Differenza di risposta alle vibrazioni del meccanismo di speleologia sotto l'impatto della roccia carbonifera basata sulla meccanica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13794 (2023) Citare questo articolo

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Lo scavo di carbone superiore in un'estrazione speleologica completamente meccanizzata causerà un impatto irregolare sul meccanismo di scavo del supporto idraulico. La risposta alle vibrazioni del meccanismo di speleologia varia a seconda delle diverse forme di impatto. Questa differenza di risposta è un prerequisito per la nuova tecnologia di identificazione delle rocce carbonatiche nell’attività mineraria intelligente. Pertanto, questo lavoro studia la differenza nella risposta alle vibrazioni del meccanismo di speleologia sotto diverse forme di impatto. Viene creato un modello innovativo di sistema di accoppiamento meccanico-idraulico dell'impatto del meccanismo di speleologia da parte della roccia carbonifera. Il test di impatto della piastra metallica ha dimostrato la differenza significativa nella risposta alle vibrazioni del meccanismo di speleologia sotto l'impatto della roccia carbonifera di diversi materiali. Successivamente, un modello di co-simulazione meccanico-idraulico più migliorato ha analizzato la differenza nella risposta alle vibrazioni del meccanismo di scavo sotto diversi materiali rocciosi, volumi, velocità e posizioni di impatto. I risultati mostrano che la risposta alle vibrazioni è più intensa sotto l’impatto della roccia che sotto l’impatto del carbone. Una posizione più bassa, una velocità più elevata e un volume maggiore corrispondono a una differenza di risposta più evidente nel meccanismo di speleologia. Vengono determinate le aree sensibili alle vibrazioni e ai guasti del meccanismo di speleologia. Questo studio ha un significato di riferimento per migliorare la progettazione strutturale del meccanismo di speleologia e la prevenzione dei cedimenti. Le conclusioni forniscono indicazioni per una nuova tecnologia intelligente di identificazione delle rocce carbonatiche basata su segnali di vibrazione.

L'attività mineraria di speleologia di carbone completamente meccanizzata si sta sviluppando verso un'elevata efficienza, sicurezza, protezione ambientale e intelligenza. L'ottimizzazione delle attrezzature minerarie è l'anello fondamentale per promuovere il progresso della tecnologia intelligente1. Il supporto idraulico superiore per la speleologia del carbone è l'attrezzatura di supporto più cruciale nell'estrazione mineraria e il meccanismo di speleologia è il suo importante componente di controllo, che svolge un ruolo decisivo nell'effetto di speleologia. Pertanto, è essenziale migliorare la progettazione strutturale del meccanismo di scavo e la prevenzione dei cedimenti.

Il supporto idraulico superiore per la cava del carbone è sviluppato sulla base del supporto idraulico tradizionale. Ha le funzioni essenziali di controllo del tetto principale, manutenzione del tetto immediato e spinta del trasportatore. Inoltre, frantuma e scava il carbone superiore. Negli ultimi anni molti studiosi hanno svolto ricerche innovative, ottimizzazioni e miglioramenti sul supporto idraulico delle cave di carbone. Arasteh et al.2 hanno studiato il carico di scavo del tetto del supporto idraulico di speleologia sotterraneo sulla base di una rete di fratture discreta e di un modello di particelle coesive e hanno ottimizzato le prestazioni portanti del supporto idraulico. Zhang et al.3 hanno introdotto nel CDEM il modello costitutivo del supporto idraulico superiore dello scavo del carbone per analizzare il meccanismo dello scavo del carbone. Ji et al.4 hanno analizzato le capacità antiribaltamento, antiscorrimento e antirotazione del supporto e hanno migliorato le prestazioni antiscivolo del supporto. Attraverso il modello UDEC multi-seam, Zhang et al.5 hanno studiato l'influenza della posizione critica dello strato sulla resistenza di lavoro del supporto idraulico superiore della cava di carbone e hanno derivato la formula per calcolare la massima resistenza di lavoro del supporto. Inoltre, gli studiosi hanno studiato supporti idraulici in giacimenti di carbone complessi, come supporti idraulici con grande inclinazione, supporti idraulici leggeri per giacimenti sottili e supporti idraulici di grande altezza di estrazione per giacimenti spessi6,7,8,9.

La caduta del tetto di carbone causerà un carico d'impatto sul meccanismo di speleologia. Quando supera il limite, il meccanismo di frantumazione verrà danneggiato e diventerà non valido, come mostrato in Fig. 1. Il guasto del meccanismo influisce sull'effetto della frantumazione superiore del carbone e minaccia persino la sicurezza dei lavoratori. Molti studiosi hanno condotto ricerche innovative e ottimizzate sul meccanismo dello speleologia. Balasubrahmanyam et al.10 hanno sviluppato e verificato la prima distanza di scavo di carbone applicabile alle condizioni geologiche e minerarie in India. Zhang et al.3 hanno analizzato il meccanismo di scavo del top coal e hanno proposto una tecnologia di scavo in quattro fasi migliorata. Yang et al.11 hanno progettato un metodo di apprendimento automatico della rete neurale profonda per controllare in modo efficace la finestra di scavo del carbone. Zhang et al.12 hanno installato un dispositivo di scansione radar sulla parte superiore del supporto idraulico per monitorare lo spessore superiore del carbone in tempo reale e hanno restituito il segnale al sistema di controllo elettroidraulico, che ha realizzato il controllo intelligente del meccanismo di speleologia. Inoltre, gli studiosi hanno apportato numerosi miglioramenti innovativi agli accessori rilevanti del meccanismo di speleologia, come apparecchiature di rilevamento dell'assetto ad alta precisione, scanner laser per la speleologia e componenti di controllo dell'induzione intelligente collegati in rete13,14,15.