基于煤矿顺槽围岩控制机理,介绍了一种大采高超前液压支架结构设计。为验证此结构设计的可行性,先采用仿真分析方法进行有限元仿真分析,初步确认结构设计有效性后,将大采高超前液压支架结构设计应用于工程实践,进一步检验结构设计应用价值。最终综合确认大采高超前液压支架结构设计具有较强可行性。

针对大采高大倾角综采工作面存在矿压强烈、开采强度大、顶板容易冒落、支护难度较大的问题,以王村煤业1311工作面为研究背景,对工作面覆岩破坏规律进行研究,计算关键层和其他各层的载荷,确3D定关键层极限跨距和基本顶周期来压步距,建立FLAC数值模拟模型,研究工作面推进对垂直应力分布和垂直位移分布的影响规律;计算液压支架的工作阻力,对液压支架进行选型并分析其稳定性。结果表明,液压支架初撑力和末阻力的分布范围在4000~6000 kN和5000~7000 kN之间,大于额定工作阻力的60%占比为42.5%和70.6%,大于额定工作阻力的80%占比为0%和82.5%,没有大于额定工作阻力的情况。1311工作面选取液压支架满足井下支护需求,能够很好地适应井下大采高大倾角的复杂工况。

全面实现采煤工作面的智能化是煤碳行业的关注焦点和企业的攻坚课题。通过对孔庄煤矿4.8 m大采高工作面实际安装现场中具体流程、安全施工等的研究,着重介绍了该工程中的支架现场安装技术与保障措施,归纳了大采高工作面安装经验,总结了施工中存在的不足,为类似的大采高智能化工作面安装项目的相关技术保障提供思考方向和相关的建议方案,对持续提高大采高工作面安装项目的效率具有重大意义。

分析了开采高度高的最上层煤的破裂规律,直接顶板和基本顶板的断裂,揭示了在综采放顶煤开采中产生强烈压力的原因,结合了围岩耦合作用,提出了一种悬臂梁的确定方法,确定了大采高综采支架的支撑强度,并提出了一种基于三维高动力水力支护的上层硬煤参数优化的三维动态设计方法。

针对大采高ZY9400/28/62型液压支架在井下使用过程中由于受力不均衡造成部分支架伸缩梁耳板容易出现弯曲变形的问题,提出了三种优化设计方案,经对比分析后确定了最优方案,即利用力的反向作用原理,在液压支架伸缩梁耳板易变形处的内侧焊接一道弯盖板,从反方向上增加一个支撑力来抵消耳板正向受力作用,从而彻底有效解决了支架伸缩梁耳板受力变形问题,具有一定的推广应用价值。

针对综采高放开采过程中支架稳定性变差的问题,在对现场液压支架阻力进行观测和理论分析的基础上,通过对液压支架的支撑阻力的频率分布、初始承载力、矿柱应力等方面进行分析,研究了ZF15000型液压支架在综采放顶煤中的动态承载特性和适应性。结果表明:ZF15000液压支架具有较高的抗冲击能力,且支架利用率高、运行合理、稳定性和可靠性高,对顶板适应性好。

布尔台煤矿22403综采工作面回风巷超前液压支架选型为工程背景,分析22403综采工作面回风巷沿空侧岩层结构及综采工作面沿空回风巷超前支架与22403回风巷巷道围岩变形关系。以22403回风巷实际参数为基础,构建22403回风巷力学模型,采用基本顶位态方程,对沿空回风巷巷道变形量进行计算,通过理论计算的方法,计算出煤柱及正帮实体煤内的承载力,以巷道围岩变形对超前液压支架不发生挤架为原则,推导出上覆基本顶临界回转角度。确定沿空回风巷超前支护段支护的临界强度为1.7MPa,从而选择型号为ZQL2X24500/25/47D型超前液压支架。采用数值模拟方法以及现场实测方法,对回风巷位移进行观测,从而验证超前液压支架选型的合理性。

为改善复杂环境下大采高液压支架的运行状况,解决液压支架在应力集中或突然发生变化时支撑失效的问题,参照相应国家标准,建立大采高液压支架三维模型,采用有限元仿真分析法,对液压支架进行了优化设计。结果表明,优化设计后液压支架顶梁所受最大载荷减小190.688 MPa,能够确定零部件的缺陷或薄弱地带,有效改善顶梁应力集中情况,可在其他易损设备上推广应用。

传统大采高液压支架结构件存在着焊接工作量大,制造成本高等缺点,该文研发了一种新型大采高液压支架,掩护梁结构件创新性的采用了外主筋断开箱型、内主筋薄厚板对接焊和加强平衡耳座等新结构,支架样机下线后,在厂内完成强度试验和耐久性压架试验。结果表明,掩护梁新结构件强度能够满足大阻力、大采高、特殊环境要求,不仅克服了传统结构的缺点,更具有制造成本低、加工周期短等优势。

根据特厚煤层大采高工作面需要,研发设计了ZY18000/35/77D型大采高掩护式液压支架。文章阐述了支架的选型设计中支架支护强度和工作阻力的确定,以及平衡千斤顶保持力矩的计算,并对支架的护帮机构、液压控制系统和支架四连杆优化设计、运动分析进行了较详细的介绍。