力学的に基づく石炭​​岩衝撃下での洞窟掘削機構の振動応答の違い

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13794 (2023) この記事を引用

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完全に機械化された洞窟採掘における上部石炭の洞窟掘削は、油圧サポートの洞窟掘削メカニズムに不規則な影響を引き起こします。 洞窟探検メカニズムの振動応答は、衝撃の形態が異なると変化します。 この応答の違いは、インテリジェント採掘における新しい石炭岩識別技術の前提条件です。 したがって、この研究では、さまざまな形式の衝撃下での洞窟探検メカニズムの振動応答の違いを研究します。 石炭岩による洞窟の衝撃の革新的な機械-油圧結合システムモデルが確立されました。 金属板衝撃試験により、異なる材質の石炭岩衝撃下での洞窟掘削機構の振動応答に大きな違いがあることが証明されました。 その後、より改良された機械的・水力学的協調シミュレーション モデルにより、さまざまな岩石の材質、体積、速度、衝突位置における洞窟掘削メカニズムの振動応答の違いが分析されました。 結果は、振動応答は石炭衝撃よりも岩石衝撃の方が強いことを示しています。 位置が低く、速度が速く、体積が大きいほど、洞窟内メカニズムの応答の違いがより顕著になります。 洞窟掘削機構の振動と障害に敏感な領域が決定されます。 この研究は、洞窟掘削機構の構造設計の改善と破損防止に参考となる意義があります。 この結論は、振動信号に基づく新しいインテリジェントな石炭岩識別技術の指針を提供します。

完全に機械化された最上部の石炭洞窟採掘は、高効率、安全性、環境保護、インテリジェンスを目指して開発されています。 採掘機器の最適化は、インテリジェント技術の進歩を促進するための重要なリンクです1。 石炭洞窟上部の油圧サポートは、採掘において最も重要な支持装置であり、洞窟掘削機構はその重要な制御コンポーネントであり、洞窟掘削効果に決定的な役割を果たします。 したがって、洞窟掘削機構の構造設計の改善と故障の防止が不可欠です。

上部の石炭洞窟の油圧サポートは、従来の油圧サポートに基づいて開発されました。 主屋根の制御、直屋根の維持、コンベヤの推進などの重要な機能を備えています。 さらに、上部の石炭を破砕し、洞窟状にします。 近年、多くの学者が石炭洞窟の最上部の水圧サポートに関する革新的な研究、最適化、改善を行ってきました。 Araasteh et al.2 は、離散破壊ネットワークと凝集粒子モデルに基づいて、サブレベルの洞窟掘削水圧支持体の屋根の洞窟掘削荷重を研究し、水圧支持体の支持性能を最適化しました。 Zhang et al.3 は、石炭洞窟上部の水圧支持の構成モデルを CDEM に導入し、石炭洞窟のメカニズムを解析しました。 Ji et al.4 は、サポートの転倒防止、滑り防止、および回転防止の能力を分析し、サポートの滑り防止性能を向上させました。 Zhang et al.5 は、マルチシーム UDEC モデルを通じて、石炭洞窟上部の水力支持体の作業抵抗に対する臨界層の位置の影響を研究し、最大支持作業抵抗を計算する式を導き出しました。 さらに、学者らは、大きな傾斜の水圧支持体、薄い炭層用の軽い水圧支持体、厚い石炭層用の大きな採掘高さの水圧支持体など、複雑な石炭層の水圧支持体を研究してきました6、7、8、9。

石炭屋根の落下は、洞窟掘削機構に衝撃荷重を引き起こします。 限界を超えると、図1に示すように、洞窟掘削機構が損傷して無効になります。機構の故障は、上部石炭洞窟掘削の効果に影響を与え、作業者の安全さえ脅かします。 多くの学者が、洞窟探検のメカニズムに関して革新的で最適化された研究を行ってきました。 Balasubrahmanyam ら 10 は、インドの地質学的および鉱山条件に適用できる最初の上部石炭洞窟の距離を開発および検証しました。 Zhang et al.3 は、上部石炭の洞窟掘削メカニズムを分析し、改良された 4 段階の洞窟掘削技術を提案しました。 Yang et al.11 は、石炭洞窟ウィンドウを効果的に制御するためのディープ ニューラル ネットワーク機械学習方法を設計しました。 Zhang et al.12 は、油圧サポートの上部にレーダー走査装置を設置して上部の石炭の厚さをリアルタイムで監視し、信号を電気油圧制御システムにフィードバックして、洞窟掘削機構のインテリジェントな制御を実現しました。 さらに、学者らは、高精度姿勢検出装置、石炭洞窟レーザースキャナー、ネットワーク化されたインテリジェント誘導制御コンポーネントなど、洞窟探検機構の関連付属品に多くの革新的な改良を加えてきました13、14、15。