针对煤矿中大采高液压支架控制器由于手动操作而出现的低效率、高风险等问题,提出一种支架控制器自动化技术。根据液压支架控制器的工作原理,从系统软硬件方面进行设计,实现对液压支架功能和性能的可靠性测试。在某煤矿上进行系统调试的结果表明,所设计的液压支架控制器在运行过程中,系统的性能稳定,支架的动作准确,自动控制效果较好。

液压掘进机作为煤炭生产资料的重要组成部分,其工作效率对煤矿产出有着重要意义。为了提高液压掘进机的可靠性,以悬臂式部分断面掘进机为例,提出了其液压缸的优化设计,包括液压泵和蓄能器的设计。此外,根据井下掘进机的工作状态和设计要求,对掘进机液压系统控制策略进行优化。设计后的掘进机液压系统和优化后的控制策略,具有高效能、自动化程度高的优点。

对矿井常用的综掘机液压系统构成及工作原理、运行特点及测试技术进行分析,并以测试结果为基础,根据液压变量泵、平衡阀以及多路阀工作特性,对影响液压系统运行效率的因素进行分析,归结起来主要有待机压力设定、液压工作回路组合、平衡阀压力设定等,并提出具体的改进优化措施。结果表明,对液压系统进行改进后,液压系统工作效率得以提升,液压油温异常问题得以显著改善,优化措施取得显著效果。

针对液压支架控制系统实时性、可靠性、智能化控制要求,在详细分析液压支架控制系统三层控制结构的基础上,重点分析层3液压支架控制器间的动态优先级CAN通信组网方案、层2与层3间基于时分复用的TCP/IP数据传输方案以及层3的远程监控技术。基于上述关键技术实现的液压支架控制系统已经在西山煤电集团某矿综采工作面服役1年有余,应用结果表明该液压支架控制系统在控制指令、数据传输的实时性较高,数据传输的可靠性较好,远程控制技术实现了液压支架的基本智能化。

基于优化设计方法和有限元方法对ZCC8800/20/38型液压支架的后顶梁进行了静力学分析和结构优化改进。结果表明,后顶梁存在明显的应力集中现象,安全系数只有1.22,低于机械行业标准,必须进行优化改进。选择9个关键结构参数作为优化对象,利用ANSYS软件进行结构改进,使得后顶梁的最大应力降低了19.06%,安全系数达标。将优化后的后顶梁结构部署到液压支架工程实践中,在为期半年的实践测试中发现其效果非常好,设备运行稳定性得以提升,故障率大幅降低。此次结构优化改进能够为企业创造良好的经济效益。

大采高全采技术是厚煤层的开采效率显著提升的关键途径之一。在该过程中,大采高液压支架扮演着至关重要的角色,可确保开采作业的安全与稳定。值得注意的是,液压支架在作业时,其支护高度的调整会直接影响底座承受的比压状况,进而影响整体开采作业的稳定性和效率。因此,合理调整液压支架的支护高度是实现高效、安全厚煤层开采的重要技术环节。采用有限元仿真的形式分析不同支护高度下的底座比压,结果表明,支护高度为最大工作高度时的底座比压最小,且在偏载载荷下的偏载效应最小,因此,应尽量使液压支架在最大支护高度下作业。

作为煤矿工作面“三机”装备中的重要构成部分,液压支架的稳定安全运行对煤矿生产质量和效率均有直接影响。以ZY2800/13/28型掩护式液压支架为研究对象,利用SolidWorks软件构建了支架的模拟仿真模型。结果发现,液压支架顶梁和掩护梁的耳板附近区域存在应力集中现象,通过改善耳板连接形式、调整掩护梁板厚,从而优化液压支架结构,使得液压支架的最大应力降低了17.33%。实践应用发现,新液压支架运行良好,使用寿命可以延长1~2年,经济效益和安全效益显著。

为进一步探究煤矿巷道液压组合支架的动力学特性,以某煤矿综掘工作面与EBZ260型掘进机配合使用的液压组合支架为研究对象,基于其具体参数搭建有限元模型,并以仿真分析方法确定该液压组合支架的动力学特征,从而确定后续可能的优化策略。同时,进一步结合现场实验,验证了本次仿真分析结果的有效性。本次研究将为后续的液压组合支架优化设计工作提供一定的参考借鉴。

掩护梁结构是液压支架的主要承力结构件,对其开展优化设计能显著提升液压支架的设计水平。以ZY5000/8.5/16型液压支架的掩护梁为例进行分析,在概述液压支架及掩护梁结构的基础上,利用ANSYS软件建立仿真模型,分析发现掩护梁的安全系数很高,有很大的轻量化设计空间。选择掩护梁的10个关键结构尺寸作为优化对象,以最大变形和等效应力为约束条件,以总质量为优化目标,通过优化使得掩护梁整体质量减轻了17.6%。将新的掩护梁部署到煤矿工程实践中,经过一段时间的应用发现整体运行稳定,验证了轻量化优化设计的有效性。

为进一步探究矿用液压支架可能的优化路径,以部分煤矿企业应用较多的ZY2800型矿用液压支架液压支架为研究对象,应用有限元分析方法对其进行建模分析,通过分析应力分布情况,明确当前该矿用液压支架在设计方面存在的待改进之处,并采取针对性措施,对该设备的顶梁、掩护梁和底座3个部位进行针对性的优化设计。从优化前后的对比分析结果来看,优化后的矿用液压支架在应力分布情况上显著改善,证明优化方案发挥了一定的作用。