两柱掩护式放顶煤液压支架架体结构仿真研究

基于数值计算软件MATLAB对两柱掩护式放顶煤液压支架架体结构进行仿真分析,进而提出液压支架四连杆机构参数化设计。具体仿真分析中先采用快速图解方法获取确定掩护梁和前连杆长度,并由此实施仿真分析,并结合机械加工中所考虑的测量精度以及加工精度等问题,对液压支架四连杆机构参数进行合理优化调整,最后将优化后的参数化设计应用于工程实践,确认设计具有一定可行性。

两柱掩护式液压支架有限元仿真及优化研究

将基于ZY10000/19/38型两柱掩护式液压支架基本结构,通过有限元分析软件构建两柱掩护式液压支架有限元模型,并以此为基础进行两柱掩护式液压支架有限元仿真分析,根据分析结果提出液压支架结构优化方案,最终将优化方案应用于工程实践,检验优化方案的可用价值。

两柱掩护式液压支架初撑过程的机构演化机理

针对两柱掩护式液压支架初撑过程的机构演化机理不明问题,建立了两柱掩护式液压支架的平面运动学模型,得到了两柱掩护式液压支架发生机构演化的必要条件,提出了平衡千斤顶与立柱的主动协同控制策略。理论分析和试验研究表明:两柱掩护式液压支架初撑过程是否发生机构演化取决于顶梁的接顶姿态和平衡千斤顶状态;顶梁以仰头姿态接触顶板,顶梁由摇杆演化为“摇杆+滑块”,且平衡千斤顶为刚性件时,底座由机架演化为摇杆;平衡千斤顶为刚性件时,随立柱伸长,顶梁的运动形式为沿顶板向煤壁方向的滑移和向顶板方向的旋转,底座的运动形式为绕底座前端向煤壁方向的旋转,顶梁和底座的运动轨迹均呈二次函数变化,且顶梁仰头角度越大,顶梁前端滑移量和底座后端抬起量越大;平衡千斤顶为浮动件时,随立柱伸长,顶梁的运动形式为沿顶板的滑移和向顶板方向的旋转,底座不发生运动,平衡千斤顶长度呈二次函数变化,而顶梁的运动轨迹呈三次函数变化,且滑移量很小,还可能出现往复运动。所提出的平衡千斤顶与立柱的主动协同控制策略,能够有效避免平衡千斤顶的吸进空气和支架机构演化问题。研究结果合理解释了平顶山矿区出现的采煤机与支架顶梁的干涉现象,为研究立柱和平衡千斤顶的主动协同控制提供了新思路。

特厚煤层智能安全高效两柱放顶煤液压支架关键技术研究

为解决我国西部矿区顶板坚硬、强矿压条件下20 m以上特厚煤层开采缺乏成套技术与装备的难题,提出了特厚煤层大采高综放顶板控制技术和回采工艺,研制了ZFY18000/28/53D型两柱式超强力大采高放顶煤液压支架,基于支架位姿检测装置开发了特厚煤层自动化放煤控制系统,配套1 m大截深采煤机和大运量刮板输送机,形成千万吨级智能化综放工作面成套技术装备。在龙王沟煤矿18~28 m特厚煤层开展工业性试验,产量达到4万t/d,回收率达到88%以上,为西部矿区特厚煤层安全高效开采提供了有效解决方案。

平衡千斤顶对放顶煤两柱掩护支架适应性的作用

针对两柱掩护式支架在放顶煤工作面出现的因位态不合理而引起支架围岩状态恶化的情况,对平衡千斤顶在放顶煤两柱掩护支架适应性的作用进行了探讨.采用理论分析及现场实测的方法研究了支架位态、支架稳定性、工作面端面顶煤的稳定性及四连杆受力与平衡千斤顶工作方式及工作阻力之间的关系.分析结果表明,通过平衡千斤顶可以控制移架过程中顶梁仰角的变化,并可调节支架各部位受力以适应放煤过程中顶梁外载的变化,从而提高了两柱式支架对放顶煤工作面围岩活动规律的适应性.研究结果对于现场操作及新架型的改进都有一定的指导作用.

两柱大采高强力放顶煤支架的特点与创新发展

介绍了放顶煤液压支架的现状和发展趋势,通过与四柱放顶煤液压支架进行对比分析,认为两柱式放顶煤液压支架前端支顶力大,控制煤壁片帮和架前冒顶能力强;顶梁位态调整幅度大,适应外载变化和自身调节能力强;易于实现自动化控制;同等宽度支架可达到的工作阻力低。阐述了两柱放顶煤支架近几年创新发展的新成果:提高两柱式放顶煤液压支架的极限工作阻力;开发自动化放煤系统;提升钢板性能,降低液压支架质量;认为两柱式大采高强力放顶煤支架将成为大采高自动化综放工作面的首选架型。

两柱掩护式综放支架对端面顶煤稳定性的控制作用

采用数值计算方法,分析在软煤、中硬煤和硬煤不同煤层硬度力学条件下,由改变两柱式液压支架立柱前倾角得到的不同水平支护阻力对端面顶煤控制的效果。模拟结果表明：合理的支架水平力可以有效的控制工作面端面冒顶,但顶煤硬度不同时,控制效果有很大差异,主要表现为：不同的顶煤硬度条件下存在一个合理的立柱前倾角度,硬煤条件时需75°~80°的前倾角度,中硬煤条件时需70°~75°的前倾角度。一般情况下,煤层硬度越小,立柱前倾角应越小;当煤层较软时,两柱掩护式综放支架需采取减小端面距等措施进行支护。

两柱掩护式液压支架内外加载支护对比试验研究

为解决内加载无法反映液压支架真实工况,智能开采支护状态调控缺乏试验依据的问题,研制了ZY6400/17/31液压支架1∶2缩比模型,搭建了液压支架位移、压力等状态监测系统,分别采用内、外2种加载方式,按照GB 25974.1—2010对不同垫块接触条件下液压支架进行试验。试验结果表明:内加载与外加载合力作用点位置易产生偏移,液压支架响应差异明显,前者作用下表现出压力协同,后者作用下位移协同;平衡千斤顶在非调控外加载状态下,随加载次数将产生累积效应,导致压力不断增大,有失稳趋势;接触状态对立柱位移影响较大,因此井下现场必须对姿态予以测量,提供顶、底板围岩接触状态判断依据。

两柱式放顶煤支架支撑效率分析

基于在神东柳塔煤矿实际使用的两柱掩护式放顶煤支架的立柱和平衡千斤顶工作阻力观测,分析了ZFY10200/25/42型两柱掩护式放顶煤支架的理论支撑效率为83.1%,而在实际使用过程中,由于平衡千斤顶常处于受拉的不合理工作状态,大幅降低了支架支撑效率,该支架在08综放工作面的实际支撑效率仅能达到68.7%。故两柱掩护式放顶煤支架不适用于硬煤层及节理裂隙不发育的中硬煤层放顶煤开采。

两柱掩护式大采高强力放顶煤液压支架的研制

根据两柱掩护式放顶煤液压支架的使用情况,分析了增强两柱掩护式放顶煤液压支架支护能力的必要性和增大放顶煤支架高度的意义,针对双山和神树畔煤矿条件设计了ZFY17000/27/50D型两柱掩护式大采高强力放顶煤液压支架,介绍了其主要技术参数,研究了支架在4.5 m高度时外载作用位置与支护性能的关系,结果表明:外载合力作用位置在立柱工作区时,该液压支架支护性能可得到充分发挥,当开采高度为4.5 m时,立柱工作区范围为距顶梁后端1 576～1 804 mm。

基于平衡千斤顶受力分析下的两柱综放支架适应性研究

为研究两柱掩护式综放支架在特定地质条件下的适应性,采用现场监测数据对支架合力作用点位置、平衡千斤顶安全阀开启率、放煤前后平衡千斤顶的受力状态及平衡千斤顶对顶梁的水平作用力等进行了分析。结果表明:在该特定地质条件下平衡千斤顶有效地调节和保持了支架的几何位态,合理地调节了支架合力作用点位置;有效地保证了端面顶煤的稳定,从而验证了在该特定地质条件下两柱综放支架的适应性。研究结果对于现场操作及该种架型的改进具有一定的指导意义。

两柱掩护式液压支架空间承载特性研究

针对两柱掩护式支架基于平面力系的承载区适应性单一,难以反映顶梁纵向对称面以外区域承载特性的问题,提出采用"承载体"分析支架的承载特性。运用空间力学解析法,以顶梁为研究对象推导"承载体"外表曲面解析式并分析承载面重叠时的选取原则;对"承载体"进行纵向和横向切面,得到支架纵、横两向承载特性;分析承载体的体积与支架参数之间的关系,并与已有的计算结果进行对比。结果表明:承载面的选取应遵循各液压构件承载力最小值的原则,并要满足立柱承载力在顶梁承载范围内为正值;"承载体"随支架高度而变化,并与支架高度存在一一对应关系;纵向承载区的2个极值点及面积都在支架纵向对称面处取得最大值并向两侧立柱双向衰减,横向承载区按照分布特征可分为3种类型;增大立柱上铰点到顶梁末端距离、立柱间距、平衡千斤顶的工作阻力及与水平夹角均能增大承载体的体积;"承载体"纵向对称面处的承载区分布特征以及支架参数对承载能力的影响都与已有计算结果吻合,因此"承载体"能够反映支架顶梁任意区域的承载特性,"承载体"的体积可以作为支架参数优化的标准。

基于大型综放端面冒漏顶片帮控制的两柱支架支护参数研究

现场实测采场矿压信息,统计综放端面冒漏片帮分布特征,回归分析综放端面冒漏片帮与支护参数的相关性关系,得出冒漏顶片帮控制的关键影响因素,评价现有综放四柱支架对端面冒漏片帮的控制效果,并提出架型改进的合理化建议。分析综放两柱支架对端面冒漏片帮的控制效果,数值模拟计算确定综放两柱支架关键支护参数。

特大综放工作面两柱掩护式支架适应性分析

为了研究两柱掩护式支架在特大综放工作面对顶板的控制效果,理论分析了综放两柱掩护式支架的控顶机理,建立两柱和四柱式支架前立柱倾角分别为85°和90°的数值模型,对比分析了不同类型支架对综放工作面顶板的控制效果。结果表明:因煤壁侧和支架侧顶板煤体的水平载荷不同,顶煤力学模型呈非对称冒落拱,且水平力指向煤壁方向时有利于顶煤的稳定;前立柱倾角为90°时,两柱和四柱式支架控顶性均不好,前立柱倾角为85°时,由于两柱式支架产生指向煤壁方向的水平力,使两柱支架支护效果明显好于四柱支架。

四柱式与两柱式放顶煤支架适用条件分析

通过神东大柳塔煤矿应用的两柱式放顶煤支架和潞安屯留煤矿(余吾煤业公司)应用的四柱式放顶煤支架的矿压观测数据,分析了两种支架的理论支护效率和实际运行状态,提出了两种支架的适用条件,为今后各矿实施放顶煤开采选择合理的架型提供参考。

两柱掩护式放顶煤液压支架设计研究

介绍了两柱掩护式放顶煤支架的总体结构和参数确定,分析了其与围岩的适应性并与四柱支撑掩护式放顶煤支架进行了对比。

平朔矿区两柱掩护式放顶煤支架适应性研究

基于平朔矿区首次使用ZFY12000/23/40D两柱掩护式放顶煤支架,为评价该支架在此矿区的适应性,总体研究了支架结构、承受载荷、平衡千斤顶、电液控制系统和实际使用工况。结果表明:支架结构能满足放煤要求;实测周期来压步距11.6 m,动载系数1.71;支架工作阻力5 941kN,最大12 443 kN;支架二柱受力偏差5.96%;放煤后支架受力降低13%;放煤后平衡千斤顶受力变化最大30.23%;实测支架移架时间初期29.8 s、后期59.7 s,放煤时间54.3 s;工作面遇断层和风化氧化区,架前冒顶和煤壁片帮增多;电液控制系统控制器失效较多。分析认为ZFY12000/23/40D型两柱式放顶煤支架在该地质条件下适应性较好。

两柱掩护式放顶煤液压支架力学性能分析

浅埋深煤层基岩比较薄、松散层较厚,工作面易出现台阶下沉等状况,矿压展现剧烈,应用于浅埋深煤层工作面的两柱掩护式放顶煤液压支架易出现工作阻力不足,对顶板的支护效果不好,从而造成生产安全问题。针对以上问题,采用空间力学分析及结构有限元分析,对适用于浅埋深煤层的ZFY12000/25/42D型两柱掩护式放顶煤液压支架在顶梁受偏心载荷且底座两端受载、顶梁受扭转载荷且底座两端受载、顶梁受偏心载荷且底座受扭转载荷3种最危险工况下的受力状态进行了分析。分析结果表明:在不同工况下,支架各结构件的应力大小均会有所不同,分布状况也不尽相同,从支架整体应力分布来看,受顶板、立柱和底板的相互作用,顶梁和底座将承受较大的应力,而前后连杆、掩护梁作为连接过渡部件,所承受的应力明显较小;顶梁受扭转载荷且底座两端受载工况下支架承受应力最大,为712.69MPa;支架位移变形趋势基本相同,均是从顶梁到底座变形量逐渐减小,整体变形状况良好。在保证结构可靠性的前提下,在应力集中部位选用高强度板材或者提高材料厚度,可改善支架应力分布状况,增强支架控顶能力,从而确保支架工作的可靠性和稳定性。

两柱掩护式电液放顶煤液压支架设计

针对四柱放顶煤支架在开采过程中出现拔后柱、支护效率低等情况,研究设计两柱掩护式电液放顶煤液压支架。通过优化支架四连杆机构,改善支架整体受力状况,提高支架支护效率;优化顶梁立柱支撑位置,扩展支架合力作用点的分布范围,防止支架放煤前后的"高射炮"和低头;同时支架采用整体顶梁,提高支架前端支顶力,防止片帮、冒顶,更好维护顶板。

两柱掩护式综放支架承载特性及适应性分析

为了研究两柱掩护式综放支架在不同围岩条件下的承载特性和适应性,通过支架结构受力分析,得出了ZFY12000/23/40D两柱掩护式综放支架在特定工况下的合理承载区间仅为0.81 m,两柱掩护式综放支架的受力平衡区和合理承载区间的范围主要受到平衡千斤顶上下腔额定工作阻力的制约。当增大平衡千斤顶的额定工作阻力时,可使两柱综放支架的立柱工作区和合理承载区间显著增大,进而扩大支架对围岩的适用范围。根据不同煤层和不同时期两柱掩护式综放支架平衡千斤顶的受力实测,分析得出在硬煤条件下平衡千斤顶主要处于受拉状态,在软煤条件下平衡千斤顶主要处于受压状态,中硬煤条件下,平衡千斤顶受力较小,支架更容易实现自身稳定。