Numerical simulation and analysis of drill rods vibration during roof bolt hole drilling in underground mines

Structural deterioration in the roof in an underground mine can easily cause roof fall, and deterioration is difficult to detect. When drilling holes for roof bolts, there is a relationship between the vibration of the drill rod and the properties of the rock being drilled. This paper analyzes transverse, longitudinal, and torsional vibrations in the drill rod by using vibration theory. Characteristic indexes for three kinds of vibration are determined. Using the finite element analysis software ABAQUS, a model for drill rod vibration during the drilling of roof bolt holes was established based on the geological and mining conditions in the Guyuan Coal Mine, northern China. Results from the model determined that the transverse and the longitudinal vibration decrease as the rock hardness decreases. In descending order, sandstone,sandy mudstone, mudstone, and weak interbeds cause progressively less vibration when being drilled.The ranking for strata that cause decreasing torsional vibration is slightly different, being, in descending order, mudstone, sandstone, sandy mudstone, and weak interbeds. These results provide a theoretical basis for predicting dangerous roof conditions and the presence of weak interbeds to allow for adjusting bolt support schemes.

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与工程实践

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景,梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状,剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速掘进面临3个方面的难题,包括全宽截割对围岩的扰动控制,软弱围岩及时高效永久支护,软弱围岩快速掘进煤帮临时支护。提出了软弱围岩掘锚一体化快速掘进的5项关键技术,包括:(1)低扰动截割技术。主要包括椭型全宽截割滚筒、截齿排布优化、截割动力学优化等。(2)减小空顶空帮距的及时支护技术。该技术是在掘锚一体化技术基础上,研制了集双圆柱导向、多连杆升降、支护油缸撑顶撑底、随动挡矸帘防护于一体的多钻机整体滑移平台,将掘锚一体机作业空顶距由2.5 m降至1 m,作业空帮距由3.5 m降至1 m。(3)软弱围岩多维度协同支护技术。综合考虑锚杆锚索支护参数间的时空协同效应和支护体与围岩的协同效应,掘进工作面采用低密度强力锚杆支护控制顶板,后部同步实施增强永久支护。(4)钻锚一体化技术。主要包括锚杆结构和力学特性、锚固剂材料及泵注技术等。(5)煤帮喷涂临时支护技术。主要包括快反应高延伸率喷涂材料、高比例精度喷涂泵送、不规则煤壁表面自适应轨迹控制、矿用防爆高精度机械臂、喷涂材料配套补给等。基于以上内容,研制了可控作业空顶距掘锚一体机,并进行了井下试验。试验表明,该装备有效缩短了作业空顶距和空帮距,实现了作业空顶距“可控”,适应于软弱围岩巷道快速掘进,掘进效率提高了1倍。

煤矿双巷连掘工作面智能化锚杆钻车研究与应用

基于现有四臂顶锚杆钻车、六臂帮锚杆顶锚索钻车,对其进行智能化升级改造,研制智能化四臂顶锚杆钻车、智能化六臂帮锚杆顶锚索钻车,并在双巷连掘示范工作面开展试验应用。结果表明:2种钻车实现了顶/帮锚杆、顶锚索支护钻孔施工的电液智能化控制,在局部少量人工辅助下完成顶/帮锚杆支护钻孔、锚固全流程自动化施工,起到了减员、提效作用,为煤炭行业智能化转型提供技术支撑和有益参考。

砂卵石地层自钻式锚杆锚固性能现场试验研究

为研究自钻式锚杆在砂卵石地层中的锚固性能,开展了18根自钻式锚杆的现场拉拔试验,从极限抗拔承载力、荷载-位移曲线及界面平均粘结强度等方面进行了分析。结果表明:砂卵石地层中自钻式锚杆的极限抗拔力随锚固长度的增加而增大,当锚固长度超过一定数值后,对提高锚杆极限抗拔力的能力有所下降;在破坏荷载前,自钻式锚杆的抗拔荷载–位移曲线基本呈线性,且位移量较小,达到破坏荷载时,位移量急剧增大,荷载–位移曲线出现明显拐点;锚固体–卵石界面平均粘结强度均值为0.14 MPa,高于该地区卵石层推荐的qsk值0.11 MPa,且锚固长度约在2~4 m时,界面平均粘结强度整体处于较高值。

快掘成套装备研究与探讨

快掘成套装备由加长运输系统横轴掘进机、门式支架预支护系统、跨骑式锚杆钻车、桥式转载机和自移机尾等组成,系统分工明确,掘支并行作业,减人、提效效果明显,能够有效解决煤矿巷道“掘快支慢”难题,实现巷道快速掘进。

基于高斯过程时间序列回归最优核函数和历史点数的锚杆支护钻进压力预测

在井下锚杆支护过程中,及时了解工作压力对提高钻机使用寿命、保障煤矿生产安全具有重要的意义。针对目前锚杆支护中钻进压力反馈滞后、煤岩硬度分布非线性、现有方法不适用等问题,提出了一种基于高斯过程时间序列回归最优核函数和历史点数的锚杆支护钻进压力预测方法。这种方法通过高斯随机过程、核函数以及贝叶斯理论进行锚杆支护时间序列煤岩压力预测,是一种对非线性问题适应性高、具有概率意义输出的机器学习方法。以巷道掘进过程中钻箱钻进1000 mm时的钻进压力试验数据作为最优核函数和历史点数的筛选样本,以10种核函数(E、SE、RQ、Matern3/2、Matern5/2、ARDE、ARDSE、ARDRQ、ARDMatern3/2、ARDMatern5/2)和7种历史点数(8、10、12、14、16、18、20)作为筛选对象,通过负对数边缘似然函数为极小化目标函数自适应获取最优超参数,以单步外推的方式和训练集、测试集7∶3的比例对筛选样本进行了70次数值解算。分别以测试集可决系数(R^(2))、测试集均方根误差(RMSE)、测试集平均绝对误差(MAE)为数值解算评价指标,获取了4种锚杆支护钻进压力预测策略的最优核函数和最优历时点数组合(Matern5/2+历时点数10、ARDMatern5/2+历史点数10、SE+历时点数18、RQ+历史点数18)。基于最小化计算量,选取最优核函数为Matern5/2、最优历史点数为10,再次分别对巷道掘进过程中钻箱钻进1200、2400、3000 mm的钻进压力试验数据进行数值解算,给出95%置信区间下锚杆支护钻进压力预测分布。所提出的方法对于钻箱钻进1200 mm的钻进压力的预测数据,R^(2)为0.61317,MAE为0.026957,区间平均宽度百分比为3.072%;所提出的方法对于钻箱钻进2400 mm的钻进压力的预测数据,R^(2)为0.93118,MAE为0.010895,区间平均宽度百分比为0.581%;所提出的方法对于钻箱钻进3000 mm的钻进压力的预测数据,R^(2)为0.99647,MAE为0.0091847,区间平均宽度百分比为0.614%。最终发现,不同核函数和历史点数的组合选择会有较大差距的预测效果,是不可忽略的两个重要因素,本研究方法对围岩硬度分布均匀的数据波段预测结果优秀,对围岩硬度突变的数据波段预测结果在可接受范围内。

煤矿用窄机身双臂锚杆钻车结构设计与应用

介绍了CMM2-18Y煤矿用窄机身双臂锚杆钻车的组成、工作原理及主要结构设计。通过实际应用证明:该钻车采用两套四连杆式钻臂结构是合理的,两套钻臂各自独立操作、互不干涉,满足了井下全断面锚杆、锚索孔及迎头探测孔的机械化施工要求;同时钻车机身宽度较窄,仅800 mm,且行走部采用可伸缩履带,左、右履带跨距800 mm~1200 mm可调,既能满足开阔空间钻车行走稳定性要求,又能适应狭窄通道,与其他设备错机方便,在小型断面巷道施工方面适应性广,优势明显。

隧道施工锚杆钻机钻杆自动送进机构设计

针对隧道施工锚杆钻孔的特点,设计了一种钻杆自动送进机构。该机构由伺服电机、行星减速器、压紧装置等组成,可实现钻杆的自动进给和回退。通过优化传动系统和控制系统,提高了钻进效率和钻孔质量。在某隧道施工现场开展钻进试验,测试了不同钻进参数下的性能指标。实验结果表明,所设计的钻杆自动送进机构具有较高的钻进速度和钻孔直线度,控制精度满足要求,可有效提高钻进自动化水平。

双翼弧平式长螺旋锚杆成孔钻具设计

针对传统锚杆成孔钻具在松散土层中存在的孔径缩小、孔壁不稳定和施工效率低下等问题,对双翼弧平式长螺旋锚杆成孔钻具进行改进和优化,开发一种新型成孔钻具。该钻具设计有双翼三角板钻头和弧平式旋板,有效提高了成孔的准确性和对土壤位移的控制,从而显著提高了锚杆的安装质量和施工效率。所设计的翼弧平式长螺旋锚杆是一种用于地下工程和斜坡稳定的先进锚固设备,尤其适用于松散或复杂的地质结构。

智能化坡面行走式钻机架在路基锚杆框架梁施工中的发展与应用前景

智能化坡面行走式钻机架作为一种先进的施工设备,在路基锚杆框架梁的建设中展现出巨大的潜力。本文深入探讨了该设备的设计特点、技术优势及其在实际施工中的应用效果。特别强调了其智能化控制系统和适应复杂地形的能力,这在提高施工效率、降低成本方面起到了关键作用。本文还详细分析了在推广应用过程中遇到的挑战及其解决策略,预测了智能化坡面行走式钻机架在未来路基锚杆框架梁施工中的应用前景,指出其将对建筑行业,特别是复杂地形施工领域产生深远影响。

螺纹钢锚杆直径与钻孔直径的合理匹配

以大量的实验室和现场试验为基础 ,从技术经济上深入研究了螺纹钢锚杆直径与锚杆外孔直径的合理匹配关系。研究结果认为 ,锚杆钻孔直径为 2 8mm ,使用直径为 2 2mm的无纵筋螺纹钢筋锚杆或直径为 2 0mm带纵筋建筑螺纹钢筋锚杆 ,可以取得较大的锚固效果和较好的经济效益。

新型迈步自移式超前临时支架的研制与应用

针对目前机掘巷道临时支护方式存在支护不及时、强度低及费工费时等问题,开发研制出一套安全可靠、操作简单、适应性强的新型迈步自移式超前临时支架。采用框架滑移交替迈步结构体系、上网机构及锚杆钻进平台解决了支架的行走、铺网和永久支护问题。现场试验表明:该支架能够较好地适应井下巷道的工况条件,及时对巷道顶板进行多级临时支护,自动铺设金属网,避免了工序频繁转换,实现了永久支护与临时支护的有效平行作业,简化了劳动组织工序,提高了巷道掘进速度,相对原工效0.21 m/工提高了66.7%。

软岩挤压型大变形隧道锚杆施工特性及工艺优化

以渭武高速木寨岭隧道大变形段为工程依托,基于对岩石可钻性与钻机性能间关系的分析,选择5种不同类型的锚杆施工机具,进行现场钻孔试验。研究结果表明:低强度炭质板岩挤压型大变形隧道,旋转式钻机应优选额定钻速较高的液压型钻机,冲击-旋转式钻机应优选冲击频率f较高的钻机;钻孔深度以5 m左右为界,超过此深度,钻孔易出现塌孔、卡钻及钻机钻进效率低下等问题,建议5 m以上长锚杆采用自进式;对于5 m内短锚杆的施工,MYT-125/330液压锚杆钻机施工拱顶部位锚杆的有效钻速(除去钻杆加长耗时)约0.8 m/min,YT28钻机施工边墙部位锚杆的有效钻速(除去钻杆加长耗时)约0.4 m/min,施工效果均较为理想;对于10 m长锚杆,采用“大功率台车式钻机+自进式锚杆”,施工功效可达10 m/30 min。

新型高效单巷快速掘进系统应用及改进技术

为解决单巷掘进时受作业空间、掘进设备和支护设备调机不方便的限制,导致掘进效率低的问题,大柳塔煤矿通过投入新型高效单巷快速掘进系统及其配套设备,优化了掘进工艺、减少了移动设备数量、提升了作业区域的安全水平、大幅提高了单巷掘进的效率,并解决了新系统锚杆钻车前端空顶、运输系统堵塞、通风除尘效果差等问题,实现了月最高进尺1 500 m,日最高进尺68 m;全尘粉尘质量浓度由134.8 mg/m3减小为76.5 mg/m3,呼尘粉尘质量浓度由26.2 mg/m3减小为9.1 mg/m3。

我国地下矿山锚杆安装设备的发展现状

锚杆安装设备是井下矿山支护作业中使用的主要工具,简要论述了国内锚杆钻机的发展现状,并对锚杆安装设备的研制方向进行了探讨。

螺杆钻具挠轴失效分析

两螺杆钻具挠轴在运转过程中突然断裂。采用化学分析、金相检验、力学性能测定等方法对失效挠轴进行了分析。结果表明 ,挠轴属脆性断裂 ,而原材料中的组织缺陷和加工工艺不当 ,是造成挠轴脆断的主要原因。

失稳岩石边坡加固处理实例

某一工程主体部分属于国家重点工程,在施工过程中岩石边坡出现险情,直接威胁着下部结构物和施工人员的安全。依据周边环境和地质条件,采用工程类比法和经验法对边坡采用预应力锚索、自钻式锚杆、钢筋网和喷射混凝土联合加固的措施;合理的设计参数、正确的支护结构形式和科学的施工步骤,使该加固措施充分发挥了锚固作用;根据锚杆钻孔施工过程中遇到的裂缝位置及边坡极限平衡理论,采用反算法得出岩体力学参数,进而对加固后边坡的安全系数进行计算。结果显示,安全系数得到大幅度的提高,确保了边坡稳定和后续施工的顺利进行。重点介绍本边坡加固工程的设计和施工情况。

某超大断面交通隧道塌方处理试验设计及施工技术研究

文章以某超大断面交通隧道洞口段超大型塌方冒顶处理为工程背景,以现场试验及监控量测为手段,利用改进的自进式中空锚杆代替小导管,解决了在碎块状—巨块状架空塌碴体中成孔难的问题。通过确定合理的支护参数、注浆量和相应的施工方法,成功地处理了隧道塌方。

摆臂式锚杆钻车臂架结构设计及有限元分析

锚杆钻装设备是锚杆支护施工中的关键设备。锚杆钻装设备的有效使用直接影响巷道的支护质量、支护效果以及成巷速度。为提高巷道的掘进效率和锚杆钻车的工作稳定性,设计一种新型双臂摆臂式液压锚杆钻车,实现巷道内较大作业空间、灵活钻装和持久耐用的功能。首先运用Pro/E完成臂架结构的三维模型,之后运用ANSYS Workbench对锚杆钻车臂架在危险工况下进行有限元分析,最后完成对钻车臂架结构强度和刚度的校核。结果表明双臂臂架结构设计合理,为臂架结构强度、刚度的设计提供了可靠的理论依据。

贵阳市顺海公路某路段边坡稳定性分析及治理

贵阳市乌当区顺海公路某路段路基开挖后,存在公路中线至右侧高处房屋的小滑坡问题及由河边至居民区的大滑坡问题。在对滑坡原因及边坡进行稳定性分析的基础上,决定采用钻孔锚固桩为防止右侧小滑体毁坏民房的应急预案,采用抗滑桩为整个大边坡的治理措施,并计算了抗滑桩的各截面内力,为桩身配筋提供依据。