摘要：【目的】钻速是衡量钻进效率的关键指标,构建准确的钻速模型对于优化钻进过程、减少钻进成本具有重要意义。然而,深部地质钻进面临非线性、非凸优化、多工况及时序变化等挑战,传统建模方法难以适应复杂地质环境。【方法】为解决上述难题,提出一种结合时序调节的钻速融合建模方法。首先,利用支持向量回归构建了钻速基础模型,用于解决钻速变化带来的非线性问题。接着,设计一种改进的蜣螂优化算法,通过权重融合、改进的回声定位、改进的局部迭代搜索与最佳解重更新策略,来解决模型参数设计面临的非凸优化问题。此外,采用基于模糊C均值聚类与Mann-Kendall趋势检验的时序调节方法,对模型输出进行时序调节,以适应钻速的时序变化。【结果和结论】结果表明:(1)改进的蜣螂优化方法11个基准测试函数中展现出更好的效果,表明其能够有效解决模型参数设计问题。(2)基于实际钻进数据的仿真结果也说明了建立的钻速模型在两个井段中均取得了最佳的效果,时序调节后的模型在两个井段中的预测趋势正确率也分别提升到了80%和87.5%。(3)在微型钻进实验系统的测试中,建立的钻速模型在不同的岩石样本中均达到最高精度。建立的钻速模型能有效应对复杂的地质环境变化,为深部地质钻进过程控制奠定良好基础。

摘要：针对煤矿软岩巷道变形破坏规律各异,缺乏可靠支护方法的技术难题,深入分析了动态信息化设计的原理与应用,提出煤矿软岩巷道支护中应首先深入分析巷道矿压显现规律,开展巷道围岩变形破坏机理研究,开发出具有针对性的支护设计方案,最终形成动态信息化设计方法。该方法在煤矿井下现场得到了有效应用,为类似条件矿井提供了有益的借鉴。

摘要：预钻式岩体剪切测量系统可以测量矿山原位岩体的内摩擦角和黏聚力,与传统室内试验和现场测试相比,该测试方法可以最大限度保持岩体本质状态,方便快捷获取测试数据。首先阐述了系统整体设计思路,并成功研制出预钻式原位岩体剪切仪设备,搭建了数据采集存储软件平台;其次,基于剪切仪的工作原理,通过配套完整的测量系统试验装置,制定了试验数据处理方法和试验步骤;最后为验证系统方法的工程适用性,对测量系统进行了标定试验,并在混凝土平台进行了岩体侵入试验与剪切试验。剪切试验结果与室内直剪试验相比,内摩擦角小24.77%~41.33%,黏聚力小13.11%~32.84%。针对试验结果的差异性,从仪器设备和试验方式进行了分析,指出试验误差主要来源于设备剪切加载方式的变化和岩体直剪试验方法的不同。研究结果为矿山原位岩体力学参数的准确测量提供了新的思路和方法,也为后续系统的改进设计提供借鉴参考。

摘要：为研究巷道修复机工作机构在工作过程中的运动特性,解决在实际操作中易发生工作臂与铲运装置的运动干涉问题,基于旋量运动学理论建立了巷道修复机工作机构的正、逆解运动学模型,应用Matlab软件计算出该工作机构的工作空间,得出工作臂提臂动作时对应油缸的2次阶跃变化是产生运动干涉的直接原因。并进一步对巷道修复机工作机构的运动轨迹和工作臂各油缸伸长量进行分析,提出工作臂斜面扒渣运动方式解决运动干涉的方案。井下现场试验结果表明,该解决方案有效提高了巷道修复机的操控性,降低了运动干涉的概率。研究结果为巷道修复机工作机构的优化设计和智能控制提供了依据。

摘要：结合钻杆的受力特点,对其螺纹参数展开研究,建立了接头圆锥梯形螺纹的三维模型,应用有限元法分析了接头螺纹在多种工况下的等效应力与接触应力分布规律;依据分析结果,提出了复合锥度设计与柱面结构密封的改进方案。研究结果表明,新设计有效地改善了内、外螺纹最后啮合处的应力集中,提高了螺纹密封性能。试验结果显示该接头的承载与密封性能达到了设计目标,完全满足煤矿井下定向钻进施工的需要。

摘要：文章论述了机械产品绿色设计的概念、内容,阐述了钻探机械绿色设计的内涵,着眼于产品全生命周期管理,从四个方面对钻探机械绿色产品设计进行了分析,并提出了对于机械绿色产品的三类评价方法。钻探机械绿色产品设计能够实现可持续发展,对企业和社会的发展具有重大的意义。

摘要：针对煤矿巷道锚固孔快速精准钻进的施工需求,通过建立PDC锚杆钻头回转钻进力学模型,对其主要力学影响因素进行了理论分析。结果表明:PDC切削齿轴向力随压入深度的增大而增大,随切入角的增大表现出先减小后增大的趋势;当煤系岩石摩擦系数f为0.20～0.43时,可得最优切入角为15.0°～18.3°,此时在相同压入深度条件下轴向力和切向力最小。并进一步结合煤系岩石的力学特性,提出了PDC切削齿作用下的岩石破碎条件,得出不同压入深度时轴向力和切向力的关系。利用自主研发的钻进试验台对模拟岩样进行了钻进试验,试验结果验证了PDC锚杆钻头回转钻进力学模型的正确性。研究结果为PDC锚杆钻头优化设计,锚固孔钻进效率与精度的提高,以及钻进轴向力和切向力的变化预测等提供了理论依据。

摘要：岩石锚杆锚固段荷载分布规律是岩土锚固技术的关键问题之一。在拉拔试验锚杆杆体测点应变数值采集的基础上,利用复合幂函数和高斯函数对实测数据进行曲线拟合,获得了临界破坏状态下的锚固段轴力及剪应力分布情况。试验结果表明:岩石锚杆锚固段剪应力的分布集中在锚固段的前部;高斯函数可以较好地描述临界破坏状态下锚杆杆体的轴力分布;界面破坏出现在界面峰值抗剪强度远大于界面所能提供的黏结强度情况下。研究结果为锚杆的设计与计算提供了理论依据。

摘要：为研究煤矿井下液压钻机的振动特性,指导钻机优化设计和状态监测,以ZDY6500LQ型全液压动力头式钻机为研究对象,进行了整机振动测试与分析。根据钻机工作原理得出主要激振源,以低速高转矩运行状态为例,计算了该状态主要部件激振频率。基于振动测试原理,确定了试验方案,结合钻机综合性能检测平台搭建了振动测试系统。在空载、低速高转矩和高速低转矩3种工作状态下对钻机的8个主要位置进行了振动测试。应用频域分析方法,将测试数据转化为对应频谱,分析了低速高转矩状态下主要激振源引起的钻机振动特性;应用1/3倍频程方法,对比分析了3种工作状态下钻机8个测点位置的振动总量,以及前后、左右、上下3个方向加速度均方根值的变化规律。结果表明:钻机在低速高转矩状态下,动力头减速箱和泵站柱塞泵是最大激振源;振动频率高于100 Hz时,对钻机整机振动影响较大。在钻机动力头位置,低速高转矩负载使减速器箱体振动总量较空载减少3.11%~7.27%,高速低转矩状态下振动总量较空载增加5~6倍;除动力头外,钻机空载状态下各测点振动最小,拖板、导轨、卡板振动与负载成正相关,低速高转矩状态下振动总量是空载状态的2~5倍;钻机在低速高转矩状态下整机有效功率大于50%,能耗较低。研究结果为优化钻机结构,提升钻探施工安全及可靠性提供了参考。

摘要：研究了一种钻锚机钻臂模态参数的精确提取方法,并通过仿真和实验对方法的有效性和可靠性进行了验证。实验结果表明,该方法能够从脉冲响应信号中高精度的提取结构的模态参数(模态频率、阻尼比),不受多阶模态响应信号叠加的影响,有效地解决了传统模态参数提取方法的不足。利用本方法获得的模态参数,为钻锚机钻臂有限元模型的更新与修正,为其动态特性的预估和优化设计提供了参考。