高速掘削用アンカー掘削リグ群の力学特性に関する研究

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4524 (2023) この記事を引用

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地下炭鉱における掘削とアンカーの効率比の不均衡問題に狙いを定めて,掘削効率を改善するために掘削‐支持‐アンカーの新しいタイプの並行操作ユニットを提案した。 炭鉱道路の屋根と床の不均一要因を考慮して,複数の掘削リグの同時掘削条件下で,異なる掘削角度と脚支持角度が脚支持力に及ぼす影響を研究した。 結果は、脚の角度が異なり、穴あけ角度が異なる場合、最大支持力は4.002 KNであることを示しています。 マルチドリル掘削プロセスの結合振動モデルを構築し、ラグランジュ法を使用してアンカーシステムの主要コンポーネントの振動法則、カンチレバーの伸張、マルチドリルの同時などのさまざまな影響因子の下でのドリルパイプの振動法則を解くことにより、穴あけ加工、穴あけ入射角を検討します。 その結果、(1) カンチレバー伸長状態のドリルパイプの振動は収縮状態よりも大きく、最大振動ピークは 7.61 mm に達します。 (2) ドリルパイプの振動応答は、4 つのトップアンカー掘削リグが同時に掘削される条件下で最も激しくなります。 掘削リグが 2 台だけの作業条件下では、ドリルパイプの振動応答は最も小さくなります。 (3) 掘削装置の掘削角度が増加するにつれて、ドリルパイプの振動応答はより厳しくなり、振動振幅は大きくなります。 実際のアンカー掘削プロセスをシミュレートするためにテストプロトタイプが構築され、支持プラットフォームと掘削リグの振動則が振動検出システムを通じて取得されます。 テスト結果は、主要コンポーネントの振動則が理論上のシミュレーション結果とほぼ同じであることを示しています。 関連する理論的結果は、アンカーシステムの掘削安定性の技術的基盤を提供することができます。

地下採掘の割合は著しくバランスを崩しており、採掘の自動化のレベルは比較的遅れています。 アンカー作業の長時間と高強度の欠点は、掘削作業の発展を大きく制限します。 Foresight Energy は、屋根の固定作業を同期して実現し、固定効率を向上させることができる 6 アーム アンカー ロッド ドリル トラックを設計しました1。

穴あけ中に制御不能な振動が発生することが多く、その結果、穴あけ効率が低下し、コストが増加します2。 掘削中に特別な励起が存在すると、通常、不確実な振動応答が生じます3、4、5、6。 研究9、10、11、12では、3自由度衝突システムに基づいた周期運動の不連続振動挙動を研究しました。 表 1 では、システムの応答性能を向上させる、多自由度振動システムにおける動的応答および振動制御手法戦略を提案しています。

ビットと岩石の振動の間の相互作用を考慮して、関連する学者は、結合または結合解除動作下のドリルストリングの軸方向の振動の法則を研究するための掘削プロセスのシステムモデルを確立しました14,15。 研究16では、ドリルストリングの偏微分方程式を用いてドリルパイプの軸振動則を解析した。 研究 17 では、複合励振下でのドリルストリングの軸振動の数学的モデルを研究しました。 作業の調査18では、静的解析モデルを構築することにより、トリップアウト中のドリルストリングと坑井の間の相互作用を研究しました。 この研究では、ドリルストリングの分散質量を通る平面波伝播に基づいた振動解析モデルを確立しました。 Yigit と Christofru21 は、ドリルストリングのモデルを細長いビームとして単純化することで、ドリルストリングの軸方向荷重と横方向の振動荷重の法則を研究しました。 表 2 では、有限要素と仮想シミュレーション技術を使用して、掘削プロセスにおけるドリルストリングの多方向振動応答則を研究しています。