Etude des caractéristiques mécaniques d'un groupe de foreuses à ancrage pour excavation rapide

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 4524 (2023) Citer cet article

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Visant le problème de déséquilibre du rapport d'efficacité d'excavation et d'ancrage dans la mine de charbon souterraine, un nouveau type d'unité d'opération parallèle d'excavation-support-ancrage est proposé pour améliorer l'efficacité d'excavation. Compte tenu des facteurs inégaux du toit et du plancher de la chaussée de la mine de charbon, l'influence de différents angles de forage et angles d'appui des jambes sur la force d'appui des jambes est étudiée dans les conditions de forage simultané de plusieurs appareils de forage. Les résultats montrent que la force d'appui maximale est de 4,002 KN lorsque l'angle des jambes est différent et que l'angle de perçage est différent. En construisant le modèle de vibration de couplage du processus de forage multi-forets et en utilisant la méthode de Lagrange pour résoudre la loi de vibration des composants clés du système d'ancrage, la loi de vibration de la tige de forage sous différents facteurs d'influence tels que l'extension en porte-à-faux, la simultanéité de plusieurs forets le forage et l'angle d'incident du forage sont étudiés. Les résultats ont montré : (1) La vibration de la tige de forage à l'état d'extension en porte-à-faux est plus sévère que celle à l'état rétracté, et le pic de vibration maximal atteint 7,61 mm. (2) La réponse vibratoire de la tige de forage est la plus intense dans les conditions de quatre appareils de forage à ancrage supérieur forant en même temps. Dans les conditions de fonctionnement de seulement deux appareils de forage, la réponse vibratoire de la tige de forage est la plus faible. (3) À mesure que l'angle de forage de l'appareil de forage augmente, la réponse vibratoire de la tige de forage est plus sévère et l'amplitude des vibrations est plus grande. Un prototype de test est construit pour simuler le processus de forage d'ancrage réel, et la loi des vibrations de la plate-forme de support et de l'appareil de forage est obtenue grâce au système de détection des vibrations. Les résultats des tests montrent que la loi de vibration des composants clés est approximativement la même que les résultats de simulation théorique. Les résultats théoriques pertinents peuvent fournir une base technique pour la stabilité du système d’ancrage lors du forage.

La proportion d’exploitation minière souterraine est sérieusement déséquilibrée et le niveau d’automatisation minière est relativement arriéré. Les inconvénients d'une opération d'ancrage longue durée et d'une résistance élevée limitent sérieusement le développement des opérations d'excavation. Foresight Energy a conçu un camion de forage à tige d'ancrage à 6 bras, qui peut réaliser de manière synchrone une opération d'ancrage du toit et améliorer l'efficacité de l'ancrage1.

Pendant le forage, des vibrations incontrôlables se produisent souvent, entraînant une faible efficacité du forage et une augmentation des coûts2. L’existence d’une excitation particulière lors du forage conduit généralement à une réponse vibratoire incertaine3,4,5,6. Les travaux9,10,11,12 ont étudié le comportement vibratoire discontinu d'un mouvement périodique basé sur un système de collision à 3 degrés de liberté. Dans le tableau 1, la stratégie de réponse dynamique et de méthode de contrôle des vibrations dans le système de vibration à plusieurs degrés de liberté est proposée, ce qui améliore les performances de réponse du système.

Compte tenu de l’interaction entre les vibrations du trépan et de la roche, les chercheurs concernés ont établi un modèle de système du processus de forage pour étudier la loi de vibration axiale du train de tiges sous action de couplage ou de découplage14,15. Le travail16 a analysé la loi de vibration axiale des tiges de forage avec l'équation différentielle partielle du train de tiges. Dans le travail17, nous avons étudié le modèle mathématique de la vibration axiale du train de tiges sous excitation combinée. Les investigations des travaux18 ont étudié l'interaction entre le train de tiges et le puits de forage lors du déclenchement en construisant un modèle d'analyse statique. Les travaux19 ont établi un modèle d'analyse des vibrations basé sur la propagation des ondes planes à travers la masse distribuée du train de tiges de forage. Yigit et Christofru21 ont étudié la loi de charge axiale et de charge de vibration transversale du train de tiges en simplifiant le modèle du train de tiges sous la forme d'une poutre mince. Dans le tableau 2, la loi de réponse aux vibrations multidirectionnelles du train de tiges de forage dans le processus de forage est étudiée à l'aide de la technologie des éléments finis et de la simulation virtuelle.