综掘巷道超前支护装置支撑态动力学特性仿真研究

为提高综掘巷道的超前支护装置工作时的动力稳定性,针对其支撑态动力学特性仿真进行了研究.根据超前支护装置的结构和工作原理,利用拉格朗日方法,建立支护设备全支撑状态多自由度振动系统的动力学模型.建立模拟动力扰动下超前支护系统的仿真模型,为单组支架和整机模型施加扰动函数,基于Ansys分析软件进行了单组支架和整机不同状态时模态分析,分别得到不同状态的前6阶模态参数并进行对比分析.在模态分析基础上使用模态叠加法进行单组支架和整机的谐响应分析,研究其动力响应特性.对比整机和单组支架的谐响应分析结果,得到推移机构对提高超前支护装置适应性和工作稳定性有重要作用.     

超前支架速度、压力稳定切换控制策略研究

考虑到综掘巷道液压迈步式超前支架的工作原理,以及超前支架在支撑过程的实际工作特点,以提高支护效率、减小超前支架在支撑过程对顶板扰动影响为控制目标,研究一种超前支架速度、压力复合控制方法。该种控制方法采用伺服电机直驱定量泵代替传统电液比例阀进行速度、压力控制,使用模糊滑模变结构算法作为其控制策略。理论分析与实验结果表明,相比传统速度、压力控制方法,研究的控制方法能够减小从速度控制到压力控制时,超前支架对巷道顶板的冲击,提高支护效率,为综掘巷道液压迈步式超前支架装备的研发及控制策略的研究提供理论依据。     

挂卡式超前支护装置在掘进巷道中的应用

为了保证巷道安全快速掘进,加强巷道顶板安全管理,提高巷道顶板稳定性,防止巷道顶板垮落事故发生,大同煤矿集团虎龙沟煤业有限公司通过技术研究,对煤矿掘进巷道常用的几种超前支护装置主要存在的问题进行分析,并提出了挂卡式超前支护装置。通过实际应用,该支护装置自动化水平高,超前支护效果好,具有显著的应用成效。     

基于正负刚度匹配原理的大行程常力微动平台设计

为解决常力微动平台的正负刚度匹配问题,提出一种利用具有线性力学关系的正负刚度结构形成常力平台的设计思路。为了形成零刚度结构,分别设计了Z字型和梯形两种力—位移关系为线性的正刚度结构。将所设计的两种正刚度结构与具有线性负刚度力学特性的双稳态梁结构进行组合,设计了两种新型的常力微动平台。采用伪刚体方法建立了平台的力学模型,基于该模型采用正负刚度匹配原理确定平台的结构参数。制作样机并与具有非线性力学关系的正刚度结构平台进行比较分析,理论和实验结果表明所设计的平台的常力范围可达2.4 mm,比非线性结构组成的平台增大了1.3 mm,说明了常力平台设计的可行性。所提方法为常力微动平台设计提供了一种更为简易的设计思路。     

具有连续多行程恒力柔顺机构设计

为实现多段恒力功能,提出一种基于并联负刚度结构的多行程恒力柔顺机构设计方法。以一种新型余弦形曲梁作为负刚度结构,其负刚度行程大、线性度高,与具有正刚度特性的复合梁组合后,以实现连续两段恒力输出性能。采用伪刚体法和基于能量法的瑞利-里兹法建立多行程恒力柔顺机构的理论分析模型,有限元仿真结果验证理论模型的准确性。以提高恒力范围为目标,分析主要尺寸参数对力学特性的影响,优化初始尺寸参数。制作且测试优化后的恒力机构样机,实验结果表明恒力机构两段恒力范围分别为1 mm～6.8 mm、8.8 mm～14.4 mm,输出恒力分别约为7.7 N、19.7 N,证明了设计方法的有效性。     

新型掘进机机载超前支护的研制

基于传统型机栽超前支护装置的优缺点,重新设计制造一种新型机載超前支护装置。在继承传统型机载超前支护优点的同时,优化支护装置的结构,使其满足支护强度、长度、高度的要求,优化设计支护装置的液压系统,使之操作灵活、方便。应用ANSYS软件对主要结构件进行有限元强度校核,确保支护装置满足使用要求。     

一种磁斥力负刚度结构的线性优化设计

为降低负刚度结构刚度值的非线性程度,提高在整个振动位移范围内负刚度值的稳定性,扩大负刚度结构的可用振动位移范围,设计了一种基于磁斥力的负刚度结构设计,并给出确定其结构参数的具体方法.为此建立了新型负刚度结构的模型,确定需要设计的结构参数.分析刚度曲线的变化选择结构参数具体数值,使该结构的负刚度值满足要求.仿真结果表明,在相对较大的振动位移内,优化后的负刚度结构的刚度值非线性大幅降低,稳定性相较基于磁斥力的三磁体负刚度结构有大幅提升,达到了预期目的 ,可以为负刚度结构在各方面的设计和应用提供一定的理论参考.     

炭窑峪煤业22803动压影响巷道补强支护课题的研究与探索

22803工作面为特厚煤层放顶煤开采,运输顺槽超前应力显现明显,巷道围岩变形量大,巷道修复频繁。基于此,对22803运输顺槽进行专项锚杆支护设计,但由于原设计支护不能满足安全生产需要,特对该段区域进行了综合补强支护,改进后的支护设计实现了巷道围岩由表面到深部的一个大支护圈体承载结构,提高了破碎围岩整体强度,形成支护与围岩的深度共同承载结构,起到了稳定围岩的效果,同时也为类似矿井动压巷道支护提供了技术借鉴和宝贵经验。     

巷道气垛式前探梁临时支护装置的分析

针对大同煤矿集团燕子山矿掘进巷道传统机载前探超前支护装置在实际应用中主要存在的问题,设计了一套气垛式前探梁临时支护装置,并通过在5210巷掘进中进行应用发现,该装置不仅提高了超前支护效果,加快了巷道掘进速度,采用该装置后巷道在后期掘进期间未发生一起空顶顶板破碎、冒落事故,取得了显著安全效益。     

迈步式超前支护系统设计与支护特性研究

为提高综掘巷道的掘进效率、改善支护工艺,提出一种用于综掘巷道迎头顶板支护和自移式迈步式超前支护装备。分析巷道迎头顶板的力学特性和超前支护装备的工作原理,建立超前支护-顶板系统的力学模型,利用结构力学和材料力学相关理论建立顶板的挠度方程,借助计算机辅助软件求解顶板的变形规律。使用Ansys仿真软件对顶板及支护设备的变形量进行仿真。设计了超前支护实验样机,结合模拟顶板对超前支护装备的支护特性进行了模拟实验。实验结果表明,在超前支护装备的作用下,巷道顶板得到了有效支护,顶板变形量较小,其具有较高的工程应用价值。     

掘进巷道自移式临时支护装置应用

基于巷道掘进过程中传统临时支护装置,在支护过程中需人工移动,临时支护效果差、人工劳动作业强度大等技术难题,王家岭煤矿通过技术研究,设计了一套自移式临时支护装置。分析了该装置结构及工作原理,并在18104运输顺槽掘进中进行应用。实际应用效果表明：与传统丝杠式临时支护装置相比,自移式临时支护装置具有支护自动化水平高、支护断面大、支护效果好等优点,保证了巷道安全掘进,取得了显著应用成效。     

机械弹性车轮径向刚度和阻尼模型的分析

针对新型机械弹性车轮刚度特性,利用曲梁理论建立了弹性基础封闭圆环曲梁模型,对车轮刚度与輮轮抗弯刚度、铰链组弹性基础刚度及激振频率之间的关系进行了分析。结合车轮静态和动态试验分析结果,验证了根据曲梁理论所建模型的正确性,并分析了车轮刚度与车轮变形量、变形速率及激振频率之间的解析关系。根据分析结果建立了车轮刚度和阻尼的非线性解析模型,该模型反映了车轮变形量和激振频率对车轮刚度的影响,以及车轮变形速率和激振频率对车轮阻尼的影响,从而为车轮结构振动的进一步研究提供指导。     

寺河矿综采工作面回风巷道超前支护架的应用

介绍了能满足寺河矿综采工作面回风巷道超前支护的液压支架的性能及设计特点、基本结构、工作原理及使用效果,为综采工作面回风巷道超前支护机械化提供一种新思路。     

一种综掘巷道临时支护力学特性及振动特性研究

超前支护装备主要由两组可互相推移的框架组成,属于综掘巷道顶板临时支护的一种。为提高超前支护装备的稳定性、避免共振的发生,在分析超前支护装备工作原理的基础上,提出超前支护单组支撑状态的力学模型,采用拉格朗日方法和广义空间坐标系原理,建立超前支护装备的动力学数学模型和状态空间模型。以劳斯-赫尔维茨判据作为其动态稳定性判断条件,参考煤矿井下常用激扰力数学模型,结合Matlab和现代控制理论对超前支护单组支撑组的振动特性进行仿真,得出系统动态响应。最后,利用超前支护装备实验样机和振动测试系统,对超前支护装备进行模态分析,研究结果表明:超前支护装备易发生共振的频率范围约42.353 Hz~42.994 Hz。     

掘支锚联合机组支撑油缸多目标优化设计

研发了一种适用于综掘巷道的掘支锚联合机组。为提高掘支锚联合机组支护机构的安全性与稳定性,根据参数化建模和分析方法研究了支护结构支撑油缸刚度对结构频响特性的影响,以各支撑油缸的刚度为设计变量,结构的最大位移振幅最小及最大应力振幅最小为优化目标函数,对支撑油缸刚度进行优化设计,确定了各弹簧的最佳刚度,并进行了实验验证。结果表明：优化后模型在3个轴向的最大应力响应比优化前分别减小了96.72%、95.87%、96.65%;优化后模型的最大位移响应在Z轴方向虽然比之前略有增大,但X轴和Y轴方向分别减小了98.17%和74.61%;实验结果与仿真结果的固有频率最大误差为8.6%,且频响曲线变化规律基本一致,证明了优化设计的有效性。     

迈步式拱形超前支护装备的有限元分析及顶梁结构优化

为解决掘支失衡问题、提高掘进效率,设计了迈步式拱形超前支护装备。为研究该装置的结构稳定性,首先基于实际工况建立迈步式超前支护顶梁多点分布式静力学模型,并依据力法原理和奇异函数法列出顶梁应力、位移方程。然后运用有限元软件对单组支撑状态下冒顶工况进行静力学仿真,仿真结果表明支护顶梁存在应力集中现象,最大应力达192. 71 MPa,安全系数为1. 22。最后运用Ansys Workbench中Design Explorer模块对顶梁结构进行多目标尺寸优化,对优化后新模型再仿真,结果表明单个顶梁质量减少了7. 6%,整体应力降低了28. 3%,安全系数增至1. 70,说明优化后的超前支护结构具有良好的结构稳定性,得到的结论可为迈步式超前支护装备和类似支护装备的结构、尺寸设计及优化提供参考依据。     

弯矩作用下热塑性复合材料平面曲梁弹塑性特性分析

热塑性复合材料综合力学性能优异,具有广阔的应用前景.针对弯矩作用下热塑性复合材料平面曲梁进行了静力学建模及弹塑性特性分析.根据极坐标系下平面应力问题的基本方程,基于单参数塑性模型、相关塑性流动准则以及线性应变强化规律,建立了曲梁的控制方程,得到了曲梁应力和位移的解析解.在此基础上,系统分析了曲梁几何尺寸对截面应力分布的影响,并结合Hashin失效准则对曲梁失效形式进行判断.结果 表明,所建模型在研究热塑性复合材料平面纯弯曲梁弹塑性特性问题中准确有效,曲梁失效形式与径厚比密切相关.     

采煤工作面回采巷道超前支护技术研究

采煤工作面回采巷道超前支护段选用的超前支护技术对围岩控制效果有显著影响。按照应用时间顺序对回采巷道超前支护段使用的超前支护技术进行归纳总结,并指出各个技术应用优势及应用过程中存在问题。研究成果可为其他矿井回采巷道超前支护方式选择提供借鉴。     

工作面端头与回采巷道超前支护液压支架的应用研究

总结分析我国工作面端头与回采巷道的超前支护技术现状,提出解决工作面端头与回采巷道超前支护的技术途径,探究一种新型端头液压支架和超前支护液压支架的研制、技术特征,具体介绍支护系统及支护效果。     

煤矿大断面巷道超前临时支护技术研究

综采工作面巷道的快速掘进成巷作业是确保煤矿高效安全开采的前提,为实现大断面巷道的快速掘进作业,确保巷道开挖后的稳定性,对开挖后的大断面巷道应用超前临时支护系统进行锚固。通过现场应用发现,该超前临时支护系统可有效缓解巷道的变形,最大顶底板移近量控制在150 mm,支护效果较好,与原有支护设计相比巷道开挖速率也得到明显提高。