矿用防冲方形折纹薄壁构件吸能特性数值分析

为有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出了一种矿用防冲方形折纹薄壁构件,构件防冲体现在构件被压溃过程中吸收冲击能和压溃空间给煤岩提供了一定的能量释放空间。采用ABAQUS有限元软件模拟了不同壁厚、轴向堆积不同模块个数的构件的吸能特性,并与常规方形薄壁进行了对比分析。结果表明:1方形折纹薄壁构件与常规方形薄壁构件相比有较低的压溃峰值载荷,有较高的总吸能和比吸能,防冲性优势明显。2减小折纹薄壁构件的壁厚和减小模块长度来增加构件轴向模块个数均能有效降低压溃峰值载荷,但同时也降低了总吸能和比吸能。根据模拟结果,选定了矿用防冲方形折纹薄壁构件尺寸,并进行了实验研究,证明了模拟的准确性。防冲构件与现有支架相结合使用,可使现有支架成为顶梁防冲支架、底梁防冲支架、两帮防冲支架、防冲液压支柱等。

巷道防冲支架吸能构件屈曲吸能可靠性研究

薄壁预折纹方筒是目前矿井下使用的吸能防冲液压支架的核心吸能构件,其屈曲让位吸能的可靠性对支架的防冲功能具有决定性作用。为探究预折纹方筒实际应用时的可靠性,提出4个指标作为其评价依据,即屈曲临界力、让位阻力降、比吸能和菱形折纹变形数量,并通过室内试验和现场监测研究1∶1的预折纹方筒吸能构件的这4个指标。室内试验得到:预折纹方筒轴向压缩下屈曲临界力达2617 kN,让位阻力降是峰值的47%,比吸能达26.1 kJ/kg,8个菱形预折纹都能够正常折叠变形,4个指标与数值模拟计算结果都非常相近;预折纹方筒受偏心压缩时屈曲临界力达2658 kN,未受偏心压缩影响,但局部的菱形预折纹出现失效和异常变形的情况,让位阻力降达到峰值的60%,比吸能减少为23.6 kJ/kg。从2种试验结果的对比可见,偏心压缩对预折纹方筒屈曲让位吸能产生了明显影响,使其可靠性降低,因此提出设计一套刚性导向装置配合预折纹方筒的使用,以避免偏心压缩的情况出现。现场试验阶段,将预折纹方筒与刚性导向装置组合安装于巷道防冲支架中,在发生的几次大能量巷道冲击事件中,预折纹方筒发挥了快速屈曲让位吸能的作用,累计吸能量达136 kJ,证实了预折纹方筒可以达到较高的可靠性。综上,预折纹方筒在保证轴向压缩下能够实现预期的屈曲让位吸能作用,具有良好的可靠性,可以满足巷道防冲支架的使用需求。