Différence de réponse aux vibrations du mécanisme de spéléologie sous l'impact d'une roche de charbon basée sur la mécanique

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13794 (2023) Citer cet article

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La spéléologie supérieure du charbon dans une exploitation minière par spéléologie entièrement mécanisée provoquera un impact irrégulier sur le mécanisme de spéléologie du support hydraulique. La réponse vibratoire du mécanisme de spéléologie varie sous différentes formes d'impact. Cette différence de réponse est une condition préalable à la nouvelle technologie d’identification des roches de charbon dans le domaine de l’exploitation minière intelligente. Par conséquent, ce travail étudie la différence de réponse vibratoire du mécanisme de spéléologie sous différentes formes d’impact. Un modèle innovant de système de couplage mécanique-hydraulique de l'impact du mécanisme de spéléologie par la roche de charbon est établi. L'essai d'impact sur plaque métallique a prouvé la différence significative dans la réponse vibratoire du mécanisme de spéléologie sous l'impact de roches de charbon de différents matériaux. Par la suite, un modèle de cosimulation mécano-hydraulique plus amélioré a analysé la différence de réponse vibratoire du mécanisme de spéléologie sous différents matériaux rocheux, volumes, vitesses et positions d'impact. Les résultats montrent que la réponse vibratoire est plus intense sous impact de roche que sous impact de charbon. Une position plus basse, une vitesse plus rapide et un volume plus grand correspondent à une différence de réponse plus notable dans le mécanisme de spéléologie. Les zones sensibles aux vibrations et aux défauts du mécanisme de spéléologie sont déterminées. Cette étude a une importance de référence pour améliorer la conception structurelle du mécanisme de spéléologie et la prévention des défaillances. Les conclusions fournissent des orientations pour une nouvelle technologie intelligente d’identification des roches de charbon basée sur des signaux vibratoires.

L'exploitation minière par spéléologie de charbon entièrement mécanisée évolue vers une efficacité, une sécurité, une protection de l'environnement et une intelligence élevées. L’optimisation des équipements miniers est le maillon essentiel pour promouvoir le progrès de la technologie intelligente1. Le support hydraulique supérieur de spéléologie du charbon est l'équipement de support le plus crucial dans l'exploitation minière, et le mécanisme de spéléologie est son élément de contrôle important, qui joue un rôle décisif dans l'effet de spéléologie. Par conséquent, il est essentiel d’améliorer la conception structurelle du mécanisme de spéléologie et de prévenir les défaillances.

Le support hydraulique supérieur de foudroyage du charbon est développé sur la base du support hydraulique traditionnel. Il a pour fonctions essentielles de contrôler le toit principal, d'entretenir le toit immédiat et de pousser le convoyeur. De plus, il broie et cède le charbon supérieur. De nombreux chercheurs ont mené des recherches innovantes, optimisé et amélioré le support hydraulique de foudroyage du charbon au cours des dernières années. Arasteh et al.2 ont étudié la charge d'effondrement du toit du support hydraulique d'effondrement du sous-niveau sur la base d'un réseau de fractures discret et d'un modèle de particules cohésives et ont optimisé les performances de roulement du support hydraulique. Zhang et al.3 ont introduit le modèle constitutif du support hydraulique supérieur de foudroyage du charbon dans le CDEM pour analyser le mécanisme de foudroyage du charbon. Ji et al.4 ont analysé les capacités anti-renversement, anti-glissement et anti-rotation du support et ont amélioré les performances antidérapantes du support. Grâce au modèle UDEC multi-coutures, Zhang et al.5 ont étudié l'influence de l'emplacement critique de la couche sur la résistance de travail du support hydraulique supérieur de foudroyage du charbon et ont dérivé la formule pour calculer la résistance de travail maximale du support. En outre, les chercheurs ont étudié les supports hydrauliques dans les veines de charbon complexes, tels que les supports hydrauliques à grande inclinaison, les supports hydrauliques légers pour les veines minces et les supports hydrauliques à grande hauteur d'exploitation minière pour les veines épaisses6,7,8,9.

La chute du toit en charbon entraînera une charge d'impact sur le mécanisme d'éboulement. Lorsqu'il dépasse la limite, le mécanisme de foudroyage sera endommagé et deviendra invalide, comme le montre la figure 1. Une défaillance du mécanisme affecte l'effet du foudroyage supérieur du charbon et menace même la sécurité des travailleurs. De nombreux chercheurs ont mené des recherches innovantes et optimisées sur le mécanisme de spéléologie. Balasubrahmanyam et al.10 ont développé et vérifié la première distance de spéléologie supérieure du charbon applicable aux conditions géologiques et minières en Inde. Zhang et al.3 ont analysé le mécanisme de spéléologie du charbon supérieur et ont proposé une technologie de spéléologie améliorée en quatre étapes. Yang et al.11 ont conçu une méthode d'apprentissage automatique de réseau neuronal profond pour contrôler efficacement la fenêtre de spéléologie du charbon. Zhang et al.12 ont installé un dispositif de balayage radar sur le dessus du support hydraulique pour surveiller l'épaisseur supérieure du charbon en temps réel et ont renvoyé le signal au système de contrôle électrohydraulique, qui a réalisé le contrôle intelligent du mécanisme de spéléologie. En outre, les chercheurs ont apporté de nombreuses améliorations innovantes aux accessoires pertinents du mécanisme de spéléologie, tels que des équipements de détection d'attitude de haute précision, des scanners laser de spéléologie de charbon et des composants de contrôle d'induction intelligents en réseau13,14,15.