綜掘巷道邁步式超前支護系統(tǒng)力學特性研究

1、綜掘巷道邁步式超前支護系統(tǒng)力學特性研究綜掘迎頭及巷道冒頂事故頻發(fā)、掘進效率低, 采用臨時支護設備及時有效的對迎頭頂板進行支護、 優(yōu)化掘進工藝、 使掘支錨可以并行作業(yè)是煤礦機械迫待解決的技術難題 . 論文在查閱和調研大量現有理論和資料基礎上, 結合國家自然科學基金項目“邁步式超前支護裝備與掘進迎頭頂板動力耦合機理研究 ( 編號：51304107) ” 和自主知識產權的國家發(fā)明專利 “液壓邁步式超前支護裝備” , 采用現場調研、理論研究、數值模擬和實驗研究相結合的方法, 對綜掘巷道超前支護裝備動力學特性及其控制技術進行了研究, 主要研究內容包括： (1) 分析了綜掘巷道形成過程及頂板應力變化規(guī)律和

2、掘進支護工藝需求, 提出了采用液壓邁步式超前支護方式對迎頭頂板進行臨時支護 . 基于巖石力學各向同性薄板和厚板理論,分別建立了頂板的薄板和厚板的靜力學和動力學模型, 通過數值模擬獲得了頂板的位移和應力應變的變化規(guī)律；通過對頂板破裂特征與破碎機理進行研究, 提出了迎頭頂板的支護判據；依據頂板的臨時支護要求, 確定了超前支護裝備的初撐力、工作阻力 , 提出了超前支護裝備的設計要求.(2) 依據綜掘巷道頂板臨時支護需求 , 研究了一種液壓交替邁步式超前支護裝備. 依據該裝備與頂板相互作用關系,分別建立了超前支護裝備單組支撐和雙組支撐的靜力學和動力學模型,得出了超前支護裝備自身的靜、 動力學特性.(3

3、) 依據超前支護裝備頂梁與迎頭頂板接觸形式的不同 , 利用變形協(xié)調原理, 分別建立了頂梁多點分布支撐和全接觸支撐工況下的超前支護-頂板體系的靜力學模型.通過對超前支護裝備的工作原理和結構特征的分析, 建立了頂梁多點分布接觸和全接觸狀態(tài)下的超前支護- 頂板體系耦合動力學模型, 研究了超前支護裝備交替邁步移動過程中與頂板相互作用的耦合動力學特性.(4) 通過對綜掘迎頭頂板力學數值仿真, 分別得出了頂板靜態(tài)、動態(tài)位移特征的規(guī)律； 對超前支護裝備結構自身的靜力學、 動力學進行了數值仿真研究 , 得出了超前支護裝備工作時位移特征、 動態(tài)特征和模態(tài)特征的變化規(guī)律；通過對超前支護 - 頂板體系的靜力學和動力

4、學數值仿真, 分別計算出了多點分布接觸、 頂梁全接觸、 單組支撐和雙組支撐工況下支護裝備與頂板的位移特征、 接觸力的分布特性、 以及支護裝備與頂板之間相互作用的動力學耦合特性 .(5) 根據超前支護裝備與頂板相互作用的工作原理和力學特性, 以減少對頂板的擾動量為約束條件 , 分別研究了雙組變單組支撐、單組變雙組支撐過渡態(tài)支撐力的變化對頂板的影響 , 通過數值仿真計算, 獲取了超前支護裝備支撐壓力的最優(yōu)加載和卸載特征曲線. 利用電液伺服控制原理, 實現了通過對超前支護裝備液壓系統(tǒng)工作壓力的調控以實現加載和卸載特征的控制 .(6) 研制了一套模擬巷道頂板特征的加載實驗臺和液壓邁步式支護系統(tǒng) , 通過模擬綜掘巷道頂板力學工況