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地面钻孔救援车载钻机钻进速度的混合微分器估计方法
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作者 王云飞 赵继云 +2 位作者 胡永杰 张宗阳 潘晓晨 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第8期238-246,共9页
【背景】车载钻机是地面钻孔救援的关键设备,通过竖直钻孔将地面与地下灾区的直接连通,为被困人员提供救援通道。其中,钻进速度是评价地面救援钻孔作业效果的重要指标,但是受传感器限制无法直接获取。【方法】因此,设计了一种基于新型... 【背景】车载钻机是地面钻孔救援的关键设备,通过竖直钻孔将地面与地下灾区的直接连通,为被困人员提供救援通道。其中,钻进速度是评价地面救援钻孔作业效果的重要指标,但是受传感器限制无法直接获取。【方法】因此,设计了一种基于新型混合微分器的钻进速度估计方法,利用可测量的位移信号计算钻进速度。构建了连续型切换函数,结合其导数分析了新函数的收敛特性,设计了一种兼具线性和非线性特征的新型混合微分器,并利用李亚普诺夫函数证明了其全局渐近稳定特性。在Matlab软件中设计了3种对比控制器,分别开展正弦型信号和三角波型信号下的钻进速度仿真分析。【结果和结论】仿真结果表明,所设计新型混合微分器在正弦型位移信号下的速度平均估计误差约为0.1 m/s,最大估计误差约为1.02 m/s,标准差约为0.09 m/s;在三角波形位移信号下的速度平均估计误差约为0.29 m/s,最大估计误差约为2.07 m/s,标准差约为0.47 m/s。在徐工XSL1500车载救援钻机上开展连续性和间歇性提放实验,发现所设计的新型混合微分器在两种工况下具有良好的响应速度和降噪能力,更适用于不确定环境下钻进速度的获取。本研究提出了一种基于新型连续切换函数的混合微分器设计方法,设计了联合混合微分器和位移传感器的钻机钻进速度估计方法,为车载钻机钻进速度的获取提供了理论支撑和实践经验。 展开更多
关键词 地面钻孔救援 车载钻机 混合微分器 连续切换函数 钻进速度估计
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高效钻孔救援技术及装备
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作者 姚宁平 邹祖杰 +4 位作者 张忠海 赵继云 郝世俊 凡东 窦斌 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第9期217-235,共19页
【目的】我国矿山开采逐步向深部发展,每年全国矿山巷道和隧道掘进量近20000 km,矿山(隧道)事故时有发生,危害国家财产和人民生命安全,针对矿山(隧道)事故应急救援重大需求,钻孔救援作为一种有效的救援途径被广泛提及和使用。【方法】... 【目的】我国矿山开采逐步向深部发展,每年全国矿山巷道和隧道掘进量近20000 km,矿山(隧道)事故时有发生,危害国家财产和人民生命安全,针对矿山(隧道)事故应急救援重大需求,钻孔救援作为一种有效的救援途径被广泛提及和使用。【方法】开展了地面井下救援钻孔高效安全施工技术与装备研究,以地面及井下(隧道)救援钻孔安全高效构建为目标,以“地面救援装备−搜救孔/救援孔成孔技术−工程演练”“井下救援装备−水平救援孔成孔技术−工程演练”为主线,突破了救援深孔高效钻进与快速成孔技术难题,研制了具有自适应钻进功能的大功率地面救援车载钻机及快速换杆装置,开发了地面搜救孔“三段式”一趟钻、救援孔气液双循环高效钻进技术及配套钻具,研制了套管焊接机器人等,可满足搜救孔、救援孔高效成孔需求;攻克了混杂坍塌体高效碎岩及随钻护孔技术难题,研发了井下模块化大直径跟管钻进装备、多功能作业车、带式输送机、救援作业舱及钻场防护系统等,满足水平救援通道快速构建需求。【结果和结论】形成了地面车载钻机及井下跟管钻机2套钻孔救援集成装备、地面垂直救援孔及井下水平大直径救援孔高效成孔技术2套救援施工技术,构成了井上下联合钻孔救援技术与装备体系。地面及井下钻孔救援技术装备分别在山西武乡、江苏徐州、陕西商洛、云南玉溪等地进行了系统联调、工程试验及集成演练,验证了装备的可靠性、技术适用性和安全性,可为我国矿山灾害救援提供技术和装备支撑。 展开更多
关键词 矿山灾害 地面救援钻孔 车载钻机 自适应控制 井下水平救援钻孔 多级跟管钻进 金属探测及破拆 水平救生舱
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救援车载钻机同步自平衡式给进系统设计与应用 被引量：5
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作者 邹祖杰 田宏亮 +3 位作者 刘庆修 常江华 刘祺 朱国栋 《煤田地质与勘探》 CAS CSCD 北大核心 2022年第11期76-84,共9页
车载钻机是矿山事故地面钻孔救援的核心装备,在国内外历次成功救援中发挥了重要作用,给进系统是车载钻机的主要执行机构,使用过程中暴露出长工作行程制约整机通过性、定位轮系维护困难、双油缸运动同步性不强、动力头偏载引起导轨磨损... 车载钻机是矿山事故地面钻孔救援的核心装备,在国内外历次成功救援中发挥了重要作用,给进系统是车载钻机的主要执行机构,使用过程中暴露出长工作行程制约整机通过性、定位轮系维护困难、双油缸运动同步性不强、动力头偏载引起导轨磨损、液压表显示起拔力延时等问题。研制的ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机采用基于油缸—钢丝绳倍速传动机构的伸缩桅杆式结构,实现了长工作行程和短运输尺寸;设计快换式轮系、钢丝绳防扭转张紧系统,解决一二级给进机身的辅助定位系统安全保护和维护困难的难题;采用给进系统油路同步补偿和先导控制技术,解决给进装置双油缸同步的难题;研发抽屉式调平体和测力销轴结构,实现动力头钻进过程中自平衡式调节及起拔力监测。经过静态、模态分析、应变测试和现场工业性应用,给进系统最大起拔力达1205 kN,能够有效处理大直径救援井施工过程中卡钻、埋钻等孔内事故,配合动力头、钻杆加卸系统,具有快速起下钻具功能,可大幅度提高倒杆效率,单根起下钻效率小于3 min/根。研究结果表明:救援车载钻机伸缩桅杆式给进装置运输尺寸短,钻机机动性强,道路通过性好;现场试验中处理了多次孔内卡钻、埋钻事故隐患,稳定和可靠性较高、可维护性好、起拔力监测准确、倒杆效率高,可以满足600 m深度救援井施工需求。给进装置轻量化,以及执行系统、传动系统、动力系统之间的响应匹配优化研究是今后的重点方向。 展开更多
关键词 地面钻孔救援 车载钻机 给进系统 双油缸同步 调平体 自平衡
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