在大采高工作面施工生产中要面临巨大顶板压力,其片帮冒顶相对严重,甚至存在支架失稳问题,所以在大采高工作面施工技术应用过程中要开发应用到大采高液压支架,利用支架的自动化控制能力对工作面顶板、煤壁等等位置进行针对性管理,同时要做好液压支架的防滑与防倾倒控制。本文探讨了某4321大采高工作面的实际综采施工情况,研究了其在实施大采高技术应用过程中的大采高液压支架开发与实践应用过程。

针对液压支架存在失稳等重大安全隐患,以某型大采高液压支架为研究对象,对支架前倾、后仰、侧翻、滑移4种失稳进行分析,运用MATLAB仿真的方法对不同采高、底座宽度、极限倾角、煤层倾角、加载载荷下的支架重心高度等进行仿真分析和研究。研究结果表明随着支架极限倾角的增加,支架重心高度呈现逐渐减小的趋势;随着支架底座宽度增加,支架重心高度呈现逐渐增加的趋势;随着采高高度的增加,最大、最小煤层倾角呈现逐渐减小的趋势;随着支架底座宽度增加,最大、最小煤层倾角呈现逐渐增加的趋势;随着加载载荷增加,煤层倾角呈现逐渐减小的趋势。该研究为液压支架稳定性、安全可靠性提高等方面提供理论基础。

针对榆林矿区某矿大采高综采工作面回风巷采用超前支架、单体支柱或木垛进行超前支护存在支护效果差、支护速度慢、支护成本高、工人劳动强度大等问题,设计了一种大采高垛式液压支架。对该支架在顶梁偏载与底座扭转、顶梁扭转与底座集中载荷、顶梁集中载荷与底座偏载3种工况下进行有限元分析,通过分析应力云图和变形云图发现该支架整体受力均匀,无明显应力集中现象,且支架未出现较大变形;对该支架进行现场测试,结果表明,该支架支护作用下的巷道围岩变形量小,有效保证了工作面巷道的安全。

以ZY9000/22/55D型大采高综采液压支架作为研究分析对象,利用ANSYS Workbench有限元数值分析软件对该液压支架在不同工况条件下主要构件受力情况进行模拟分析,得到液压支架受力状态下应力分布和位移变化云图,根据其应力变化规律,对受力较小的液压支架掩护梁进行尺寸和拓扑优化,使液压支架的整体结构应力重新分布。通过对优化后液压支架在不同工况下受力情况进行分析,验证优化后的液压支架各构件受力更加均衡合理,支架整体强度和承载能力得到明显改善,证明该优化改进方法合理有效,提高了支架整体支护的安全性。

为了及时有效地支护大采高工作面煤壁和顶板,在对大采高液压支架支护原理分析的基础上,给出了支护参数的确定方法,提出了"先调整后自动"操作电液控制系统控制液压支架完成降架—移架—升架工序的方法。总结出:"快、直、正、严、紧、净"的六字液压支架支护要诀。

液压支架作为综采工作面机械化采煤的支护设备,其稳定运行至关重要。由于大采高工作面中存在较大矿压,易发生煤壁片帮等事故,其对顶板支护提出了更高的要求,带压移架作为一种非直接对顶板增卸压的方式,可以使支架在移架过程中时时接顶,能够有效限制煤壁片帮及端面冒顶的发生,对于顶板支护具有较理想的效果。以某型号大采高液压支架为对象,对其带压移架液压系统进行了理论分析,通过AMESim搭建模型并进行仿真,结果表明该系统能够较好的根据顶板起伏变化做出调整,且建模过程中提出了一种带有底阀的立柱模型,可以较好的模拟立柱一级缸及二级缸的升降次序,对液压支架后续的研究有一定的借鉴意义。

针对井下大采高工作面要求的支架最大支护高度增加,最低运输高度保持不变的支护和运输难题,研究了一种最大支护高度增加、整架运输高度保持不变、运输过程与支护过程通过时间分离使其具备不同姿态的新型大采高液压支架。

针对大采高纯水介质液压支架油缸的密封问题,设计了一种新型蕾形组合密封结构,并且建立了其理论分析模型。通过设置不同的直径间隙以及不同的压力载荷值,进行仿真分析,得出其不同直径间隙和不同压力载荷下的最大接触应力值。通过对比分析,得出了当直径间隙为0.55 mm时,其密封性能达到最佳,且在相同直径间隙不同压力载荷下其最大接触应力随着载荷压力的增大逐渐增大,而最大接触应力点在密封体与内外环体相接触的位置。

利用有限元分析软件ANSYS对大采高液压支架在顶梁受扭转载荷且底座两端受载的工况进行分析发现在该载荷下大采高液压支架顶梁和底座应力分布较为严重其中最大应力发生在大采高液压支架顶梁与垫块连接处.因此对该处进行结构优化再次分析后发现大采高液压支架应力分布基本不变但是最大应力却得到显著降低这为后续大采高液压支架的设计奠定了基础.