落煤角与接触角对煤岩与尾梁动态响应的影响分析

综采放顶煤过程中大量的煤岩垮落会对放顶煤液压支架带来巨大冲击,甚至会导致设备损坏.为研究不同落煤方式下液压支架尾梁受冲击后的受力以及响应特性,在ADAMS中建立了放顶煤液压支架的刚柔耦合模型,利用弹簧阻尼系统等效替换平衡千斤顶,采用Hertz接触理论确定了接触参数.基于该模型,对煤岩颗粒以不同落煤角度和不同接触角度冲击...     

推进我国放顶煤液压支架改革的建议

当前我国放顶煤综采存在煤层条件多样性与放顶煤支架支护型式和放煤位置单一化的矛盾。支架支护型式,除了两柱、四柱以外,建议开发三柱支架以改善适应性;煤层冒放性的差异,是高位、中位和低位放煤方法存在和使用的依据;目前广泛采用的小步距放煤和开放式放煤插板不仅造成严重混矸漏矸,也妨碍顶煤回收率的进一步提高,建议采用大步距放煤和可关闭放煤口;液压支架四连杆稳定机构,制约了新型放顶煤液压支架的开发,介绍了液压支架伸缩杆稳定机构及全掩护拖移高位、中位和低位放煤尾梁。全面解决支护和冒放等难题,关键在于开发和采用由上述两项新技术结合而成的新型放顶煤液压支架———伸缩杆尾梁放顶煤液压支架(专利号:02240093.1)。     

结构参数和外载荷形式对放顶煤液压支架的综合影响分析

为研究放顶煤液压支架在工作过程中的影响因素,从支架的结构参数、外载荷形式、尾梁受冲击载荷三方面对放顶煤液压支架进行分析。分别对 4 组结构参数不同的放顶煤液压支架进行建模,采用线性弹簧阻尼器等效替代前后立柱,并在 ADAMS 中对顶梁分别施加 5 种不同形式外载荷进行受力分析,确定了受力最优的液压支架。在此基础上,当顶梁承受偏心载荷、前端扭转载荷、横向中间载荷时,对受力最优的液压支架进行尾梁不同位置承受冲击载荷时的受力仿真分析。结果表明,放顶煤液压支架的受力状况受四连杆结构参数和立柱倾角的共同影响,冲击载荷作用在尾梁时,液压支架力变化情况同时取决于顶梁承受外载荷形式和冲击点位置。     

放顶煤液压支架与围岩智能耦合控制方法的研究

为实现放顶煤液压支架与围岩的智能耦合控制,以整个采场上覆岩层、煤层、放顶煤液压支架组成的支撑体系为研究对象,建立放顶煤工作面液压支架与围岩力学系统模型,通过对放顶煤液压支架放煤耦合姿态进行分析,得出放顶煤支架出现"低头"现象的原因。在液压支架相应位置布置倾角传感器和压力传感器,通过计算比较测得的数据,实现液压支架姿态的自动调整,进而实现与围岩顶煤的智能耦合。     

ZFG10800/23/38放顶煤过渡液压支架放煤装置的设计

ZFG10800/23/38放顶煤过渡液压支架复式尾梁放煤装置是根据煤矿井下掘进巷道工作面的实际要求和具体应用,设计开发出的新产品。文章详细介绍了ZFG10800/23/38放顶煤过渡液压支架复式尾梁放煤装置的性能、特点、主要机构及其作用,为矿井过渡液压支架放煤提供了可靠安全的设备。     

基于尾梁振动信号采集的煤矸识别智能放煤方法研究

通过在放顶煤液压支架尾梁上安装振动传感器对煤矸冲击产生的信号进行识别。基于液压支架尾梁冲击振动信号的数学建模,给出了振动传感器型号,采用比对试验方法确定对其最佳安装位置。根据现场试验验证了该方法对煤矸差异的可辨识性和可控性。煤矸识别智能放煤方法结合了综放工作面液压支架电液控制系统在经济效益和安全作业两方面的突出优点。     

综放工作面低位放顶煤液压支架安装插板技术研究

放顶煤液压支架插板不仅支撑采空区,还承受放煤过程的振荡冲击,支架插板工况尤为关键。余吾煤业N2103工作面安装的低位放顶煤液压支架使用时间长,导致部分插板顶连接销轴断裂和活塞杆弯曲,进而插板不能回收和插板跌出尾梁腔体,影响后溜放煤和管理采空区。为对缺失的支架插板进行补充,采用提前铺设双网和上工字钢的方式加强支架顶板管理。安装插板时,先将插板顶连接到尾梁耳销上,再用固定在掩护梁上的倒链将插板吊起,适当调整尾梁和插板的角度方便,拉进尾梁体内,最后连接插板固定销轴。工业实践表明,现场应用效果明显,为类似条件的液压支架安装插板提供了有益参考。     

放顶煤液压支架架型的探讨

<正> 支架架型与围岩之间是否互相适应,是整套工作面设备能否成功的关键。本文试图探讨不同地质条件和不同放顶煤采煤法与支架架型的关系,以利于放顶煤液压支架的研制和选型。一、国内外放顶煤支架主要类型目前,放顶煤支架放煤方式、联接机构及输送机情况,大致可分为以下几种类型: 1.尾梁插板放煤型:这类支架的品种较多,以法国的MB17—28S型为典型(图1),我国的FY280支架也属于这种类型。这种支架有一个可上下摆动的尾梁,用以松动顶煤(摆动幅度在32°左右),并维持一个落煤空间。尾梁中间有一个液压控制的放煤插板,用于冒落顶煤和破碎大块煤,过煤口尺寸450×1500mm,支架重量8～9t,在放顶煤支架中属轻型,回收率高,放煤效果好。如尾梁或连杆的联接部位设计不合理,则支架的稳定性差。     

大采高放顶煤液压支架围岩耦合三维动态优化设计

分析了大采高综放顶煤破碎规律、直接顶和基本顶的破断规律,揭示了大采高综放开采矿压显现剧烈的原因;建立了大采高放顶煤支架围岩耦合的组合悬臂梁模型,提出大采高综放支架支护强度的确定方法;提出基于支架围岩耦合模型和有限元分析的大采高放顶煤液压支架三维参数优化动态设计方法,发明了大采高放顶煤液压支架新型放煤结构;进行了大采高放顶煤支架总体配套与工作过程仿真研究。     

综采放顶煤工作面过渡支架破网放煤装置的研究与应用

为有效管控综采放顶煤工作面两端头顶煤丢失导致的安全风险,提高工作面采出率,结合两端头支护和后部刮板输送机机头、机尾的要求,研制出一种用于综放工作面过渡支架顶煤回收的实用型破网装置。该装置以现有过渡支架液压系统和尾梁为基础,通过改造尾梁及插板,采用液压千斤顶为动力驱动插板端头刀齿机构,剪断顶网网丝。试验与应用表明,该装置一次操作可将80%～90%的金属网丝剪断形成破口,顶煤可随破口流入输送机内,调高尾梁伸出插板可减少放煤量直至关闭破口终止放煤,放煤效果良好,解决了工作面两端头过渡支架顶煤无法回收的难题,消除了顶煤丢失带来自然发火的隐患,取得了良好的经济和社会效益。     

矿井液压支架在动态力学条件下的结构强度分析研究

随着采矿深度的增加,矿井液压支架的运行状况逐渐恶化。液压支架的立柱和平衡千斤顶都被视为刚性结构部件,关系到液压支架的安全性,为了提高液压支架的可靠性,建立了基于刚性—柔性耦合的液压支架的刚度可变冲击动力仿真平台。首先,模拟了平行表面荷载、上升表面荷载和下荷载作用于上梁时液压支架的应力状态,识别了不同铰接缝的临界载荷;其次,发现了不同铰链接头对应的危险冲击位置;最后,总结了冲击荷载对液压支架应力状态的总体影响。结果表明,在6 000 kN冲击载荷下,支顶掩护梁铰接点最大力变化系数10.5,是最危险的铰接位置。     

综放开采技术在地质构造复杂区域的应用

在构造复杂区域,采用综放全走向大坡度方式开采。南山煤矿通过对ZF2000/16/24轻型低位放顶煤液压支架的推拉千斤顶联接头、液压系统管路、以及安装护帮板等采取一系列技术改造措施,顺利地实现了沿全走向大坡度开采,为今后在构造复杂块段进行科学设计和合理开采有限的煤炭资源,提供了可行的办法。     

基于分形盒维数和小波包能量矩的垮落煤岩性状识别

针对综放工作面垮落煤岩性状识别的技术问题,采集了综放开采现场垮落煤岩冲击液压支架后尾梁的振动信号,提出了一种基于分形盒维数和小波包能量矩的识别方法。该方法结合分形盒维数对非线性信号整体定量描述的特点和小波包能量矩对非线性信号在各频带精细描述的特点,先对振动信号进行分形特征分析,求出其盒维数,然后对振动信号进行小波包变换,并计算各频带的能量矩。以分形盒维数和小波包能量矩构造特征向量,并作为BP神经网络的输入来识别顶煤垮落和顶板岩石垮落两种工况。试验结果表明:分形盒维数和小波包能量矩构造的特征向量可用于识别垮落煤岩,识别率达到95%。     

同忻煤矿特厚煤层智能放煤关键技术研究与应用

通过分析矸石从采空区混入煤流、从掩护梁混入煤流和直接进入刮板输送机3种不同路径的特点,设计了高可靠性传感器;提出了区别于人工放煤的智能放煤工艺,在尾梁和插板千斤顶中安设行程传感器,实现了顶煤冒放的精准控制,提高了放煤控制系统的实用性和可靠性。     

特厚煤层大采高综采综放适应性评价和技术原理

针对厚煤层综采(放)开采过程中遇到的技术难题,提出了大采高综采(放)开采面临的3个科学问题,建立了基于技术经济分析的厚煤层开采方法适应性评价指标体系与评价模型。基于液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合原理,建立了液压支架与围岩的耦合动力学模型及煤壁片帮的“拉裂-滑移”力学模型,提出了大采高综采(放)液压支架合理工作阻力确定的“双因素”控制法。基于大采高综放工作面顶煤冒放性与煤壁稳定性控制的矛盾,提出了增大液压支架的初撑力及优化液压支架架型结构等方法缓解2者之间的矛盾。通过开发厚煤层大采高综采(放)关键技术与装备,实现了厚煤层的安全、高效、高回采率开采。     

坚硬顶板综放采场矿压的相似模拟研究

在忻州窑矿11#、12#煤层合并层赋存条件下,对坚硬顶板、坚硬煤层赋存条件下的综放采场矿压进行相似材料模拟试验,研究该特殊条件下的顶板运移及其来压规律,并确定了综放工作面液压支架载荷。     

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。     

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。     

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。     

基于ANSYS的薄煤层掩护式液压支架顶梁静态特性分析

根据薄煤层综采的特点,给出了薄煤层掩护式液压支架的总体结构方案,建立了顶梁的三维实体模型并进行了模型简化、网格划分和边界条件的确定,分析了顶梁受两端集中载荷和受单侧载荷2种工况的受力情况,分别对这2种工况施加了边界条件和载荷,通过计算结果分析了顶梁的静态特性,指出了薄煤层掩护式液压支架顶梁设计中存在的问题,并给出了解决方案和措施。