竖井掘进机凿井技术及装备研究

在对矿山井筒向深部发展、普通凿井法下井作业人员多与安全事故频发、钻井凿井法仅适合冲积层为主的地层条件、隧道掘进机与反井钻机等机械破岩技术及装备发展迅速等分析的基础上,结合国家"十二五"科技发展规划,提出和进行了矿山竖井掘进机研制及机械破岩凿井新工艺研究。针对有导孔竖井掘进机的特点,研发了机械破岩竖井掘进机凿井工艺,给出了主要技术参数,确定了竖井掘进机推进、旋转、支撑、破岩等主体结构型式、电液伺服系统控制方法以及加工制造工艺,分析了竖井掘进机、吊盘、提升等系统在井筒的空间布置。研究成果将为竖井掘进机的试验与应用打下坚实的基础。     

竖井掘进机主机装配工艺研究

MSJ5.8/1.6D型竖井掘进机是国家863重点科研项目,是目前国内最大的竖井掘进机。介绍了该竖井掘进机设备参数、工作原理以及装配工艺。设备上装配的零部件体积庞大、质量大、加工精度高,各零部件配合精度高。在装配之前,对装配工艺进行了分析研究,制定出一套切实可行的装配方案。设备的装配分两大部分来进行:支撑推进系统和驱动系统;通过化整为零的方式,对装配中可预见的困难各个击破,最终顺利完成了装配工作。     

矿山竖井掘进机凿井工艺及技术参数

通过分析国内外普通凿井、机械破岩为核心的钻井法、竖井掘进机钻井技术的发展,研究提出我国竖井掘进机凿井工艺,即反井钻机钻进导井,竖井掘进机扩大成井,破碎岩石通过导溜进入井下巷道运输。经分析提出采用专用井架提升钻杆实现竖井掘进机上提下放,并通过钻杆悬吊电缆、风水管路,提供竖井掘进机工作所需电力、水源,专用多功能吊盘实现破岩掘进和支护平行作业,通过钻头结构优化设计,采用井架、钻杆一次从井筒内将竖井掘进机直接提吊出井,解决设备井下拆卸难题。同时根据竖井掘进机采用滚刀破岩,依照适应的地层条件、工程条件,在合理的钻进速度基础上,确定了破碎岩石所需钻压和转速、功率、支撑力等参数,为竖井掘进机整机结构设计提供参考。     

全断面竖井掘进机装配工艺及始发关键技术研究

矿山开采目前多采用竖井开拓方式。探讨在岩层中竖井快速施工技术,对金属矿山或采煤矿井的生产建设有重大而深远的影响。全断面竖井掘进机融合了传统竖井施工技术和全断面隧道掘进机施工理念,是未来竖井施工的发展新方向,在坚硬岩层中有较好的适用性。目前,全断面竖井掘进机在矿山领域鲜有应用,缺乏成熟的理论指导和成功经验借鉴。本文以国内首个采用全断面竖井掘进机施工的宁海抽水蓄能电站工程作为依托,在实际应用的基础上,针对小场地施工、全断面竖井掘进机井下组装和始发掘进中的主要技术难题,提出了主机和后配套吊盘分体组装的二次始发关键施工技术。全断面竖井掘进机的装配分为主机组装和后配套吊盘组装两部分。主机井下组装按照从下向上的顺序依次组装各个部件,下井前在地面完成各个部件的部分安装工作;后配套吊盘连接成整体后由井架进行悬吊。通过人工开挖一定深度后,主机进行始发作业,再安装后配套吊盘,最后安装井架和其他地面系统,开始全断面竖井掘进机正常掘进工作。通过对全断面竖井掘进机在实际施工中遇到的问题进行全面分析,形成全断面竖井掘进机井下装配工艺及始发的关键技术,该研究成果对于中国深部矿产资源开发技术装备的发展具有很好的借鉴意...     

基于TRIZ的液压支架竖井运输工艺及装备研究

为解决某煤矿竖井液压支架入罐运输时,平板车装卸液压支架耗时耗工、转载环节复杂等带来的运输效率低下、安全隐患大等问题,应用TRIZ创新原理研发了一种专用于重型液压支架竖井运输的搬运车及运输工艺。该支架搬运车采用一种具备自装自卸功能的U型框架式拖车为支架的承载结构,通过快换机构可与牵引车快速连接与断开。罐笼运输时,U型拖车与其装载的液压支架整体牵引入罐并运送至井下,出、入罐笼均采用多功能牵引车牵引。该搬运车运输工艺与目前普遍采用的平板车运输方式相比,井下无需二次转载和辅助吊装设备,可直接将液压支架运输至采煤工作面,提高了运输效率及安全性。经该矿工业性试验研究结果表明,该工艺相较平板车运输工艺,其设备、人工直接成本增加仅为22.6%,而其运输效率可提高70.8%,为煤矿重型液压支架竖井罐笼运输提供了一种高效安全的无轨运输工艺。     

全断面竖井掘进机导向控制技术研究

导向系统可以在竖井掘进过程中实时、准确地给出方向指引,然而目前在竖井掘进机中的应用还较少。以国内首台竖井掘进机(SBM)为对象,详细介绍了SBM导向装置及控制算法。结合全断面竖井开挖工程,对该SBM竖井施工应用过程中导向技术的误差原因做进一步分析,并提出相应的优化措施,其研究可为类似工程提供参考和借鉴。     

矿山竖井掘进机电气控制系统设计

矿山竖井掘进机能够实现快速机械破岩和支护,具有机械化程度高、不需爆破作业、所需井下人员少、施工效率高、成井质量好、安全性高等优点,是大型现代化矿井建设机械化的发展方向。其工作环境恶劣,对电气控制系统可靠性要求比较高。对竖井掘进机施工工艺作了简要介绍。针对施工工艺,设计了一套电气控制方案,重点介绍了4台电机同步运行、液压系统对施工工艺的响应。该方案具有技术成熟可靠、先进稳定、操作方便等特点,能够满足竖井掘进机施工控制要求。     

矿井竖井掘进机电气控制系统设计

电气控制系统是煤矿竖井掘进机重要系统,为了提高竖井掘进机电控系统的稳定性,以S7-300作为控制核心,设计了竖井掘进机的电气控制系统,重点介绍了系统的硬件设计、刀盘控制模块设计、油压控制策略的实现。该系统可实现液压控制、刀盘驱动、远程控制等功能,控制器和外设之间采用总线通信,可提高系统工作的稳定性。     

竖井掘进机不同工作状态下装备与围岩振动响应特征分析

随着地下空间开发利用朝机械化、自动化和智能化方向发展,竖井掘进机为千米级竖井全断面掘进无人化(少人化)技术难题提供解决思路。针对竖井掘进过程中振动影响问题,以采用全断面竖井掘进机进行开挖的宁海抽水蓄能电站风井工程为依托,应用强震动测试的手段,对竖井掘进过程中的振动响应进行了测量和分析。测试结果表明：在竖井掘进振动影响下,围岩空帮段的振动明显,在实际工程中应考虑对软弱风化空帮段围岩体进行支护。随着振动向上传递,振动加速度幅值出现明显的非线性衰减特征,在上撑靴位置径向振动最大为150 cm/s²,振动衰减率为87%左右。     

全断面竖井掘进机凿井技术

目前,我国煤矿井筒建设方法,以普通凿井法为主、特殊凿井法为辅。介绍了特殊凿井法中使用机械破岩的竖井钻机钻井技术、反井钻机钻井技术发展历程与应用现状。井筒掘进施工安全与效率是深井建设的基石,发展机械化凿井技术装备是深井建设少人化、无人化的保障。分析了部分断面掘进机凿井技术与装备的研究现状,提出了需要研制全断面竖井掘进机。对全断面竖井掘进机的井帮稳定、凿井工序、掘进参数等关键技术的特点和适用性进行了探讨。针对施工过程下部掘进、排渣与上部支护平行作业,指出滚刀破岩、上排渣和定向钻进将成为技术攻关的方向和工程应用的难点。尽快开发全断面竖井掘进机凿井技术是综合机械化凿井的发展方向和趋势,对于建井技术发展和地下工程建设具有重大意义。     

241SB—184型竖井掘进机

美国罗宾斯公司于1978年5月试制了一台241SB—184型竖井掘进机,1978年秋进行首次现场试验。机器的设计是基于平巷掘进方法的启发下搞成的,设计成井速度为每天12.2米(包括井壁支护)。下面将机器结构和使用分别作一介绍。一、机器的结构241SB—184型竖井掘进机外形见图1     

竖井的全断面钻井法

全断面钻井法在打竖井中愈来愈显得重要。在欧洲,用全断面钻井法打的竖井,直径已达25呎,在美国也已达16.5呎。全断面钻井法的许多技术,是由打油井和天然气井的技术发展而来的。在必须穿透含水量大、不稳定地层(用普通凿井法非常困难或者费用昂贵)以及在需要快速打井等种种情况下,采用全断面钻井法十分经济。在沉积岩中打直径大约12呎或小于12呎的井,采用全断面钻井法和采用普通凿井法的费用不相上下。在条件适合于采用天井钻井法的地方,全断面钻井法就比不上天井钻井法。但是,全断面钻井法较之天井钴井法,适应性确实更大。而且全断面钻井法还可用于不可能采用天井钻井法或采用天井钴井法效率不高的地方。现已采用全断面和天井联合钻机,以便在竖井表土阶段不宜采用天井钴井法的情况下,能充分发挥这种设备的作用。用于钻直径达30呎的竖井的全断面钻井设备的研制工作,现正得到美国矿业局的支持。     

竖井井筒装备大修施工

湘西金矿用于生产的竖井井筒装备,因使用二十多年,腐蚀严重,需大修。该井为双层双罐笼提升井(断面布置如图1),井筒净直径为4m,深365m,井筒装备为木罐道四行,每层钢梁为6根、8根间隔安装,层距为2.5m,有梯子间,梯子平台筒间隔5m。大修为全拆全装。拆除工程量中金属构件约70t,木构件48m~3。安装工程量为:金属构件80t,木构件47m~3。井筒大修施工95天;其中准备工作15天、拆除井筒装备7天、清扫井筒4天、钢构件制作共19天、凿梁窝共30天、木构件制作8     

竖井井筒装备测量放线

评述了目前三种井筒安装放线法,并重点介绍单重摆动投点法及其应用。     

竖井井筒刚性装备计算

８０年代前，我国竖井井筒刚性装备设计计算的基础大多依据５０～６０年代有的甚至是４０年代以前的实验结果。鉴于当时的实验条件和手段远不能与现在相比，因而在设计工作中发现不少同我国矿山生产实际明显不符的矛盾，很难适应现代矿井设计工作需要。为迅速改变这种局面，我们自１９７８～１９８４年采用动态电测手段在国内９个矿井进行了３９次工业实验，并对大量实验数据用概率论及数理统计的方法进行了处理和方差、回归分析，在此基础上结合国内外情况，对刚性罐道、罐梁及管托梁计算，提出了一系列新方法。同时，对罐梁层间距、装备疲劳计算等问题提出了自己的看法。     

掘进机材料选择及工艺优化设计

通过对掘进机材料选择的标准化及焊接、热处理工艺的优化方法论述,为掘进机产品设计提供依据,进一步提高掘进机材料统一性,降低采购及维护品种、数量,全面有效地控制掘进机成本,提高产品质量。     

竖井掘进机SBR镐型截齿破岩载荷及比能研究

在竖井施工中,截削式掘进机主要靠安装在截割滚筒上的截齿进行破岩,截齿破岩性能的好坏直接决定了掘进机性能的优劣。文章利用有限元方法对单把截齿截割破岩过程进行模拟,分析了截齿在关键参数截割厚度、截割角、齿尖锥角和截割速度下破岩载荷的变化规律;基于正交试验方法,研究此4个关键参数对截齿破岩比能的影响,通过对试验结果进行直观分析和方差分析,得到截齿破岩比能影响因素的主次顺序和截齿破岩参数的最优配置。     

竖井的钻井施工方法及设备(四)

四、钻进设备及钻进工艺(续) (五)辅助设备及工具钻进工作中,辅助工作所占的时间一般都比较多。以国内已钻成的几口井为例,除陈庄主井外,其他井的钻进辅助时间都占去了钻进总时间的44％以上。辅助工作中又以起下钻时间占的比重最高,且劳动强度也最大。为了改     

竖井的钻井施工方法及设备(五)

五、钻井泥浆及其设备 (一)钻井清洗介质的种类及应用条件 1.清洗介质的作用: 清洗介质的使用是钻井施工工作的三个组成部分之一。合理地应用清洗介质,对于提高钻进速度和钻井质量,保证施工安全及降低钻井成本均具有极为重要的作用。钻进中,使用清洗介质总的出发点就是为保证钻头的正常工作。所以,要求清洗介质一