大倾角煤层长壁综采顶板冒落形态与支架稳态控制

为研究大倾角煤层走向长壁综采工作面采空区顶板冒落形态与支架稳态控制,通过理论分析、试验研究与现场观测,在厘定走向长壁综采工作面初次来压与周期来压矿压显现规律基础之上,分析耦合效应下的顶板冒落形态的演化机理和支架失稳的典型分区特征。结果表明:沿倾斜自下而上顶板冒落呈非对称的向斜与背斜形态,且冒落与断裂岩块的堆积密实程度逐渐减小,直至采空区上部形成空穴;沿走向采空区下部顶板冒落呈谷峰相间(锯齿)状态;倾向中上部支架受向背斜冒落顶板影响,支架与围岩呈非均匀接触,是支架最易倾倒的部分,且倒架后中上部支架两立柱工作阻力差异最为明显。针对现用支架不具“带压移架”功能,采用“少降快拉”移架的稳态控制方法并指导现场拉架操作,获得良好的支架稳态控制效果,确保了大倾角煤层走向长壁综采工作面的安全高效生产。

综采工作面开采方案与回采工艺的选择

为解决综采工作面煤层开采时所面临的矿压现象剧烈、顶板管理困难、单产率低等问题,以实践生产为例,在对其地质、煤层以及顶底板条件分析的基础上,对开采方案进行优选;同时,参照103#和105#工作面开采经验对102#综采工作面煤层的回采工艺进行设计;最后,从社会和经济效益两方面验证了开采方案和回采工艺的应用效果。

基于Pro/E和ANSYS的液压支架掩护梁有限元分析

在顶梁单侧加载工况下,分析了液压支架掩护梁的受力情况,利用Pro/E建立了掩护梁的三维模型,通过IGES中间文件将模型导入ANSYS中,建立了掩护梁的有限元力学模型。通过ANSYS分析计算,得到了掩护梁的应力和位移分布。计算结果可用于修正设计,提高掩护梁结构的可靠性,为液压支架部件的结构优化打下了基础。

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。

三软煤层大倾角综放面倒架原因分析及扶架技术研究

针对长山子煤矿1121综放面支架倒架、咬架的实际问题,通过对工作面地质条件、支架受力情况及设备情况的分析,建立工作面支架工作的力学模型,分析得到导致支架倒架的主要原因为顶底板松软、采高超高、支架上方空顶、支架防倒防滑装置不完备、个别支架侧护板故障和管理方面的因素,研究了解决三软大倾角工作面倒架问题较为有效的动态扶架技术。

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。

三软煤层大倾角综放工作面倒架原因及对策

为解决杜家村煤矿1201工作面三软煤层大倾角综放工作面倒架、咬架等难题,基于对支架稳定性和现场地质条件及设备情况的分析,建立起支架工作时的力学模型,得出了支架倒架是由于支架上方空顶、工作面倾角大、底板软、顶梁铰接与前梁缺少侧护板和缺少防倒装置等因素综合作用引起的。通过对顶煤铺网、加快推进速度、加设防倒装置、沿煤层底板推进、合理有序移架及工序配合等防治措施,使工作面支架咬架、倒架现象明显减少。

两柱及四柱放顶煤支架适应性对比分析

通过现场实测及理论计算,分别给出了两柱掩护式及四柱支撑掩护式综放支架立柱受力及支架合力作用点位置的对比分析。分析认为:两柱掩护式综放支架支护时,其支架左、右立柱受力分布均衡,支架支护性能得到了有效的发挥,支护效率较高;支架外载荷合力作用点分布范围更集中,距离工作面煤壁更近,有利于端面顶煤的稳定及减少工作面煤壁的片帮冒顶现象;在煤层条件适宜的情况下选用两柱式放顶煤支架更具有优势。

大倾角厚煤层综放支架侧护板载荷监测研究

为评价东峡煤矿大倾角厚煤层37220-2综放工作面支架侧护板的适应性,通过对侧护板载荷进行现场监测,得到侧护板载荷特征。监测结果显示,大倾角厚煤层综放开采时,支架侧护板载荷通常在200 k N以下,工作面来压期间侧护板载荷高达1 000 k N。监测分析结果表明:大倾角煤层液压支架侧护板不仅起到密闭防止架间漏矸的作用,而能起到调架和防止支架下滑和倾倒的作用;37220-2工作面综放支架侧护板采用100 mm大缸径侧护千斤顶基本能有效地发挥调护作用。

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。

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。

基于ANSYS的液压支架掩护梁结构优化研究

以ZY3800/15/30型两柱掩护式液压支架为研究对象,建立了掩护梁的结构优化设计模型,利用ANSYS的参数化设计语言APDL,获得了掩护梁优化模型的求解,实现了掩护梁的重量减轻约6.53%,减重效果比较明显。该研究方法可推广到液压支架其他部件的结构优化设计,也为液压支架的整体结构优化提供了有益参考。

基于ANSYS Workbench液压支架掩护梁的优化设计

以ZY8800/17/35D两柱掩护式液压支架为研究对象,对液压支架掩护梁进行平面受力分析,并利用ANSYS Workbench软件,对掩护梁进行结构静力学分析,通过对与掩护梁相联接的销轴孔参数的优化,可以明显降低掩护梁的重量及所受的最大应力。结果表明,选择合适的掩护梁尺寸,能够降低掩护梁的重量及所受的应力,效果明显,从而为掩护梁的结构设计提供一定的参考。

遥控式端头掩护支架在综采面快速回撤中应用

为了配合神东矿区综采工作面内外辅巷多通道快速回撤搬家工艺,基于回撤工作面端头三角区机械化支护的重要性,提出了四柱支撑掩护式的回撤三角区支架代替部分木垛支护端头三角区部位,分析了ZZ7200/18/36型三角区掩护支架采用电液控制系统和特殊的十字头连接方式在回撤工艺中的应用。结果表明:三角区掩护支架实现了巷道端头顶板机械化支护,大幅提高了回撤效率和安全水平。

放顶煤液压支架的创新与发展

回顾我国放顶煤技术的发展历程,介绍了我国放顶煤液压支架的创新成果,着重阐述我国放顶煤液压支架的最新发展、大采高放顶煤液压支架的应用及其采用的关键技术,如:专利技术新型双四连杆中通式大空间支架稳定机构、抗冲击立柱、支架稳定性措施及煤壁片帮控制措施等。分析了新型分体组合式直线型放顶煤液压支架的特点及其适应性和稳定性,并提出放顶煤液压支架发展的方向应为:发展两柱放顶煤液压支架、轻型放顶煤液压支架、大采高放顶煤支架、浅埋深厚煤层放顶煤液压支架和深部矿井厚煤层放顶煤液压支架等。

大倾角三软煤层放顶煤支架选型及三机配套

在深入分析大倾角煤层放顶煤开采液压支架选型及三机配套的关键技术问题,特别是三软煤层开采技术的基础上,结合实际生产和使用情况,对4种液压支架的使用进行比较,并对采煤机和刮板输送机防滑等难点进行分析,为支架选型及三机配套提供了可借鉴的经验。

特厚煤层综放液压支架主要支护参数的研究和探讨

根据庞庞塔煤矿10号煤层地质条件、工作面开采及布置方式等情况,介绍了特厚煤层综放液压支架高度、工作阻力以及支架初撑力等主要支护参数的确定原则与方法。试验结果表明:支架的主要支护参数设计合理,安全性、可靠性高;提高了特厚煤层回收率,为工作人员和综采设备提供一个安全可靠的作业空间。

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。

大采高掩护式液压支架支护性能仿真研究

为提高大采高掩护式液压支架的工程应用性能,介绍了双伸缩立柱的支护特征,构建了掩护式液压支架支撑升架到恒阻阶段的Simhydraulics参数化仿真实物模型,并对赋值后的参数化模型进行仿真。仿真结果表明:在外载作用下,安全阀按调定压力开启溢流,中缸压力随外缸压力变化,并在安全阀开启后保持恒定;从理论上分析了降柱时能量对液压支架液压系统和元器件设计的影响,同时验证了设置2个大流量安全阀的理论依据、平稳转动操作手柄对降柱的必要性和压缩后高压乳化液形成的能量对立柱可靠性的影响,为液压支架使用和设计提供了理论参考。