动静荷载作用下煤矿TBM滚刀贯入度预测理论模型

全断面掘进机(TBM)掘进过程中,除步进油缸顶推刀盘,带动滚刀切入岩石外,滚刀还受到不同程度的冲击。为研究TBM滚刀在“顶推-冲击”动静荷载耦合作用下的破岩特性,建立了动静荷载作用下滚刀破岩理论分析模型。分别对静载和动载条件下TBM滚刀贯入度进行开展分析研究,获得了动静荷载作用下TBM滚刀贯入度计算公式。基于煤矿TBM掘进硬岩巷道工程问题,计算TBM掘进煤矿巷道滚刀贯入度,并与滚刀贯入度现场监测数据对比,研究结果表明:TBM施工现场滚刀贯入度最大14.7 mm,最小5.2 mm,平均值为9.76 mm,滚刀贯入度理论计算值为9.27 mm,验证了理论模型的准确性。

自动化技术在煤矿采煤中的应用

旨在深入探讨自动化技术在煤矿采煤中的应用,并评估其对采煤业的深远影响。传统采煤方法面临着低效率、高成本和高安全风险等多方面的挑战。针对这些问题,自动化技术得以广泛应用,通过引入智能设备和系统,实现了煤矿生产的全面升级。自动化设备的运用不仅提高了采煤效率,还降低了生产成本,使煤矿行业更具竞争力。此外,自动化监控系统的实时监测与反馈机制有效提升了采煤安全性,降低了事故发生的概率。自动化信息管理系统的引入使得数据的收集和分析更为精准,为决策者提供了科学依据。然而,面对日益复杂的市场需求和技术变革,煤炭行业仍需不断创新和改进自动化系统,以确保其在未来的可持续发展中发挥更大的作用。

基于损伤因子修正本构关系的煤岩截割载荷数值模拟

为探究刀具对煤岩的损伤作用,通过引入损伤因子修正方法,数值模拟碟盘刀具截割煤岩过程,基于Mohr-Coulomb准则分别给出Weibull分布和声发射振铃计数的损伤因子计算方法。采用ABAQUS软件引入损伤因子参数,数值模拟碟盘刀具截割不同厚度煤岩的载荷特性,并与实验进行对比分析。结果表明,在截割厚度为5、10、15、20和25 mm的条件下,数值模拟与实验径向载荷上峰值均值误差分别为4.27%、0.45%、13.45%、8.50%和12.22%,修正模型的载荷预测平均误差为7.78%,符合工程实际要求,验证了将损伤因子引入到ABAQUS中的适用性和有效性。

矿用悬臂式采煤机截齿的优化分析

针对悬臂式掘进机在煤岩截割过程中存在的截齿磨损量大、截齿使用寿命低的问题,根据煤岩预裂及联合截割破煤理论,提出了一种新的集冲击和截割于一体的截齿,利用离散元仿真分析的方案对截齿液压冲击和联合破煤的过程进行了研究。根据实际应用表明,在采煤机截割滚筒上增加冲击截齿后,能够将截齿的使用寿命提升77.9%,将采煤机的截割效率提升14.1%。

YRG3极薄煤层采煤机关键部件静力学分析

以YRG3极薄煤层采煤机为研究对象,分别介绍了截割模块用户输料模块静力学分析有限元分析方法。有限元分析时,先构建出各模块模型、划分网格、确定接触类型,然后对各模块的静力学特征进行分析,以此判断各模块的强度与刚度,为采煤机关键部位的设计提供支持。

采煤机与刮板输送机多目标协同速度优化研究

针对采煤机和刮板输送机运行速度不匹配,刮板输送机连续高速运转造成的能源浪费和运输效率低的问题,通过研究双向割煤工艺,对采煤机和刮板输送机运行阶段进行分析,建立以刮板输送机能耗、运输速度波动和运输效率为优化目标的采煤机与刮板输送机协同调速决策模型,在采煤机和刮板输送机规定速度范围、刮板输送机载煤量等约束条件下,使用海鸥优化算法求解各阶段最优协同速度。最后,使用某煤矿工作面数据进行仿真实验得出:使用采煤机与刮板输送机协同调速决策模型对采煤机牵引速度和刮板输送机运输速度进行规划,能够在不影响生产任务的前提下有效降低刮板输送机28.7%能耗,运输效率提高6.8%。

碟盘刀具截割煤岩温度及磨损行为研究

采掘机械截割刀具与煤岩体作用的产热机制、磨损行为及截割载荷与煤岩特征定量关系,是解决截割刀具磨损失效、寿命短,实现安全、高效掘进巷道的关键。通过综合分析温度对刀具寿命、磨损及截割效率的影响,探究碟盘刀具截割煤岩的温度及磨损分布规律,揭示碟盘刀具截割煤岩的产热机制与磨损特性,在无振动和轴向激励振动截割条件下,通过摩擦做功分别确立了刀具楔面和刀刃的热流密度计算关系式,基于瞬时点热源情况下半无限体传热模型和热补偿原理,给出了碟盘刀具楔面不规则面热源和刀刃线热源的传热模型,建立了任意一点的温度数学模型,解算分析相关参数对刀具温度场影响,利用有限元ABAQUS和离散元EDEM软件,模拟不同进给速度下碟盘刀具截割煤岩的温度场及磨损特性,搭建碟盘刀具振动截割煤岩的实验系统,测试碟盘刀具破碎煤岩的温度特征,综合理论、模拟和实验探究碟盘刀具温度与磨损行为特征及分布规律。结果表明:碟盘刀具温度变化特征主要集中在刀刃上,从刀刃向楔面逐渐递减,沿碟盘刀具圆周温度呈类抛物线分布,温度从中间刀刃向两侧逐渐减小;不同进给速度下,无振动和轴向激励振动理论计算(截割时间趋于无穷大)获得的稳态平均最高温度分别为374.76和245.72℃,模拟获得的(截割时长3 s左右)平均最高温度分别为80.13和73.60℃,无振动的平均最高温度高于振动8.87%,实验获得的(截割时长3 s左右)分别为72.56和66.99℃,无振动的平均最高温度高于振动8.45%,模拟和实验的平均误差为11.69%;碟盘刀具截割煤岩实验过程中刀具出现的周向自旋现象利于其均匀磨损,振动截割相对于无振动更为明显;碟盘刀具刀刃温度耗散呈现非线性下降趋势,从刀刃向楔面快速传递,其结构形式可避免因温度累积集中而加剧刀具局部磨损;碟盘刀具磨损集中在刀刃处,圆周相对磨损量呈类抛物线分布,中间刀刃相对磨损量较大,两侧刀刃相对磨损量逐渐减小,ABAQUS模拟结合刀具磨损模型估算刀刃相对磨损量特征规律与EDEM模拟给出的相同;碟盘刀具圆周相对磨损量与温度特征规律相吻合,相关性系数均高于0.90,截割温度能够表征刀具磨损情况。综合理论、模拟和实验获得了碟盘刀具截割煤岩的温度分布特性与磨损规律的内在关联,3者温度变化规律具有一致性,验证了刀具传热模型的准确性和有效性。

轴向振动截割下碟盘刀刃与煤岩作用机制及其载荷模型

针对现有刀具截割复杂地质条件煤岩(尤其截割硬岩时)损耗高、效率低和易磨损等问题,提出了具有截-楔效应的碟盘刀具复合振动截割破碎煤岩的方法,碟盘刀具径向进给与不同振动形式和姿态来实现复合截割破碎煤岩。以碟盘刀刃为研究对象研究轴向振动截割对煤岩损伤破坏的力学特性,基于剪切破碎理论给出刀刃作用载荷破坏煤岩条件以及刀刃轴向向下振动、向上振动和径向截割煤岩时等效集中载荷的计算方法,采用位移应变等效力合成的方法建立刀刃结构参数与载荷关联模型,模拟研究其径向单作用截割和轴向振动复合截割工况下破碎煤岩的载荷特性,研究碟盘刀具在有振和无振的实验条件下破碎煤岩载荷,对比分析了刀刃载荷的理论计算、数值模拟与实验。结果表明:碟盘刀刃对煤岩的损伤区域面积由中间向两侧逐渐递减与数值模拟应力云图相吻合;振动截割条件下数值模拟和实验的刀刃径向载荷均小于无振条件下的载荷值;轴向振动截割下其数值模拟和实验载荷均与轴向振动位移呈现明显的周期波动规律,且存在超前相位差,径向与轴向载荷幅值与振动位移幅值非同时性,其相位差随振动频率增大而减小;随着截割厚度增大,碟盘刀具径向载荷理论值、模拟值与实验值呈现递增变化规律相吻合,且其误差均值分别为12.01%和6.37%,截割厚度对载荷影响程度从大到小依次为正值轴向载荷、径向载荷和负值轴向载荷;碟盘刀刃轴向向上振动时径向载荷(最大振幅处对应载荷均值)的理论值、模拟值与实验值的误差分别为11.65%和13.99%,其轴向载荷的误差分别为10.46%和13.51%,轴向向下振动时径向载荷的误差分别为13.91%和5.61%,其轴向载荷的误差分别为14.90%和7.88%。结合已有文献碟盘楔面载荷模型共同验证了碟盘刀刃载荷模型的正确性,进而说明了运用位移应变等效力合成的方法建立复合运动破岩载荷模型的可行性。

截割间距对镐型截齿破岩特性影响的试验研究

镐型截齿是掘进机、采煤机等矿山机械上应用最广泛的截齿类型。在实际截割过程中,镐型截齿主要工作于多齿耦合截割工况下,截割间距是该工况下的重要参数。针对截割间距对破岩过程影响的研究未考虑干涉截割的弱化作用的问题,提出一种多齿耦合截割时截割力的计算方法。针对石灰岩、红砂岩和2种模拟岩样开展了全尺寸单齿截割试验,对比分析自由截割和干涉截割的破岩过程。试验采集了截割力数据并进行了降噪处理,同时收集了截割碎屑,分析了截割间距对截割载荷、截割碎屑粒度、截割能耗、截割沟槽的影响规律。试验结果表明:(1)截齿截割力随截割间距增加而增大,并逐渐接近自由截割状态,且干涉截割与自由截割条件下的截割力比值与截割间距/截割深度之间存在较好的线性关系,相关系数均大于0.95。说明干涉截割条件下截齿的截割载荷可利用自由截割载荷进行估算,进而得到了基于已有峰值截割力模型的干涉截割条件下的截割力估算方程。(2)分别采用碎屑粒度指数(CI)和截割比能耗(SE)评价截割试验的碎屑粒度分布和截割能耗。随截割间距增大,CI呈先增大后减小的趋势,而SE呈先减小后增大的趋势。(3)当截割间距较小时,截割沟槽干涉显著,截割沟槽间残余岩脊较小,截割载荷较小,但由于截割沟槽干涉会产生较多细小碎屑,消耗较多能量,所以能耗升高;随着截割间距增大,残余岩脊增大,截割力增大,但由于已有截割沟槽对岩石的弱化作用且截割沟槽间干涉较少,形成的大块碎屑占比增大,所以截割能耗降低;随着截割间距进一步增大,截割沟槽间无干涉,且已有截割沟槽对岩石的弱化作用降低,截割力增大,碎屑粒度减小,截割能耗上升,截割状态逐渐趋近于自由截割。

双刃组合式刀型截齿的疲劳寿命分析

为了探究滚筒采煤机上双刃组合式刀型截齿在动载荷下的疲劳寿命,利用ABAQUS仿真研究了不同牵引速度和滚筒转速下双刃组合式刀型截齿三向载荷特性,通过nCode DesignLife对比分析三种不同齿身材料的双刃组合式刀型截齿的疲劳寿命,得到其在不同牵引速度和滚筒转速下的疲劳寿命。结果表明:三种材料中以35CrMnSiA作为齿身材料时双刃组合式刀型截齿的疲劳寿命最高;双刃组合式刀型截齿的疲劳寿命随着牵引速度的增加呈先增大后减小的趋势。

采煤机自动化技术研究

采煤机是煤矿生产的关键设备,从采煤机自动化总体架构、自动化采煤机主要功能、自动化采煤机主要系统,以及信息交互系统、远程监控系统、惯性导航系统等方面具体介绍了采煤机的自动化技术,并展望了采煤机自动化技术的发展方向。

硬煤截齿刀头硬质合金的热疲劳失效分析

对硬煤综采机的易损件——截齿进行了系统的失效分析．研究中发现，热疲劳所引发的早期疲劳破坏——崩块、剥落是制约其使用寿命的重要原因．采用中等Ｃｏ含量和粗粒度的ＷＣ硬质合金。

采煤机摇臂惰轮轴载荷分析与实验研究

为研究采煤机摇臂惰轮轴复杂工况下的力学特性和载荷特性,采用销轴传感器对采煤机不同截割工况下的摇臂惰轮轴载荷进行测试,通过无线采集模块对测试数据实时存储和传输,得到惰轮轴Z向和Y向的载荷曲线,分析结果表明:采煤机斜切进刀时惰轮轴所受载荷最大,Z向最大载荷33.38 kN,Y向最大载荷35.60 kN,且在整个过程中,Y向载荷均大于Z向载荷,研究结果为摇臂惰轮轴载荷测试提供了新方法,为采煤机摇臂故障监测和煤岩识别提供数据支持,同时对采煤机零部件设计和优化具有重要的指导意义。

千万吨矿井群综放智能化开采设备关键技术

为了提高千万吨矿井群智能化开采水平及综合协调管理水平,以同煤集团千万吨矿井群开采实践为基础,明确了千万吨矿井群的定义,研究了基于电液控制系统的综放工作面记忆割煤、自动跟机移架、智能放煤技术,分析了基于云计算技术的千万吨矿井群综放智能化开采系统,编制了千万吨矿井群装备系列型谱。研究结果表明:采煤机记忆截割、支架自动跟机移架、智能放煤技术是实现综放工作面智能化开采的基础。云计算技术较好地解决了千万吨矿井群综放智能化开采系统存在的数据量大、处理复杂等问题。通过编制千万吨矿井群装备系列型谱,可以实现矿井群之间设备的统一管理与调配,大幅提高了设备的使用效率。

薄煤层大倾角采煤机的应用与展望

介绍了国内外薄煤层电牵引采煤机的应用与发展,重点介绍了MG200/456-QWD型薄煤层大倾角电牵引采煤机的原理、应用及其发展趋势。

浅谈煤矿机械行业发展的前景

煤矿机械性能的好坏决定煤矿开采的安全性和经济效益。简单地介绍了我国煤炭资源的现状,煤矿整合给煤机企业带来的机遇,详细的论述了煤矿机械行业发展的空间和产品的市场规模,以及煤机企业将来发展的前景。

形变热处理对截齿钎焊接头强度影响的研究

论证了形变热处理工艺运用于截齿实际生产的可行性。结果表明:采用形变热处理工艺可有效提高焊缝的抗剪强度,使截齿的平均抗剪强度达到300MPa以上。

基于应变传感器的采煤机截齿受力检测系统研究

针对采煤机截齿在割煤过程中,截齿由于受到大的压应力、剪切力和动载荷,无法实现采煤机高效割煤等问题,提出了一种基于应变传感器的采煤机截齿受力检测方法。该方法是通过截齿粘贴应变片的方式对采煤机割煤过程中截齿受力进行实时检测,实时显示截齿受力变化曲线,试验结果表明:在采煤机割煤时截齿受力变化曲线能够真实反应截齿受力,所选截齿1-1 X向力最大值为0.70 k N;Y向力最大值为1.72 k N;Z向力最大值为4.16 k N;截齿1力矩0.59 k N·m。考虑误差和相关随机因素的影响,试验结果接近相关理论计算值,能够实现截齿受力检测。该研究可对采煤机截齿磨损程度及失效状态能够实现预判断,及时发现和更换失效截齿、提高采煤机截割头的工作效率和使用寿命。

提高截齿使用寿命的研究

在剖析世界王牌截齿——德国截齿具有较高使用寿命原因的基础上,研制出了适合我国国情的模拟截齿,以达到提高现有国产截齿使用寿命的目的。

采煤机镐形截齿疲劳寿命分析及优化

为了寻找采煤机镐形截齿合理的安装姿态,并分析和提高镐形截齿的疲劳寿命,以MG600采煤机滚筒为研究对象,利用UG建立4种不同切向安装角度截齿的MG600采煤机滚筒,通过LS-DY-NA对这4种采煤机滚筒截割煤壁的过程进行模拟,得出镐形截齿所受的截割阻力图,将所求得的截割阻力数据导入MATLAB中求出截割阻力均值,在UG/NASTRAN中将此截割阻力均值加载到不同切向安装角度的截齿上并分析其疲劳寿命。研究结果表明,切向安装角度为45°镐形截齿的疲劳寿命最长,且不易折断。