超大采高工作面液压支架与围岩耦合作用关系

针对金鸡滩煤矿坚硬厚煤层赋存条件,提出了8.2 m超大采高一次采全厚开采方法,分析了超大采高工作面液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合关系及控制方法,研制了ZY21000/38/82D型超大采高液压支架及新结构。基于液压支架与围岩耦合作用关系,采用理论分析与数值模拟方法研究了超大采高液压支架合理工作阻力确定的“双因素”控制法;通过建立脆性坚硬厚煤层煤壁片帮的“拉裂-滑移”力学模型,得出了控制煤壁片帮发生滑移失稳的液压支架临界护帮力;分析了销轴铰接间隙对超大采高液压支架稳定性的影响及控制方法。通过创新研制大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,保证了超大采高液压支架与围岩系统的稳定性控制。     

高可靠性ф530mm立柱的研制

ф530 mm缸径双伸缩立柱的设计在材料选用、活塞及导向套密封的设计选型、制造过程中的工艺设计、工装设计等都有更高的要求。通过研制ф530 mm缸径的立柱,掌握了该规格立柱的设计及制造工艺,为大采高、高工作阻力支架的研制奠定基础。     

双伸缩立柱的有限元分析

为了分析φ340 mm双伸缩立柱的中心过载性能,由能量法推导出静载荷作用下双伸缩立柱液压缸缸内压力公式。根据国家最新关于液压支架立柱加载的试验标准,对φ340 mm双伸缩立柱进行1.5倍额定载荷强度分析、2倍额定载荷强度分析以及大于10 000 kg重物冲击的动态载荷强度分析。经过ANSYS仿真计算,得到了不同加载条件下立柱液压缸的应力及变形云图。结果显示:当对立柱进行2倍额定工作压力加载时,中缸的最大应力值超过材料的屈服强度极限,需进行加强处理。仿真结果可为液压支架立柱的中心过载试验提供依据。     

回撤掩护支架大缸径双伸缩立柱设计

针对回撤掩护支架的使用要求,设计出大缸径双伸缩立柱。通过立柱模型,研究了大缸径双伸缩立柱的强度计算方法,完成对立柱缸筒、活柱稳定性及强度计算校核,其计算方法能为相关的设计提供理论依据。     

综采工作面液压支架立柱挠度影响因素试验分析及其仿真

采用量纲分析法和流固耦合仿真技术对3种缸径液压支架的双伸缩立柱进行分析研究,建立液压支架立柱挠度与影响其数值的因素之间的无量纲关系式,并得到立柱挠度的计算公式,可适用于单伸缩和多伸缩立柱挠度值计算.通过研究分析表明:在实际应用过程中,提高支架立柱的初撑力,可以大大减小工作阻力增加对立柱挠度变化的影响.     

φ500缸径液压支架立柱的优化设计

阐述了φ500缸径液压支架立柱缸径参数的选择,介绍了立柱的优化结构与特点,运用三维有限元分析验证立柱的稳定性与强度,分析了φ500缸径立柱研制成功的重要意义。     

8.8 m超大采高综采工作面围岩控制关键装置优化设计

根据上湾煤矿8.8 m超大采高工作面围岩稳定性控制要求,对顶板支护、煤壁片帮防治和漏矸导流等关键装置进行了优化设计。结果表明:通过采用φ600 mm大缸径立柱和分级泄液大流量安全阀相互配合,实现了对顶板控制和缸体安全的统一;优化设计的伸缩梁与三级护帮板非随行式机构降低了响应延时,减少了煤壁及顶板的空顶时间,降低了冒顶、片帮事故的发生概率;L形防漏矸装置有效杜绝了因移架和相邻支架缝隙过大造成的漏矸伤人风险。通过优化设计的围岩控制关键装置为8.8 m安全回采提供了可靠保障。     

大采高液压支架结构优化设计及适应性分析

针对大采高工作面动载矿压显现、煤壁易片帮等问题,基于红柳林煤矿7.0 m大采高开采实践,建立了大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"结构模型及支架与围岩的简化动力学模型,确定了7.0 m大采高液压支架合理工作阻力;对比分析了大采高液压支架架型、护帮结构对围岩的适应性,进行了大采高液压支架结构优化设计及适应性分析。研究结果表明:将大采高工作面"砌体梁"结构上方岩层作为动力学模型的边界条件,以支架立柱的抗冲击特性要求为理论判据,通过动力学仿真计算可得大采高支架的合理工作阻力。两柱掩护式大采高支架较四柱支撑掩护式支架具有支护强度大、四连杆稳定机构受力状态好、质量轻等优点;护帮板与伸缩梁分体结构的护帮力、合力作用位置及可靠性均优于护帮板与伸缩梁连体结构;设计采用抗冲击双伸缩立柱、高压升柱系统等,提高了大采高液压支架对围岩的适应性。     

?420/?290 mm双伸缩立柱的稳定性计算

立柱不但要求高承载力,还要根据支架支护高度的要求具有一定的伸缩行程,立柱的设计是否合理直接影响到液压支架的整体质量和使用效果。根据?420/?290 mm双伸缩立柱的技术参数,通过对立柱的稳定性进行计算,验证了设计参数的合理性,也为类似大缸径立柱的设计、优化提供了参考依据。     

冲击载荷下的液压支架双伸缩立柱可靠性分析

计算了冲击载荷时液压支架双伸缩立柱的受力及整个过程中各级液压缸所受到的最大压力,并通过有限元Msc.Marc Mentat软件分析了最大压力下双伸缩立柱整体弯曲变形,液压支架双伸缩立柱中缸的应力、应变及镀层脱落的部位,为设计安全、可靠的液压支架提供了理论依据。     

液压支架支柱标准化系列化研究

根据矿用立柱型式试验检测规范,用油缸应力分析理论,按等强度满应力优化设计方法,求出单伸缩、液压双伸缩和机械加长双伸缩立柱给定载荷型谱的优化断面设计。在此基础上提出了对《矿用液压支架立柱、千斤顶的缸径、柱径系列》部颁标准 MT94—84的修改建议。     

液压支架双伸缩立柱强度计算方法

依据我国煤炭行业标准MT313-1992《液压支架立柱技术条件》,通过建立双伸缩立柱计算模型,研究了双伸缩立柱强度计算方法,以某360型双伸缩立柱为例,根据其结构特点,分别进行了全行程伸出加1.5倍额定轴向载荷时活柱、中缸和外缸强度计算。结论认为,该型立柱强度储备良好,计算方法合理,可为相关设计计算提供依据。     

7 m超大采高开采关键技术及液压支架优化设计

针对厚及特厚煤层超大采高综采因采高加大造成的矿压强、煤壁稳定性控制难问题,通过理论分析和数值模拟综合分析法,设计采用Φ530 mm大缸径立柱提高液压支架控顶效果,降低超前支承压力和顶板对煤壁的影响,通过37.5 MPa高泵压和3 500 mm护帮板等综合配合提高煤壁稳定性维护效果,通过四连杆优化设计等提高液压支架稳定性,为超大采高安全、高效开采提供了保障。     

超大采高智能化综采成套技术与装备研发及适应性研究

针对晋陕蒙大型煤炭基地6~9m坚硬厚煤层赋存条件,研究了6~8m超大采高一次采全厚开采关键技术与装备,分析确定了液压支架对围岩控制的六个可控性因素,其中合理的支架初撑力与工作阻力应同时满足支架对顶板与煤壁的有效控制。通过研发Φ500~600mm大缸径抗冲击立柱、控制阀组及供液系统,保障了支架对顶板的支护能力及移架速度。优化设计了超大采高液压支架三级协动护帮装置,开发了Q890~Q1150液压支架用高强度易焊接结构钢,通过轻量化设计实现支架减重15%。研究了超大采高工作面端头大梯度直接过渡配套方式,有效提高了煤炭资源回采率。研究了基于工业以太网的环境及装备智能感知系统,实现了工作面设备间的智能联动与一键启停控制。通过对6~8m超大采高综采成套装备及技术研究与实践,提出了超大采高综采技术装备的适应条件及实施的技术经济性。     

LQS20000大缸径立柱液压加载CAT系统设计

针对应用于大采高液压支架立柱的试验问题,结合新发布的GB25974.2-2010煤矿用液压支架第2部分《立柱和千斤顶技术条件》标准要求,设计了20 000 k N工作阻力的立柱加载试验系统。该试验系统主要由乳化液泵站、增压加载系统、加载试验台和CAT系统等部分组成;通过实际应用表明,该试验台结构合理、性能稳定,能够满足准630 mm缸径以下所有液压支架立柱的出厂试验要求。     

8.2m超大采高综采成套装备研制及应用

针对6~8m厚煤层大采高一次采全厚综采技术与装备难题,以金鸡滩煤矿2-2上煤层赋存条件为基础,通过建立超大采高工作面顶板岩层断裂的"悬臂梁+砌体梁"力学模型及煤壁片帮的"拉裂-滑移"力学模型,研究了超大采高工作面顶板岩层断裂结构及煤壁片帮力学机理,研制了8.2m超大采高综采成套装备,实现了金鸡滩煤矿8.2m超大采高工作面安全、高效、高回采率开采。研究结果表明,通过液压支架与围岩的耦合动力学模型可以确定顶板岩层对液压支架的冲击动载荷,煤壁的破坏深度与开采高度、矿山压力呈正相关性,与煤体强度呈负相关性。通过设计研发大缸径抗冲击双伸缩立柱、三级协动护帮装置等新结构,提高了超大采高液压支架对围岩的适应性。通过研制大运量变频控制刮板输送机及新结构,解决了超大采高工作面瞬间煤量大、煤量变化大、片帮煤易压死刮板输送机等问题。研制了8.2m超大采高综采成套装备,设计采用"大梯度+小台阶"过渡配套方式,解决了端头煤损失问题。金鸡滩煤矿8.2m超大采高工作面日产5.7万t,月产达到150万t以上,实现了安全、高效、高回采率开采。     

液压支架立柱强度计算程序设计

立柱是液压支架的主要部件之一,校核立柱强度安全系数是项重要工作。在分析了双伸缩立柱受力的基础上,建立了双伸缩立柱各段最大弯矩计算的数学模型,编写了立柱各段强度安全系数的计算程序。     

大缸径液压支架立柱动载过载试验系统研究

立柱是超大采高、大阻力的综采液压支架的主要受力部件。新国标要求对液压支架立柱进行动载过载试验,现有的试验系统不能满足要求。本试验系统采用蓄能器组件及组合冲击缸,将高压液储存在蓄能器中,通过快速释放高压液到冲击缸中,冲击缸再作用到被测立柱上,立柱内腔压力瞬间升高,模拟顶板突然来压时立柱内腔压力快速升高、安全阀快速开启并溢流释放的实际工况。通过设计计算,确定了系统核心部件的各项参数,满足试验系统在30 ms内达到冲击试验的流量及压力要求,最终研制出满足新国标要求的液压支架立柱动载过载试验系统。     

基于新国标的双伸缩立柱设计计算

讨论了GB25974.2-2010《液压支架立柱技术条件》要求下的双伸缩立柱的强度和稳定性的计算方法,并进行实例计算,通过对计算结果的分析,提出双伸缩立柱设计计算时应注意的问题。     

液压支架快速移架过程中工作参数的匹配与优化

在保证液压支架初撑力基础上实现快速移架是综采工作面支护的一个难题,通过分析大采高液压支架双伸缩立柱控制系统的工作原理,建立了液压支架升降柱过程的状态方程,基于功率键合图,运用仿真软件AMEsim对液压支架立柱系统建立仿真模型,研究液压支架移架过程的动态特性。对泵站流量、伸缩缸的升降位移、伸缩缸与管路接口、液控单向阀的通流面积、供液管径等工作参数优化匹配,获得提升液压支移架速度的有效途径。