护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统研究

护盾式临时支护机器人是适应夹矸与片帮共存的大断面巷道智能掘进机器人系统的重要组成部分,其主要功能是为实现“掘支并行”作业提供安全可靠的工作空间。为加强护盾式临时支护机器人推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护,根据护盾式临时支护机器人结构、工作环境与作业需求,建立其带压行驶的推移量与支护力数学模型及带压行驶动力学模型,设计了护盾式临时支护机器人带压行驶液压控制系统。该系统主要由支护液压系统、行驶液压系统组成:静态支护时,支护液压系统需时刻输出大于上盾体自身重力的支护力,行驶液压系统处于待机状态;带压行驶时,支护液压系统和行驶液压系统同时工作,在保证临时支护机器人“减压不离顶”的同时,与顶板时刻带压并稳步前移。提出了基于模糊PID的护盾式临时支护机器人带压行驶精准控制方法:通过集成在推移油缸上的位移传感器与液压回路中的压力传感器实时采集临时支护机器人的压力与位移信号,用于反映临时支护机器人带压行驶途中支护力和行驶位移的变化情况,并根据支护力和推移量的误差和误差率,利用模糊PID算法对支护力和推移量的控制参数进行修正,实现基于模糊PID算法的带压行驶可靠控制。仿真与实验结果均表明,模糊PID控制的效果优于传统PID控制,在模糊PID控制下,护盾式临时支护机器人推移行驶过程中的支护力相对误差小于1%,行驶位移误差小于2 mm,且支护力和推移量控制响应速度快,保证了推移行驶过程中对围岩的安全稳定支护。

盾构机始发井深基坑力学和变形特性离心模型试验研究

为探究盾构机始发井深基坑开挖过程中周边土体的应力、变形和土压力分布规律,通过对工程原型进行概化,在典型土层条件下,采用停机-开挖-支护的模拟方式开展了方形基坑和圆形基坑两种方案共2组离心模型试验,从地连墙的弯矩和其后土体的水平位移、基坑外侧土压力分布以及地表沉降等角度,对比分析了两种盾构机始发井深基坑开挖过程的工程特性。结果表明:地面沉降随基坑开挖深度增大逐渐增加,形成沉降槽状;地连墙土压力变化呈非线性,随着基坑开挖不断深入的,离地表较近处的土压力逐渐变大,而深处的土压力则逐渐减小;在第5步开挖时2组模型地下连续墙水平位移均达到最大值,圆形基坑是方形基坑的1.4倍,同时地连墙的弯矩也达到最大值,圆形基坑比方形基坑小320 kN·m。研究成果可为深埋隧道深基坑的优化设计和开挖提供指导。

考虑刀盘推力的泥水盾构隧道开挖面平衡机理研究及应用

现有泥水盾构隧道开挖面平衡机理中,开挖面的支护多认为全部由泥浆压力提供,刀盘推力在支护中的作用少有提及。针对穿沁泥水盾构隧洞工程存在的开挖面支护具体问题,结合开挖面支护主控参数分析,揭示了考虑刀盘推力的泥水盾构隧道开挖面平衡机理,给出了刀盘推力具体表达式。运用所揭示的平衡机理,结合提出的一种盾壳外侧摩阻力估计方法,对该工程的3个重点穿越段进行了开挖面支护力计算和稳定分析。研究表明:3个重点穿越段的掘进中,刀盘推力分别占开挖面支护力的21%,24%,11%;同时考虑泥浆压力和刀盘推力的开挖面支护力,与仅考虑泥浆压力相比,在开挖面前方的轴向水土合力存在区间内占比分别由0,0和78%分别提高至78%,32%和88%,表明刀盘推力在开挖面支护中发挥了重要作用。

渗流条件下富水砂层盾构隧道开挖面临界支护压力计算分析

[目的]富水砂层是地铁盾构隧道常见的掘进地层,在土舱内外水压差作用下会发生渗流。因此,有必要研究渗流条件下,富水砂层盾构隧道开挖面临界支护压力的准确计算方法。[方法]采用三维有限元上下限极限分析法和Optum G3软件,对无渗流条件下的盾构隧道开挖面开展稳定性研究,通过主要参数敏感性分析,提出了不考虑渗流条件下的开挖面临界支护压力计算方法。考虑土舱内外水头差引起的渗流作用,采用三维有限元分析法和PLAXIS 3D软件,研究稳态渗流和流固耦合作用下富水砂层盾构隧道开挖面的失稳破坏模式。通过水头差、隧道埋深比和内摩擦角的敏感性分析,基于无渗流条件下的开挖面临界支护压力计算式,进一步提出了考虑稳态渗流条件下的开挖面临界支护压力计算方法。[结果及结论]所提计算式能够较为简便地确定富水砂层中盾构掘进的开挖面压力。对于不同的地下水状态,临界开挖面支护压力排序为:未发生渗流的临界开挖面支护压力>发生渗流的临界开挖面支护压力>干砂条件下的开挖面临界压力。当埋深比C/D<1、土体内摩擦角φ≤25°时,开挖面破坏区从拱底发展至接近地面处,容易发生浅层隧道冒顶破坏;当C/D≥1、φ>25°时,开挖面前方失稳破坏区局限于开挖面上方一定范围内,发生渗流时比无渗流时的破坏区域稍大。

临近空间火箭探空温度传感器设计与分析

太阳辐射误差是30~60 km高度的临近空间火箭探空仪观测误差的主要来源。为了降低太阳辐射误差,设计了一种圆环状的镀银铝板防辐射罩。首先,使用计算流体动力学(CFD)计算出无防辐射罩的探头和有防辐射罩的探头在不同的海拔高度、气流速度、太阳高度角下的太阳辐射误差,并且进行数据对比分析。之后,利用支持向量机(SVM)算法训练出仿真结果并且得到相应的预测模型,可以得出预测值与仿真值之间的均方根是0.036 K,预测值与仿真值之间差值的绝对值在0.08 K以内。最后,使用低气压风洞和太阳模拟器作为实验平台模拟出高空环境,将实验结果与算法预测结果进行对比。得出实验值与预测值平均测量误差为0.096 K,均方根误差为0.097 K。

采煤弓形柔性掩护支架沿空留巷技术分析

以山西A矿3062工作面大倾角煤层为例,设计了弓形柔性掩护支架沿空留巷技术方案。首先,介绍了大倾角煤层的基本情况,以此为基础,分析了弓形柔性掩护支架结构设计的内容与安装流程,并根据大倾角煤层特点,探讨了弓形柔性掩护支架的受力情况;其次,通过案例分析的方式验证了该技术的应用效果;最后,确定了利用弓形柔性掩护支架沿空留巷技术后,可以提高煤层顶底板的稳定性,减小变形量,有利于煤矿开采工作的开展。

基于BLT计算复杂腔体结构屏蔽效能的拓展方法

本文通过拓展BLT(Baum-Liu-Tesche)方法,计算了复杂结构腔体的屏蔽效能(Shielding Effectiveness,SE). BLT方法最初被用于分析传输线模型,后被拓展到计算腔体屏蔽效能,然而其局限于计算矩形腔体和圆柱腔体的屏蔽效能,无法分析更加复杂的腔体结构.本文将BLT方法与数值方法相结合,同时利用机器学习的回归方法,将其拓展到复杂腔体结构的屏蔽效能计算中.本文首先计算了腔体二维截面的特征模;然后,基于电磁波传播规律建立了等效电路网络结构,结合BLT方法获得腔体屏蔽效能的频域响应分布;最后,利用机器学习方法训练支持向量回归模型(Support Vector Regression,SVR),修正频域响应幅值,得到腔体目标的屏蔽效能.本文采用了3种不同结构的腔体对提出的方法进行了验证,频率范围为0.1~3 GHz.以商业软件仿真得到的结果为标准,本文提出的方法可以在85%的置信度条件下,实现均方根误差小于3,同时计算速度相比商业软件提升80倍以上.

煤矿急倾斜煤层柔性掩护支架采煤法开采参数分析

以神角煤矿为例,介绍了1种煤矿急倾斜煤层柔性掩护支架采煤法。通过对煤矿的生产技术条件进行分析,进而计算出作业面主要参数、巷道支护参数、回采工艺参数,确定了最佳的柔性掩护支架采煤技术方案,为煤矿急倾斜煤层的开采提供了支持,明确了根据柔性掩护支架采煤法的开采参数进行煤矿设计,可以提高煤矿的生产效率和经济效益。

考虑刀土摩擦的砂土盾构隧道开挖面支护压力计算方法

确定盾构隧道开挖面极限支护压力是隧道工程中的核心问题之一。现有研究一般忽略盾构刀盘与主动极限状态时开挖面前方失稳土体间的摩擦效应,导致计算结果偏保守。为了解决此问题,首先,基于梯形楔形体模型,考虑盾构开挖掌子面与前方被切削土体之间的竖向摩擦力、楔形体与上方土柱之间因相对错动引起的横向摩擦力以及隧道埋深对极限支护压力的影响,推导了砂土地层盾构开挖面的极限支护压力计算公式;其次,通过与其他理论方法及试验结果进行对比,验证了本文方法的合理性;最后,讨论了刀土摩擦力在不同工况下对盾构开挖面极限支护压力的影响规律。研究结果表明:在其他参数不变时,开挖面极限支护压力随着刀土外摩擦角增大而逐渐减小,与刀土外摩擦角近似呈线性关系;刀盘土体间摩擦力对维持盾构开挖面稳定具有有利影响,对开挖面极限支护压力的影响不可忽略;适当增大刀盘与前方土体间的外摩擦角可有效增加开挖面的极限稳定性;刀土摩擦力对浅埋情况的盾构隧道开挖面极限支护压力的影响要明显比深埋情况的影响大,在选择盾构掘进刀具时应重点考虑埋深的影响。

ZY13000/20/40D掩护式液压支架设计

针对某矿区实际工作面使用工况,对液压支架的总体参数、结构形式、技术特点进行了重点研究,设计了ZY13000/20/40D两柱掩护式液压支架。使用结果表明,该支架结构稳定、支护效果好,能够满足井下工作面使用要求,可以为类似工况的液压支架设计提供相关经验。

液压支架护帮板焊接变形分析及其控制研究

为了确保液压支架焊接结构件的力学性能达到最佳状态,符合高强度、安全可靠性的要求,以矿用液压支架护帮板焊接变形工艺为主要研究对象,焊接工艺技术虽然可以焊缝可以合理地提高护帮板的钢性指标,但由于受热不均匀,可能会出现收缩变形、弯曲变形、角变形等变形问题,因此,着重讨论液压支架护帮板焊接变形分析及其控制研究,以供在解决生产护帮板过程中的问题时作为参考。

矿井超前掩护支架运输安撤专用车关键技术研究与应用

针对现阶段综采设备安撤过程中存在的超前支架运输难题,结合超前掩护支架细、长、高的结构特点,开发了一种车身稳定、运载方便、功能丰富和闲置率低的矿井超前掩护支架运输/安撤专用车。利用ABAQUS有限元仿真软件对该装备的部分结构进行模拟,结合力学理论分析,得到符合产品要求的仿真结构。阐明了超前掩护支架运输/安撤专用车的整车结构及工作原理,介绍了整机装配工艺流程及操作流程。超前掩护支架运输/安撤专用车的应用显著提升了矿井作业效率和安全性,节省了人工,降低了企业成本。同时,该专用车突破了传统作业模式,具有自重轻,重心低,运行平稳,装卸便捷,实现了“一专多能”。超前掩护支架运输/安撤专用车的成功应用为矿井清洁能源车辆的开发及自动化、智能化的发展奠定了良好的实践技术和理论支撑。

迈步液压支架优化设计数值模拟研究

为解决液压支架工况受力大的问题,文章利用数值模拟软件对液压支架顶梁与底座两端中受载、顶梁偏心受载且底座承受扭转载荷、顶梁偏心受载且底座两端受载三种工况下的应力进行分析,给出了应力集中点后,对液压支架进行优化设计,然后对优化后的液压支架受力情况进行分析。分析发现:经过优化后支架的工况受力有了明显的改善,证明该优化方案可行,所研究内容可为矿井液压支架优化设计提供有力参考。

液压支架掩护梁的优化设计及其实践应用

掩护梁结构是液压支架的主要承力结构件,对其开展优化设计能显著提升液压支架的设计水平。以ZY5000/8.5/16型液压支架的掩护梁为例进行分析,在概述液压支架及掩护梁结构的基础上,利用ANSYS软件建立仿真模型,分析发现掩护梁的安全系数很高,有很大的轻量化设计空间。选择掩护梁的10个关键结构尺寸作为优化对象,以最大变形和等效应力为约束条件,以总质量为优化目标,通过优化使得掩护梁整体质量减轻了17.6%。将新的掩护梁部署到煤矿工程实践中,经过一段时间的应用发现整体运行稳定,验证了轻量化优化设计的有效性。

超小净距并行盾构隧道施工安全控制技术研究

为解决超小净距并行盾构施工安全掘进的技术难题,依托苏州地铁7号线枫红区间隧道工程,针对其超小净距交互影响问题,创新采用了“MJS咬合隔离墙+洞内径向深孔注浆+先隧道同步支顶+后行盾外克泥效注浆”的小净距并行盾构施工新型保护体系;自主研发了具有伺服精准控制、自动行走、大角度爬坡、小曲线转弯功能的同步平衡支顶系统;对外部荷载、夹层土水平位移、管片收敛、管线沉降进行监测分析,并揭示了不同条件下并行穿越附加荷载、夹层土水平位移变化规律及影响范围。最终实现了超小净距并行盾构施工安全控制。

基于M-C准则的任意角度隧道掌子面稳定性分析

为探究任意盾构角度影响下隧道掌子面的稳定情况,以向上倾斜盾构隧道为例,基于线性Mohr-Coulomb强度准则,运用空间离散技术及“点生点”技术,考虑倾斜角度对隧道掌子面稳定性的影响,通过改进现有的隧道掌子面三维主被动破坏模型,实现了倾斜隧道掌子面的主被动破坏极限支护压力的求解,并建立了线性Mohr-Coulomb准则下倾斜隧道掌子面三维主被动破坏模型,生成了与之对应的主被动破坏模型的能耗方程。通过本文模型计算结果与现有模型和数值模拟的计算结果进行对比分析,验证了本文所建立的倾斜隧道掌子面三维主被动破坏模型的合理性。结果表明,任意盾构纵向倾角是影响掌子面稳定性的重要因素,不可忽略;本文所建立的任意角度掌子面三维旋转主被动破坏模型相比现有模型更接近真实解,在掌子面稳定性分析时能够得到更优的分析结果,为类似隧道盾构施工的安全性提供了有效的理论指导与参考。

基于盾构掘进影响的基坑支护玻璃纤维筋锚杆应用研究

结合工程实例,分析与盾构隧道连接的基坑在采用锚杆支护的情况下,当盾构掘进通过支护锚杆范围时锚杆与盾构的作用关系,研究锚杆材料、配置参数对盾构的影响因素及影响效果,指出采用玻璃纤维筋作为基坑支护锚杆时对盾构掘进的有益效果,并提供一种基于对盾构影响作用下的玻璃纤维筋锚杆优化的选配设计方法,同时给出实用的计算公式。

基于极限上限法的富水复合地层盾构隧道开挖面极限支护力计算方法

为更合理地设置富水复合地层盾构隧道开挖面支护力,保障盾构隧道安全掘进,基于极限上限法分析原理和相关联流动法则,构建水平层状地层盾构隧道开挖面分段对数螺旋线破坏机构,建立多层水平层状富水地层盾构开挖面稳定性极限上限法分析和极限支护力计算方法,并开展参数分析;并进一步依托实际工程,将理论计算方法、数值模拟与工程实践测试进行对比。结果表明:1)从隧道底部自下而上,土体参数对极限支护力的影响不断减小;2)与传统的地层均质化处理方法相比,考虑地层分层的破坏机构能够较好地表达多层复合地层盾构开挖面的破坏机制;3)考虑开挖面的变形控制,推荐将本文计算结果乘以1.5倍的安全系数作为土舱压力值。

地铁穿地裂缝段盾构扩挖施工临时支护方式研究

为研究采用盾构扩挖工法施工穿越地裂缝过程中,不同临时支护方式对围岩变形的影响,依托西安地铁15号线府君庙村站—祝村站区间工程,采用FLAC3D和Midas GTS NX软件对盾构扩挖穿越地裂缝过程中围岩变形与盾构隧道的受力进行分析,得出合理临时支护方式进行实际应用,并结合现场地表变形情况进行对比分析。研究结果表明:双竖向临时支撑对围岩变形以及隧道结构均起到良好的控制效果;首环管片破除与扩挖施工会改变隧道结构的整体性,从而导致围岩变形剧增,是盾构扩挖施工中危险环节,需要加以重视;通过现场监测,扩挖施工地表沉降均在规范允许范围内,扩挖施工影响范围主要在7环以内,施工中可结合扩挖影响范围进行超前加固。

盾构穿越破碎带区域隧道变形特征研究

研究了盾构隧道下穿破碎带区域时隧道的变形特征及其控制方法。研究发现,该变形可分为稳定阶段、突变阶段和加剧阶段,采用超前支护可以有效减小拱顶沉降和拱底隆起,其中加剧阶段的控制效果最佳,其次为突变阶段,最后为稳定阶段;施工时,距掌子面较远时掌子面的挤出变形值较小,距掌子面较近时则变形值较大;掌子中部偏下区域变形值较大,超前支护能够控制掌子面的纵向内部位移和竖向挤出位移,并降低围岩塑性变形区域。该研究可为盾构隧道的施工提供参考和指导。