軟巖巷道底板液壓鉆機(jī)設(shè)計(jì)理論及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、煤礦軟巖巷道支護(hù)中的長(zhǎng)期變形和底臌是巷道支護(hù)中的難點(diǎn)。根據(jù)新奧爾良支護(hù)理論，軟巖巷道采用全斷面錨網(wǎng)支護(hù)技術(shù)，方能有效地控制其長(zhǎng)期變形和底臌。軟巖巷道頂幫錨桿支護(hù)施工已經(jīng)很成熟，而軟巖巷道底板錨桿支護(hù)施工一直是一個(gè)難題，現(xiàn)有的底板錨桿鉆機(jī)也難以滿(mǎn)足軟巖巷道底板錨桿支護(hù)施工的要求。究其原因，國(guó)內(nèi)外對(duì)軟巖巷道底板小直徑錨桿鉆孔的研究甚少，更無(wú)成熟可用的軟巖巷道底板鉆機(jī)的設(shè)計(jì)理論與方法。針對(duì)目前煤礦軟巖巷道底板錨桿支護(hù)施工的難題，本文就軟巖巷道

2、底板小直徑鉆孔機(jī)理、鉆機(jī)螺旋鉆進(jìn)特性及底板鉆機(jī)設(shè)計(jì)展開(kāi)了研究工作。通過(guò)鉆機(jī)螺旋排渣機(jī)理、鉆進(jìn)參數(shù)設(shè)計(jì)研究，提出了軟巖巷道底板鉆機(jī)的設(shè)計(jì)理論及方法。據(jù)此，研制了適用于軟巖巷道底板錨桿施工的鉆機(jī)和模擬鉆孔試驗(yàn)裝置，并開(kāi)展了相關(guān)研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分析了軟巖巷道底板軟巖性質(zhì)，研究了軟巖底板小直徑鉆孔的鉆頭破巖理論和小直徑螺旋鉆桿排渣機(jī)理，對(duì)鉆頭的破巖特性參數(shù)和鉆桿的螺旋排渣特性參數(shù)進(jìn)行分析研究，得到其參數(shù)的計(jì)算方法，提出了

3、軟巖巷道底板鉆機(jī)設(shè)計(jì)理論及方法。⑵基于已提出的鉆機(jī)設(shè)計(jì)理論及方法，對(duì)軟巖巷道底板液壓鉆機(jī)螺旋鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算。根據(jù)煤礦井下的實(shí)際條件，鉆機(jī)動(dòng)力采用全液壓，行走采用履帶式行走機(jī)構(gòu)，鉆進(jìn)推進(jìn)方式采用油缸-鏈條式倍增推進(jìn)機(jī)構(gòu)。根據(jù)使用性能要求研究設(shè)計(jì)了液壓系統(tǒng)，并對(duì)其所有液壓元件進(jìn)行優(yōu)化配置。⑶采用ANSYS軟件對(duì)鉆架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)分析和模態(tài)分析，利用Design Explorer優(yōu)化模塊對(duì)鉆架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)鉆架的剛度和強(qiáng)度進(jìn)行

4、靜態(tài)力學(xué)分析，對(duì)鉆架在鉆進(jìn)過(guò)程中的振動(dòng)進(jìn)行了分析并對(duì)鉆架整體進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過(guò)分析設(shè)計(jì)了剛度強(qiáng)度滿(mǎn)足要求的鉆機(jī)鉆架，其結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小，重量較輕。⑷采用AMESim軟件對(duì)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性仿真分析。根據(jù)已設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)，依據(jù)鉆機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)模擬仿真參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，確保其與研制樣機(jī)一致。對(duì)回轉(zhuǎn)回路、行走回路和鉆進(jìn)回路進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果表明：所選擇的液壓元件性能匹配，設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足鉆機(jī)實(shí)際使用要求。⑸研制了一臺(tái)軟巖巷道底

5、板液壓鉆機(jī)，開(kāi)發(fā)了模擬鉆孔試驗(yàn)臺(tái)，并進(jìn)行模擬鉆孔試驗(yàn)和井下鉆孔試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究。模擬鉆孔試驗(yàn)，得到螺旋鉆進(jìn)參數(shù)與鉆速之間的關(guān)系試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用Microcal Origin軟件，擬合了螺旋鉆進(jìn)參數(shù)與鉆速的關(guān)系曲線(xiàn)和關(guān)系公式。鉆機(jī)井下試驗(yàn)，重點(diǎn)考核其螺旋鉆進(jìn)參數(shù)選擇是否合理，對(duì)其各項(xiàng)性能參數(shù)進(jìn)行了考核。模擬鉆孔試驗(yàn)和井下試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析表明軟巖巷道底板液壓鉆機(jī)的設(shè)計(jì)理論及方法正確，鉆機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)合理，所開(kāi)發(fā)的底板鉆機(jī)完全能滿(mǎn)足煤