煤矿钻探用钻杆疲劳寿命预测研究

目前矿用钻杆在煤矿井下施工疲劳寿命预测困难,无报废标准和报废依据,导致煤矿井下钻杆断裂事故频发,严重影响煤矿井下勘探钻孔、瓦斯抽采钻孔、探放水钻孔的施工安全和施工进度。矿用钻杆的工况条件复杂,基于弹塑性力学无法对钻杆疲劳寿命、断裂失效原因、结构工艺的优化提高进行可靠研究;通过综合钻杆所受到转矩、弯矩、轴向力以及井壁的约束作用力等复合载荷条件建立钻杆约束模型,提出基于断裂力学和损伤力学、运用解析法和有限元分析方法对钻杆的疲劳寿命进行研究,并基于研发的钻杆动态性能试验系统对钻杆的疲劳寿命进行试验,提出矿用钻杆疲劳寿命预测研究方法,为钻探施工和钻杆的设计提供依据。结果表明:按照现有钻杆杆体、螺纹的加工工艺,73型钻杆在转矩4 000 N·m,施工钻孔终孔直径为96 mm时,通过钻杆动态性能试验系统对钻杆的疲劳寿命进行试验,钻杆的疲劳寿命为5.32×10~5～4.78×10~5转,疲劳寿命与所建立的钻杆疲劳寿命预测模型一致,钻杆疲劳寿命最小位置在公螺纹处,杆体在受到1 mm以下划痕对钻杆整体疲劳寿命无影响。     

钻杆的疲劳寿命计算

采用断裂力学理论，对表面半椭圆、表面线性、深埋椭圆以及深埋圆形等４种裂纹钻杆的临界裂纹尺寸和疲劳寿命进行计算，并通过实例说明严格检验钻杆和减小弯曲应力对提高钻杆使用寿命的重要性。     

绳索取心钻杆螺纹疲劳试验

钻杆螺纹疲劳试验可以为钻杆螺纹参数设计提供试验依据,因此具有重要意义。本文介绍了国内首次对绳索取心钻杆螺纹进行疲劳试验所用装置及试验有关参数的确定和计算方法,可供今后进一步完善试验参考。     

ZP-1型钻杆疲劳试验台

简述了ZP－1型钻杆疲劳试验台的试验原理、主要技术性能参数和设计指导思想，并着重介绍了试验台机械传动系统和加载系统的组成、设计要点及试验台的试验情况。     

煤矿坑道钻探钻杆断裂智能CT检测研究

在煤矿钻杆生产和加工过程中,由于加工、生产、制造等工艺缺陷易造成钻杆自身存在间隙、夹杂、裂纹、缺陷和密度不均匀等质量问题。而在煤矿钻杆在井下钻进过程中,由于钻杆受到复杂钻进外力的影响,通常会因钻杆本身质量问题而造成钻杆发生断裂,进而阻碍正常生产,造成重大经济损失。针对这些问题,采用传统工业CT检测方式,可有效检测出钻杆本体存在的气孔、裂纹、间隙、缺陷等质量问题,进而提高钻杆加工工艺和成品质量。然而,在传统的钻杆CT检测过程中,采用人工装配和卸载钻杆的方法进行上下料,存在检测效率低、收益小、自动化程度弱等缺点,不能满足煤矿设备智能化发展的要求。在此基础上,将智能机器人系统、流水线扫描技术和伺服运动控制引入钻杆工业CT检测系统中,该检测系统主要由图像分析软件、电气控制软件、射线源系统、探测检测系统、运动伺服系统、智能机械手及其控制系统、流水线扫描系统以及安全防护系统等组成。采用上、下2层控制结构,将智能机械手及其控制系统作为从站,将运动伺服系统配置为主站,通过上位机软件控制这些底层系统的运行、动作,实现智能化钻杆CT扫描、断层分析和结构检测等功能。从而,可大幅缩短人工上、下料的时间、增强钻杆检测的效率和检测工艺,保证钻杆装备智能、安全、高效地进行,进而提高钻杆加工、制作等工艺流程,提高钻杆本体质量。     

煤矿救生系统地面钻孔用双臂钻杆

在进行矿井的抢险救援时,需要救援人员或一些救援物品、救生系统尽快下井,快速到达受灾区域,通过救援钻孔建立直达灾区的通道进行施救是处理煤矿事故的常用且有效的方法。主要就煤矿救生系统地面钻孔用双臂钻杆进行了研究,对双臂钻杆的结构,机械性能要求、联接螺纹和抗扭强度等进行了探讨。     

煤矿用外平钻杆加工质量控制点的探究

针对煤矿用外平钻杆出现的质量问题,从加工工艺流程的角度深入探究了钻杆常见的破坏形式和原因,包括杆体断裂、接头螺纹断裂以及焊缝处断裂等。提出了外平钻杆加工过程中的质量控制点,并进行了详细的探讨。这对钻杆的生产和检验控制具有重要的指导意义。     

煤矿用钛合金无磁钻杆的中试研究

目前,国内外煤矿坑道水平定向钻探用无磁钻杆材料均选用铍铜QBe2(C17200),该合金材料的延伸率低,钻杆易出现断裂事故。为解决这一问题,研究了高强度钛合金钻杆,探讨了钻杆的材料选择及螺纹结构设计。试验了钻杆的加厚工艺,其强度达到了设计要求,并通过现场试验验证了钻杆的使用效果。     

基于工业CT技术的钻杆断裂机理分析系统

针对煤矿钻机钻杆现场使用时出现断裂的问题,对造成钻杆断裂主要原因进行理论分析。结合工业CT无损检测理论技术建立钻杆断裂机理分析系统,着重研究系统的重要组成部分和及其功能,包括X射线源系统、探测检测系统、机械子系统、控制系统和图像处理系统。通过分析研究,将工业CT技术引入到钻杆加工过程中,可以大大增强钻杆材质质量,减少由于钻杆自身原因而导致的钻杆在使用中断裂。     

煤矿钻锚机器人控制系统设计

针对目前煤矿井下巷道掘进作业中锚杆支护环节存在的人工操作频繁、支护效率低等问题,研究设计了一种结构简单的煤矿钻锚机器人。主要设计了钻锚机器人的控制系统,选用罗克韦尔Compact Logix系列MicroLogix 1100控制器,融合多传感器技术,通过工业以太环网EtherNet实现机器人本地遥控控制和远程人机交互控制。对钻锚机器人控制系统进行硬件选型配置和软件设计,实现钻锚机器人自动控制。为煤矿井下钻锚设备智能化研究提供设计依据。     

煤矿井下坑道钻机电液控制系统的设计

为了缩短煤矿井下坑道钻机电控程序调试周期、方便程序开发人员调试程序、同时更好地展示电液控制钻机的动作,设计了一种煤矿井下坑道钻机电液控制系统。研究了无线遥控模块、电液控制器模块、钻机模拟实验台和智能控制算法四大模块的融合,实现对钻机模拟实验台状态参数和遥控器输入参数的读取和解析,以及对钻机行走、稳固、姿态调整、钻具装卸和钻进过程的远程遥控控制。该系统最大程度还原了煤矿井下坑道钻机的真实动作和工况特点,电液控制程序的调试可预先在钻机模拟实验台上进行,缩短了程序开发调试时间,提升了程序开发人员的工作效率,增加了实验室内钻机工况和动作展示的直观性。     

郭庄矿松软煤层螺旋钻杆钻进技术及压力特征显现研究

为解决松软煤层螺旋钻杆在施工及验收过程中存在的钻进困难、验收误差大、人力物力消耗大等问题,根据郭庄矿工作面的现有情况,通过分析郭庄矿工作面螺旋钻杆施工工艺,采取了ZDY4200LP钻机和KGY8-2型压力传感器,从而对钻杆钻进和退钻过程中的压力进行监控,利用软件自动计算钻杆深度,进行误差测算,实时监控钻杆所受压力的曲线特征。提取压力曲线监测数据,分析退钻过程压力特征,从而确定退钻杆数量,确定钻孔进尺,为钻孔安全高效施工提供可靠依据。     

煤矿用液压钻机动力系统的优化设计

针对液压钻机动力系统的大泵和小泵之间采用皮带联接,在使用过程中小泵轴容易断裂、皮带使用寿命短、皮带断裂后更换困难等问题,对大、小泵联接方式进行了优化设计,重新设计了泵的联接结构。现场应用表明,优化设计后延长了泵的使用寿命,减少了更换泵的时间,提高了工作效率,大大提高了钻机动力系统的可靠性和使用寿命。     

钻杆外飞边车削加工自动上、下料系统的设计

结合生产现场原布局,综合考虑钻杆外形特点、操作空间、工作方式以及场地条件,设计了一种钻杆外飞边车削加工自动上、下料系统,并对上料装置、运输装置和下料装置的机械结构进行了详细设计。该系统的应用可以减轻工人的劳动强度,实现钻杆上、下料操作过程的自动化管控。     

王河煤矿排水孔施工技术

通过对王河煤矿排水孔钻探施工,介绍钻探施工过程,钻具组合,钻进技术参数,以及施工中注意事项,采用管底注浆逆止阀方法进行套管壁外充填固管,从而保证施工煤矿排水孔达到质量要求,完成排水孔施工。     

中心通缆钻杆及其在煤矿井下定向钻进中的应用

针对煤矿井下定向钻技术对钻杆的随钻测量通讯和强度要求,钻杆采用中心通缆方式,可实时传输钻孔随钻测量信号。采用高强度管材、特种螺纹丝扣结构、摩擦焊技术,可提高钻杆抗拉、压、弯、扭强度。并根据现场使用中存在的问题给出了解决方法。大佛寺煤矿随钻测量应用实例说明中心通缆钻杆满足最大孔深1200 m的随钻测量通讯和钻杆强度要求,朱仙庄梳状孔应用实例说明中心通缆钻杆满足最小弯曲半径54 m定向孔施工,哈沙图煤矿定向钻孔应用实例说明中心通缆钻杆满足急倾斜58°煤层定向孔施工。     

煤矿钻机性能检测系统的设计与实现

随着煤矿事业的不断发展,对煤矿的安全生产越来越重视。虽然科技水平的提升使煤矿机械化的程度提高很多,但是在长期运行中会出现很多问题,必然会产生安全隐患。在煤矿生产中使用钻机比较广泛,为了测试其现场的性能指标与各项数据,研制了一种新型的煤矿钻机性能综合测试系统化,对该系统的硬件、软件的设计方案进行了探讨,并指出了关键性的技术问题。     

坑道钻机性能试验台模糊控制系统的研究

论述了钻机性能参数测试台模糊控制的理论基础;介绍了坑道钻机检测检验试验台测控模糊控制系统的原理、组成、性能指标、测试参数、抗干扰设计以及运行情况;分析了钻探测控模糊控制应用技术的发展前景.     

煤矿井下智能钻具管理系统的研究与设计

在井下钻杆生产与使用、智能管理领域,井下操作人员不能及时掌握钻具使用情况、进尺、寿命等关键性信息,对寿命临尽的钻杆不能进行及时淘汰、更换新钻具的提醒。因此提出煤矿井下智能钻具管理系统,该系统可实现钻具的生产信息、生命周期追踪、钻进尺度测量,可适用于井下钻具的智能信息化管理。最后试验验证了该系统具有高可靠性、数据精确等特点,具有广阔的市场应用前景。