大采高工作面顶板支护设计及分析

通过对阳煤一筐8310大采高工作面液压支架选型及强度计算,提出了工作面液压支架的布置及合理性,通过工作面的回采检验和矿压规律的分析,验证了液压支架支护强度和效果满足了顶板支护的要求,为大采高工作面的液压支架选型提供了技术参数。     

特大采高液压支架增压增力复合护帮机构的研究

分析了特大采高液压支架护帮作用机理,提出了特大采高支架增压增力复合护帮机构的特点、工作原理、创新点及与现有设备的对比,特别提出在7 m以上大采高支架增压增力复合护帮机构在支架防护方面的使用效果。     

大比尺采场模型试验液压支架模拟系统研究及应用

液压支架模拟装置是采场模型试验的重要测试装置,为了精准测试模型试验中的支架运行工况,借鉴已有模拟装置的结构与功能特点,基于液压控制原理研制了适于大比尺采场模型试验的新型液压支架模拟系统,主要包括泵站动力系统、液压控制装置、模拟支架、支架工况监测装置和信号处理系统。力学标定结果表明,立柱油压与支架工作阻力保持良好的线性关系,线性回归相关系数达0.99以上,模拟支架具有线性度高、重复性好、力学性能稳定等特点。大比尺采场模型试验应用表明,该模拟系统能够模拟现场支架的运转特性,模拟支架的阻力变化特征能够反映顶板周期性来压过程。采场模型试验引入该模拟系统后,可以深入开展顶板来压特征、支架选型与适应性评价、支架与顶板相互作用关系等研究内容,为煤矿采场支护决策提供依据。     

大采高综采工作面过断层技术研究

大采高综采工作面采高大、液压支架重心较高,当回采过断层期间遇到煤层倾角变化、与顶板接触不良或者顶板垮落等问题时,容易出现支架压架甚至失稳等情况,从而制约煤炭安全回采。以13205大采高综采工作面开过F12断层为例,针对采面90～105号支架顶板及煤壁稳定性差、液压支架接顶不良以及冒顶、片帮发生率较高等问题,提出综合使用罗克休、马丽散对冒顶及围岩岩体不稳定性区进行治理。现场应用后,液压支架与顶板接触良好、工作阻力始终在正常范围内,取得较好的应用效果。     

浅埋深大采高综采工作面液压支架适应性分析

 为了研究6-2101综采工作面ZY8640/25.5/55液压支架的适应性,本文通过现场实测分析了液压支架的初撑力和工作阻力对工作面顶板控制效果、工作阻力分布规律及支架运转特性。分析结果表明本套支架6-2煤层开采适应性较好,支架选型能够满足该矿地质条件要求。研究结论为浅埋煤层大采高工作面支架选型和顶板控制提供了参考。     

大采高液压支架适应性与稳定性分析

为研究大采高液压支架的适应性和可靠性,基于大采高工作面矿压显现及顶板运移规律,采用理论计算和数值分析的方法,探讨了合理工作阻力和初撑力的确定,分析了支架稳定性影响因素。研究表明:适当提高液压支架工作阻力有利于减缓煤壁片帮和顶板破碎;提高初撑力能有效减小顶板初始下沉量,避免顶板离层;减小四连杆机构各部件的轴孔配合间隙能够增强支架本身的抗偏扭能力;大采高支架底座越宽、支架中心越低、初撑力越大,适应的倾角越大,稳定性越好。     

液压支架与围岩刚度耦合理论与应用

从刚度耦合方面对液压支架与采场围岩耦合关系进行了研究,给出了液压支架刚度定义并进行了增阻刚度测试,分析了液压支架与煤壁及顶底板刚度耦合关系,建立了相应的耦合方程,修正了现有液压支架支护强度计算公式,将液压支架与采场围岩的耦合关系由目前的定性分析深入到定量研究。结果表明,液压支架增阻刚度主要与立柱刚度有关,液压支架应当与采场围岩条件协调匹配,传统的液压支架支护强度计算是基于煤壁和支架都为刚体的假定前提条件下得出的结论,没有考虑支架刚度、顶板岩性和煤层硬度的耦合作用与影响,计算结果偏低。实践表明,刚度耦合理论能够很好地揭示液压支架与采场围岩的相互作用关系,可以对液压支架设计提供指导。     

松软厚煤层中大采高液压支架扶架实践

国产ZY15000/33/72D大采高液压支架首次在潞安集团王庄煤矿使用,由于工人对大采高支架操作不熟及8101工作面顶板松软破碎,工作面80~118号支架倒架、咬架情况严重,文章介绍了倒架后的扶架方法,为国产大采高支架在潞安矿区及类似松软厚煤层的使用提供了一定的经验。     

基于ANSYS有限元对液压支架前连杆的数值模拟

利用三维绘图软件Pro/E建立大采高液压支架前连杆的实体模型,根据大采高液压支架受力分析图对前连杆受力情况进行计算。利用ANSYS有限元分析软件的结构静力学分析模块和模态分析模块,对前连杆进行静力分析和模态分析,然后根据淮北矿业集团许疃矿7229工作面ZY11000/28/63型大采高液压支架受顶板周期来压的实际情况,结合ANSYS数值模拟的结果综合分析前连杆的受力情况和抗屈服能力,这对大采高液压支架的安全性以及机械化综采有着实际的指导意义。     

炮采放顶煤顶板控制方法

介绍了三软不稳定煤层炮采放顶煤工作面顶板控制参数的选择原则。采用单体液压支柱配合π型钢梁对棚支护的方法,增加了支架的支护强度,提高了支架的整体稳定性,能够有效地对顶板进行控制,为在三软不稳定煤层中推广炮采放顶煤技术提供了有益的借鉴。     

特厚煤层大采高综放工作面矿压及顶板破断特征

针对大采高综放工作面覆岩活动空间大、开采扰动强烈的特点,以不连沟煤矿特厚煤层大采高综放开采为背景,采用现场实测和理论分析等方法对大采高综放采场矿压及顶板运移破断特征进行分析,建立了大采高综放采场周期来压岩层破断的力学模型,得出了液压支架工作阻力的计算方法。结果表明:大采高综放工作面来压时安全阀开启频繁、顶板快速下沉,额定工作阻力13 800 kN的液压支架不能满足顶板控制的需要;开采空间的增大、直接顶厚度增大,低位基本顶转化为直接顶成为悬臂结构、高位基本顶形成砌体梁,二者形成"上位砌体梁-下位倒台阶组合悬臂结构";工作面来压强烈、动载明显、持续时间短的矿压现象是由于高位砌体梁结构滑落失稳造成的,据其力学特征确定了液压支架的工作阻力。     

深埋坚硬煤岩大采高长壁工作面矿压观测及显现规律

针对深埋坚硬煤岩大采高长壁工作面矿山压力显现强烈、煤壁片帮严重、顶板控制效果较差等问题,以红庆河煤矿3-1101大采高综采工作面为例,介绍了深埋坚硬煤岩大采高长壁工作面矿山压力的观测方案和实施方法。通过现场观测和相关数据分析,得出了该工作面矿山压力显现规律、特征、液压支架工作状态和工作面煤壁片帮等结果。提出了相应的安全技术措施和建议,以有效满足控制深埋坚硬煤岩大采高长壁工作面顶板和煤壁片帮的要求,为类似煤层的安全高效开采提供较好的参考依据。     

液压支架用三级卸荷大流量立柱液控单向阀的研制

随着煤矿开采技术向着大采高以及超大采高方向发展,液压支架支护高度也不断增加,支护强度和难度越来越大,要求液压支架立柱千斤顶具备大流量过液能力,满足支架快速降、移、升的同时,还要求立柱千斤顶大流量过液时降低压力冲击和振动。通过研制一种用于立柱千斤顶、采用三级卸荷回液的大流量立柱液控单向阀能够很好地解决这些问题。     

特厚煤层大采高综放面组合悬臂梁运动特征及支架阻力研究

针对直接顶岩层结构对大采高综放采场矿压显现影响较大的特点,基于关键层理论与岩块铰接条件,分析直接顶岩层运动特征及液压支架工作阻力合理确定方法,以准格尔地区某矿大采高综放工作面为例计算分析。研究表明,特厚煤层综放采场直接顶关键层及其上位直接顶形成组合悬臂梁结构,随工作面推进破断回转,与其后方的已破断岩层接触、分离滑落,其重量由后方已破断岩层与液压支架共同承担,其悬臂破断回转、与已断岩层接触、分离滑落的过程直接影响着工作面矿压显现。正常回采阶段液压支架仅承受顶煤及下位直接顶的荷载;来压阶段应保证承受顶煤、下位直接顶及组合悬臂梁破断所施加的荷载,才能防止支架压死、活柱急剧下缩等现象;依据其力学特征确定了大采高综放工作面合理的液压支架工作阻力。     

顶板来压识别与预测的复合小波神经网络方法

回采工作面支护阻力实测是我国矿压常规观测的主要内容，实测压力曲线记录了矿压的变化。结合单体支柱工作面矿压观测数据，应用复合小波神经网络方法对回采工作面基本顶来压进行了识别和预测，可有效地实时预测顶板来压特征来压步距与来压强度。     

基于ARAMIS M/E微震监测的大采高综放顶板活动规律

采用高精度微震监测技术,结合现场支架阻力观测,对大采高综放开采顶板活动规律进行了研究。研究表明：微震事件的频次和能量具有明显的周期性,微震事件在高度上的动态发展规律反映出大采高综放顶板来压存在大小周期现象,且这种现象与工作面宏观观测得到的周期来压具有一致性;根据微震监测和支架阻力观测结果得出大采高综放开采顶板为“悬臂梁-铰接岩梁”结构。     

大倾角煤层综采工作面液压支架失稳机理与控制

针对大倾角旋转俯伪斜大采高综采面液压支架稳定性控制特点,结合潘二矿12124综采工作面地质与工程条件,开展了破碎顶板和软煤条件液压支架与刮板输送机稳定性控制机理与方法研究。基于现场观测数据分析,构建了大倾角综采工作面液压支架倾倒与下滑两种失稳模式,对比分析了支架受力特征,揭示了支架失稳与煤层倾角、支架顶梁和直接顶的摩擦因数之间的关系。推导了液压支架带压移架的"带压临界值",提出了铺金属网带压擦顶追机移架方法。综合分析设计了旋采段回采调斜比例为1∶3,并确定了俯伪斜回采段输送机下滑量不应大于304 mm,并通过设置了防倒、防滑千斤顶的"三机"联合防倒滑措施,有效控制"三机"稳定性及片帮、冒顶,实现了大倾角厚煤层安全高效开采。     

煤炭安全高效综采理论、技术与装备的创新和实践

2030年之前我国以煤为主的能源格局难以改变,煤炭资源安全高效开采仍然面临一系列技术挑战。基于不同层位围岩破断的应力路径效应研究成果,研究了液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合作用原理,提出了液压支架适应围岩失稳的"三耦合"动态优化设计方法;针对厚煤层超大采高综采,建立了顶板岩层断裂失稳的"悬臂梁+砌体梁"力学模型,分析了"悬臂梁"破坏失稳的空间条件与力学条件。通过数值模拟方法分析了煤壁破坏的主要影响因素,得出了各影响因素对煤壁破坏的敏感度排序。研发了增容缓冲抗冲击立柱、液压支架群组协同控制系统及"大梯度+小台阶"配套方式,实现了金鸡滩煤矿8.0 m超大采高工作面安全高效开采;针对特厚煤层大采高放顶煤开采,研发了三级强扰动高效放煤机构与尾梁冲击破碎装置;针对薄煤层研发了调高范围为0.5~1.4 m的超大伸缩比液压支架,在黄陵一号煤矿实现了常态化远程监控、工作面无人操作的智能化开采。对未来需要突破的安全高效开采关键技术进行了展望,提出了稳定割煤与连续推进、高可靠性设计、综采设备机器人化及透明开采4个技术方向。     

特厚坚硬煤层超大采高综放开采支架-围岩结构耦合关系

针对榆神矿区坚硬特厚煤层综放开采所面临的顶煤悬顶距长、冒放性差、采出率低和采放不协调等问题,探讨了机采割煤高度6. 0 m以上的超大采高综放开采可行性和必要性,分析超大采高综放开采支架-围岩耦合关系,在支架-围岩强度、刚度和稳定性耦合的基础上,提出超大采高综放开采支架-围岩结构耦合理论。从液压支架与围岩相互作用机理角度,阐释了支架-围岩支护系统"小结构"初次耦合主动支撑和"大结构"二次耦合被动承载概念和理论,分析了围岩"大、小结构"耦合对工作面围岩支护效果和适应性的影响,指出综采放顶煤液压支架结构设计除需满足"小结构"支护系统适应"大结构"周期性破断失稳形成的强动载矿压外,还需考虑液压支架结构(特别是放煤机构结构)对顶煤冒放运移规律和支架载荷演化过程的影响,通过支架结构与顶煤冒放结构耦合实现顶煤顺利放出,提高顶煤采出率。采用理论分析、相似模拟、数值模拟和现场调研等研究方法,分析了坚硬顶煤冒落和放出结构以及冒放过程的成拱机理,讨论了液压支架结构高度对矿山压力显现强度、顶煤冒放结构和资源采出率的影响,研究了放煤机构结构对顶煤成拱结构的影响,以及放煤机构结构对顶煤的二次破碎作用,提出了强力放煤机构结构改进和优化策略,并对破煤机理和效果进行探讨,以期为相似坚硬特厚煤层综放开采支架-围岩耦合提拱理论指导和借鉴。     

薄煤层、大采高及放顶煤液压支架技术综述

根据我国综合机械化采煤的发展现状以及我国薄煤层和厚煤层的赋存条件,着重介绍并分析了薄煤层液压支架、大采高液压支架和放顶煤液压支架的特点,对其适应性也做了相应的阐述。