煤矿井下钻机用数字比例阀静动态特性研究

针对数字比例阀在煤矿井下钻机电液系统应用中特性开发不足的问题,从数字比例阀的原理出发,构建其数学模型,阐述先导级和主阀之间的耦合关系,发现先导流量是决定主阀静动态特性的关键指标。研究建立了数字比例阀的AMESim模型,仿真结果表明,控制数字比例阀的PWM信号频率为20 Hz时,占空比对流量的线性调控范围为0.2~0.8,主阀输出流量波动幅值为3.16 L/min,数字比例阀静动态特性表现良好。调整好PWM信号频率后将数字比例阀运用于钻机给进回路中,经过测试试验,数字比例阀控给进回路的钻机位移误差较传统阀控回路由2.8%提升至1.9%。

ZDY25000LDK煤矿井下钻机故障树的建立及应用

针对煤矿井下钻机故障隐蔽性高、排查维修困难的问题,通过分析ZDY25000LDK钻机工作过程中常出现的故障形式,梳理其故障原因及故障元件,建立钻机液压系统、电控系统故障树模型进行钻机故障诊断。将故障树信息、钻机实时状态监测数据信息传输至上位机系统的故障诊断模块中,运用智能诊断技术对钻机进行故障诊断,在出现故障时钻机程序自动报警并给出应对措施,以此来快速排查故障,减少钻机维修时间,提高钻机使用效率,保证施工的连续性。

煤矿坑道钻机状态监测与故障诊断技术研究现状及展望

煤矿坑道钻机自动化和智能化程度的提高、作业范围和应用场景的扩展,使其系统复杂性和工作环境恶劣程度随之增加,对煤矿坑道钻机可靠性提出新的挑战。为有效降低因钻机故障带来的安全风险,提升钻机全寿命周期的任务品质,煤矿坑道钻机状态监测与故障诊断技术应运而生。首先从钻机状态参数采集、数据处理、诊断方法、系统应用等四个方面对煤矿坑道钻机关键系统状态监测和故障诊断技术研究现状进行总结分析,然后在故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)技术基本概念的基础上根据集中式与分布式结合的方式提出了坑道钻机PHM技术框架,最后对煤矿坑道钻机PHM技术发展趋势进行展望,旨在为新一代煤矿坑道钻机及相关煤矿机械装备PHM技术的研究开展提供参考和借鉴。

碎软煤层双管定向钻具自动加卸系统关键技术与应用

为提高双管定向钻进钻孔施工时钻具加装和拆卸的自动化水平,提高装卸效率,开发一种双管自动加卸装置,实现不同工况下钻具的全自动装卸,解决双管定向钻进过程中钻杆和套管的同时加装和拆卸的技术难题,完成装置结构和控制系统的设计,运用末端柔顺技术,限制施工过程中装置承受的载荷,明确控制程序关键边界条件,制定不同工况下钻具自动装卸施工工艺流程。在安徽淮北矿业祁南煤矿展开工业性试验,试验顺利完成4个钻孔的施工,共进尺1170 m。试验过程中双管自动加卸装置运行平稳,能够满足不同工况下钻具组合的加装和拆卸需求。将原本需要2~3人密切配合才能完成的钻具组合自动装卸工作,变为依靠程序控制自动完成,钻杆和套管同时装卸和单独装卸平均效率较人工装卸分别提高了350%和110%,保证了双管定向钻进综合施工效率,减少了作业工人数量,降低了工人劳动强度,保障了施工安全。试验结果表明:双管自动加卸装置运行稳定可靠,施工工艺流程合理,装置各项性能满足双管定向钻进需求。研究成果为双管定向钻孔施工钻具的自动装卸提供了技术和装备支撑,为双管定向钻进技术在煤层气开采相关领域的推广应用奠定了基础。

煤矿井下钻杆装卸机器人末端执行机构设计与分析

为满足煤矿井下钻杆装卸机器人对末端执行机构的使用要求,研制了一型液动永磁钻杆抓取装置。分析了钻杆装卸机器人的结构特点和钻杆装卸工艺流程,提出采用磁力吸取后机械夹紧定位的方式解决紧密码垛式堆放钻杆的抓取问题和机器人的末端柔顺问题;通过4组齿轮反向啮合的方式消除了装置的传动间隙,实现了钻杆的精确定位;通过理论计算验证了装置关键技术参数选取的合理性。试验结果表明:抓取装置夹持力满足设计和使用要求,在不同工艺流程中的机器人均能工作在额定载荷范围之内;采用磁力实现钻杆的取放需要特别注意保证钻杆表面洁净,钻杆表面的污物会造成磁铁与钻杆间的磁力下降,导致抓取失败。

煤矿井下坑道钻机自动卸杆装置研究

煤矿坑道钻孔施工工具有较大的危险性,具体表现为孔位较高、开孔角度大等特征,因此在装卸钻杆过程中存在较大的困难,尤其是在操作不当的情况下,就会引发安全隐患,严重威胁施工人员的身心健康。由此对煤矿井下坑道钻机自动卸杆装置进行研究设计,使其控制系统更加科学合理。这种装置结构可以通过智能控制器进行操作,因此可以更好地适应各种复杂的地质施工条件,不需要人工也能完成钻孔作业,钻孔效率得到保证,作业安全性自然也得以提高,将会成为未来作业中一种重要的形式。

煤矿井下钻机钻孔与机械伤害事故原因分析及对策

在深入分析煤矿井下钻机瓦斯抽采钻孔施工中可能发生的卡钻顶钻、钻杆扭断、偏斜、串孔、涌水和喷孔等主要常见钻孔事故现象、原因的基础上,给出了指导性处理方法,同时分析钻机施工中7种常见机械伤害事故发生的原因,提出预防措施。该研究对煤矿井下钻机瓦斯抽采钻孔安全施工具有一定指导意义。

煤矿用全液压坑道钻机的设计

煤矿用全液压坑道钻机是煤矿开采中非常重要的设备之一,首先分析了其主要作用和功能,然后根据实际应用分析了其各部分的组成结构和主要技术指标,然后重点分析了全液压坑道钻机的设计和优化研究方案。使该设备可以安全有效地支持长距离钻孔抽放瓦斯。

矿用回转钻机离线式随钻测斜系统

针对矿用回转钻机打钻过程中无法直接测量孔底钻具姿态数据和绘制钻孔轨迹的问题,基于随钻测斜原理和离线式数据同步方法,开发了一种矿用回转钻机离线式随钻测斜系统。该系统由探管、同步仪和上位机软件组成。探管通过三轴加速度传感器和三轴磁阻传感器分别测量重力场和地磁场,以采集钻杆姿态;同步仪通过按键采集钻孔和钻杆编号,并根据钻杆姿态数据进行有效测点筛选;上位机软件通过测点递推算法绘制钻孔2D或3D轨迹图。功能测试结果表明:该系统测量的总地磁场矢量模长接近真实值50~60μT,总重力加速度矢量模长接近1g,经传感器校正算法校正后的倾角最大偏差为1°,方位角最大偏差为5°。井下测试结果表明:对于已成钻孔,该系统绘制的钻孔轨迹与实际轨迹基本相同;对于钻进钻孔,孔口轨迹易受钻机本身的磁干扰而出现偏差,导致整条钻孔轨迹偏差较大,应保持钻机距离孔口3m以上。

煤矿井下钻机变幅机构的发展现状与展望

钻机变幅机构用于调节钻孔的开孔参数,即方位角、倾角和高度。针对不同种类钻机变幅机构的结构差异性及煤矿井下钻孔的施工特点,总结了煤矿井下钻机变幅机构对开孔参数的调整要求,提出了煤矿井下钻机变幅机构的研究目标,即能够快速准确地调节钻孔开孔参数及保障钻机施工的稳定性。总结出煤矿井下钻机变幅机构具有外形尺寸小、参数调节范围较大、施工时需要稳固可靠、调节过程自动化程度高的总体特点。对目前煤矿井下钻机几种常见变幅机构的结构特点、辅助稳固方式、控制方法、适用范围及存在的优缺点进行分析,提出了煤矿井下钻机向钻孔机器人发展过程中变幅机构在结构和控制方法方面的研究方向,建议重点从关节自动锁紧装置开发、变幅机构结构适应自动加卸钻杆模式的需求、钻孔开孔参数智能调节、开孔参数与底盘调平及机身稳固的协调控制等方面开展研究工作。研究成果为煤矿井下钻机装备智能化提供了研究思路。

煤矿井下钻机长行程给进装置设计与分析

分析了煤矿井下钻机用油缸式给进装置的基本设计原则及结构特点;针对长行程的需求,开发了串并联组合油缸式给进装置,给出了给进装置关键参数的计算方法,并通过拟合曲线分析了有效给进力和起拔力的变化。分析得出:随着磨损增加,有效给进力和起拔力随之降低。利用检测试验台对钻机的最大给进力和起拔力进行了测试,验证了理论计算方法的有效性。

我国煤矿坑道钻探装备技术进展与展望

煤矿坑道钻探装备技术在发展过程中受到诸多不利条件的限制,导致新技术发展滞后,随着我国煤矿大力推进智能化建设,给煤矿坑道钻探装备技术带来了革命性的发展机遇。通过分析国外坑道钻探装备的技术特点和发展状况,以及国内坑道钻探装备技术的3个阶段发展,包括初级阶段的分体式钻机与稳定组合钻具轨迹控制方法,蓬勃发展阶段的履带式钻机、定向钻进装备技术及松软煤层钻进技术,新发展阶段的自动化和智能化装备技术,提出了今后我国煤矿智能化发展阶段钻探装备技术需要解决的关键问题,为推进钻探装备技术智能化水平的提高提供支撑。

基于T-S模糊故障树的煤矿坑道钻机液压动力系统故障诊断研究

针对煤矿坑道钻机液压动力系统复杂化带来系统中各元件间逻辑关系模糊、失效形式多态性及故障概率获取困难等问题,克服传统故障树在复杂机电液装备故障诊断分析中的局限性,实现及时准确获取设备故障信息,发现故障原因并采取措施,提出一种基于T-S模糊故障树煤矿坑道钻机液压动力系统的故障诊断方法。以ZDY25000LK型钻机液压动力系统为研究对象,对系统的层次结构进行分析,以T-S模糊故障树描述系统的性能变量,进行分析建树。根据质心距离相似度的度量法对专家评估的底事件模糊概率进行修正,求解顶事件在不同故障程度时发生概率的梯形模糊数。通过T-S概率重要度分析,确定各底事件的重要度排序,指出在不同故障程度时液压动力系统的薄弱环节。结果表明:部件级到系统级事件发生严重故障的概率呈递增趋势,系统中多个部件发生轻微故障时,系统发生严重故障的可能性较大。各事件的故障程度对上级事件发生的贡献度不同,根据重要度排序锁定故障位置并判断故障原因。当液压动力系统出现严重故障时,根据重要度分析结果,应优先排查安全阀工作情况、油泵内部磨损情况及内部串油情况。该方法实现在不同故障程度时系统中薄弱环节的快速定位,在鄂尔多斯淮河能源唐家会煤矿的工程试验中得到验证,为提高煤矿坑道钻机的可靠性提供了参考依据。

大直径大功率定向钻机的研制

目前瓦斯抽采钻孔工艺向大直径、长钻孔、定向钻孔施工发展。针对现有定向钻孔技术及装备形成的钻孔直径较小、需进行二次扩孔、施工工艺与配套钻具复杂,基于大直径长钻孔定向施工工艺的发展,研制了一种适合大中型矿井进行大直径长钻孔施工的定向钻孔装备,其单位质量输出功率大、成孔能力强、结构紧凑,适合大中型煤矿的大直径长钻孔瓦斯抽采钻孔施工。

煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备现状及展望

煤矿井下近水平定向钻孔可实现超前、区域、精准灾害防治与瓦斯抽采利用,在煤矿地质保障中发挥着重要作用。系统介绍了国内外煤矿井下随钻测量定向钻进技术发展历程与应用现状,对国内定向钻进装备中的钻机、泥浆泵车、防爆型随钻测量系统、包括中心通缆钻杆、螺杆马达和钻头在内的配套钻具、包括滑动定向钻进和复合定向钻进在内的定向钻进工艺技术与套铣打捞工艺技术等关键技术和装备进行了简要分析和总结,对小体积防爆型随钻测量系统中的有线随钻测量系统、泥浆脉冲无线随钻测量系统、电磁波无线随钻测量系统和地质导向随钻测量系统的功能特点及适用性作了阐述,针对解决提高复杂顶板岩层中定向钻进成孔率、超深孔钻进施工能力和地层适应性等难题,介绍了该成套技术与装备在保德煤矿、龙王沟煤矿和顾桥煤矿进行顺煤层超深定向钻孔和复杂顶板高位定向钻孔的典型现场应用案例。基于成套技术与装备发展现状和现场应用,展望了煤矿井下随钻测量定向钻进技术与装备的发展方向和趋势,指出装备的自动化、信息化和智能化将成为技术攻关的方向与现场重点需求,高效快速钻进的旋转导向钻进系统和大直径定向钻孔将得到现场实践验证。

煤矿井下钻探装备技术现状及展望

煤矿井下钻探装备对保障矿井安全高效生产起着至关重要的作用,经过四十多年的发展,其技术水平得到很大的提高。结合产品特点、技术类型和应用领域,总体介绍了国内外煤矿井下钻探装备的技术现状,分析了国外钻机的应用效果和存在问题,重点对国内钻机开发的历程和现状进行概述,详细论述了分体钻机、履带式钻机、电液控制钻机、胶轮自行式钻机和定向钻机5个具有代表性机型的技术现状,对产品开发思路和相关应用情况也做了必要阐述,最后分析了煤矿井下钻探装备的信息化、自动化和智能化的发展趋势。

煤矿井下1800m水平定向钻进技术与装备

针对现有煤矿井下定向钻进技术与装备存在的技术问题,提出采用ZDY12000LD大功率定向钻机、泥浆脉冲无线随钻测量系统、配套钻具及复合定向钻进工艺进行煤矿井下定向钻进。结合现场试验,完成了主孔深度1 881 m的定向长钻孔,验证了ZDY12000LD钻机功率大、钻进及事故处理能力强的特点。同时,无线随钻测量系统测量精度高;配套复合定向钻进技术形成的钻孔孔壁光滑,沉渣少,钻孔曲率小,钻进效率高。说明上述钻进技术与装备可满足水平定向长深钻孔等的施工要求。

煤矿井下定向钻机钻进参数监测系统研制

针对煤矿坑道用全液压定向钻机无法直接实现参数监测、实时存储和集中显示的问题,为满足煤矿井下定向钻进过程精确控制和钻进参数优化需求,基于通用性、稳定性和可拓展性的开发原则,研制了一款基于PLC为主控制核心的煤矿井下定向钻机钻进参数监测系统,具备多种钻进参数实时监测、数据自动存储、远程数据传输、参数图形化显示、工况识别与故障报警等功能。系统进行了工作性能室内对比测试,并在神华神东煤炭集团保德煤矿结合大功率定向钻机开展了现场试验,试验结果表明:该参数监测系统安装快捷,运行稳定,能准确监测钻机运行过程中的各种钻进参数,测量误差小于1.25%,并实时储存于后台数据库,对钻进过程和钻机运行的异常情况能即时报警,可有效提高钻孔施工质量,预防孔内事故发生,对煤矿井下定向钻进工艺参数优化和钻进理论研究具有重要作用,并为煤矿井下定向钻进装备的机械化、自动化和智能化发展提供了技术保障。

煤矿坑道钻机用履带式泥浆泵车及其应用

为实现煤矿坑道钻机钻进时搬迁便捷、作业安全、配套设备高度集成化,研制了煤矿坑道钻机用BLY 260/9型履带式泥浆泵车。泵车采用整体履带式结构,将钻机配套用附属装置集成到有动力、可自主行走的履带平台上。在晋煤集团成庄矿和寺河矿的现场试验表明,泥浆泵车配套坑道钻机尤其是定向钻机,技术方案先进可靠,瓦斯抽采钻孔施工效果良好,为煤矿坑道钻机的设备配置提供了一种有效的解决方法。

ZDY4000LD(A)型履带式全液压定向钻机的设计

ZDY4000LD(A)型履带式全液压定向钻机是一款面向狭窄巷道而设计的装备,主要用于中深孔的瓦斯抽采、探放水及顶底板注浆等钻孔施工。介绍了该钻机的设计思路,包括总体方案、关键结构、液压系统和外观造型设计,详细描述了关键结构部件和液压系统。该钻机具有结构简单,操作方便,巷道适应性强的特点,通过结构设计的优化,提高了钻机机身的调角度范围及给进行程,改善了钻机的工艺适应性。