履带式微型海底钻机行驶动力学建模与分析

概述了履带式微型海底钻机组成结构及其作业过程；应用仿真软件Recurdyn建立了履带式微型海底钻机多体动力学模型；开展了底质土力学特性试验研究，构建了深海底质力学模型；进行了履带式微型海底钻机深海底行驶过程动力学仿真。结果表明，在深海沉积物底质条件下，履带式微型海底钻机在行驶过程中存在轻微打滑现象和一定的沉陷量与仰角；深海底质(特别是稀软底质)力学性能显著影响履带式微型海底钻机动态特性；在钻机低速行驶时行驶速度对履带式微型海底钻机动态特性影响较大。     

深海海底超深孔钻机支撑稳定性分析

深海海底超深孔钻机在使用过程中,钻机的稳定性极为重要.针对深海海底超深孔钻机支撑稳定性展开分析,提出了深海海底超深孔钻机稳定性系数,分析了钻机稳定性系数与钻机质心位置、钻机及其支撑系统自身尺寸以及钻机设定的海底底面倾角等参数之间的关系.深海海底超深孔钻机支撑稳定性分析表明:在未打开支撑系统的情况下,钻机的稳定性系数为1.47,虽然钻机的稳定性具有一定的安全余量,但建议在钻机着底时就打开支撑系统,以保证钻机使用时更加稳定可靠;在支撑系统打开的情况下,钻机稳定性系数为2.41,但在极端条件下深海海底超深孔钻机的稳定性仍然具有风险,建议适当增加钻机底座和支撑宽度.     

光电复合缆供电的深海2米岩芯钻机的研制

深海浅地层岩芯取样钻机是进行深海底地质调查、深海底矿产资源勘探不可缺少的重大技术装备[1]。我国第一台深海浅地层岩芯取样钻机于2003年研制成功并连续多年成功应用。但该型深海钻机由蓄电池组供电,受电池本身性能的影响,存在一些使用限制。本次研发的深海2米岩芯取样钻机采用铠装光电复合缆向海底进行大功率长距离输电和光纤通信,并在我国大洋调查中首次应用。本文介绍了钻机的基本结构与功能、主要技术指标和技术难点、工作原理与步骤、海上试验情况等。光缆钻机的研制成功解决了铠装光电复合缆高压大功率供电、高速数据通讯、多重安全保护系统等关键技术问题。     

2021年探矿工程十大新闻

1“海牛号”海底钻机刷新世界深海海底钻机钻探记录2021年4月7日23时左右,湖南科技大学领衔研发的我国首台“海牛Ⅱ号”海底大孔深保压取心钻机系统,在南海超2000 m深水成功下钻231 m,一举刷新世界深海海底钻机钻探深度。这一深海试验的成功,填补了我国海底钻探深度>100 m、具备保压取心功能的深海海底钻机装备的空白,也标志着我国在这一技术领域已达到世界领先水平。     

深海浅地层岩芯取样钻机的研制

深海浅地层岩芯取样钻机是进行深海底矿产资源勘探、深海底地质调查等不可缺少的重大技术装备。长沙矿山研究院成功研制出我国第1台深海浅地层岩芯取样钻机,并已连续3年在太平洋我国富钴结壳勘探区大规模的成功应用。介绍了我国深海浅地层岩芯取样钻机的技术特点、设计思路、功能与性能参数、实验室试验及海上实际应用情况等。     

针对深海采矿车的遍历路径规划方法研究

针对深海采矿车在海底复杂条件下周围环境信息缺少,实时处理数据能力低,环境建模困难复杂,难以自主和高效完成深海采矿作业等问题,提出一种深海采矿车遍历采矿作业的全覆盖路径规划方法.首先利用 AUV(自主水下机器人)采集数据得到的水下 DEM(数字高程模型)数据模型构建出海底的三维静态地图模型,根据得到的底质类型数据划分障碍物构建出二维静态栅格环境模型;然后考虑栅格状态、距离因素和转向因子建立启发函数,实现遍历路径采矿工作.结合实际采矿过程中出现的采矿死区问题,引入改进A?算法规划逃离出死区路径,保证了重复率尽可能小;最后通过 MATLAB仿真验证.结果表明,该算法确保采矿覆盖率为１００％的同时降低了重复率和转弯次数,提高了深海采矿车的工作效率和经济效益,为深海采矿车海底路径规划提供了理论基础.     

国外深海底岩芯取样钻机设计参数及其应用效果

深海底蕴藏着大量的矿产资源,海底资源的开发有助于缓解全球性资源匮乏的局面。深海岩芯取样钻机是进行深海底矿产资源勘探、地质调查等不可缺少的重大技术装备。总结了国外已开发深海底岩芯取样钻机的主要设计参数及特点,分析了国外不同钻机的实际应用效果以及发展趋势。研究发现,国外已经先后开发了多台深海底岩芯取样钻机,部分已经应用于深海钻孔取芯,但均存在不同程度的技术问题;经过曲折的研发历程,钻机的钻具以及钻进方法均得到优化,但仍存在取芯率不稳定且普遍偏低等问题。探究国外钻机设计技术及开发经验,以期为我国深海钻机的研发和改进提供参考。     

深海岩芯取样钻机钻进涡动参数理论计算与试验探究

针对海底岩芯取样钻机钻进作业过程中的涡动问题,提出了深海岩芯取样钻机钻具涡动模型,基于动压滑动轴承模型,构建了基于流体力作用下的钻进作业动力学模型,通过数值解析,获得了钻杆偏心距与涡动角速度的关系,引入了钻具涡动的自转角速度阈值点Ωmin,并通过了实验室试验进行了验证.试验结果表明,相同试验条件下时,深海岩芯取样钻机钻具钻进转速与理论阈值点接近时,其取样效果更佳,获取的柱状样品质量相对较好,验证了理论计算结果的合理性,为后续深海固体资源岩芯取样钻机研制和岩芯取样钻进作业提供参考.     

车载钻机底盘自动调平系统研究

车载钻机底盘是大吨位钻机关键部件之一,具有支撑保证钻机稳定性的作用,由于车载钻机钻孔深度超过600 m,并且传统调平都是人工凭直觉手动操作,导致底盘水平度误差较大,影响到钻探安全,进而对钻进轨迹产生较大影响。以车载钻机为研究对象,在分析三支撑、四支撑优缺点的基础上,提出采用并联双支腿加独立双支腿的四支撑的方案。该方案在地面上实现了安全、高效、自动调平,彻底解决了四支撑"虚腿"问题。     

基于海底岩心取样钻机的自适应钻进测控系统

海底岩心取样钻机是用于深海底矿产资源勘探和海洋地质科学研究的深海底地质钻探取心的专用设备.自适应钻进测控系统是基于深海钻机的一套测控系统,一定程度上实现了钻进工况的数据反馈和地质底层属性识别,通过对钻进工艺参数的拟合,自适应匹配相应的工艺参数,加以辅之人工智能和机器深度学习技术,实现自动钻进作业.辅助适当的人工干预即可完成整套海底钻进作业流程,从而提高海底钻机的作业效率和取心效果.     

支腿式锚杆钻机设计中人机工程学问题

根据支腿式单体锚杆钻机的工作过程与特点 ,探讨了其设计中的有关人机工程学问题 ,力求使锚杆钻机更舒适、更安全、更可靠 ,最大可能地满足用户要求。     

基于螺旋截齿切削技术的深海富钴结壳切削参数计算与试验研究

对海底富钴结壳底质特性进行了研究,提出适合于富 钴结壳矿体资源的切削破碎方法,基于灰铸铁切削经验公 式,采用等值换算法,构建了深海富钴结壳切削破碎技术参 数计算模型,获得切削力与功率的经验计算公式;基于富钴 结壳矿床特性,研制了富钴结壳模拟底质和地形,开展了实验室 模拟结壳切削试验。试验结果表明,切削深度为2.5cm 时,试 验获得的单齿切削力为1360N,与理论经验计算值1317N 接 近;另外,试验消耗功率8.55kW 和理论经验计算值8.12kW 也 较为接近,验证了该理论经验公式计算方法的合理性和可行性, 为后续深海富钴结壳资源开采技术研究打下了基础。     

深海采矿车行走履带淹没水射流减粘脱附研究

深海多金属结核采矿车作业时行走履带板齿间粘附的底质会影响行驶性能,因此利用淹没水射流减粘脱附。针对采矿车行走履带板齿间粘附底质的成因,利用采矿车牵引力模型分析了牵引力与履齿有效高度的关系,通过土体临界破坏力理论和淹没水射流理论,导出了无量纲冲坑半径与深度方程。结果表明:行走履带与底质相互作用致使履带板、齿间粘附一定底质,牵引力随履齿剪切未扰动底质的有效深度减少而减小,推荐履齿高度在100～150mm之间;无量纲冲坑深度随半径先缓慢增加后快速增加,与水射流参数、靶距、底质临界破坏力有关,水射流参数为1r/b_p2,0.4h/l3时,减粘效果较好。此研究对深海多金属结核采矿车减粘脱附系统设计有重要参考价值。     

复杂条件下新型锚固钻机系统振动特性分析

针对煤矿井下掘锚比失衡问题，提出一种新型掘支锚平行作业机组，可对复杂地质条件下的巷道断面形状、煤岩属性及顶底板不平整性具有高适应性，通过搭载多姿态新型锚固钻机系统，实现掘锚同步并行快速作业模式；考虑掘锚作业空间位置关系、锚固断面形状尺寸及锚固作业耦合振动影响等因素，提出一种锚固钻机系统钻进抑振装置，采用“顶天立地”式稳定支撑形式，减少锚固钻机群组系统在同步作业时相邻系统耦合振动影响；考虑锚固钻机群组为多质量块、多自由度系统构成，提出一种基于复杂地形工况下机组变姿作业状态振动传递模型图，利用有限元分析软件Abaqus模拟钻进不同岩石属性工况，分析可得到不同煤层条件下钻杆的推进阻力变化规律；为求得锚固钻机系统关键部件在抑振装置作用下其刚度变化规律，基于材料力学中变形协调等方法求解横梁伸出不同长度及油缸支腿伸出/缩回状态的刚度变化范围；通过数值分析软件Matlab对上述锚固钻机系统动力学模型进行求解，得到在左右横梁伸出及支腿伸出与缩回等不同工况条件下钻机群组本体振动参数，分析可知钻机支腿对于减缓锚固机组横滚振动效果十分显著。通过进行锚固系统样机试验分析，验证锚固钻机系统支腿抑振效果满足要求，...     

我国掘锚一体技术发展分析与研究

目前煤矿锚杆作业占主导地位的气动支腿式锚杆钻机不能满足煤巷锚杆作业自动化和机械化的发展需要,而液压锚杆钻机与掘进机的一体化技术虽在我国出现了多种形式,但是都存在着不同程度的问题,总结了掘锚一体机所必须满足的技术要求及发展趋势。     

深海采矿的立法与许可

<正>国际海洋组织(ISA)成立于1982年,隶属于联合国,负责监督与管理国际水域的海底采矿事宜。各国对于在其领海范围内从事的海底采矿活动,可自行颁发采矿许可证。2011年,巴布亚新几内亚成为全球第一个颁发深海采矿许可证的国家,加拿大的鹦鹉螺矿业公司(Nautilus Minerals)则成为全球第一个获得深海采矿许可的"幸运儿",将在该国领海范围内开采海底高品位块状硫化物矿床(SMS)。鹦鹉螺矿业公     

海床式取心钻机研究及总体方案设计

本文论述了海底钻探取样的意义及取样的方式,说明了海床钻机式钻探取样的优点,结合海床式钻机应用的背景及发展趋势阐述了海床式钻机设计中工作水深和钻进深度两个技术难点及如何在钻机高度集成的情况下加大工作水深和钻进深度。重点介绍了钻进深度为200 m的深海浅孔取心钻机,包括钻孔结构设计和钻杆库设计。最后提出了关于海床式钻机发展的几点设想,包括保真钻探、使用海水做冲洗液、应用海水液压系统取代液压油液压系统等。     

旋转切割与推进自动协调液压锚杆钻机性能分析

采用旋转切割液压马达与推进液压缸并联的油路连接方式 ,用减压阀控制最大推进力并自动协调液压马达转速和液压缸的进给速度 ,使旋转切割和推进速度具有较大的速度刚度 ,避免了现有液压锚杆钻机支腿采用旁路节流调速回路 ,支腿速度刚度差的缺点 ,实现液压锚杆钻机高效率的工作     

250m^2压滤机大梁弯曲原因分析

我单位的150m2压滤机以及340m2压滤机,设备运行良好,故障率低,可靠性好。而新购置250m2明流式压滤机,使用1周后出现机尾固定支腿断裂,随后相继出现中间固定支撑腿(铸铁件)与地面基础的固定螺栓断裂;左右纵梁变形,机头至机尾出现S型弯曲(压紧时S型弯曲明显,卸料时弯曲程度较小);拉板时,头板左右两侧的支承滚轮,在接近机头位置时,滚轮明显偏离纵梁的中心线;机尾端上扬(纵梁机尾端下部与尾板联接处的矩形开槽大于90°);在压滤作业时,经常发生滤液外喷现象。1故障分析针对上述情况,我们将压滤机左右两侧中间位置用于固定纵梁与支腿的固定螺栓拆…     

MQT—60B气动侧帮锚杆钻机的设计

介绍了煤矿煤巷支护的配套机具MQT— 6 0B型气动侧帮锚杆钻机的研制过程 ,以及钻机的工作原理、基本结构、特点等。根据煤巷侧壁钻孔的要求 ,实现了支腿行程的控制、调整。