摘要：为了提高航空装配的效率,开发了一种外肢体机器人用于飞机舱内的过顶作业。外肢体机器人(Supernumerary robotic limbs,SRLs)通过安装在人类肩膀上的三自由度机械臂,协助工人支撑天花板,实现单人作业,这种方法取代了原来的双人作业模式,降低了劳动成本,减少了工人的负担。为提升穿戴舒适性与环境适应性,分别设计了柔性鞍座与柔性末端执行器;同时,通过3种手段实现人机系统的安全性,包括设计碰撞检测外壳、选择套索传动的绳驱动解耦方式和限制关节转角。针对辅助过顶支撑作业中动基座问题对外肢体位置/力控制造成的干扰,构建了人机共融运动学模型,基于此设计了位置补偿控制算法,同时基于导纳控制原理设计了力补偿控制算法。实验测试结果表明,所设计的位置补偿算法使末端位置误差较原始误差减小74%以上,力控补偿算法可控制外肢体单臂以5 N的目标力恒定输出,满足其作业需求。

摘要：为解决极软岩巷道交岔点支护问题,结合钢管混凝土支架和极软岩巷道围岩的力学特性,分析了钢管混凝土支架控制极软岩巷道变形的机理。对查干淖尔一号井井底车场中3个极软岩巷道交岔点支护问题采用了工程类比法进行分析,结果认为:若能充分发挥钢管混凝土的结构优势,采用"194 mm×10 mm钢管混凝土支架+钢筋网+400 mm厚混凝土喷层"的支护方案可有效控制3个极软岩巷道交岔点的围岩变形。因此,设计了适用于极软岩巷道交岔点的钢管混凝土支架结构形式:极软岩巷道交叉点钢管混凝土支架,采用由支撑架和"C"形异形支架组成的组合结构。提出了查干淖尔煤矿井底车场3个交岔点的支护方案,并进行现场支护试验。现场支护试验证明:巷道交岔点支护2 a后,收敛量小于100 mm,巷道稳定性良好。

摘要：为解决清水营矿+786 m水平临时水仓大断面软岩巷道变形严重难以控制的支护难题,现场考察了巷道变形破坏形态,取样测试了巷道围岩物理力学参数,分析了巷道变形破坏原因。研究得出:临时水仓巷道围岩属于典型的强膨胀型极软弱岩层,其变形主要由黏土矿物的滑移与吸水膨胀引起。基于上述研究,提出了"锚网喷+立椭圆形钢管混凝土支架+钢纤维混凝土碹体+加固锚索"的封闭式复合支护方案,建立了基于钢管混凝土支架的软岩巷道承压环强化支护力学模型,计算得出承压环的极限支护阻力可达1.99 MPa。随后运用FLAC^(3D)软件对不同断面形状的复合支护效果进行了对比分析,验证了设计方案的合理性。最后,该复合支护技术在井下获得了成功应用,工程应用表明:巷道支护3年多来,围岩最终变形量小于100 mm,并且支护体力学性能良好,有效地控制了大断面软岩巷道的收敛变形。

摘要：以钢管混凝土支架支护深井软岩巷道为背景,对钢管混凝土支架组成构件中的四分之一圆弧拱进行六分点等值加载,以研究试验试件的矢跨比和钢纤维体积掺量对试件力学性能的影响。实验表明,钢管混凝土圆弧拱试件拱底处主要受压弯剪应力影响,最先发生局部破坏;拱顶处主要受压应力影响,拱底和拱顶均为试件最薄弱截面。矢跨比越大,能够承受的荷载和刚度越大。1%~1.5%钢纤维体积掺量的试件的柔性增强,极限荷载与无钢纤维试件差别不大。继续增加钢纤维掺量,试件刚度增加,但试件极限荷载降低,钢纤维体积掺量在1%~1.5%较为合适。再通过数值模拟进一步研究试件危险截面的受力形式和试件的截面尺寸、矢跨比、壁厚对承载力的影响。与此同时,结合试验分析和数值模拟结果,从试件截面强度、局部失稳、整体失稳三方面进行理论分析,给出钢管混凝土圆弧拱局部失稳的原因和承载力的计算公式。最后,结合实际工程情况,提出钢管混凝土设计方案。

摘要：针对极软岩巷道支护中普通型钢管混凝土支架在核心混凝土尚未有效凝固时就被压坏的问题,进行了早强混凝土的配比实验,结合实验成果研发了早强型钢管混凝土支架,通过理论计算对比分析了早强型和普通型支架的早期支护反力。最后以北皂煤矿二煤顶板巷道为工程背景,设计了基于早强型钢管混凝土支架的复合支护方案,并对支护效果进行数值模拟,最终应用于工程实践。结果表明:早强混凝土坍落度大于220 mm,缓凝3 h以上,1 d抗压强度大于40 MPa,3 d抗压强度大于49.9 MPa,满足泵送要求和早强要求;早强型钢管混凝土支架1,3,7 d的支护反力分别可达普通型支架的1.68,1.4,1.26倍,且后期仍能缓慢增长。数值模拟和工程实践充分证明基于早强型钢管混凝土支架的复合支护能够有效抑制极软岩巷道的早期快速收敛变形,并能维持巷道的长期稳定。

摘要：为了对高瓦斯工作面采空区抽采钻场进行设计,使采空区及工作面上隅角瓦斯得到有效控制,通过数值模拟分析了采场覆岩结构及裂隙发育规律;根据模拟结果利用实验室试验分析了抽采钻孔在不同位置时采空区瓦斯的运移规律,得出终孔位置距煤层顶板上方30 m左右,距回风巷水平距离10～20 m时抽采效果最佳;且终孔高度应根据工作面覆岩结构形态有所区别,靠近回风巷的钻孔高度应控制在规则冒落带上部,靠近工作面中部的钻孔应布置在裂隙带内。

摘要：为解决北皂煤矿海域煤系地层极软岩巷道变形速度快、变形量大、难以控制的支护难题,现场实测了原始地应力,实验室测试了岩石力学参数与水理性质。根据测试结果和围岩变形特点,设计了基于钢管混凝土支架的复合支护方案:支架断面设计为圆形,主体钢管选用194mm×8mm的20#无缝钢管,内填C40混凝土,辅以金属网和400mm厚混凝土碹体支护。最后,对支架受力情况和巷道变形进行监测,结果表明基于钢管混凝土支架的复合支护结构能够有效控制巷道收敛变形,保证巷道的长期稳定。

摘要：为解决华丰煤矿-1100m水平风井联络巷变形持续时间长、变形量大、难支护的问题,结合巷道围岩地质条件和巷道变形破坏特征,设计了以钢管混凝土支架为主的复合支护方案:支架断面为圆形,支架主体钢管采用219mm×8mm无缝钢管,充填C40混凝土,辅助锚网喷和围岩注浆加固。而后,利用FLAC3D对支护效果进行模拟分析,结果表明:巷道支护稳定后顶底板最大移近量为90mm,两帮移近量为80mm,围岩变形得到有效控制。最后,将复合支护技术成功应用于工程现场,充分证明基于钢管混凝土支架的复合支护能够有效控制巷道围岩变形,保证巷道的长期稳定。

摘要：为解决华丰矿-1 100 m水平中央泵房巷道变形量大、变形持续时间长的支护难题,通过现场考察对巷道变形破坏原因进行深入分析,设计了高强度钢管混凝土支架复合支护方案:支架断面采用斜墙半圆拱形,支架主体钢管选用219 mm×8 mm无缝钢管,充填C40钢纤维混凝土,辅助锚网喷支护和围岩加固注浆。现场应用表明:基于钢管混凝土支架的复合支护技术,能够有效抑制围岩向巷道空间内移动,维护巷道的长期稳定和支护结构的安全可靠。

摘要：为解决华丰矿煤矿-1 100 m水平大巷支护过程中出现的围岩变形量大、变形持续时间长的问题,采用现场地质调查、理论计算和现场监测相结合的方法,分析了围岩变形特征和巷道失稳破坏的原因,在此基础上,依据深井巷道承压环强化支护理论,提出了基于钢管混凝土支架的高强度复合支护形式:支架断面设计为弧墙半圆拱形,主体钢管选用194 mm×8 mm无缝钢管,充填C40钢纤维混凝土,辅助锚网喷支护和围岩加固注浆。研究结果表明:该支护体系能够给围岩提供0.93 MPa以上的支护反力,可有效抑制围岩向巷道空间内移动,支护稳定后,巷道围岩最终变形量小于150 mm,满足巷道变形要求;围岩结构的非对称性会导致围岩产生非对称变形,应结合支架承载力监测数据加强对变形关键部位的控制。