Estudo das características mecânicas do grupo de perfuratrizes de ancoragem para escavação rápida

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 4524 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Visando o problema de desequilíbrio da relação de eficiência de escavação e ancoragem na mina subterrânea de carvão, é proposto um novo tipo de unidade de operação paralela de escavação-suporte-ancoragem para melhorar a eficiência de escavação. Considerando os fatores desiguais do telhado e do piso da estrada da mina de carvão, a influência de diferentes ângulos de perfuração e ângulos de apoio das pernas na força de apoio das pernas é estudada sob a condição de perfuração simultânea de múltiplas plataformas de perfuração. Os resultados mostram que a força máxima de apoio é de 4,002 KN quando o ângulo da perna é diferente e o ângulo de perfuração é diferente. Ao construir o modelo de vibração de acoplamento do processo de perfuração multi-perfuração e usar o método Lagrange para resolver a lei de vibração dos principais componentes do sistema de ancoragem, a lei de vibração do tubo de perfuração sob diferentes fatores de influência, como extensão cantilever, multi-perfuração simultânea perfuração, e o ângulo de incidência da perfuração é estudado. Os resultados mostraram: (1) A vibração do tubo de perfuração no estado de extensão cantilever é mais severa do que no estado retraído, e o pico máximo de vibração atinge 7,61 mm. (2) A resposta à vibração do tubo de perfuração é mais intensa sob a condição de quatro plataformas de perfuração de ancoragem superior perfurando ao mesmo tempo. Sob a condição de trabalho de apenas duas plataformas de perfuração, a resposta à vibração do tubo de perfuração é a menor. (3) À medida que o ângulo de perfuração da plataforma de perfuração aumenta, a resposta à vibração do tubo de perfuração é mais severa e a amplitude de vibração é maior. Um protótipo de teste é construído para simular o processo real de perfuração de ancoragem, e a lei de vibração da plataforma de suporte e da sonda de perfuração é obtida através do sistema de detecção de vibração. Os resultados do teste mostram que a lei de vibração dos componentes principais é aproximadamente a mesma dos resultados da simulação teórica. Os resultados teóricos relevantes podem fornecer uma base técnica para a estabilidade de perfuração do sistema de ancoragem.

A proporção da mineração subterrânea está seriamente desequilibrada e o nível de automação da mineração está relativamente atrasado. As desvantagens de um longo tempo e alta resistência da operação de ancoragem restringem seriamente o desenvolvimento da operação de escavação. A Foresight Energy projetou um caminhão perfurador com haste de ancoragem de 6 braços, que pode realizar de forma síncrona a operação de ancoragem no telhado e melhorar a eficiência da ancoragem1.

Durante a perfuração, muitas vezes ocorre vibração incontrolável, resultando em baixa eficiência de perfuração e aumento de custo2. A existência de excitação especial durante a perfuração geralmente leva a uma resposta vibratória incerta3,4,5,6. Os trabalhos9,10,11,12 estudaram o comportamento vibracional descontínuo do movimento periódico baseado em um sistema de colisão de 3 dof. Na Tabela 1, é proposta a estratégia do método de resposta dinâmica e controle de vibração no sistema de vibração com vários graus de liberdade, o que melhora o desempenho de resposta do sistema.

Considerando a interação entre a vibração da broca e da rocha, estudiosos relevantes estabeleceram um modelo de sistema do processo de perfuração para estudar a lei de vibração axial da coluna de perfuração sob ação de acoplamento ou desacoplamento . O trabalho16 analisou a lei de vibração axial do tubo de perfuração com a equação diferencial parcial da coluna de perfuração. No trabalho17 estudou-se o modelo matemático de vibração axial da coluna de perfuração sob excitação combinada. As investigações do trabalho 18 estudaram a interação entre a coluna de perfuração e o poço durante a manobra, construindo um modelo de análise estática. O trabalho19 estabeleceu um modelo de análise de vibração baseado na propagação de ondas planas através da massa distribuída da coluna de perfuração. Yigit e Christofru21 estudaram a lei da carga axial e da carga de vibração transversal da coluna de perfuração simplificando o modelo da coluna de perfuração como uma viga esbelta. Na Tabela 2, a lei de resposta à vibração multidirecional da coluna de perfuração no processo de perfuração é estudada usando elementos finitos e tecnologia de simulação virtual.