中深孔液压凿岩设备设计理论与若干关键技术研究

Tunnel (Lane) Road excavation technology has made significant progress in China. Such as railway tunnels, hydropower culvert excavation, metal mines mining, Which commonly used medium-hole blasting technology. It puts forward new requirements to the technical progress of the hydraulic rock drilling equipment that the blasting technology of rock excavation is increasingly widespread at home and broad. The project is planned to in-depth research on the basic theory of the medium-hole hydraulic rock drilling equipment and a number of key technologies, mainly in the following aspects: the design theory of non-valve controlled hydraulic vibration system based on the optimal efficiency, the principle of inverter and variable-energy for the equipment, the borehole correction mechanism and adaptive propulsion control theory, the state recognition of rock drilling and intelligent control strategy for hydraulic rock drilling equipment, then a feasible technical scheme could be given. The above work will be able to solve the difficulties of design theory to the medium-hole hydraulic drilling equipment effectively, the scientific design of the equipment which is from the highest energy efficiency and the optimal efficiency views has been realized; at the same time, according to the characteristics of the medium-hole rock drilling process, the key technologies including adaptive propulsion control on borehole correction and the device control methods for rock drilling status have been proposed, which have the great significance for developing and improving the design theory and methodology of the rock drilling equipment, promoting the progress of blasting technology for medium-hole rock drilling.

我国的隧（巷）道掘进技术取得了重大进步,如铁路隧道、水电涵洞和冶金矿山等领域，普遍采用了中深孔掘进爆破技术。中深孔凿岩掘进爆破技术在国内外的广泛应用，对液压凿岩设备的技术进步提出了新的要求。本项目拟对中深孔液压凿岩设备设计理论和若干关键技术进行深入系统的研究，主要有以下几个方面：基于效率最优的无阀控液压振动系统设计理论、液压凿岩设备的变频调能原理、凿孔纠偏机理和推进力自适应控制理论、凿岩状态辨识与液压凿岩设备智能控制策略等,并给出切实可行的技术方案。以上研究工作将能有效地解决中深孔液压凿岩设备的设计理论难点，从能量利用率最高、效率最优的角度实现对中深孔液压凿岩设备的科学设计；同时，结合中深孔凿岩钻孔工艺的特点，提出基于凿孔纠偏的推进力自适应控制、基于凿岩状态辨识的液压凿岩设备控制等关键技术，对于发展和完善中深孔液压凿岩设备的设计理论和控制方法，推动中深孔凿岩爆破技术的进步有重要意义。

目前凿岩爆破施工占矿岩开挖工程的75%左右，而且在未来相当长的一段时期内仍将处于主导地位，因此，中深孔液压凿岩装备的研究具有重要意义。..本项目研究了基于无阀控液压振动原理的新型中深孔掘进液压凿岩机系统，构建了基于气液联合做功的结构模型，研究并设计了氮气室，可以在冲击器工作时合理的吸收和释放能量，将冲击器由单纯的液压做功改进成为气液联合做功，从而提高冲击器的能量利用率；其在工作原理和结构上的创新，使其具有了更优越的性能。通过其凿孔偏斜机理的研究，提出了其凿孔纠偏推进力控制方法；采取D-S证据理论和模糊控制策略，提出了多种液压凿岩系统辨识方法，根据凿岩系统辨识策略和变频调能技术需求，研究了液压凿岩机工作参数智能输出技术及综合自动防卡钎技术方案。..通过新原理液压凿岩机的理论研究，在数学建模、动态仿真和结构优化设计的基础上，设计试制了实验用无阀控液压凿岩机样机，设计并建立了其测试系统。..通过对凿孔偏斜的影响因素及力学特征的分析，建立了钻头偏载的力学模型，从而揭示了凿岩石过程凿孔偏斜的机理，提出了控制凿孔偏斜的推进力控制方案。根据所研制的无阀控液压凿岩机，试制了推进机构及其液压驱动系统，通过对混凝土的钻凿试验，验证了该控制方案能够随凿孔过程中孔内钻杆质量的变化及孔内因素的变化，自动改变推进系统的推进力，可较好地控制凿孔偏斜，实现部分纠偏功能。..提出了中深孔液压凿岩的凿岩状态辨识方法，确定了凿岩状态辨识关键参数，并将其作为标准样本数据来训练BP神经网络以建立BP神经网络的输入-输出映射；通过实时采集液压凿岩机凿岩状态辨识的关键参数输入BP神经网络后得到凿岩状态的初步估计；将凿岩状态的初步估计作为识别框架下的证据，作为D-S证据理论合成规则的基本概率分配；运用D-S证据理论合成规则进行决策层的融合判决并判断凿岩状态结果。该方法可以有效地对凿岩状态进行辨识，并具有较高的辨识精度，具有良好的可行性和工程应用价值。

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