四柱支撑掩护式液压支架支护状态分析计算

为解决特殊地质条件下四柱支撑掩护式液压支架智能控制的技术难题、提升工作面智能化开采技术水平、丰富四柱支撑掩护式液压支架支护状态监测技术的理论基础,对四柱支撑掩护式液压支架支护状态进行了系统分析,提出液压支架支护状态主要包括姿态特征与承载特征。结合支架平面对称结构及受力特性,构建了四柱支撑掩护式液压支架平面杆系姿态分析模型与平面杆系承载分析模型,基于模型推导了支架姿态特征计算方法和承载特征计算方法。在Solid Works仿真平台构建了支架简易运动学模型并进行运动仿真,利用MATLAB软件对仿真运动进行解算,验证了姿态特征计算方法的正确性。该研究成果为推进四柱支撑掩护式液压支架支护状态监测技术的发展具有重要意义。

四柱放顶煤液压支架立柱受力不均衡规律及机理研究

为研究四柱综放支架立柱受力不均衡性规律,对有关综放工作面矿压资料进行整理分析,分别按顶煤软硬和放煤前后研究四柱综放支架的立柱受力不均衡变化规律,并与两柱放顶煤液压支架立柱受力特性进行对比。结果表明:前后柱受力不均衡系数主要取决于顶煤软硬程度,同时受放煤量和煤层倾角的影响;两柱放顶煤支架立柱受力相对均衡,支撑效率高于四柱放顶煤支架。

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。

四柱支撑掩护式支架空间承载特性研究

针对基于平面力系建立的承载区理论未能反映四柱支撑掩护式支架顶梁全范围的承载特性问题,提出采用承载体理论分析四柱式支架顶梁全范围的空间承载特性。通过构建四柱式支架顶梁分离体空间力学模型,得到空间力系表达式并推导出承载曲面解析式;根据曲面判定原则进行取舍得到支架处于最大支撑高度时的承载体即极限承载体,其外形与“三角曲面锥”体类似,呈现四周低、中心高的特点。对四柱式支架极限承载体做垂直及水平切面得到纵、横向承载区以及承载力等值面,分析得到纵向承载区在顶梁纵向中部的支架合力以及面积最大,并沿两侧衰减,与平面承载区理论研究结果相同;横向承载区以极限承载点m0为界差异显著,承载区面积在m0处最大,并向前后两侧减小;承载力等值面呈三角形分布,承载力越大三角形越小。提出了量化支架承载能力的体积计算法;分析了极限承载体体积的关键影响因素为支架单立柱工作阻力和立柱定位尺寸,结果表明:单立柱工作阻力异常下降会影响支架的额定工作阻力,减小承载容量,影响支架的整体承载性能,削弱支架对顶板的适应能力;适当增大立柱间距能够增加支架的承载容量,扩大支架的有效支护面积,增强支架对顶板载荷变动的适应性,提高控顶效果,而支架的整体支撑效率并不改变。

两柱式和四柱式放顶煤支架在急倾斜煤层中适用性研究

为了研究四柱支撑掩护式和两柱掩护式低位放顶煤液压支架在急倾斜煤层中的适用性,基于靖远宝积山煤矿在急倾斜煤层中实际使用的四柱支撑掩护式液压支架和两柱掩护式放顶煤液压支架的支柱工作阻力与实际应用效果观测,分析了四柱支撑掩护式液压支架前后柱受力不均衡的原因和影响支架端面控顶效果因素。分析结果表明:与四柱支撑掩护式相比,两柱掩护式综放液压支架左右立柱受力均衡,初撑力利用效率高,支柱可以提高较大的水平阻力,端面控顶效果好,在急倾斜工作面中适用性更强。

千米深井大采高俯采工作面四柱液压支架适应性分析

针对口孜东矿121302工作面使用的四柱支撑掩护式液压支架适应性较差的问题,统计分析了121302工作面的矿压和支架受力特点,基于平面杆系建立了四柱支撑掩护式支架的力学模型,推导出支架极限外载荷大小和分布区间的解析表达式,得出支架外载荷与顶梁合力和底座合力是一一对应关系,支架能够平衡的外载荷必须满足其对应的顶梁合力和底座合力均在其长度范围内,否则,支架将不能保持稳定状态;支架极限外载荷区间不是完全覆盖顶梁长度,依据前后排立柱的最大工作阻力和最大拉力分为5个区域:前排立柱达到最大拉力区、后排立柱达到最大工作阻力区、前排立柱达到最大工作阻力区、后排立柱达到最大拉力区、无承载能力区,其中,无承载能力区的区间取决于支架高度、摩擦因数以及顶梁前端至底座前端的水平距离。通过实例分析了支架前后排立柱不同工作阻力分配比例和摩擦因数对支架适应性的影响,结果表明:支架前后排立柱工作阻力不能相差太大,太大会降低支架的适应性;顶底板松软和较大俯采角度的工作面,支架前后排立柱工作阻力分配比例6∶4时最为合理;通过增大中缸环形面积以提高后柱的受拉能力来提高支架适应性,为了保护导向套和立柱连接件不受损坏,立柱的上腔加装安全阀,并加强后排立柱的连接件强度;摩擦因数取负时,支架极限外载荷区间最小,随支架高度降低,支架极限外载荷区间增大;摩擦因数取非负时,摩擦因数越大,支架前端的承载能力越大,随支架高度降低,支架极限外载荷区间减小。

四柱液压支架稳定性分析

惯性力对液压支架这种重型机械的稳定性的影响不容忽视。基于达朗贝尔原理建立了液压支架稳定性力学模型,采用数值计算分析了支架静态稳定性和动态稳定性的影响因素,给出了增加支架稳定性的方案,对优化方案进行了验证。结果表明:顶梁质心位置对支架稳定性的影响最为明显,其他因素依次为掩护梁质心位置、前连杆质心位置、后连杆质心位置、支架高度;顶梁和掩护梁质心位置越靠近顶掩铰接点方向,越有利于支架的稳定性,但应兼顾支架的整体质心位置;前、后排立柱同时升降,且两者的加速度达到合理的匹配有助于提高支架的稳定性;采取滞后支护方式以缩短顶梁长度、立柱上腔加装单向锁和安全阀、保证系统稳压供液都能改善支架的稳定性。该研究为四柱液压支架的优化设计提供理论指导。

回撤巷道四柱支撑掩护式液压支架的应用

目前,国内外煤矿综采工作面搬家工艺支护方式费时费力、劳动强度大、浪费木材且支护高度、自动化程度、安全性、可靠性等多方面均已无法适应国内多数煤矿综采面快速搬家倒面的要求,为此研制了ZZ18000/25.5/52四柱支撑掩护式支架。给出了支架的主要技术参数,介绍了支架的结构组成以及在巷道中的布置方式、运行情况和应用效果。该支架实现了对回撤通道顶板的主动临时机械化支护,有利于提高煤矿作业安全性以及支架回撤效率。

两柱与四柱支撑掩护式放顶煤支架选型探讨

为了给磁窑沟煤矿13号煤层综放工作面选择适合的液压支架,论述了国内放顶煤液压支架发展及应用情况,对比分析了两柱和四柱支撑掩护式放顶煤液压支架的结构、受力以及对顶底板的适应性等,结果表明:两柱支撑掩护式放顶煤支架在中硬煤层相比四柱放顶煤液压支架适应性差别较小,且在实现自动化难度及日常维护量较少,最终晋神磁窑沟煤矿13号煤层首采综放工作面选用两柱掩护式放顶煤支架。

四柱放顶煤过渡支架纵向稳定性的分析与研究

针对四柱放顶煤过渡支架纵向失稳的问题,引入支架对顶板支撑力作用点位置,研究其与支架纵向稳定性的关系,同时研究了摆梁装置参数对支架纵向稳定性的影响。通过举例分析,介绍了提高四柱放顶煤过渡支架纵向稳定性的设计方法。

不同煤层两柱和四柱综放支架适应性实测分析

通过对崔木煤矿软煤层和平朔井工一矿中硬煤层条件下,两柱和四柱综放支架受力的实测分析,得出:在正常推进期间,两柱综放支架在软及中硬煤层的适应性好于四柱式综放支架,但两柱综放支架对于特殊地质条件的适应性还不太理想。四柱式综放支架对软煤层的不适应主要体现在支架前后立柱受力不均,且前后立柱受力均衡性与煤层硬度系数呈反相关关系,当煤层硬度系数小于0.5时,四柱式综放支架前后立柱受力比急剧增大,适应性较差。

ZZ18000/26/52四柱支撑掩护式支架工作阻力的计算

针对国内外煤矿的综采工作面搬家工艺回撤巷道顶板支护方式费时费力、劳动强度大、浪费木材且支护高度、支护速度、自动化程度、可操作性、安全性等方面都不能适应高产高效综采面快速搬家倒面的要求,结合神东公司万利矿区的地质条件对四柱支撑掩护式支架的工作阻力进行计算,确定支架的主要技术参数,在此基础上介绍了支架的结构组成以及在巷道中的布置方式、运行情况和应用效果。该支架实现对回撤通道顶板的主动临时机械化支护,有利于提高综采支架回撤效率和作业安全性,具有重要的实用价值。

四柱式液压支架工作特性的应用研究

液压支架是煤矿井下用于巷道支护的设备,其工作时的支护稳定性和可靠性直接关系到煤矿井下的综采作业效率与安全性,四柱式液压支架作为一种重要的支护设备,在井下应用的过程中存在着对井下复杂环境的适应性差、收撤速度慢等缺点,支护作业时的承载特性也具有不稳定性,因此给煤矿井下的安全生产造成了较大的安全隐患。以四柱式液压支架为研究对象,对其工作特性进行分析,确定影响其支护时承载稳定性的因素,结果表明,通过加大液压支架前侧两个支柱的工作阻力,并同步降低后侧的两个支柱的工作阻力,能够显著提升液压支架支护作业时的支撑力和支护稳定性,对提升四柱式液压支架井下工作稳定性和适应特性具有重要意义。

四柱液压支架结构优化设计应用研究

在对固体充填采矿技术中四柱液压支架的主要类型、基本结构特性及现场应用进行总结分析的基础上,提出了四柱液压支架优化设计的基本原则,并给出了四杆连杆机构等关键结构部件的优化设计方法。进一步阐述了通过改变上杆铰接位置来优化四杆机构,通过加长或缩短顶盖来优化顶盖比的方法;并通过改变捣实结构的长度、铰接位置以及四柱刮板输送机的悬挂高度来实现捣实结构的优化。在此基础上,建立了四柱式液压支架的优化设计过程。实例表明,通过优化四杆机构,充填体的水平顶板间隙、垂直水平间隙、捣固角和捣固头间隙等性能得到了明显改善。根据本工作提出的优化设计方法,确定了顶盖长度,夯实了结构。

四柱放顶煤液压支架主要技术问题研究

文章在支架设计中,通过合理配置前、后柱支撑能力及各种控制阀,优化结构参数和四连杆机构,在使用中采取相应措施,可大大提高支架的支护性能。

两柱掩护式电液控制支架在“两硬”条件下的应用

针对侏罗纪煤层处于坚硬整体性顶板和坚硬煤层的"两硬"开采条件的特点,通过两柱掩护式支架与四柱支撑掩护式支架的比较,介绍了电液控制技术在液压支架上的应用前景,论述了两柱掩护式电液控制支架的实用性及优越性,得出在"两硬"条件下中厚以上煤层中应推广使用两柱掩护式支架,并根据发展逐步实现支架的电液控制的结论。

放顶煤液压支架承载特性及其适应性分析

通过对两柱、四柱式放顶煤液压支架支架结构特征分析,研究了不同工作阻力两柱式放顶煤液压支架、相同工作阻力两柱和四柱式放顶煤液压支架承载特性和其影响因素,并对液压支架适应性进行分析。研究结果表明:液压支架的结构特性决定其承载特性,两柱式放顶煤液压支架平衡千斤顶机构决定其有效承载范围在顶梁柱窝附近,增大立柱和平衡千斤顶的工作阻力能增大其承载能力,但通过增大平衡千斤顶工作阻力改变支架承载能力有限;四柱式放顶煤液压支架两排立柱与顶梁铰接位置决定其有效承载范围与立柱排距相当,增大前柱工作阻力降低后柱工作阻力能提高支架顶梁前段支撑能力,使支架有效承载范围前移;液压支架承载特性决定其适应性。平衡千斤顶能适时调节两柱式放顶煤液压支架顶梁上顶板荷载作用的位置,使其能适应一般综放工作面,但特厚煤层大采高综放工作面顶板荷载受顶煤放出影响作用位置多变,易导致平衡千斤顶损坏,四柱式支架有效承载范围较宽,使其能适应特厚煤层大采高综放工作面。

液压支架顶梁外载作用位置理论研究与应用

针对液压支架顶梁外载作用位置不明确的问题,基于顶板弹性岩梁假设,研究了工作面顶板岩层挠度变化情况,推导出外部载荷在液压支架顶梁上的作用位置,给出了两柱掩护式液压支架顶梁前后端到支架合力作用点距离之比和四柱支撑掩护式顶梁长度确定原则。结果表明,支架合力在顶梁上合理位置的比值为2.67,理论结果与经验数据基本一致,可以用于液压支架设计。

基于有限元分析的综放支架承载特征及适应性研究

基于ANSYS有限元数值分析手段,研究了两柱掩护式与四柱支撑掩护式综放支架的承载特征及适应性,得出了在考虑顶板附加力作用下,两柱式和四柱式综放支架的合理承载区间。研究结果表明,在考虑顶板对支架的附加力后,支架的合理承载区间相比静力平衡条件下有所增大,且四柱式综放支架的合理承载区间范围大于两柱式综放支架。并结合煤层硬度与顶梁外载合力作用点位置的对应关系,对比分析了两柱式和四柱式综放支架在软、中硬及坚硬煤层的承载能力和适应性。

两柱与四柱综放支架对顶煤二次破碎效果分析

为研究两柱和四柱综放支架对顶煤的二次破碎效果,采用ANSYS仿真模拟手段分析了支架反复支撑对顶煤的破坏机理,并得出了两种综放支架在不同硬度煤层条件下的顶煤破坏高度。结果表明:随着支架反复支撑次数的增加,顶煤的破坏范围和破坏程度均加大,四柱式综放支架对顶煤的破坏效果优于两柱式综放支架,而端面控顶效果不如后者。对于坚硬或特厚煤层综放开采建议优先选用四柱综放支架,当顶煤的实际厚度大于综放支架对顶煤的最大破坏高度时,需对顶煤采取弱化措施。