一种用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法技术

本发明专利技术涉及一种用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法，基于相似理论确定待配置试验煤岩块的抗压强度；基于获取的抗压强度进行煤岩块配置；煤岩块配置时，在待施工地选取浅层煤矿开采出的未受风化的煤岩，将煤块和岩块混合，并在煤块和岩块的缝隙处填充煤块和岩块的粉末以及粘结剂，将煤块和岩块固结成块形成试验煤岩块；将不同硬度的完成切割的试验煤岩块进行配置，形成各向异性煤岩块，获得类似天然煤岩的试验煤壁；本发明专利技术能够真实模拟防冲钻孔机器人煤岩钻进卸压过程，减小了与实际井下煤岩状况的差异性。减小了与实际井下煤岩状况的差异性。减小了与实际井下煤岩状况的差异性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法


[0001]本专利技术涉及一种用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法，属于矿山机械


技术介绍

[0002]近年来，随着我国煤矿开采深度和强度的加大，部分煤矿由低瓦斯向高突矿井演变，无冲击地压危险向弱冲击或强冲击演变，水文地质类型由简单向复杂或极复杂演变。
[0003]面向冲击地压矿井的防冲钻孔机器人钻进过程中钻杆机构受力极其复杂，随钻进深度增加，钻杆机构偏离原有钻进方向，引起钻进过程发生卡钻现象，钻进轨迹偏斜直接影响卸压效果，制约工作效率甚至增加安全风险。而影响钻进轨迹偏斜的主要因素除钻杆自身的屈曲失稳性质和设备安装、钻具结构等，煤层地质条件占主导位置，包括煤层各向异性、软硬互层、煤层角度等。实际工况中煤层地质及围岩应力复杂多变，钻杆与煤壁环境的交互约束呈现车明显的非均匀性、各向异性及时变非连续性，这些显著特点导致钻进轨迹偏斜机理的研究存在很大困难，目前尚未能很好的解决这一问题。为完善钻进轨迹偏斜机理研究，亟需新的理论和方法进行煤岩配置模拟实验，减小与实际井下煤岩状况差异性。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法，真实模拟煤层地质条件，减小了与实际井下煤岩状况的差异性。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1：基于相似理论确定待配置试验煤岩块的抗压强度；
[0008]步骤S2：基于步骤S1获取的抗压强度进行煤岩块配置；
[0009]步骤S21：在待施工地选取浅层煤矿开采出的未受风化的煤岩，在试验室内确定未受风化的煤岩的坚固性系数，作为典型煤岩试制特性指标；
[0010]步骤S22：将煤块和岩块混合，并在煤块和岩块的缝隙处填充煤块和岩块的粉末以及粘结剂，将煤块和岩块固结成块形成试验煤岩块；
[0011]步骤S23：根据步骤S21中获取的典型煤岩试制特性指标，配置不同硬度的试验煤岩块；
[0012]步骤S24：对试验煤岩块进行加工，切割成试验所需形状；
[0013]步骤S25：将不同硬度的完成切割的试验煤岩块进行配置，形成各向异性煤岩块；
[0014]步骤S3：对形成的各向异性煤岩块按照步骤S1获取的抗压强度进行有效性验证，即提取不同煤岩块配置部分试样进行单轴抗压试验，完成试验煤岩块的最终配置；
[0015]作为本专利技术的进一步优选，步骤S1中基于相似理论确定待配置试验煤岩块的抗压
强度的具体步骤为：
[0016]步骤S11：将防冲钻孔机器人在试验煤岩块内的钻进运动简化为转轴转动形式；
[0017]步骤S12：将转轴转动受力转化成弯矩和转矩之和；
[0018]步骤S13：进行弯矩计算，假设防冲钻孔机器人的钻头只受到通过轴心地集中载荷，则弯矩M通过防冲钻孔机器人的钻杆材料获取；
[0019]步骤S14：进行转矩计算，计算公式为
[0020][0021]公式中，T为转矩，单位为N.mm；P为传递功率，单位为kw；n为防冲钻孔机器人的钻杆的转速，单位为r/min；
[0022]步骤S15：进行当量弯矩计算，计算公式为
[0023][0024]公式中，M
ca
为当量弯矩，M为弯矩，T为转矩，α为单向旋转角，取α＝0.6；
[0025]步骤S16：通过计算得到的当量弯矩，基于相似理论进行计算
[0026][0027]作为本专利技术的进一步优选，步骤S22中的粘结剂选用砂浆，将其均匀浇筑在煤块和岩块的缝隙处；
[0028]所述砂浆包括水泥、河砂、石灰膏以及黏土，将水泥、河砂、石灰膏以及黏土加水混合形成不同硬度的粘结剂；
[0029]将不同硬度的粘结剂均匀浇筑在煤块和岩块的缝隙处，形成不同硬度的试验煤岩块；
[0030]作为本专利技术的进一步优选，将水泥、河砂、石灰膏以及黏土按照质量份数比进行配置，形成不同硬度的粘结剂；
[0031]其中，当水泥、河砂、石灰膏以及黏土的质量份数比为1:5:0.2:1时，形成M10型号的粘结剂；
[0032]当水泥、河砂、石灰膏以及黏土的质量份数比为1:10:1.5:1.5时，形成M25型号的粘结剂；
[0033]当水泥、河砂、石灰膏以及黏土的质量份数比为1:8:0.8:1时，形成M50型号的粘结剂；
[0034]当水泥、河砂、石灰膏以及黏土的质量份数比为1:6:0.4:1.5时，形成M75型号的粘结剂；
[0035]作为本专利技术的进一步优选，M10型号的粘结剂硬度低于M25型号的粘结剂，M25型号的粘结剂硬度低于M50型号的粘结剂，M50型号的粘结剂硬度低于M75型号的粘结剂；
[0036]作为本专利技术的进一步优选，当煤块与岩块的质量份数比为1:0.25时，采用M10型号的粘结剂粘结形成A类煤岩块；
[0037]当煤块与岩块的质量份数比为1:0.5时，采用M25型号的粘结剂粘结形成B类煤岩块；
[0038]当煤块与岩块的质量份数比为1:0.75时，采用M50型号的粘结剂粘结形成C类煤岩块；
[0039]当煤块与岩块的质量份数比为1:1时，采用M75型号的粘结剂粘结形成D类煤岩块；
[0040]A类煤岩块的硬度低于B类煤岩块，B类煤岩块的硬度低于C类煤岩块，C类煤岩块的硬度低于D类煤岩块；
[0041]作为本专利技术的进一步优选，将A类煤岩块、B类煤岩块、C类煤岩块以及D类煤岩块进行排列组合，形成软硬交错的煤岩块配置或者倾斜性层状的煤岩块配置；
[0042]作为本专利技术的进一步优选，在软硬交错的煤岩块配置中，A类煤岩块、B类煤岩块、C类煤岩块以及D类煤岩块顺次排列，形成硬度由软至硬的煤岩块配置，且每种煤岩块的尺寸为400mm
×
400mm
×
750mm；
[0043]或者D类煤岩块、C类煤岩块、B类煤岩块以及A类煤岩块顺次排列，形成硬度由硬至软的煤岩块配置，且每种煤岩块的尺寸为400mm
×
400mm
×
750mm；
[0044]或者A类煤岩块、B类煤岩块、C类煤岩块、B类煤岩块、D类煤岩块以及A类煤岩块顺次排列，形成硬度由软至硬，再由硬至软的煤岩块配置，且每种煤岩块的尺寸为400mm
×
400mm
×
500mm；
[0045]或者C类煤岩块、A类煤岩块、D类煤岩块、B类煤岩块、C类煤岩块以及D类煤岩块顺次排列，形成硬度由硬至软，再由软至硬的煤岩块配置，且每种煤岩块的尺寸为400mm
×
400mm
×
500mm；
[0046]在倾斜性层状的煤岩块配置中，A类煤岩块或者B类煤岩块或者C类煤岩块或者D类煤岩块相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：基于相似理论确定待配置试验煤岩块的抗压强度；步骤S2：基于步骤S1获取的抗压强度进行煤岩块配置；步骤S21：在待施工地选取浅层煤矿开采出的未受风化的煤岩，在试验室内确定未受风化的煤岩的坚固性系数，作为典型煤岩试制特性指标；步骤S22：将煤块和岩块混合，并在煤块和岩块的缝隙处填充煤块和岩块的粉末以及粘结剂，将煤块和岩块固结成块形成试验煤岩块；步骤S23：根据步骤S21中获取的典型煤岩试制特性指标，配置不同硬度的试验煤岩块；步骤S24：对试验煤岩块进行加工，切割成试验所需形状；步骤S25：将不同硬度的完成切割的试验煤岩块进行配置，形成各向异性煤岩块；步骤S3：对形成的各向异性煤岩块按照步骤S1获取的抗压强度进行有效性验证，即提取不同煤岩块配置部分试样进行单轴抗压试验，完成试验煤岩块的最终配置。2.根据权利要求1所述的用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法，其特征在于：步骤S1中基于相似理论确定待配置试验煤岩块的抗压强度的具体步骤为：步骤S11：将防冲钻孔机器人在试验煤岩块内的钻进运动简化为转轴转动形式；步骤S12：将转轴转动受力转化成弯矩和转矩之和；步骤S13：进行弯矩计算，假设防冲钻孔机器人的钻头只受到通过轴心地集中载荷，则弯矩M通过防冲钻孔机器人的钻杆材料获取；步骤S14：进行转矩计算，计算公式为公式中，T为转矩，单位为N.mm；P为传递功率，单位为kw；n为防冲钻孔机器人的钻杆的转速，单位为r/min；步骤S15：进行当量弯矩计算，计算公式为公式中，M
ca
为当量弯矩，M为弯矩，T为转矩，α为单向旋转角，取α＝0.6；步骤S16：通过计算得到的当量弯矩，基于相似理论进行计算3.根据权利要求1所述的用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法，其特征在于：步骤S22中的粘结剂选用砂浆，将其均匀浇筑在煤块和岩块的缝隙处；所述砂浆包括水泥、河砂、石灰膏以及黏土，将水泥、河砂、石灰膏以及黏土加水混合形成不同硬度的粘结剂；将不同硬度的粘结剂均匀浇筑在煤块和岩块的缝隙处，形成不同硬度的试验煤岩块。4.根据权利要求3所述的用于探究防冲钻孔机器人钻进轨迹偏斜机理的煤岩配置方法，其特征在于：将水泥、河砂、石灰膏以及黏土按照质量份数比进行配置，形成不同硬度的粘结剂；
其中，当水泥、河砂、石灰膏以及黏土的质量份数比为1:5:0.2:1时，形成M10型号的粘结剂；当水泥、河砂、石灰膏以及黏土的质量份数比为1:10:1.5:1.5时，形成M25型号的粘结剂；当水泥、河砂、石灰膏以及黏土的质量份数比为1:8:0.8:1时，形成M50型号的粘结剂；当水泥、河砂、石灰...

【专利技术属性】
技术研发人员：康明霞，王忠宾，刘新华，赵啦啦，严文浩，李长周，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：