣口处,径流速度较小易产生岩屑沉积;(2)当刀盘吸渣口数量为2,长径比为0.4,面积比为1,总面积占比为1.94%时,吸渣口的布置方式最佳,且清渣率较现行吸渣口布置方式提高66%;(3)增大钻头转速可显著增强吸渣口的吸附作用,注气量、风管没入比与井底和排渣管内流体的轴向速度均呈正相关关系,低黏、低密度的泥浆易获取高流速,但携岩能力较差。研究结果可为破解侏罗系地层深大立井钻井法洗井排渣与钻进效率低下技术难题,提供有益的理论参考。

铜凿剪纸风格化方法研究

铜凿剪纸是一种在铜箔上凿点并使用矿物质颜料上色的传统艺术形式,其成品光彩夺目。铜凿剪纸工艺复杂、制作时间长,对手工艺人的技术水平有很高的要求。为此,提出了一种铜凿剪纸风格化的方法,并设计、实现了一种计算机辅助铜凿剪纸设计工具,通过生成图像线稿、凿点图以及铜凿剪纸效果图,帮助手工艺人快速完成铜凿剪纸的创作和制作。将输入图像进行区域分割以提取图像的线条,生成图像线稿;定义了一种颜色损失函数,结合贪心算法和梯度下降法求解函数最小值得到最佳颜色映射方案;基于VGG-19网络对图像线条进行风格迁移,生成凿点图;将线条风格迁移图像与颜色迁移图像进行融合,生成铜凿剪纸效果图;基于PyQt5框架开发铜凿剪纸设计工具,设计了交互平台。实验结果表明,该方法能够实现图像的铜凿剪纸风格化,且效果接近真实的铜凿剪纸,支持手工艺人快速生成工艺流程中需要的图像线稿、凿点图以及效果图等相关材料,提高铜凿剪纸的制作效率,具有较高的应用价值。

施工凿毛对铰缝抗剪性能影响研究

为研究空心板梁桥不同凿毛情况对铰缝受力性能的影响及其破坏机理,通过混凝土试块剪切流变试验和利用ABAQUS数值分析软件建立二维内聚力单元模型,分析了铰缝处受力情况和损伤破坏机理,并建立了凿毛界面混凝土抗剪本构关系,以此研究了凿毛深度和凿毛率对空心板梁桥铰缝抗剪性能的影响。研究结果表明:凿毛深度变化不能改变铰缝的受力模式,混凝土铰缝的薄弱面仍在交界面上;随着凿毛深度的增加,凿毛产生的齿状混凝土被剪断,铰缝抗剪强度大大提升;结合试验和有限元数值模拟,得出最佳凿毛深度为15 mm,高于施工规范建议的8 mm,此时铰缝抗剪强度相比凿毛深度为8 mm时提高了44.3%,且凿毛面积取最大凿毛率时,抗剪能力可进一步提高。

环境敏感区凿岩爆破风险控制关键技术研究

为解决环境敏感区丹江小三峡特大桥3、4#桥基场平爆破施工难题,研究采用理论计算、试验分析等方式,探究了现场凿岩爆破危险因素的影响,并进一步提出了控制措施。研究结果表明,在景区溶洞及邻近水源保护的敏感环境下,爆破振动与抛掷飞石依旧是爆破作业的主要风险因素,通过采取数码雷管布设孔内分段延时爆破、机械辅助调整抛掷作业面,可有效降低爆破风险因素影响;同时,现场应加强场内弃渣、警戒公告等施工组织管理,避免爆渣污染丹江口水源、景区及航运流动人群受扰动等情况发生。研究从风险分析、设计优化、施工管理等方面总结形成了环境敏感区凿岩爆破风险控制关键技术,为类似环境项目提供施工借鉴。

小汪沟铁矿凿岩台车掘进成本优化分析

为解决金属矿硬岩巷道掘进速度慢的问题,并响应“机械化换人、自动化减人”的号召,越来越多矿井采用凿岩台车替换人工手持风钻提高穿孔效率,从而提升爆破掘进速度,但在具体实施过程中的经济成本是否合理并不可知。以小汪沟铁矿为例,分析对比了该矿井采用人工凿岩和台车凿岩的各项成本,采用最优化理论分析了巷道进尺与掘进成本之间的关系。经过研究发现,凿岩台车每米进尺比人工凿岩节省914.87元;当进尺低于3 269 m时,采用人工凿岩成本更低;当进尺高于3 269 m时,建议采用台车凿岩。

无监督学习型凿岩钻臂逆运动学求解方法

凿岩台车钻臂智能寻孔控制对提升凿岩钻孔作业精度和效率具有重要意义,逆运动学求解是实现钻臂精确快速寻孔控制的核心.现有解析法或数值法无法满足复杂钻臂逆运动学求解精度或时间效率要求,而传统神经网络方法依赖于标签数据,求解结果的可靠性较低.针对上述问题,本文提出一种考虑安全约束的无监督学习型神经网络逆运动学求解方法.区别于传统解法,该方法不依赖标签数据,直接将期望钻臂末端位姿作为网络输入,以实际末端位姿与期望末端位姿的差异作为优化目标,通过梯度下降驱动网络更新.同时,为确保关节位置的安全性,本文构造了安全碰撞惩罚,将罚项引入到求解目标函数中,促使网络输出的关节量满足特定环境的约束条件.上述的研究方法不仅提高了逆运动学求解的精度,而且显著降低了逆运动学解的碰撞率.实验结果表明,使用无监督学习型神经网络逆运动学求解方法所求得的寻孔误差均值在5~7 mm之间,相较于监督学习型方法,逆运动学求解精度提升约70.72%;引入约束后,该方法在不损失求解精度的前提下,逆运动学解的碰撞率降低了90.28%.

三臂凿岩台车液力机械传动系统的牵引性能

三臂凿岩台车在隧道作业时,路面平整度低、负载波动大,导致牵引性能输出不稳定。在三臂凿岩台车动力总成的基础上,建立了液力机械系统的功率平衡理论与力学平衡方程。进一步,开展了三臂凿岩台车的发动机外特性和液力变矩器原始特性实验,研究了共同工作的输入特性和输出特性。建立了三臂凿岩台车的动力传动系统仿真模型,同时开展了整机牵引性能实验。整车实验与仿真计算对比结果表明:一挡、二挡、三挡最大牵引力误差分别为1.8%,2.4%,1.7%,最大车速误差分别为2.1%,1.9%,2.3%,验证了三臂凿岩台车的牵引性能理论,对复杂工况下工程车辆牵引性能研究具有一定的指导意义。

西康高铁秦岭太兴山隧道凿岩台车钻爆试验研究

基于凿岩台车应用现状,针对采用凿岩台车钻孔爆破时平均线性超挖量大等问题,选取西康高速铁路(西安—安康)秦岭太兴山隧道左洞进口Ⅲ级围岩段(DK23+075—DK23+155)作为凿岩台车钻爆法试验段。首先针对周边孔外插角大和掏槽孔深度受限情况,将凿岩台车两侧机械臂长度由7.1 m缩短至6.1 m。然后制定了精准钻孔措施。基于与该隧道同等围岩级别地段手风钻钻孔爆破施工经验,经过现场3个循环的凿岩台车钻爆试验,确定掏槽形式为两级斜孔掏槽,把电子雷管起爆时间设置为导爆管雷管奇数段位的起爆时间,按照掏槽孔、辅助孔、内圈孔、周边孔和底板孔的顺序依次起爆。经实施,爆破施工进尺可达3.4~3.6 m,周边孔爆破后炮痕保留率90%以上,断面平均线性超挖量仅19.9 cm。与凿岩台车配套的药卷直径宜在40~45 mm取值。

白垩侏罗系地层钻井法凿井钻井液黏度突变致因分析

在西部地区可可盖煤矿钻井法凿井过程中,穿越白垩侏罗系地层时遇到钻井液黏度突然增大的问题,严重影响了钻进速度。为此,通过实验方法探究了钻井液黏度突变的原因。实验中添加了三聚磷酸钠、羧甲基纤维素钠等外加剂以及不同层位的岩粉,并观察了钻井液黏度的变化。对比实验分析发现,三聚磷酸钠降低了钻井液黏度,而羧甲基纤维素钠增加了其黏度。添加293、391m层位的砂岩岩粉对于钻井液黏度几乎没有影响,漏斗黏度始终保持在27s左右;然而,在添加276、402m层位泥岩岩粉后,可以使钻井液黏度增大。通过XPS半定量分析相应样品以及采用XRF半定量分析和SEM电镜分析相应的钻井液发现:白垩侏罗系泥岩含有较高浓度镁元素,在该地层进行钻井法凿井时会导致Mg^(2+)浓度上升;随着Mg^(2+)浓度增加,高浓度Mg^(2+)促使蒙脱石层间阳离子与之交换并进入其空间结构中,从而引起蒙脱石絮凝程度提高并导致整体钻井液黏性增大。

基于PNN神经网络的凿岩台车电液控制系统故障诊断研究

针对凿岩台车电液控制系统故障诊断效率低的问题,该文提出一种结合故障树分析法和概率神经网络(probabilistic neural network,PNN)的故障诊断方法。首先,基于电液控制系统的结构和工作原理构建其故障树模型;然后通过对故障树模型进行定性分析,确定其最小割集和典型故障种类,以选取的典型故障种类的关键参数构建故障征兆矩阵,通过PNN神经网络对该矩阵进行训练和计算,实现对系统典型故障状态的自动识别。实验结果表明,该文方法的平均诊断时间为1.2 s,平均诊断准确率为80%,能够快速准确地定位系统故障,可满足凿岩台车电液控制系统故障诊断的工程实际需求。

重锤式凿岩在临近码头结构港池扫浅中的应用

随着经济的不断发展,大型深水码头作为海上运输的一个重要部分受到越来越多国家的重视。疏浚作业作为码头建设中的一个重要环节,疏浚底标高的确认是码头港池移交前的一个重要指标。一旦码头港池范围内出现局部浅点,尤其是临近码头结构位置,将直接威胁到码头运营的安全。为了安全高效地完成临近码头结构港池的扫浅施工,本案例从重锤式凿岩方法在临近码头结构港池扫浅的施工工艺、设备选择等方面,对重锤式凿岩的要点进行了实践与探究,具有一定参考意义。

混凝土预制桥梁中免凿毛止浆带的应用研究

为研究免凿毛止浆带在改进混凝土预制桥梁凿毛工艺和提升新旧混凝土界面黏结性能方面的应用效果,依托在建项目实际应用情况,结合试验检测技术,进行了两种界面处理方法的粗糙度对比和界面黏结性能(劈裂强度)对比试验研究,为免凿毛止浆带的应用提供了一定理论支撑;以粗糙度和劈裂强度为评定指标,研究发现,免凿毛止浆带的应用效果较传统工艺有较大改进,黏结性能也有一定程度的提升。

基于ABAQUS仿真的水下液压破碎锤凿岩施工参数设计

针对液压破碎锤水下凿岩施工无法可视化、施工参数难确定的问题,采用ABAQUS仿真平台进行水下液压破碎锤凿岩模拟,对凿岩施工参数设计进行理论研究。不同型号破碎锤的冲击能大小对凿岩速度的影响很大,为获得理想的施工效率,需根据岩石参数选择破碎锤型号。研究发现3个自由面条件下凿岩产生2个方向的劈裂效果,随着凿岩布孔间距少量增大,凿入深度变化不大,但劈裂效果产生的深度变化较大。对于航道疏浚平整度要求高的情况下,选择凿入深度和产生劈裂效果深度相当的布孔参数,施工效率和施工质量均能达到理想的效果。

高频破碎锤清礁的凿入规律研究

高频破碎锤是一种符合生态航道整治要求的新型除礁技术。为探究高频破碎锤清礁的凿入规律,通过高频破碎锤凿击模型试验,以凿入深度为衡量破岩效率的主要参数,研究钎杆凿入深度随时间变化的规律,分析不同岩体强度和不同工作档位对凿入深度的影响,在此基础上拟合不同工况下凿入深度分别与凿击时间和岩体强度的经验公式。研究结果表明:凿入深度随凿击时间呈非线性正增长关系,增长幅度随时间增大而减小;凿入深度随岩体强度增大而减小;凿入效率随工作档位变大而提高,其中3档为最佳工作档位。

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。

大型竖井凿井大临工程快速施工实践与探讨

在山东黄金集团焦家金矿朱郭李家副井井筒凿井大临工程施工中,采用整体钢结构组合模板进行井架基础施工,利用砖砌墙支撑设备整体浇筑和凿井井架整体吊装。通过合理地布置施工顺序、优化基础施工方法和科学管理等措施,在工期、质量和安全等方面取得了非常好的效果,实现了立井大临工程快速优质施工的目标。

变频调速在凿井绞车集控系统中的应用设计

随着科技高速发展,我国矿山立井井筒施工工艺要求也越来越高,本文通过变频调速研究分析,将变频调速应用在凿井绞车集控系统中,真正把可编程序控制器和变频器应用于控制系统上,并在可行性方面进行了较深入的研究。进一步提高电控系统安全可靠性、控制精度及调速性能。控制线路简单,方便日常维护,降低了故障发生率,避免事故发生,达到了安全生产运行和节能降耗的要求,为煤炭行业矿井施工奠定坚实基础。

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。

预制空心板腹板凿毛机器人施工技术

目前,我国预制空心板腹板混凝土凿毛技术主要采用人工方法,施工效率较低,并且在施工过程中容易影响梁板预制台座的使用周转率,同时人工凿毛在一定程度上会造成粉尘、噪声污染,危害作业人员的身心健康。因此,以柳格高速的建筑施工过程为例,利用自动化技术对预制空心板腹板凿毛机器人进行优化,讨论凿毛机器人进行施工工法与技术,对比分析了凿毛机器人与常规人工手持凿毛锤的经济效益。工程实践表明:利用凿毛机器人每片空心板可节省352.5元,单次施工中可以节约成本30万余元。由此可知,凿毛机器人能有效节约成本,具有很高的推广价值。

三臂凿岩台车在隧道开挖施工中的应用研究

文章主要研究三臂凿岩台车在隧道开挖施工中的应用。首先,阐述三臂凿岩台车的基本结构和工作原理;其次,探讨其在隧道开挖施工中作用与优势;最后,结合隧道开挖的施工工艺流程,从工作面设计与布孔方案优化、设备安装调试与定位、凿岩作业工艺参数选择等方面,阐述三臂凿岩台车在隧道掘进中的应用要点。研究表明,三臂凿岩台车可以显著提高隧道掘进效率,改善作业环境,推动隧道工程的机械化、自动化发展。