基于仿真模拟的气囊式巷道超前支架顶板支撑特性分析

考虑到目前常规钢制的超前支架顶梁与粗糙围岩接触时的接地比压高、集中应力大,对超前支架整机支护效率和掘进效率有较大影响,研究一种气囊式超前支架顶梁机构。采用气囊方式实现超前支架变刚度支护功能,使用分布式的变刚度气囊单元组成超前支架顶梁支撑机构。采用ABAQUS通用有限元软件针对文中提出的气囊式超前支架顶梁支撑机构的支撑特性进行仿真分析:钢制顶梁与粗糙不平整的围岩接触时,钢制顶梁与围岩接触面积较小,会产生较大的应力集中,而气囊式顶梁支撑机构在接触到粗糙度不平整的围岩时产生形变,从而增大接触面积,避免产生应力集中。研究的气囊式超前支架顶梁支撑机构,能够提高超前支架顶梁与围岩接触率40%以上,降低接触载荷60%以上,从而使超前支架顶梁接地比压控制在合理范围内,改善超前支架顶梁支撑机构的可靠性。研究结果可用于后续对于气囊式超前支架顶梁支撑机构的优化设计中。

拱形迈步自移式超前支架有限元分析

采用仿真软件对拱形迈步自移式超前支架进行准静态结构分析和模态分析,确定该机构的最佳振动频率,避免共振现象。结果显示,机构的最低固有频率为18.09 Hz,振动频率为8.25~12.32 Hz,因此在作业时不会发生共振现象。可为拱形巷道迈步自移式快速掘进机的结构优化提供参考。

ZQL型迈步自移式超前支架材料力学分析

为进一步探究迈步自移式超前支架的力学特点,以某煤矿企业的ZQL2×3000/18/37型迈步自移式超前支架为研究对象,通过有限元分析方法对其进行力学分析,以明确其应力分布情况,提出针对性的优化策略.从实际优化效果来看,该支架结构的力学性能得到显著改善,可为后续工作提供参考借鉴.

综掘巷道超前支架力学特性与支护参数研究

为了更好地提升矿井的巷道掘进效率,适应巷道表面不平坦的特殊情况,对超前支架进行了静力学仿真模拟,评价了超前支架群组非等强度支护效果。通过试验对比分析,得出以下结论:与等强联合支护方式的最大位移量相比,顶板在非等强联合支护下的最大位移量减少了约5%。由此可见,非等强联合支护方式对维持顶板的稳定性起到了一定作用。

单元式超前支架在综放工作面巷道支护中的应用

为解决单体液压支柱配合铰接顶梁支护强度小、劳动强度大及迈步前移式超前支架对顶板反复支撑破坏顶板的问题,唐阳煤矿首次在431综放工作面使用了单元式超前支架对巷道进行超前支护。详细介绍了单元式超前支架的安装、防倒防滑措施、超前支护质量标准以及使用过程中的安全技术措施,使用超前支架后,不仅减轻了工人的劳动强度,而且实现了矿井安全、高效生产。

巷道超前支架全支撑态动力学模型

设计了一种用于综掘巷道工作面顶板支护的迈步式超前支护装备,为提高该装备的工作稳定性,避免共振的产生,介绍了支护装备的结构和工作原理,利用拉格朗日方法,建立超前支架全支撑状态多自由度振动系统的动力学模型。基于自动控制理论,对超前支架动力学模型进行拉普拉斯变换,得到传递函数。基于现代控制理论,建立超前支架振动系统状态空间模型并给出参数,利用Matlab软件建立模拟动力扰动下超前支架系统的仿真模型,对振动系统进行仿真,得出系统动态响应。利用锤击试验得到振动系统模态参数,结合仿真结果,得到超前支架易产生共振频率为42.3~42.9 Hz。利用实验样机和测试仪器,对超前支架不同工作状态进行了振动实验,得到了前6阶的频率和阻尼比。

超前支架相似实验样机研制及其与顶板耦合力学实验

针对大型综掘巷道超前支架体积大,不易于在实验室中对其进行全面动力学特性以及其与围岩耦合力学特性的实验研究等问题,根据相似理论,建立缩比为1∶8的相似实验模型样机。并建立了模拟巷道顶板的实验平台和测量基准框架。对超前支架和顶板耦合系统进行力学实验,测量在无支护和有支护,静态加载和动态加载情况下,顶板和支架顶梁的变形和受力情况。最后对模型样机进行模态实验分析,测得两者前6阶的固有频率以及各阶的模态阵型。通过基于相似理论搭建的实验样机和实验平台能够实现在条件有限的实验室条件下对超前支架进行静、动力学实验和测试,有助于节约设备研发成本以及提高设备质量。

巷道超前支架的电液伺服位置压力复合控制方法

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中的实际工作特点,以提高支撑效率、减小超前支架在支撑过程对顶板扰动影响为控制目标,提出了一种电液伺服位置压力复合控制方法。该方法采用模糊切换控制器进行电液位置与电液压力控制的转换。对该方法进行了数字模拟仿真与样机模拟实验,理论分析与实验结果表明,该控制方法能够有效地使超前支架在从未支撑态以最快速度转换到支撑态,并且能够在位置控制与压力控制之间实现无冲击切换,以降低支架对顶板的扰动。研究结果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了理论依据。

超前支架迈步过程稳定控制方法研究

为提高巷道超前支架迈步前移过程的稳定性和安全性,建立一种基于液压油液体积平均释放原则的迈步稳定控制方法。用软件仿真及样机实测的方法,检验所提出控制方法的控制效果。结果表明,与传统的直线、对数曲线、指数曲线的阀芯位移控制方法相比,应用所建立的方法,设备迈步过程支撑力波动最小,稳定过程耗时最短,为2.2 s,顶板变形量最小,最大值约为4.74 mm。而采用对数曲线控制方式效果最差,稳定过程耗时3.8 s,顶板变形量最大值达到9.48 mm。

深部综掘巷道超前支架设计与支护性能分析

针对综掘工作面环境恶劣,掘支锚时间比例严重失调现状,提出了一种新型综掘巷道超前支护机组,具有超前支护、多工位并行作业的特点。介绍了该支护机组的结构组成和工作原理,重点讨论了该支护机组的关键装备超前支架的结构和力学模型。以旗山矿地质条件为例利用FLAC^(3D)软件,基于围岩—超前支架力学耦合模型仿真计算得到超前支架的载荷,导入Ansys软件并计算得到支架整体和各零件的应力云图、位移云图,分析了支架的应力和应变情况。仿真结果表明:支架的最大位移为8 mm,与支架整体尺寸相比可以忽略,最大应力为737.84 MPa,小于材料的屈服强度890 MPa,故所设计的支架能够承受该矿围岩的压力,支架的薄弱环节为顶梁、伸缩梁和护帮板,在后续的工程设计时应予以重视。此方法可实现掘支锚平行作业,巷道的快速掘进和安全生产,可为综掘巷道超前支护提供新的思路。

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。

大采高综采面运输巷超前支架应用分析

为了解决红柳林煤矿传统的单体液压支柱已经不适合大采高综采工作面运输巷超前支护的技术问题,通过理论计算和现场调研设计制造了ZLJ2X1960/32/46型自移式超前支架,并介绍了超前支架的主要结构和操作流程。

掘进机扰动下超前支架动态响应特性分析

为研究掘进机扰动作用下超前支架动态响应特性,基于块系覆岩理论,构造超前支架-顶板耦合动力学模型,根据截齿截割阻力经验公式和牵引阻力经验公式推导截割头竖向受力公式,将其作为掘进机扰动激励,进行超前支架扰动作用下支架动态响应仿真与试验分析。结果表明：当超前支架-顶板接触刚度与超前支架支护刚度分别增加到2.5×10^6kg/s^2时,超前支架与顶板的位移幅值分别减小了66.78%和54.73%、58.91%和63.78%;当接触刚度增大至临界值1.5×10^6kg/s^2后,其对顶板位移变化量抑制作用减小。结果说明增加接触刚度或支护刚度均可减小掘进机扰动对超前支架的影响;当接触刚度达到某一临界值,顶板下沉量将趋于稳定。

自移式超前支架支护效果分析

介绍了自移式超前支架主要特征,技术参数,对自移式超前支架的支护能力进行了分析,通过理论分析和现场矿山压力测试,证明所设计的自移式超前支架结构合理,性能稳定,安全可靠,在条件适宜的矿井具有推广价值。

综掘巷道超前支架相似实验样机理论与实验研究

为了在实验室条件下,对综掘巷道超前支架进行动静力学实验分析,根据物理学相似关系,建立了超前支架原型机与实验样机的相似准则,确定了实验样机的主要参数,建立了实验样机。通过线性系统振型叠加的理论方法对实验样机进行了模态分析,并与模态实验结果进行了对比。通过理论方法对顶板在无支护、超前支架单组支护和双组支护下的力学特性进行分析,并与建立的实验平台得到的实验数据进行了对比分析。研究结果表明,模态分析的理论与实验结果误差最大值为12.57%,支架与顶板耦合力学的理论与实验结果误差最大值为14.80%,均低于20%,满足研究误差要求,验证了研究结果的可靠性。

巷道超前支架相似模型试验研究

针对大型综掘巷道超前支架体积大,不易在实验室中对其进行动力学特性试验研究等问题,基于相似理论,建立比例为1:8的相似试验模型。分别对原型机和试验模型进行模态试验分析,测得两者固有频率以及各阶的模态阵型。试验结果表明:原型机和试验模型的各阶模态阵型基本一致。由试验得到的原型机固有频率与由相似原理推算原型机固有频率的平均误差为4.72%,最大值为7.93%。对按比例制作的试验模型进行模态分析以及动力学特性研究,基本上能够反映原型机的动力学特性。

基于ANSYS Workbench的垛式超前支架有限元分析

以用于大采高综采工作面两顺槽巷道超前支护的ZZ20000/22/44D型大工作阻力垛式支架为研究对象,运用Solidworks软件对其进行三维模型建立,并导入ANSYS Workbench软件中,进行合理简化后构建垛式超前支架的有限元模型,定义接触与边界条件。采用内加载方式对支架在顶梁偏载、底座两端集中载荷以及顶梁扭转、底座偏载2种较恶劣的工况下的受力状态进行整架有限元模拟分析。

超前支架在陈四楼煤矿的应用

采煤工作面回采期间,为配合工作面推进,轨道运输巷超前支护需循环替棚。在回采过程中,陈四楼煤矿21002采煤工作面轨道运输巷先后采用了2种超前支护形式:"П型梁+单体柱"和ZT2×3200/15/30型超前支架。结果表明,超前支架在该工作面的应用保证了轨道运输巷超前支护的质量,且经济效益良好。

自移式超前支架应用及分析

针对塔山煤矿8210综采工作面邻空巷道采用单体支柱加木垛的老旧支护方式存在支护强度不足、工作量大等问题,将工作面尾部超前支护形式改用超前支架,通过各方面的改进和优化,使其适合塔山煤矿石炭二叠纪煤层特点和邻空巷道顶板压力控制。使用超前支架后,超前支护工作量大幅降低,同时超前支护范围内作业人员的安全性相对单体支柱加木垛的老旧支护方式大幅提高。

红柳林煤矿回风巷超前支架研制

根据红柳林煤矿综采工作面回风巷的支护要求,研制了ZTC16044/27/50型超前支架,分析了超前支架的主要技术参数要求,介绍了超前支架的结构特点、技术参数、操作要求以及采用该型支架后的使用情况。