含夹矸煤层条件下采煤机螺旋滚筒优化设计

采煤机截割夹矸煤层时,螺旋滚筒易失效。为提高螺旋滚筒的可靠性,基于刚柔耦合技术、灵敏度设计理论和相关失效性理论进行优化设计;基于破煤机理,对螺旋滚筒的瞬时负载进行数值模拟,建立采煤机刚柔耦合虚拟样机联合仿真模型,通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得螺旋滚筒的薄弱区域、应力和振动性能指标;结合可靠性灵敏度理论,分析了关键零件的应力可靠度、振幅可靠度及其动态与渐变灵敏度结果;基于相关失效性理论,得到了螺旋滚筒相关多失效模式可靠度及螺旋滚筒设计变量的可靠性灵敏度,建立改进遗传算法对螺旋滚筒进行可靠性优化设计。结果表明,滚筒综合可靠度由0.888 5提高到0.977 5。优化后的螺旋滚筒设计变量灵敏度绝对值均降低,综合可靠性得到提升。将刚柔耦合技术、可靠性灵敏度设计理论和相关失效性理论相结合,提出一种适用于含夹矸煤层的采煤机螺旋滚筒优化设计方法,为设计高效螺旋滚筒提供了一种有效途径。

碎软煤层高速螺旋钻探装备研制与实践

针对王坡煤矿碎软煤层钻孔施工排渣难、事故率高、成孔难等问题,设计了高转速履带式钻机、配套螺旋钻杆及三角梯齿钻头,能够有效地解决在钻进过程中出现的卡钻、塌孔等问题。现场工业性试验表明,该套钻探装备有效解决了施工过程中存在的排渣难、喷孔顶钻等问题,提高了钻孔成孔率,为矿井本煤层瓦斯抽采提供了重要支撑。

煤层气压缩机干气密封仿真实验研究

为探究煤层气压缩机干气密封结构可能的优化路径,以螺旋槽型干气密封为例,在建立干气密封结构仿真模型的基础上,对该结构的压力分布进行分析,基于压力分布结果,进一步针对设备主轴转速、螺旋角度和螺旋槽数量三项主要参数对干气密封结构密封性能的影响开展仿真分析,并据分析结果提出干气密封结构设计与优化的相关建议,以期为今后的研究工作提供参考与借鉴。

天然气输送管道工程中螺旋缝焊管与直缝焊管的对比分析

在天然气输送管道工程中焊管的合理选用是关系管道寿命及运行安全的关键。本文从焊管应力状态理论分析出发,从制造工艺、产品质量、失效情况、市场因素等方面对螺旋缝焊管和直缝焊管进行比较分析,结合焊管的发展现状,给出天然气输送管道工程中钢管的选管建议,并且提出钢管验收和检验的相关措施。

孤岛工作面碎软煤层跟管护孔钻进工艺研究

针对孤岛工作面高应力碎软煤层钻孔易卡钻、塌孔导致钻孔成孔难度大、瓦斯抽采效果差的问题,开展跟管护孔钻进工艺研究。选取王坡煤矿3206孤岛工作面作为试验地点,分析得出该工作面需要采用大转矩、高转速钻机,以增强钻具排渣效果及孔内事故处理能力,同时需要考虑高应力区段钻孔护壁工艺及孔内高效排渣工艺。提出采用跟管护孔钻进工艺过高应力区,以达到护壁效果;采用螺旋钻进氮气辅助排渣工艺,以增强排渣能力,降低钻进过程中煤炭自燃的风险;钻孔穿过高应力区后,通过优化钻具组合,进一步提高钻孔在碎软煤层中的成孔深度。现场试验结果表明:相比于直接采用回转钻进施工钻孔,采用二级护孔钻进工艺施工钻孔平均孔深提高149%,采用三级护孔钻进工艺施工钻孔平均孔深提高114%,说明跟管护孔钻进工艺比回转钻进工艺更适合3206孤岛工作面碎软煤层钻孔施工;插接式螺旋钻杆施工钻孔成孔率高于丝扣连接式螺旋钻杆,螺旋钻进氮气辅助排渣工艺的成孔深度明显大于干式螺旋排渣工艺;?100/63.5-28 mm插接密封式螺旋钻杆及氮气辅助排渣工艺最适合3206孤岛工作面瓦斯预抽钻孔施工,平均孔深为100.6 m,成孔率为80%,瓦斯抽采效果优于其他钻具及钻进排渣工艺。

大宁—吉县区块8号煤层薄层夹矸螺旋CT扫描精细表征

影响煤层气勘探获得高产的因素有很多,煤层结构中夹矸的存在就是其中之一。传统的技术手段在表征煤层夹矸中有诸多不足,螺旋CT扫描具有全岩心大视域优势,精度达到毫米级,通过扫描获取灰度横切片,生成岩心灰度平均值曲线,确定煤岩灰度基线和夹矸灰度值范围,精准划分煤层中夹矸,实现煤层结构的精细定量表征。根据夹矸平均厚度、夹矸累积厚度占比这2个参数,将大宁—吉县区块煤层结构类型划分为4种模式,即A类夹矸厚且少,B类夹矸厚且多,C类夹矸薄且少,D类夹矸薄且多。煤层结构的精细三维表征对煤层气单井储层精细评价及高产因素研究具有指导意义。

冲击地压矿井煤层卸压孔施工技术分析与应用

针对大螺旋钻进技术施工冲击地压卸压钻孔存在的钻孔孔径偏小、钻孔孔深较浅、孔内事故率高等问题,通过对卸压钻孔施工过程中孔壁围岩应力的分析,确定了安全、快速施工煤层卸压钻孔的关键在于:①快速钻进与提钻,避免卡/埋钻;②将连续快速产生地大量煤体碎块高效排出钻孔。提出了基于水力和宽翼片螺旋机械结合的排渣方法及其配装装备,应用实践表明,该套技术适用于冲击地压煤层大直径卸压钻孔的快速、安全施工,其施工效率和成孔率均较高,具有较高的应用推广价值。

综合机械化采煤效率影响因素及改进措施

通过对某矿综合机械化采煤效率的影响因素进行分析发现,煤层间距过小、采煤机技术参数的不合理选用,都会影响到采煤效率。通过对开采工艺的调整及工作面、区段平巷的及时支护,可降低煤层间距对开采效率的影响;合理选用采煤机滚筒截齿螺旋角、采煤机牵引速度及滚筒转速可提升采煤机的开采效率。

螺旋缝埋弧焊管残余应力评价方法

基于弹性力学应力分析和叠加原理,研究了螺旋缝埋弧焊管切环法残余应力测试中的残余应力分布。建立了能综合考虑管段切口张开量、轴向错位量和径向错位量等因素的新残余应力评价方法,并与应变片法残余应力测试结果进行了对比。结果表明:应变片法测试的最大残余剪切应力平均值和局部最大剪切残余应力值均与新评价方法给出的相应值接近;管段内的宏观(平均)残余应力来自管段切开后的轴向错位和周向张开量,管段内残余应力的不均匀性来自管段切开后的径向错位。存在较大的径向错位情况下,宏观最大剪应力与局部最大剪应力的极大值之间有很大差别。就管线的工程应用而言,可以局部最大剪应力的极大值作为残余应力的控制条件。

裂纹内检测技术应用于管道螺旋焊缝的可行性分析

针对东北管网多次发生螺旋焊缝开裂事故的事实,研究了造成螺旋焊缝开裂事故的缺陷类型和特征。从超声裂纹内检测器的工作原理、工况需求等方面分析了在东北管网对螺旋焊缝缺陷进行超声裂纹检测的可行性。受到超声发射、接收探头以及管道内表面清洁度等因素限制,认为在东北管网对螺旋焊缝缺陷实行超声裂纹内检测具有一定的局限性。

刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的合理参数研究

为充分发挥刻槽钻杆应用于突出煤层钻进的优势,分析了刻槽钻杆螺旋槽宽度、深度、螺距的变化对排渣效果的影响情况。建立Ф50刻槽钻杆煤层钻孔三维模型,对不同参数的刻槽钻杆在钻孔内的排渣情况进行数值模拟。研究结果表明:螺旋槽宽度为12 mm,深度为1.1 mm,螺距为76 mm,排渣效果最优;通过突出煤层钻进工业性试验,钻进深度平均提高36.2%,钻进效率提高41.5%,且刻槽钻杆表面温差较小。

螺旋缝埋弧焊弯管残余应力及使用安全性研究

为探明感应加热控轧钢螺旋缝埋弧焊管弯制后残余应力对使用安全性的影响 ,采用机械切割应力释放法 ,选取外径为 711mm、壁厚为 9 5mm的X60钢级的直管、弯管和热处理后弯管 ,进行内外表面残余应力的测试和力学性能试验。结果表明 ,感应加热控轧钢推制弯管的残余应力较直管明显增加 ,经回火热处理后 ,虽然残余应力状态得到明显改善 ,但强度指标进一步降低。还采用失效评定图技术和PREFIS软件分析了弯管热处理前后的使用安全性 ,指出残余应力对弯管的脆断倾向有较大的影响。据此建议对弯管的推制工艺和热处理去应力工艺展开研究 。

含夹矸煤层滚筒磨损特性离散元模拟试验分析

复杂煤层赋存条件下工作的采煤机,其螺旋滚筒所受载荷具有非线性、时变性、冲击性和强耦合性,磨损问题不可避免,且严重影响其工作性能和生产效率。基于虚拟样机技术,采用离散元数值模拟方法研究含夹矸煤层条件下螺旋滚筒的磨损特性,以提高其截割性能、延长其使用寿命。以煤岩截割机理和离散元素法为基础,分析了滚筒与煤岩体间相互作用关系及滚筒磨损模型;以MG2×55/250-BWD型采煤机螺旋滚筒为工程对象,采用Hertz-Mindlin with bonding黏结模型为颗粒间接触模型、Hertz-Mindlin with Archard Wear模型为煤岩体与滚筒间接触模型,利用Proe/E与EDEM建立滚筒截割含夹矸煤层耦合模型;采用正交试验法,分析采煤机牵引速度、滚筒转速、螺旋升角和煤岩抗压强度对滚筒磨损问题的影响趋势,经过多元回归分析得到截齿、叶片磨损深度的评价模型;基于实际工况,综合考虑采煤机截割比能耗、载荷波动系数和生产率,构造多目标优化函数,利用MATLAB求解得到滚筒最优工作参数。基于EDEM离散元仿真分析结果,发现滚筒组件存在不同程度磨损,其中截齿齿尖局部接触区域磨损最为严重,叶片主要磨损区域为尾片齿座根部位置附近。煤岩抗压强度、采煤机牵引速度增加,截齿、叶片磨损加剧;滚筒转速增加,截齿磨损深度减小,叶片磨损深度先增加后减小;螺旋升角增加,截齿磨损深度先增加后减小,叶片磨损深度逐渐减小;其中,煤岩抗压强度是造成截齿、叶片磨损的主要因素。当截割煤岩抗压强度为30 MPa的煤层时,采煤机牵引速度为5.66 m/min、滚筒转速为80.40 r/min、螺旋升角为11.35°时,滚筒性能达到最优,此时采煤机截割比能耗为0.7132 kW·h/m^3、载荷波动系数为0.0819、截齿、叶片和端盘的磨损深度分别为1.595μm,1.0617 nm和0.907 nm,生产率为315.4655 t/h。离散元仿真结果中滚筒磨损部位分布与现场工况下滚筒实际磨损情况具有一致性,验证了建立的仿真模型与过程的可行性。基于此研究方法可实现滚筒磨损问题的定量分析,极大地降低试验成本,有助于高效、强力、耐磨滚筒的研发。

焊缝噘嘴对螺旋焊管应力分布的影响

用电阻应变测量法对某输气管线管（SSAW焊管）螺旋焊缝周围表面应力进行了在线监测，得到了不同内压下焊缝周围应力分布规律，研究了焊缝噘嘴（国际上称为焊缝角偏差）对管道应力分布的影响。研究测试结果表明，噘嘴造成焊缝附近产生附加弯曲应力，并导致管道焊缝附近外表面拉应力显著减小，而内表面拉应力显著增大，从而会降低管线实际承压能力并增加焊缝附近应力腐蚀开裂的敏感性。指出对在役管道进行安全评价和管线管质量控制时应重视焊缝噘嘴的影响。

薄煤层采煤机结构特点及装煤效果分析

通过比较几种典型薄煤层采煤机参数,介绍了我国薄煤层采煤机的结构特点,分析了螺旋滚筒的结构参数、工作参数对薄煤层采煤机装煤效果的影响,并讨论了几种常见摇臂结构形式的特点以及装煤效果。

截齿排列方式对薄煤层采煤机载荷的影响

根据采煤机破煤理论的单齿受力模型,应用Matlab软件编制计算机程序来模拟薄煤层采煤机滚筒的瞬时负载,得到滚筒随时间变化的载荷谱。并利用此程序对薄煤层典型的4种工况,分别使用4种不同截齿排列方式的滚筒进行了模拟截割,通过分析比较4种排列方式在不同工况下的载荷谱,得出了各截齿排列方式适用的工况范围,为薄煤层采煤机滚筒的设计与选用提供了更为可靠的理论依据。研究结果表明:在一般工况下,为了提高块煤率,推荐采用混合1式和棋盘式的截齿排列方式;在工况恶劣、冲击较大时,推荐采用小截距排列的混合2式截齿排列方式,避免采用棋盘式的排列方式;在含有断层较多,不可避免的要大量截割顶底板岩石时,推荐采用顺序式截齿排列方式。

螺旋钢管内焊缝自动跟踪与熔透控制系统

介绍了螺旋焊管生产过程中内焊缝自动跟踪及熔透控制系统的研制情况 ,通过对内焊缝焊偏度熔透不一致产生原因的分析 ,提出了内焊缝自动跟踪及熔透控制系统的基本原理。该系统经过胜利油田淄博制管有限公司的实际生产应用 。

螺旋焊管成型角的合理选择

介绍了成型角与带钢宽度和螺旋焊管直径的关系 ,通过对成型角与焊缝应力关系以及成型角与生产能力的关系的分析 ,指出螺旋焊管的成型角取 4 0°～

螺旋焊管表面质量的影响因素及其改善措施

螺旋焊管的表面质量与其内在质量同样是焊管质量的重要保证因素。分析了螺旋焊管表面质量的影响因素,包括焊道外观质量、管体压痕、"噘嘴"、"塌腰"等,以及这些因素的产生原因。提出了有效改善焊管表面质量的措施。

螺旋焊管外焊缝自动跟踪智能控制系统

介绍了一种由十字滑块、工业控制计算机、控制接口电路、VIDEO -PCI-XR图像采集卡、CCD传感器、AC40 64I/O板等构成的螺旋焊管外焊缝自动跟踪智能控制系统 ,通过对焊接过程中的焊缝信息处理 ,控制执行机构的动作 ,从而实现焊缝跟踪的效果。该系统采用经典PID控制和模糊控制结合的方法对外焊缝进行自动跟踪 ,提高了系统精度。