煤矿盾构机刀盘载荷特性仿真研究

李元源

doi:10.13436/j.mkjx.202611002

煤矿机械 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (11) : 9 -15. DOI: 10.13436/j.mkjx.202611002

煤矿盾构机刀盘载荷特性仿真研究

李元源

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摘要

针对煤矿复合岩层掘进过程中盾构机刀盘载荷非均匀分布、波动剧烈易造成结构损伤和施工事故的工程难题，开展了复合岩层条件下煤矿盾构机刀盘载荷特性研究。基于CSM经典滚刀受力模型，建立了复合岩层刀盘载荷等效模型和截面圆分层模型，推导出刀盘总推力、总扭矩、倾覆力矩和径向不平衡力的数学表达式；在MATLAB/Simulink环境下搭建了刀盘载荷动态仿真平台，系统分析了软硬岩比例、岩层强度差异、刀盘旋转过程对载荷波动特性的影响规律，开展了推力-扭矩耦合特性研究。研究表明：刀盘总推力和总扭矩随着软岩占比的增加呈线性下降趋势，软硬岩各占50%时为最大；载荷波动幅度随岩层强度的差异增大而增大，刀盘旋转过程中倾覆力矩的波动比推力和扭矩要敏感得多；固定贯入度下，刀盘推力与扭矩呈极强的线性正相关，扭矩/推力特征比值基本不变，且随贯入度增大略有上升。经工程案例验证，所建模型仿真结果与现场实测数据偏差在15%以内。研究成果可为煤矿盾构机刀盘结构优化设计、复合岩层掘进参数匹配、施工安全控制提供重要的理论支撑和工程指导。