基于DEM的全断面竖井掘进机岩渣运移动态演化模拟OA
Simulation of dynamic evolution of rock muck migration in full-section shaft boring machine based on DEM
针对全断面竖井掘进机施工过程中岩渣运移效率瓶颈问题,基于离散元方法(DEM)构建数值模型,系统研究刀盘锥角对岩渣汇聚过程的动态影响规律.通过建立不同锥角(25°、30°、35°)刀盘数值模型,结合现场试验数据标定岩渣颗粒接触参数,实现岩渣运移全过程动态模拟.研究结果表明:当刀盘锥角不小于35°时,岩渣在重力驱动下可实现自组织运移,并快速完成聚渣运动,2 s 内形成明显流动带,50 s 时中心区域颗粒数量占比接近90%;当锥角降低至30°时,岩渣在旋转刀盘的刮渣作用下顺利向刀盘中心聚拢;当锥角为25°时,出现明显颗粒滞留现象,需额外辅助排渣装置.进一步构建完整出渣系统模型,仿真结果为优化后的35°锥角刀盘排渣效率可达90%以上,满足超大直径竖井施工要求.研究成果可为竖井掘进机刀盘结构优化提供理论依据.
Aiming at the bottleneck of rock muck migration efficiency during construction by full-section shaft boring machines,this study establishes a numerical model based on the discrete element method to systematically investigate the dynamic influence of cutterhead cone angles on muck aggregation processes.Numerical models with varying cone angles(25°,30°,35°)were developed,and particle contact parameters were calibrated using field test data to achieve dynamic simulation of the entire muck migration process.The results indicate that when the cutterhead cone angle≥35°,self-organized mi-gration for rock muk driven by gravity can be achieved,leading to formation of distinct flow channels within 2 s and accumulation of nearly 90%of particles in the central zone by 50 s.At 30°,muck re-quires scraping forces from the rotating cutterhead are required to converge rock muk toward the center,while a 25° cone angle induces significant particle retention,necessitating auxiliary discharge devices.A complete muck discharge system model further demonstrates that,with the optimized 35° cone angle,a discharge efficiency of over 90%can be achieved,meeting the requirements for super-large-diameter shaft construction.This research provides theoretical guidance for cutterhead structural optimization in shaft boring machines.
王旭东;董俊亮;姚满;丁张飞;杨志江;商翔宇;朱彬
神华新街能源有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017200神华新街能源有限责任公司,内蒙古 鄂尔多斯 017200中国铁建重工集团有限公司,湖南 长沙 410100中国铁建重工集团有限公司,湖南 长沙 410100中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116||中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏 徐州 221116中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116||中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏 徐州 221116中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏 徐州 221116||中国矿业大学深地工程智能建造与健康运维全国重点实验室,江苏 徐州 221116
矿业与冶金
全断面竖井掘进机离散元方法岩渣运移刀盘锥角排渣效率
full-section shaft boring machinediscrete element methodrock muck migrationcutter-head cone angledischarge efficiency
《矿业科学学报》 2026 (3)
570-577,8
国家能源集团科技创新项目(GJNY-22-131)
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