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喷浆工艺参数对金属表面冲蚀的影响研究

喷浆工艺参数对金属表面冲蚀的影响研究

作者：温永威太原科技大学

学位级别：硕士

喷浆技术是钢带除鳞技术中具有环保高效特点的机械除鳞方式,国内外学者对喷浆除鳞技术的研究主要集中在喷浆参数上,而在喷浆除鳞的核心冲蚀机理的研究上,因不同工况、不同材料的冲蚀机理都各不相同,所以难以给出统一的理论解释。传统的... 详细信息

喷浆技术是钢带除鳞技术中具有环保高效特点的机械除鳞方式,国内外学者对喷浆除鳞技术的研究主要集中在喷浆参数上,而在喷浆除鳞的核心冲蚀机理的研究上,因不同工况、不同材料的冲蚀机理都各不相同,所以难以给出统一的理论解释。传统的冲蚀研究集中在淹没射流工况下,喷浆射流是一种非淹没射流,因此在研究喷浆冲蚀时,探究材料在非淹没射流条件下的冲蚀显得尤为重要。冲蚀效果涉及的因素众多,主要的有冲蚀角度、冲蚀速度、磨粒形状、磨粒粒度、磨料流量、环境温度、靶材硬度等等。本文选用Q235热轧钢板为试验目标靶材,借助自主研发的抛、喷浆一体组合除鳞试验平台进行了一系列变参数的喷浆试验,在冲蚀理论基础上,通过喷浆试验和有限元模拟探究了喷浆工况变化对冲蚀结果的影响,揭示喷浆试验过程中蕴含的冲蚀机理。本文的主要研究内容和结果有:(1)依据喷浆过程中涉及的各要素来阐述喷浆试验中包含的各个理论,将射流理论、连续流体理论方程、离散相理论方程、Tulsa冲蚀模型、壁面回弹模型通过有限元模拟和数学表达结合起来,通过分析模拟结果来分析和预测试验结果。(2)进行了不同角度喷浆试验,着重分析了角度变化下板材冲蚀长度、冲蚀率和冲蚀集中率的变化规律。发现喷浆角为30°时,板材的冲蚀长度最长;喷浆角为45°时,冲蚀率最大;喷浆角为90°时,冲蚀集中率最大;不同角度有限元模拟结合了Tulsa模型,并对Tulsa模型中的冲蚀角函数进行了分段线性化处理,提取冲蚀率与冲蚀长度数据进行分析,有限元模拟结果与试验结果趋势吻合。(3)分析了不同喷浆距离下板材冲蚀长度和冲蚀率的变化,发现冲蚀长度随喷浆距离的增大而增大,试验冲蚀率峰值在0.0148～0.0176 kg·m·s之间,冲蚀率随喷浆距离呈现先减后增在减的变化趋势;不同距离有限元模拟提取了冲蚀率、流体速度、颗粒集中度分布、流体静压分布数据进行分析,有限元模拟结果与试验结果吻合,冲蚀率与冲击速度的1.73次幂成正比,与静压成反比。(4)分析了不同喷浆压强下板材冲蚀面积和冲蚀率的变化,冲蚀面积随压强的增加而增大,试验冲蚀率峰值在0.0154～0.0214 kg·m·s之间,冲蚀率峰值随喷浆压强也呈现逐渐增加的趋势;不同压强有限元模拟提取冲蚀率、流体速度、流体分布、颗粒集中度分布数据进行分析,有限元模拟结果与试验结果吻合,分析发现冲蚀面积的变化主要取决于射流的结构和颗粒的分布情况,冲蚀率与只与流体速度的1.73次幂成正比,与静压无关。论文通过多个喷浆试验和有限元模拟冲击过程研究揭示了喷浆过程中金属基体的冲蚀与喷浆冲击过程中各工艺参数之间的关系,为掌握喷浆冲蚀机理提供了帮助,也为喷浆技术的推广应用提供了理论支撑。

关键词：喷浆工艺参数冲蚀面积冲蚀率

煤矿千米深井巷道松软煤体高压锚注-喷浆协同控制技术

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煤炭学报 2021年第3期46卷 747-762页

作者：康红普姜鹏飞杨建威王志根杨景贺刘庆波吴拥政李文洲高富强姜志云李建忠中煤科工开采研究院有限公司北京100013 煤炭科学研究总院开采研究分院北京100013 煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室北京100013 中煤新集能源股份有限公司安徽淮南232170

针对煤矿千米深井巷道松软煤体大变形难题,以中煤新集口孜东矿大采高工作面运输巷为工程背景,分析巷道松软煤帮变形破坏特征及支护结构破坏、失效形式;采用井下试验和数值模拟相结合的方法,从锚杆锚索锚固力衰减、风化作用下煤体劣化及... 详细信息

针对煤矿千米深井巷道松软煤体大变形难题,以中煤新集口孜东矿大采高工作面运输巷为工程背景,分析巷道松软煤帮变形破坏特征及支护结构破坏、失效形式;采用井下试验和数值模拟相结合的方法,从锚杆锚索锚固力衰减、风化作用下煤体劣化及强流变性等方面,揭示出千米深井巷道松软煤帮大变形机理。提出千米深井巷道松软煤帮高压锚注-喷浆协同控制理念;采用数值模拟对比研究了锚杆锚索支护、锚注、锚注-喷浆3种方案巷道煤帮变形、裂隙及应力演化规律,阐明了巷道煤帮高预应力、高压锚注-喷浆协同控制原理。研发出高强度、高压、组合式注浆锚杆与高压注浆锚索,研究了注浆锚杆、锚索及注浆材料性能与锚注效果,形成了高预应力锚杆、锚索支护-高压劈裂注浆改性-表面喷浆协同控制技术。将研究成果应用于中煤新集口孜东矿,提出试验巷道锚注-喷浆协同控制方案及参数,并进行了矿压监测。监测数据表明,采用提出的高压锚注-喷浆控制方案后,煤帮结构、完整性与强度得到显著改善,锚杆、锚索锚固力大幅提升,充分发挥了高强度锚杆、锚索主动支护作用。巷道两帮收缩量降低86%,锚杆、锚索破断率大幅减少,有效控制了千米深井巷道松软煤帮大变形,为此类深部巷道大变形控制提供了有效途径。

关键词：煤矿巷道千米深井松软煤体锚注高压注浆喷浆协同控制

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矿井巷道喷浆机械手的喷浆路径规划研究

矿井巷道喷浆机械手的喷浆路径规划研究

作者：张庭川中国矿业大学

学位级别：硕士

喷浆支护是矿井巷道支护的一种基本形式,在对巷道起到支护作用的同时也能平衡围岩压力、填充并平整巷道壁面。传统的喷浆作业主要采用喷浆机进行人工操作,存在工作环境恶劣、工作强度大和效率低的问题。为提高喷浆作业自动化程度、减轻... 详细信息

喷浆支护是矿井巷道支护的一种基本形式,在对巷道起到支护作用的同时也能平衡围岩压力、填充并平整巷道壁面。传统的喷浆作业主要采用喷浆机进行人工操作,存在工作环境恶劣、工作强度大和效率低的问题。为提高喷浆作业自动化程度、减轻工人劳动强度、改善喷浆作业工作环境,本文研究喷浆机械手的喷浆路径规划,基于巷道三维重建模型中提取的信息,实现喷浆机械手喷浆路径自主规划,对提高巷道喷浆支护效率、实现自动化喷浆作业具有重要意义。本文的主要研究内容如下:首先基于巷道设计与开掘原理、依据喷浆作业环境特点,构建了八类巷道仿真模型。并基于自动喷浆作业流程、参考现有喷浆机械,设计了一种喷浆机械手以代替人工进行喷浆作业,进行了正逆运动学、工作空间、关节刚度与抗倾覆性分析,验证喷浆机械手性能满足要求。其次,为提高喷浆装备智能化水平,实现喷浆机械手自主路径规划,本文先基于巷道点云进行了三维表面重建,依据重建结果,采用地图化展开、点云分割与欧式聚类等点云处理技术进行了巷道尺寸、巷道类型与表面形貌分析。然后,将喷浆机械手的喷浆路径划分为平喷路径和填充路径两个阶段,并将点云分析结果作为路径约束选择依据,对机械手在两个阶段的路径规划算法进行了研究。最后,为验证本文中研究内容的正确性与所构建算法的有效性,基于ROS系统架构搭建了仿真环境,在所构建的八类巷道仿真模型进行多次仿真喷浆实验,初步验证所提巷道空间特征提取算法能够提取符合精度要求的巷道空间特征信息;所提路径规划算法能够适应不同喷浆作业工况规划喷浆路径,沿路径喷浆效果符合国家标准要求。并基于Mirobot六轴机械手搭建了喷浆模拟实验系统,使用Kinect深度相机扫描实际点云并与虚拟点云对比,验证虚拟点云的准确性;基于虚拟点云对模拟巷道内壁提取特征并规划喷浆路径;采用该喷浆路径,利用WLKATA Mirobot六轴机械手模拟喷浆过程,通过将规划的理论路径与实验路径进行数据对比分析,进一步验证基于虚拟点云的路径规划与机械手喷浆的可行性。

关键词：喷浆路径规划点云处理

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矿用喷浆粉尘控制技术的研究进展

煤矿安全 2020年第10期51卷 87-97页

作者：程卫民刘国明陈连军山东科技大学安全与环境工程学院山东青岛266590 山东科技大学省部共建矿山灾害预防控制国家重点实验室培育基地山东青岛266590

喷射混凝土(喷浆)技术作为新奥法巷道支护的主要手段,广泛应用于矿山巷道掘进支护。喷浆过程中难免产生粉尘,喷浆粉尘是煤矿井下主要尘源之一。介绍了喷浆粉尘的特点及产尘影响因素;从喷浆工艺出发,分别介绍了干式混凝土喷射技术、潮式... 详细信息

喷射混凝土(喷浆)技术作为新奥法巷道支护的主要手段,广泛应用于矿山巷道掘进支护。喷浆过程中难免产生粉尘,喷浆粉尘是煤矿井下主要尘源之一。介绍了喷浆粉尘的特点及产尘影响因素;从喷浆工艺出发,分别介绍了干式混凝土喷射技术、潮式混凝土喷射技术、湿式混凝土喷射技术及其产尘特点。基于国内外喷浆技术发展现状,综述了喷浆粉尘控制技术和装备进展:湿式搅拌除尘、无脉冲泵送、智能喷浆及喷浆保障技术。结合目前煤矿开采和职业安全健康需求,通过对比现有的技术及装备,指出我国喷浆粉尘控制技术的发展方向。

关键词：喷浆粉尘控制智能喷浆无脉冲技术巷道支护

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矿用喷浆机械手的设计与应用

山东煤炭科技 2022年第11期40卷 137-139页

作者：贾湛胜山西王家岭煤业有限公司山西忻州036600

王家岭煤业以往煤巷及半煤岩巷道两帮及顶板支护作业喷浆施工采用人工抱喷头作业模式,针对存在喷砼质量稳定性差、劳动强度高、施工效率低、安全性较低等问题,设计支护喷浆作业用矿用喷浆机械手,在18103胶带运输巷进行应用。喷浆作业工... 详细信息

王家岭煤业以往煤巷及半煤岩巷道两帮及顶板支护作业喷浆施工采用人工抱喷头作业模式,针对存在喷砼质量稳定性差、劳动强度高、施工效率低、安全性较低等问题,设计支护喷浆作业用矿用喷浆机械手,在18103胶带运输巷进行应用。喷浆作业工效提高至3.13 m^(3)/h,施工效率提高1.39倍,综合工效提升67%,每年可增加经济效益763万元。

关键词：支护喷浆机械手设计

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喷浆施工减员提效工艺研究与应用

喷浆施工减员提效工艺研究与应用

浅谈远距离喷浆技术应用矿井供风系统改造可行性

中国煤炭学会科技情报专业委员会2018年学术年会

作者：徐国栋胡兰田高鑫刘强张全明兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿

文章介绍了兴隆庄煤矿为解决喷浆施工中长期存在的职工劳动强度大、劳动效率低、粉尘污染严重等诸多问题,引入新型设备,优化喷浆施工工艺,实现了降低职工劳动强度、提高施工效率、降低粉尘浓度、提高喷浆质量的效果。为提高职工出勤率... 详细信息

文章介绍了兴隆庄煤矿为解决喷浆施工中长期存在的职工劳动强度大、劳动效率低、粉尘污染严重等诸多问题,引入新型设备,优化喷浆施工工艺,实现了降低职工劳动强度、提高施工效率、降低粉尘浓度、提高喷浆质量的效果。为提高职工出勤率、减少井下施工人数、提升安全环境进行了积极的探索,取得了良好的应用效果。

关键词：喷浆新工艺减员提效研究与应用

来源： cnki会议评论

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铁法科技 2022年第2期 187-189,217页

作者：何勇王文岩张庆宇辽宁铁法能源有限责任公司大平矿辽宁铁法能源有限责任公司生产技术部

通过对矿井供风系统进行改造,提高供风系统管路压力,解决因供风管路压力、管径大小、管路长度和输气量等影响远距离喷浆效果的问题。

关键词：远距离喷浆压力

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喷浆灌浆技术在小窑破坏区防灭火中的应用

煤矿安全 2012年第1期43卷 96-98页

作者：马宗斌史金华靖远煤业有限责任公司红会一矿甘肃白银730918

根据穿越小窑破坏区巷道的特点,采用"喷浆+木棚+金属网"封闭支护方式,制定了专用治理巷和爆破巷分区域治理、消火道专项治理的破坏区治理方案,实施了插管预灌、高位孔主灌、间歇点灌、包帮捣底、复喷堵漏、探孔脱水、分析评估等灌浆措施... 详细信息

根据穿越小窑破坏区巷道的特点,采用"喷浆+木棚+金属网"封闭支护方式,制定了专用治理巷和爆破巷分区域治理、消火道专项治理的破坏区治理方案,实施了插管预灌、高位孔主灌、间歇点灌、包帮捣底、复喷堵漏、探孔脱水、分析评估等灌浆措施,实现了在破坏区进行复采活动前期掘进时小窑遗煤发火的防治,确保了掘进工作面安全掘进和采煤工作面的正常、安全回采,取得了较好的社会经济效益。

关键词：喷浆灌浆防灭火

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焦炉下喷管喷浆技术

工业建筑 2013年第S1期43卷 902-905页

作者：李志芬程爱民中国五冶集团上海有限公司上海201900

焦炉下喷管喷浆有多种方法,不同的方法有不同的应用范围和使用效果。为解决部分焦炉喷补效果差的问题,针对几种喷浆方法进行了探讨。实践证明,所阐述的几种方法,只要运用得当,基本能解决焦炉下喷管串漏问题,满足焦炉正常生产要求。

关键词：焦炉下喷管喷浆满流式溢流式