分离式螺旋钻具截割与输送协同优化研究

张 强 ，刘 伟 ，张润鑫 ，李宝岐 ，顾颉颖

（1.山东科技大学 机械电子工程学院, 山东 青岛 266000；2.辽宁工程技术大学 机械工程学院, 辽宁 阜新 123000）

0 引 言

螺旋钻机作为矿山生产的重要设备，被广泛应用于井下瓦斯抽放、区域卸压、极薄煤层与露天矿端帮开采等领域[1-3]。随着煤矿智能化发展，提高煤机装备自动化水平与设备工作效率已成为大势所趋，降低煤机装备开采能耗已成为推进绿色矿山建设的必然要求。钻具作为钻机高效开采的关键结构，为提高钻具的截割与输送性能，降低钻具截割输送能耗，国内外众多学者进行了大量研究，文献[4]建立了钻具输送量和输送能耗数学模型，以提高输送量并降低输送能耗为目标，对钻具结构参数进行优化，并通过试验验证了优化结果的正确性；文献[5]以螺旋钻杆结构参数与转动速度为变量，以输煤生产率最大和能耗最低为目标，利用遗传算法和蚂蚁算法的混合算法对优化目标进行求解，有效提高了螺旋钻杆的输煤效率；文献[6]以钻杆重量最轻为优化目标，对螺旋钻杆进行结构参数优化，降低钻杆重量的同时提高了钻杆的强度；文献[7]设计了一种定心螺旋钻头，可实现对土壤进行二次切削，提高了钻头的切削性能；文献[8]将螺杆输送长度作为变量考虑到螺杆输送能耗模型中，以螺旋输送总能耗最小、输送效率最大化为目标，对螺杆的螺距、转速和输送长度进行优化，有效提高螺杆输送性能；文献[9]研究发现多钻头并行钻采时，钻头间的相互作用可以改善各钻头的截割性能，并指出钻具性能优化过程中，钻头和钻杆各自优化结果均会存在一个最优转速，钻具转速的优化结果存在一定的局限性。……