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。     

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...     

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。     

竖井掘进机钻井工艺及装备研究

随着矿山井筒向深部发展,机械化凿井是建井技术的发展趋势,为了实现井筒施工时掘进、排渣、支护平行作业,进行了竖井掘进机钻井工艺及装备研究。介绍了反井钻机钻进导井、竖井掘进机扩钻成井、破碎岩渣通过导井落入下水平巷道运输等竖井掘进机钻井施工工艺,详细阐述了竖井掘进机钻井装备和辅助装备。现场调试结果表明,竖井掘进机钻井技术及装备能够满足设计与施工要求。     

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。     

煤矿掘进机远程智能控制技术研究

针对煤矿掘进工况复杂、危险程度高等问题,以某型煤矿掘进机为研究对象,分析了掘进机远程控制的组成及智能化升级的过程,设计了掘进机远程智能框架。基于控制原理设计了煤矿掘进机远程智能控制系统,对煤矿掘进机在实际工况下的前进、后退、转弯、铲板、截割、支撑等动作进行远程智能化控制。该研究为煤矿掘进机远程智能化控制提供技术支持及参考依据。     

掘进机机载在线故障监控与分析系统的研究

针对掘进机的具体工况,探讨并建立了一套掘进机机载在线故障监控与分析系统,该系统能够对掘进机的工况进行在线检测监控,并能够通过机载故障知识库和在线专家系统分析故障原因,提供解决方案,是掘进机检测监控和故障诊断系统的发展方向。     

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。     

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。     

煤矿用顶管掘进机半物理仿真系统

针对顶管掘进机系统结构复杂、自动化程度高、无法以实际施工培训操作手等问题,进行了煤矿用顶管掘进机半物理仿真训练系统研究。建立了顶管掘进机沿程力学模型、进水排渣模型和纠偏控向模型,通过可编程控制实现了顶管掘进机自主推进、自主导向和自动进水排渣。搭建了多传感器信息融合计算机仿真系统,并进行了各种工况及外部突发响应下的自主推进稳定性测试。结果表明,半物理仿真训练系统可有效模拟顶管掘进机运动过程,自主推进算法稳定可靠,可用于培训顶管掘进机操作手,对于顶管掘进机在煤矿的推广应用具有重要作用。     

ZFY5.0/600型大直径反井钻机研究

根据大型煤矿建设采区风井发展趋势,研究5m大直径反井钻机技术,以快速安全建设风井井筒,介绍了大直径反井钻机用途、主要技术参数、技术关键和结构特点,并对钻机核心多马达驱动系统、多油缸推进系统、液压系统、新型电液控制系统和分体组装式大直径扩孔钻头结构进行详细说明,最后介绍反井钻机钻进国内最大直径5 m煤矿风井井筒的实例应用情况。     

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。     

大直径反井钻机及反井钻进技术

为了满足煤矿快速建设采区风井需要,大直径反井钻机研制和反井钻井施工技术需进一步发展.针对大直径反井钻机技术关键,对大直径反井钻机技术参数、主机系统和钻具系统进行分析说明.介绍了国内大直径反井钻机开发研制情况,并给出工程实例.     

机械井筒钻进技术发展及展望

首先对国外机械钻进技术现状做了回顾;其次,对冲积层特殊钻井法凿井技术在国内产生、发展进行了回顾,并将钻井技术发展划分为“技术基础准备阶段”、“钻井工艺现场实验应用阶段”、“技术装备发展成熟阶段”和“技术、装备突破阶段”等4个阶段,提出钻井法凿井向西部弱胶结软岩煤矿井筒、矿山小直径垂直通道、市政工程以及非煤矿山工程发展方向和需要解决的技术问题;再次,对于反井钻机技术发展、钻凿煤矿井筒技术及难点等做了分析,列举出反井钻井凿井需要解决的技术问题;最后,对竖井掘进机技术发展提出展望,对竖井掘进机凿井破岩、排渣、支护和辅助系统作用进行了论述。通过分析得出：根据不同地质条件、工程条件采用不同的机械化凿井方法,才能达到减少井筒内施工人员,提高安全和工作效率目的。     

深井施工用反井钻机钻具的选材和设计

为了适应深部采煤的发展和反井钻机的深井施工的需要,介绍了深井施工用反井钻机钻具在设计时材料的选择方法、钻具配套螺纹选择方法以及偏梯形锥螺纹的主要应用场合,并着重介绍了偏梯形锥螺纹联接强度和钻具强度的计算方法、偏梯形锥螺纹与三角形锥螺纹的受力强度比较.结果表明,在深井施工用钻具中,采用40CrNiMoA材料来制造钻具,牙型采用偏梯形锥螺纹牙型,可以大幅提高钻具的强度和可靠性,并能适当延长钻具的使用寿命.     

复杂地质条件下深井马头门支护结构及应用

为了防止复杂条件下,岩层松软、自稳性较差的潘一矿二副井深井马头门出现破坏,在分析其受力机理的基础上,提出在马头门处上口井壁结构中,采用单锥形大壁座和受力性能较好的SFRC50钢纤维混凝土.并在马头门支护中采用了锚、网、喷、索+u型钢支架+锚索束初次支护、-钢筋混凝土碹体二次支护和深浅孔注浆补强加固的复合支护结构.工程实践后的结构受力监测结果表明:采用提出的新型支护结构以后,东、西马头门钢筋混凝土碹体和上口井壁受力稳定,支护结构安全可靠.     

水泥砂浆在钻井井壁壁后充填中的应用试验研究

钻井井壁壁后充填固井需要充填浆液,传统的充填方式为水泥浆充填。但水泥浆充填,水泥消耗量大,成本高。信湖煤矿中央风井采用钻井法凿井,井筒第2段高壁后充填采用水泥浆和水泥砂浆2种材料,即用水泥砂浆替代部分水泥浆,达到了预期效果。简要介绍了水泥砂浆地面水平泵送试验及其与水泥浆性能对比试验和水泥砂浆壁后充填情况。     

基于STM32的掘进机控制系统设计

为解决现代掘进机在煤矿安全高效生产方面应用的技术难题,提出了一种基于STM32的掘进机控制系统的设计方案。该系统具有掘进机综合保护功能和标准外围设备接口,系统使用Modbus作为通信协议,与传统基于PLC的控制系统相比,系统硬件结构简单、功耗低、兼容性好,本安电源工作负荷小,为进一步研发设计新型多功能一体化掘进机奠定基础。     

煤矿新型掘进机电气控制系统研究

分析了现有的煤矿掘进机的电气控制系统,研究了基于PLC的掘进机电气控制系统,以SQ-300为控制核心,模块化的结构、能实现电气保护和故障排除的高性能软件系统。该系统的硬件设计和软件编制能满意各种复杂环境的巷道开采。