特厚煤层综放采场支架合理工作阻力研究

采用微震监测技术、相似材料模拟试验和现场支架工作阻力宏观观测等方法,对15 m以上特厚煤层综放采场支架合理工作阻力进行研究。支架阻力宏观观测表明,正常情况和老顶来压情况下,支架安全阀开启都较为频繁,说明13 000 kN/架的支架额定工作阻力不能满足目前工作面开采的需要,支架工作阻力在正常情况下为9 000～12 000 kN/架,老顶来压时大于13 000 kN/架。通过相似模拟试验研究,得到特厚煤层综放采场支架工作阻力为:正常情况下,支架合理工作阻力为9 000～13 000 kN/架;低位老顶来压情况下,为13 000～17 500 kN/架;高位老顶动压情况下,为17 500～23 000 kN/架。微震监测结果表明,支架工作阻力在正常情况下平均为10 971.45 kN/架,异常来压时大于13 333.95 kN/架。将相似材料模拟试验、现场宏观观测和微地震监测研究结果进行定性对比研究,可得支架工作状态分为三类:正常情况、低位老顶来压和高位老顶来压。     

综放采场支架-围岩稳定性及控制研究

运用现场实测、理论分析、数值模拟等方法,对综放采场支架-围岩系统的稳定性及控制问题进行了深入的研究,在此基础上建立了综放采场支架与围岩相互作用的力学模型,提出了不同顶煤条件下端面顶板稳定性的控制原则,给出了不同顶煤条件下支架合理工作阻力的确定方法。 (1)通过对不同顶煤条件下的支架工作阻力的统计分析、顶煤位移活动规律分析及直接顶和顶煤破断角的分析,建立起了综放采场支架与围岩相互作用的力学模型; (2)研究了支架架型对端面顶板稳定性的影响,指出支架前柱初撑力、支架前柱到煤壁距离对端面顶板稳定性有重要影响; (3)研究了不同顶煤条件下端面顶板的稳定性,并首次提出了控制原则及极限端面距的概念,认为软煤条件应重点控制端面距在极限端面距范围内,中硬煤在于端面距与支架工作阻力的合理匹配,硬煤应重点研究顶煤的冒放性; (4)首次给出了不同顶煤条件下支架合理工作阻力的确定方法,认为软及中硬煤条件下可通过支护阻力-端面顶板下沉量曲线即端面顶板允许下沉量来确定,而传统的确定支架工作阻力的方法适用于硬煤条件下; (5)在现场实践基础上,开发出综放支架-围岩监控系统,并得到成功应用,取得了较好的社会经济效益。     

基于弹性独立支座的大采高综采工作面液压支架群组支护应力场理论与应用

根据液压支架承载特性,建立弹性独立支座的液压支架群组岩梁模型,采用离散型单跨梁方法得出液压支架群组刚度与载荷关系矩阵,给出在液压支架作用下岩梁挠度与液压支架群组支护阻力计算公式,推导出液压支架对顶板支护应力场矩阵方程,给出相应的简化计算方法。在此基础上,研究基于不同围岩条件和支架结构的液压支架群组支护应力场分布特性,并给出具体算例,同时指出了该理论的具体使用条件与发展方向。     

液压支架群组支护原理与承载特性

根据液压支架支护特性,建立液压支架群组弹性基础梁力学模型,得出顶板挠度与支护阻力解析关系式,在此基础上研究不同巷帮条件、支架刚度、顶板岩性、岩厚、采高等参数对顶板下沉量和液压支架支护阻力的影响,分析支架上方顶板来压特性与工作面长度的关系,解释普通长度工作面顶板来压特性以及超长工作面顶板来压规律。实例表明,基于弹性基础梁的液压群组计算模型具有实用价值,可以揭示液压支架群组支护阻力以及工作面支架上方顶板挠度变化情况与岩层破断规律。     

近距离采空区下大倾角厚煤层开采矿压显现规律研究

针对近距离煤层群采空区下综采工作面矿压显现规律的差异性,为预防大倾角工作面发生片帮、冒顶、压架等事故,需对多煤层开采支承压力分布、支架受力特征及控制进行深入的研究。以潘北矿5煤和4煤近距离大倾角煤层开采为背景,对工作面前方煤体塑性区范围进行较深入的理论分析,得到煤壁支承压力分布特征;并采用FLAC3D对12124工作面回采过程中围岩力学特征进行数值模拟,获得采空区下12124工作面前后方应力分布特征、应力峰值大小及位置;通过现场实测得到支架工作阻力分布特征、支架最大工作阻力及位置。研究结果揭示近距离采空区下大倾角厚煤层综采支承压力演化叠加机制,提出工作面矿压控制对策,取得良好的应用效果。     

复采工作面过冒顶区顶板断裂特征及控制研究

 针对复采工作面过冒顶区时工作面易发生煤壁滑帮、端面冒漏以及顶板来压强度大等特点,以晋煤集团圣华煤业3101复采工作面为工程背景,运用相似模拟对复采工作面过冒顶区时顶板破断特征、支承压力分布特征以及支架受力状态进行研究,依据相似模拟结果建立复采采场力学模型,推导液压支架支护强度的计算公式,提出复采工作面过冒顶区时的围岩控制技术。研究结果表明：(1) 工作面过冒顶区时采场顶板易形成大厚度、长跨距的超前大断裂;(2) 冒顶区弱化了顶板岩梁的应力传递,加剧了支承压力的荷重集度;(3) 液压支架受顶板超前大断裂的影响,支架工作阻力在通过冒顶区前呈突变性增加,模拟结果支架支护阻力最大值为16 200 kN,理论计算支架支护阻力为16 110.5 kN;(4) 复采工作面在通过冒顶区前必须对冒顶区进行注浆充填,同时给出支架工作阻力随充填体强度变化的关系式,为复采采场顶板控制提供理论依据。     

辛安煤矿1402工作面矿压显现规律研究

本文主要对辛安煤矿1402综放面液压支架工作阻力进行监测,研究支架受力运行状态、顶板来压特征及支架与围岩运移的适应程度等,确定综放面顶板初次来压和周期来压参数,包括来压步距和来压强度等,从而确定液压支架初撑力、支架工作阻力的经济合理值,同时检验 ZF8000/22/35支撑掩护式液压支架的支护效果,为该工作面顶板管理和矿井安全高效生产提供技术依据     

承插型盘扣式模板支架体系试验研究

为了研究一种新型承插型盘扣式速接架的力学性能,模拟现实的模板支架体系进行足尺试验研究,得到了荷载-位移曲线及受力实测数据,分析总结出模板支架各杆件的受力规律及特性。试验采用河砂和小钢板加载,充分考虑实际浇筑混凝土的加载特点,加载顺序仿照混凝土流动过程,使得模板支架受力更接近真实状态。试验证明承插型盘扣式模板支架具有较高的承载力,结构整体刚度好,满足超高大跨度模板支架体系设计承载力的要求。     

软岩巷道支架壁后充填与围岩关系的研究

支架的高阻和可确保软岩巷道稳定性的关键,受力条件恶凶制着软岩巷道支架支撑能力的发挥,实施支架壁后充填使支架及早承载和均匀受力,可大幅度提高支架的工作阻力,有效地控制巷道围岩地强烈变形,     

深井综放面沿空顺槽超前液压支架选型研究

 支架选型是应用顺槽超前液压支架支护技术的关键。以新巨龙矿井1302工作面沿空顺槽超前液压支架选型为工程背景,分析沿空面侧向岩层结构与首采面的差异及综放面沿空顺槽支架–围岩关系。基于力矩平衡关系,建立确定沿空顺槽超前支护强度的力学模型,提出以岩层回转角为控制对象的观点;采用基本顶位态方程对沿空顺槽围岩变形进行预计,运用弹性力学理论计算煤柱及沿空顺槽实体帮的承载力,并以不发生“挤架”为原则,推导出基本顶的临界回转角为2.7°,沿空顺槽超前支护的临界强度为0.50 MPa,从而选择型号为ZTC30000/25/50的液压支架。最后,应用沿空顺槽表面位移观测结果,验证所选支架的合理性。研究结果对沿空顺槽超前支护强度的确定及支架选型具有参考意义。     

大倾角综采工作面液压支架刚柔组合倾覆力矩平衡的支护原理及其应用

基于液压支架失稳特点,着重研究液压支架姿态失稳及其控制方法,提出液压支架"自撑、临拉、底推、顶挤"倾覆力矩平衡的三维支护原理和刚柔系数概念,采用倾覆力矩评定液压支架倾倒失稳条件,利用刚柔系数评价液压支架调节能力,基于静力学平衡条件建立液压支架下滑失稳和倾倒失稳2种姿态失稳的矩阵方程,定量分析大倾角综采工作面液压支架稳定性及其调节能力,给出大倾角工作面液压支架与围岩稳定性耦合状态方程,得出大倾角工作面液压支架保持稳定的基本条件。     

特长公路隧道洪积黏土围岩系统锚杆的作用效果研究

系统锚杆对于不同围岩的作用效果一直是业界学者研究的主要内容,新疆天山山脉地处高寒高海拔地区,围岩条件复杂,系统锚杆作用效果仍存在争论。该文依托东天山特长公路隧道建设项目,进行有、无系统锚杆的数值模拟和现场对比试验,对系统锚杆在洪积粉质黏土围岩的作用效果进行研究。数值模拟和现场试验测试内容包括:围岩压力、钢拱架应力、拱顶沉降、净空收敛、锚杆轴力。研究结果表明:系统锚杆在洪积粉质黏土围岩条件下作用效果并不明显。有、无系统锚杆的支护情况下围岩压力、拱顶沉降、净空收敛大小都基本相同,但布设系统锚杆断面的拱部以上钢拱架受力有不同大小的增长。锚杆轴力的数值模拟和现场试验测试数据存在差异,现场监测锚杆轴力为拱部受压、拱脚受拉,而数值模拟则均表现为受拉,两者锚杆轴力基本均在1~4kN之间。综合数值模拟和现场试验结果,在东天山洪积黏土围岩条件下取消系统锚杆能够缩短单个工序时长,保证支护结构尽早封闭成环,减少施工过程对工作人员的身体危害,达到良好的社会经济效益。     

古建筑顶升托换钢梁力学行为分析

对古建筑整体顶升工程托换结构施工中钢箱梁的顶推过程进行研究,重点分析了千斤顶的顶推力,托换钢箱梁的受力和变形特征。结果表明:千斤顶顶推力的理论计算结果与现场实测结果基本一致,有限元分析可以模拟工程实际;千斤顶最大顶推力随着顶推深度的增加而上升;托换钢箱梁在千斤顶顶推工作过程中不会破坏,能够满足强度要求;掏土后钢箱梁上下钢板的变形较小,能够满足刚度要求。     

采场支架工作阻力与顶板下沉量类双曲线关系的探讨

将直接顶视为可变形体,根据支架围岩关系的整体力学模型,从能量角度出发,证明了支架工作阻力与顶板下沉量存在类双曲线关系,并进一步探讨了直接顶高度,直接顶坚硬和蔼或损伤程度对此类双曲线关系的影响,其结果对现场支护设计有重要的指导意义。     

基于顶板切落的浅埋煤层开采支架工作阻力研究

针对浅埋煤层开采周期来压过程中顶板沿煤壁切落时支架工作阻力的确定方法进行研究。根据直接顶岩体在支承压力作用下破坏失稳的非线性变化特征,建立了由基本顶-直接顶-支架-矸石组成的系统力学模型,应用突变理论和岩石动力学相关分析方法,分别推导了系统失稳前静荷载和失稳后冲击动荷载作用下的支架压缩量表达式,获得了切顶过程中支架荷载的计算式,分析了其主要影响因素。通过对切顶时支架荷载的研究确定了其工作阻力的计算式。结果表明:直接顶的失稳破坏造成了顶板的切落,直接顶岩体的突跳量决定了冲击荷载的大小,系统失稳时的支架荷载除了与基本顶的周期来压步距、上覆岩层荷载、直接顶厚度有关外,还与支架和直接顶岩体的刚度比、直接顶岩体性质等因素相关。结合工程实例,验证了理论推导的合理性。理论研究成果对于分析切顶发生时的支架工作阻力大小,合理选择支架具有重要的工程意义。     

采场围岩整体力学模型及应用研究

 博士学位论文摘要　运用实验相似材料模拟、数值分析、理论分析等方法, 对采场支架2围岩关系中的老顶砌体梁结构的“S2R ”稳定条件, 直接顶岩层的破断角, 直接顶变形破坏特征, 直接顶内的应力场、位移场分布特征, 采场支架工作阻力2围岩下沉量关系等进行了细致深入的研究, 在此基础上建立了采场围岩整体力学模型, 给出支架临界工作阻力的确定方法。论文视直接顶为可变形体, 发现直接顶岩层破断角的大小与直接顶的强度及高度有关, 软弱直接顶的破断角为83°, 要远远大于坚硬直接顶的破断角(49°)。直接顶越坚硬, 破断角越小。随直接顶高度的增加, 坚硬直接顶破断角有一极限值。当直接顶高度为6 倍采高时, 此破断角的极限值为60°。直接顶顶部破断角的极限位置位于支架尾部垂直正上方, 不可能出现在此位置之后。分析了不同直接顶高度时的变形破坏特征, 得到传统的P 2$ l 双曲线关系并不适用于直接顶的高度成倍增加以后的情况。由此提出直接顶“临界高度”的概念, 即将老顶的给定变形压力为零时的直接顶的最小高度定义为直接顶的临界高度, 并将直接顶按临界高度分为三类: 零刚度、似零刚度、中间型刚度。应用弹性力学中能量原理分析了非零刚度直接顶的支架工作阻力与顶板下沉量的关系曲线为严格单调减少并且下凸的曲线, 具有类似于双曲线的变化性质, 即支架工作阻力与支架变形呈严格的非线性反变关系。由于综放开采条件下P 2$ l 双曲线关系不明显, 故应用顶板最大下沉量判别直接顶(含顶煤) 的稳定性已失去意义。论文首次应用离散元方法的最新成果UDEC 程序分析了综放开采端面顶板稳定性和支架工作阻力的关系。结果表明, 当端面距在一定范围之内时, 综放面端面顶板冒落状况与支架工作阻力及支护角度(即水平支护力) 密切相关; 加大支架工作阻力, 可以控制端面顶板的冒落。经计算得到的综放支架工作阻力P 和端面顶板下沉量$ ld 呈类双曲线关系, 完全不同于它的P 2$ l 关系。根据支架围岩的总体规律, 建立了采场直接顶为似刚度、似零刚度和中间型刚度三种条件下采场支架围岩的整体力学模型。在此基础上, 论述了支架合理工作阻力的确定原则。提出利用综放支架工作阻力2端面顶板下沉量曲线确定综放支架临界阻力的方法。对阳泉4 矿的计算结果表明, 当端面距为0. 5 m 时, 计算所得支架临界阻力和实测结果较为接近; 而当端面距为1 m 或1. 5 m 时, 支架临界阻力值却有较大幅度的提高。因此支架载荷为其额定工作阻力的一半时, 此时对端面空顶距的要求较高; 当支架载荷接近其额定工作阻力时, 则可以加大空顶距, 端面也不致于发生冒顶。因此在综放面实测的工作阻力尽管很小, 但从控制端面顶板的角度出发, 在设计综放支架时仍不能降低其工作阻力。     

桥梁施工满堂支架有限元分析

通过建立石浦高架桥某跨现浇箱梁满堂支架的有限元模型,计算分析支架系统的轴力、拉压应力及位移,以验证支架系统的安全性及数值计算的可靠性,结果表明:支架最大应力值与位移值均未超过钢管的强度值,支架系统的刚度和稳定性满足施工要求。     

某系杆拱桥施工支架设计及受力验算浅析

结合某系杆拱桥先梁后拱的施工方案,对其系杆和横梁采用满堂支架与贝雷梁支架相组合的支架体系进行了设计和受力验算。利用MIDAS有限元软件建立该支架体系所用的碗扣支架立杆模型、工字钢分配梁模型、贝雷梁支架模型、工字钢横梁模型和钢管桩模型等,并按照最新荷载组合原理进行了相应的加载分析,计算结果表明各模型在最不利荷载作用下的强度、刚度和稳定性均能满足相关规范和施工的要求。表明该工程设计的组合支架体系方案是科学合理的,可为同类工程施工提供一定参考。     

SAC液压支架电液控制系统在薄煤层的应用

以SAC液压支架电液控制系统在青磁窑煤矿8323工作面的应用为例,详细介绍国产液压支架电液控制系统的支架单动作控制、自动移架控制、支架成组动作控制、采煤机位置检测与自动化控制等功能和实现,最后预测国产电液控制系统的发展趋势。     

半铰接支架在大管径架空热力管道中的成功应用

结合目前城市供热设计的工程实例及工程中遇到的现实问题,提出了新型热力管道支架系统(采用固定支架+滑动支架+半铰接支架)来代替原有的混凝土固定支架+滑动支架。在精确计算推力的前提下,不仅可以满足工艺要求,使受力合理,而且有效地减小了支架及基础截面尺寸,使施工安装更便捷,系统稳定性更优。