以ZF8000型液压支架为研究对象,利用Hyper Works仿真分析软件对其结构强度和敏感性进行分析,获得液压支架的结构设计参数和敏感性分布趋势,为优化液压支架的结构,提高其工作可靠性奠定了坚实的基础,具有极大的应用推广价值。

使用长壁液压支架会受到由岩体和静载荷引起的可变载荷,动态载荷发生在岩体危险的条件下,对支架结构来说是最危险的,尤其是受压的底座,因为变化载荷是导致疲劳开裂的原因。从疲劳寿命的角度提出了液压支架底座设计的有关问题,采用有限元数值模拟分析方法,基于ANSYS程序建立了计算模型,确定操作过程中疲劳失效的临界点,并在此基础上,提出了加强底部基础部分的优化设计解决方案。该研究成果可为矿井液压支架的结构优化提供依据。

基于液压支架的顶梁和屏蔽梁由于承受动力冲击载荷容易损坏这一情况,为了提高其工作性能,研究了液压支架在顶梁和屏蔽梁承受冲击载荷时的运动趋势、姿态和机械响应。利用ANSYS软件建立了液压支架的仿真模型,沿着顶梁和屏蔽梁的正常方向朝向对称中心施加冲击载荷。通过在不同的冲击条件下测量屋顶梁的旋转角度、柱的偏转角、柱的长度和平衡千斤顶的变化以及铰链点的力,结果表明,不同冲击作用下液压支架的动态响应趋势不同,当冲击载荷同时作用于顶梁和屏蔽梁时,支架更容易损坏。

液压支架是矿井工作面高效开采的基本保护手段。当支架的单个部分在工作中正确安装并支护,且其工作参数满足要求时,支架可正常工作。但是整体的几何形状,特别是地板基座和顶部支撑点的正确位置,对其工作的参数和有效性有重大影响。基于此,提出了一种测试支护工作面效果的新方法。这种方法的基础是安装在液压支架主要结构元件上的倾斜仪(角度传感器),通过测试倾斜角度的记录值和开发分析模型用于确定工作面支护的正确位置。研究表明,液压支架截面的几何形状对其不均匀载荷有重大影响,并且为通过截面几何尺寸设计液压支架结构提供了依据。

为了解决当前薄煤层自动化、智能化开采程度低的问题,提高薄煤层液压支架的工作效率,基于双CAN总线的薄煤层液压支架电液控制系统设计思路,设计了电液控制系统的整体架构,并对控制系统的软硬件结构和通信方案进行设计研究,通过实验验证表明,该系统具有液压支架邻架控制和远程控制通讯功能,具有较高的实时性和稳定性。

针对我国超大采高综采技术仍不成熟,在实际生产中频繁发生冒顶事故的现状,以ZY21000/38/82D型液压支架为研究对象,提出了基于支架与围岩耦合关系液压支架安全优化设计,通过分析超大采高工作面稳定性并进行液压支架与顶板强度耦合液压支架设计、液压支架与煤壁强度耦合液压支架设计,完成了超大采高综采液压支架安全优化。运用双伸缩立柱与高压升柱系统、伸缩梁与护帮板分体式结构三级协动护帮的方法提升了液压支架与围岩的强度耦合性,提升了液压支架的安全系数,完成了设计目标。

为了解决液压支架自动化控制程度低,难以实现智能化控制的不足,提出了一种新的CAN数据总线电液控制系统。该系统以支架远程集中控制+人工辅助控制为基础搭建了整体架构,并进行了现场应用。实际应用表明,新的电液控制系统实现了支架的无人化智能控制,支架调整时间降低了44.7%,调整精度提升了84.6%。

为解决传统掘进机截割部液压控制系统仅对传动系统进行控制,无法根据岩层负载变化情况对截割部进行实时控制的问题,在对悬臂式掘进机截割部液压系统现状问题进行分析的基础上,提出针对性的改进措施并完成关键元器件的选型设计。基于AMESim对传统液压控制系统和模糊PID控制算法的改进后截割部液压控制系统的性能进行仿真分析,得出改进后液压控制系统具有响应快、超调量小以及稳态时间快的优势。

为了提高带式输送机张紧自动化水平以及张紧精度,降低劳动作业强度,避免因输送带张紧不足导致输送带跑偏、打滑、断带等事故发生,长春兴煤矿通过技术研究设计了一套液压张紧装置并进行了运用。通过实际应用来看,该装置具有张紧精度高、故障率低、便于操作等优点,取得了显著应用成效。

根据某矿3号煤层赋存条件及工作面的放顶煤工艺,分析ZF7000/16/30D型综放支架的主要技术参数、结构特征,并详细介绍了支架电控方案。该方案可以实现支架的立柱应力监测、支架推移行程监测、支架高度监测、顶底板姿态监测、护帮姿态监测、支架尾梁姿态监测、煤机位置监测、动作警示监测、精准拉移刮板输送机等操作功能,为井下实际应用提供参考。