Diferença de resposta à vibração do mecanismo de escavação sob impacto de rocha de carvão com base em mecânica

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13794 (2023) Citar este artigo

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A escavação de carvão superior na mineração em espeleologia totalmente mecanizada causará um impacto irregular no mecanismo de escavação de suporte hidráulico. A resposta vibratória do mecanismo de escavação varia sob diferentes formas de impacto. Esta diferença de resposta é um pré-requisito para a nova tecnologia de identificação de rochas carboníferas na mineração inteligente. Portanto, este trabalho estuda a diferença na resposta vibratória do mecanismo de espeleologia sob diferentes formas de impacto. Um modelo inovador de sistema de acoplamento mecânico-hidráulico do impacto do mecanismo de escavação por rocha carbonífera é estabelecido. O teste de impacto de placa metálica comprovou a diferença significativa na resposta de vibração do mecanismo de escavação sob impacto de rocha de carvão de diferentes materiais. Posteriormente, um modelo de co-simulação mecânico-hidráulica mais aprimorado analisou a diferença na resposta vibratória do mecanismo de escavação sob diferentes materiais rochosos, volumes, velocidades e posições de impacto. Os resultados mostram que a resposta vibratória é mais intensa sob impacto de rocha do que sob impacto de carvão. Uma posição mais baixa, uma velocidade mais rápida e um volume maior correspondem a uma diferença de resposta mais perceptível no mecanismo de escavação. As áreas sensíveis à vibração e a falhas do mecanismo de espeleologia são determinadas. Este estudo tem um significado de referência para melhorar o projeto estrutural do mecanismo de espeleologia e prevenção de falhas. As conclusões fornecem orientação para uma nova tecnologia inteligente de identificação de rochas carboníferas baseada em sinais de vibração.

A mineração de carvão totalmente mecanizada está se desenvolvendo em direção a alta eficiência, segurança, proteção ambiental e inteligência. A otimização dos equipamentos de mineração é o elo crítico para promover o progresso da tecnologia inteligente1. O suporte hidráulico superior para escavação de carvão é o equipamento de suporte mais importante na mineração, e o mecanismo de escavação é seu importante componente de controle, que desempenha um papel decisivo no efeito de escavação. Portanto, melhorar o projeto estrutural do mecanismo de espeleologia e a prevenção de falhas é essencial.

O suporte hidráulico superior para escavação de carvão é desenvolvido com base no suporte hidráulico tradicional. Tem as funções essenciais de controlar a cobertura principal, manter a cobertura imediata e empurrar a esteira. Além disso, ele esmaga e desmorona o carvão superior. Muitos estudiosos realizaram pesquisas inovadoras, otimização e melhorias no principal suporte hidráulico para escavação de carvão nos últimos anos. Arasteh et al.2 estudaram a carga de desabamento do telhado do suporte hidráulico de desabamento em subnível com base em uma rede de fratura discreta e modelo de partículas coesivas e otimizaram o desempenho de suporte do suporte hidráulico. Zhang et al.3 introduziram o modelo constitutivo do suporte hidráulico superior de escavação de carvão no CDEM para analisar o mecanismo de escavação de carvão. Ji et al.4 analisaram as habilidades anti-tombamento, anti-deslizamento e anti-rotação do suporte e melhoraram o desempenho anti-derrapante do suporte. Através do modelo UDEC multi-seam, Zhang et al.5 estudaram a influência da localização da camada crítica na resistência de trabalho do suporte hidráulico de escavação de carvão superior e derivaram a fórmula para calcular a resistência máxima de trabalho do suporte. Além disso, os estudiosos pesquisaram suportes hidráulicos em veios de carvão complexos, como suportes hidráulicos de grande inclinação, suportes hidráulicos leves para veios finos e suportes hidráulicos de grande altura de mineração para veios grossos6,7,8,9.

A queda do telhado de carvão causará uma carga de impacto no mecanismo de desmoronamento. Quando ultrapassar o limite, o mecanismo de escavação será danificado e se tornará inválido, conforme mostrado na Fig. 1. A falha do mecanismo afeta o efeito do escavamento de carvão superior e até ameaça a segurança dos trabalhadores. Muitos estudiosos realizaram pesquisas inovadoras e otimizadas sobre o mecanismo de escavação. Balasubrahmanyam et al.10 desenvolveram e verificaram a primeira distância superior de escavação de carvão aplicável às condições geológicas e de mineração na Índia. Zhang et al.3 analisaram o mecanismo de escavação do carvão de topo e propuseram uma tecnologia melhorada de escavação em quatro etapas. Yang et al.11 projetaram um método de aprendizado de máquina de rede neural profunda para controlar efetivamente a janela de escavação de carvão. Zhang et al.12 instalaram um dispositivo de varredura por radar no topo do suporte hidráulico para monitorar a espessura superior do carvão em tempo real e realimentaram o sinal para o sistema de controle eletro-hidráulico, que realizou o controle inteligente do mecanismo de escavação. Além disso, os estudiosos fizeram muitas melhorias inovadoras nos acessórios relevantes do mecanismo de espeleologia, como equipamentos de detecção de atitude de alta precisão, scanners a laser para escavação de carvão e componentes de controle de indução inteligentes em rede .