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千米竖井硬岩全断面掘进机凿井关键技术与研究路径探析 被引量：21
1
作者 刘志强 李术才 +4 位作者 王杜娟 宋朝阳 刘征宇 田彦朝 荆国业 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期3163-3174,共12页
机械破岩为代表的非爆破破岩技术是现阶段竖井凿井技术发展的重要方向,是解决现有钻孔爆破凿井井下作业人员多、工序复杂、职业伤害严重和环境污染等问题的可行技术途径。目前,已形成适用松软地层条件的竖井钻机钻井和适用井筒下部存在... 机械破岩为代表的非爆破破岩技术是现阶段竖井凿井技术发展的重要方向,是解决现有钻孔爆破凿井井下作业人员多、工序复杂、职业伤害严重和环境污染等问题的可行技术途径。目前,已形成适用松软地层条件的竖井钻机钻井和适用井筒下部存在通道的反井钻机钻井,适用条件受到限制且未突破千米难关,竖井硬岩全断面掘进机凿井技术与装备依然处于研发起步阶段。竖井机械破岩凿井重大装备不仅是国家高端装备制造新兴产业发展的需求,也是千米竖井凿井技术变革的重要支撑。梳理了竖井掘进机发展历程与现状,分析了千米竖井多变地层稳定和高压涌水控制、坚硬岩石破碎、克服重力排渣、与支护相适应的井筒断面变化4个方面的难题,提出了地层预改性“干井掘进”、坚硬岩石“组合破岩”、克服重力“协同排渣”、掘-支协同“智能变径”等硬岩全断面掘进机凿井的核心功能需求。为满足复杂环境和工况下竖井掘进机高效可靠服役的需求,凝练了拟攻克的3个关键科学问题和8个关键技术问题,其中科学问题包括:①基于千米地层原位状态探识的竖井掘进机凿井围岩分级理论;②硬岩大断面多刀协同与射流辅助破岩机理;③大直径破岩掘进工作面岩渣分布与运移规律及垂直输送机制。关键技术问题包括:①千米地层原位探测、风险识别与改性技术;②大断面硬岩镶齿滚刀-盘形滚刀联合与水射流辅助高效破岩技术;③大直径刀盘机械与流体组合排渣技术;④竖井掘进机姿态调控与整机集中控制技术;⑤竖井掘进机系统耦合动力学分析及优化;⑥时空关系协同的竖井掘进机掘进与地层改性平行作业;⑦基于竖井掘进机凿井的井筒空间断面优化布置;⑧竖井掘进机前置高韧性薄喷临时支护与掘-支协同永久支护技术。最后根据科学问题和技术问题,面向工� 展开更多
关键词 千米竖井 机械破岩 竖井掘进机 排渣 掘-支协同 矿井建设
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复杂地层条件智能化建井关键技术及发展趋势 被引量：13
2
作者 刘志强 宋朝阳 +2 位作者 程守业 荆国业 崔泽升 《建井技术》 2023年第1期1-7,共7页
井筒智能化建设是地下矿物资源开采、地下空间开发利用等领域高质量发展的重要技术支撑,也是井筒建设发展的必然趋势。在分析我国深厚冲积地层、硬岩地层、岩溶地层、富水弱胶结地层4种典型地层条件下现有建井技术的基础上,以西部富水... 井筒智能化建设是地下矿物资源开采、地下空间开发利用等领域高质量发展的重要技术支撑,也是井筒建设发展的必然趋势。在分析我国深厚冲积地层、硬岩地层、岩溶地层、富水弱胶结地层4种典型地层条件下现有建井技术的基础上,以西部富水弱胶结地层煤矿盲竖井建设为典型代表,从地质探查、地层改性、掘进装备、支护结构等方面梳理了智能化建井面临的挑战;深入剖析了复杂地层条件下智能化建井需要继续解决的问题及技术发展趋势,包括建井地层全信息探识与重构技术、智能化冻结控制技术、掘进装备破岩-排渣及智能化控制技术、掘-支协同智能化控制技术、仿真决策与智能化管理系统平台;提出了智能建井的发展建议,以期为推动智能化建井技术发展提供参考。 展开更多
关键词 复杂地质条件 智能化建井 矿井建设 竖井掘进机 机械破岩 排渣 掘-支协同
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煤巷钻锚一体化快速掘进技术与装备及应用 被引量：1
3
作者 康红普 姜鹏飞 +11 位作者 王子越 张小峰 刘畅 罗超 韦尧中 郭吉昌 陈志良 王锐 韩存地 李发泉 何宗科 苏超 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期131-151,共21页
分析煤巷掘进技术与装备现状及存在的问题,介绍研发的钻锚一体化快速掘进新模式、新技术、新装备及井下应用效果。研发出钻锚一体化锚杆支护技术与设备,包括钻锚一体化锚杆、泵注式锚固剂、钻锚一体化钻臂、钻箱、锚杆仓、锚固剂泵注系... 分析煤巷掘进技术与装备现状及存在的问题,介绍研发的钻锚一体化快速掘进新模式、新技术、新装备及井下应用效果。研发出钻锚一体化锚杆支护技术与设备,包括钻锚一体化锚杆、泵注式锚固剂、钻锚一体化钻臂、钻箱、锚杆仓、锚固剂泵注系统及智能控制系统,将传统树脂锚固锚杆安装6道工序简化为1道连续工序,实现了锚杆自动化“一键”打设,单根锚杆作业时间由原来5~6 min减少为3 min。研发出自动化喷涂支护技术与装备,包括高强、速凝、抗变形喷涂护表材料,抗拉强度超过9 MPa,断裂伸长率超过100%,黏结强度高于3 MPa;研发出6自由度喷涂系统,可实现随掘自动化快速喷涂作业。研发出巷道随掘变形动态监测技术与系统,实现随掘大粉尘、多干扰、低照度环境下的巷道表面变形监测,监测精度能够满足围岩稳定性评价要求。提出煤巷掘支锚运分区并行协同快速掘进新模式,研制出钻锚一体化快速掘进成套装备。对试验矿井陕西陕煤曹家滩煤矿回采巷道掘进过程中围岩位移和稳定性进行了监测,在时间上,巷道掘出2~3 h后80%以上的围岩位移已经发生;在空间上,距离掘进工作面相当于2倍巷道宽度的位置,90%以上的围岩位移已经完成。快速掘进引起的巷道围岩位移在很短时间内就基本完成,要求支护必须及时且快速。在曹家滩煤矿10 m超大采高综采工作面特大断面回采巷道完成近6000 m的巷道掘进工程,打设钻锚一体化锚杆60000余根。锚杆施工时间、支护用工人数及作业人员劳动强度大幅降低,掘进速度、效率及自动化水平显著提高。试验巷道顶板位移量小、完整稳定,支护效果良好。煤巷钻锚一体化快速掘进技术与装备井下试验取得成功,具备了特大断面煤巷月掘进进尺1500~2000 m的能力。 展开更多
关键词 煤巷 快速掘进 钻锚一体化 喷涂支护 随掘变形监测 掘支并行协同
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深埋大断面煤巷掘支协同技术及案例分析 被引量：2
4
作者 杨国强 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2022年第11期89-97,共9页
为解决深埋大断面煤巷掘进效率低、支护效果不佳的问题,以大海则20101回风巷为工程背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟方法分析了机锚不协调、顶板基础锚固层薄弱支护效能低是掘支失衡的根本原因;形成了以掘支协同技术为基础,通过... 为解决深埋大断面煤巷掘进效率低、支护效果不佳的问题,以大海则20101回风巷为工程背景,通过现场调研、理论分析、数值模拟方法分析了机锚不协调、顶板基础锚固层薄弱支护效能低是掘支失衡的根本原因;形成了以掘支协同技术为基础,通过加大顶板锚固层厚度提高单根锚杆的支护效能以降低支护密度的控制对策;基于此,提出了新型掘支协同方案,并分析验证了新支护方案的可行性。工程实践表明:采用掘支协同新型支护方案后,顶板下沉量控制在40 mm内,帮部变形量控制在60 mm内,柔性锚杆预紧力可稳定达到200 kN以上,巷道围岩控制效果得到明显改善;同时支护密度降低约35.7%,月进尺突破400 m,在保障支护控制效果的同时,提高了掘支效能,实现了掘支协同。 展开更多
关键词 掘支协同 支护参数优化 大断面巷道 厚层锚固 巷道支护
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煤矿智能掘进机器人数字孪生系统研究及应用 被引量：32
5
作者 张超 张旭辉 +10 位作者 毛清华 马宏伟 杜昱阳 陈晓晶 夏晶 谢兵 王川伟 薛旭升 曹现刚 田海波 刘鹏 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第5期813-822,共10页
针对煤矿井下巷道掘进过程中环境复杂多变,存在掘进效率低下、智能化程度不高等问题,论文提出了一种基于数字孪生技术的煤矿井下智能掘进机器人监控技术。在数字孪生体技术通用参考框架的指导下搭建了智能掘进数字孪生系统参考框架,分... 针对煤矿井下巷道掘进过程中环境复杂多变,存在掘进效率低下、智能化程度不高等问题,论文提出了一种基于数字孪生技术的煤矿井下智能掘进机器人监控技术。在数字孪生体技术通用参考框架的指导下搭建了智能掘进数字孪生系统参考框架,分析了面向掘进的数字孪生系统成熟度模型,通过对智能掘进机器人系统及其组件进行数字孪生实例化设计,实现智能掘进机器人群掘-支-运平行作业协同控制。为了适应陕北地区的复杂地质条件,设计了盾体式临时支护+横轴式掘进机的智能掘进机器人并介绍了其各组成部分工作原理。设计了智能掘进机器人数字孪生系统控制架构,详细描述了其数据感知模型。并以小保当矿业有限公司智能掘进机器人系统为应用案例,展示了智能掘进机器人数字孪生系统的研究和应用情况。研究显示该系统可适应复杂地质条件下多机器人掘-支-运平行作业协同控制,结合虚拟现实有效整合多源数据,可实现多机器人掘进过程的智能感知与远程控制,有效提升巷道掘进的智能化水平,保障巷道掘进效率和成型质量。 展开更多
关键词 智能掘进机器人 掘-支-运协同控制 数字孪生 数据感知 远程控制
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