充填采煤液压支架受力分析与运动学仿真研究

根据充填采煤液压支架结构原理及控顶作用,建立了支架顶梁的力学模型,分析得出了顶梁受力情况及3排立柱受力之间的关系;运用Pro/E软件对支架进行三维建模和运动学仿真分析,模拟出主要部件的运动过程,得出各主要部件在工作过程中的运动特征曲线,并对支架参数进行了校核.基于以上分析结果设计制造了ZZC8800/20/38型充填采煤液压支架,支架前、后排立柱受力分别是中立柱支架受力的4.1倍、4.6倍.该支架在平煤十二矿成功应用表明受力分析及设计是科学合理的.     

矿用液压支架掩护梁结构强度优化的研究

在整个采煤过程中,液压支架作为煤矿开采的支护设备,它的高强度性和高安全性直接决定了煤矿开采作业的生产安全。根据目前对液压支架整体结构研究和实际采煤作业中发现掩护梁是液压支架整体较薄弱部位,特别是在顶梁受扭转载荷时更为突出。利用Hyperworks软件针对扭转载荷下的掩护梁进行了静力学分析和拓扑优化分析,在此基础上提出了结构优化方案,并对优化方案进行了相同工况下的静力学分析。对比优化方案的分析结果显示方案四使最大应力减小了24.46%,同时重量降低194 kg,最大位移也有所降低,优化结果最理想。对液压支架的整体优化提供了技术支持,完成了强化结构的同时液压支架总体轻量化的设计目标。     

滑移支架放顶煤工作面煤岩活动特点及其控制

本文结合我国滑移顶梁液压支架放顶煤开采的实践，对滑移支架放顶煤工作面顶煤的破碎和放出规律进行了研究，指出工作面长度，煤层强度、开采深度及煤层结构等是影响顶煤破碎和放出效果的主要因素，同时指出顶煤的破碎是顶煤与上覆岩层相互作用的结果，而支架仅起辅助破煤的作用。     

支架顶梁对γ射线方法测量顶煤厚度影响研究

建立了自然 γ射线穿透顶煤层和液压支架顶梁后辐射强度的数学模型 .在这模型中考虑到了γ射线穿过煤层后辐射强度与顶煤层厚度之间的函数关系 .得出了在考虑支架顶梁与不考虑支架顶梁两种情况下的 γ射线强度相差 1 3.6%的结论 .唐山煤矿采煤工作面的实验数据证实了本文理论分析结果的正确性     

综采面覆岩结构稳定控制的推采速度效应

开采速度会影响采空区矸石压缩变形,改变基本顶断裂岩块运移位态,影响覆岩结构稳定及矿压显现.采用理论分析和现场实测的方法,建立了考虑矸石压缩效应的"砌体梁"结构模型,分析了推进速度与矸石变形的内在联系,揭示了推进速度对覆岩结构稳定及控制的影响规律.结果表明:随推进速度加快,关键块C下沉量及回转角呈近似负指数关系衰减,进而增加岩块间挤压程度与水平推力,对控制关键块滑落失稳有利;矸石压缩对关键块B触矸后运动影响不大,故分析回转失稳时应回归B块断裂回转至触矸的过程.回转失稳主要与采空区充填程度有关.因提速增加的岩块间水平推力有助于补偿滑落失稳产生的附加载荷,减小支架受力,一旦结构实现自稳,所需支架工作阻力将趋于恒定.     

综放开采覆岩坏及顶煤冒落的相似模拟研究

介绍了模拟综放开采覆岩及顶煤的移动规律。正常放煤过程。顶煤呈现煤壁内受压裂，支架上方破碎，支架放煤口上方成散体的规律。这一规律随工作面推进，顺的序周而复始的进行。支架承受的上方煤体和折断产部分直接顶的载荷。     

充填采煤液压支架夯实离顶距影响因素研究

利用Pro/E 5.0三维仿真软件构建了3种常用型号固体充填采煤液压支架的实体模型,基于夯实离顶距合理性的判定原理,重点分析了支护高度、煤层倾角、顶板提前下沉量及夯实作用次数等因素对夯实离顶距的影响规律.结果表明:各因素对夯实离顶距均有明显影响,其中支护高度最为显著;影响程度各有区别,不同型号支架适应的工程地质条件也各有不同,以六柱正四连杆支架为例:支护高度为最大设计高度60%~85%、煤层倾角近水平、顶板提前下沉量为0、循环夯实6次以上时,夯实离顶距最易保障充填采煤液压支架的充填性能,且该架型支架适应煤层倾角较小、对充实率要求不高、顶板条件较好的充填工作面.     

岩层采动裂隙分布在绿色开采中的应用

岩层采动裂隙分布的研究与水体下和承压水上采煤、卸压瓦斯抽放、离层区充填与开采沉陷控制等工程问题紧密相关，通过试验与理论分析，对岩层移动过程中的覆岩采动裂隙动态发育特征及其影响因素进行了深入研究，结果证明：覆岩关键层对离层及裂隙的产生、发展与时空分布起控制作用．基于关键层破断前后采动裂隙动态发育特性与差异，提出了“覆岩离层分区隔离充填减沉法”和卸压瓦斯抽放的“O”形圈理论，并分别应用于我国不迁村采煤试验和卸压煤层气开采实践。     

超高水材料开放式充填开采覆岩控制研究

以陶一矿超高水材料开放式充填开采为背景,介绍了超高水材料开放式充填开采效果的评价方法,并对其覆岩控制效果进行了分析和评价.结果表明：超高水材料的渗透效果与存在裂隙的多少及其导通性有关.采用该方法进行充填开采后,充填率可接近90%,覆岩控制效果良好,地表未发生明显变化,采空区及其顶底板岩层中几乎所有导通的缝隙和部分离层空间都被超高水材料充填密实,工作面瓦斯含量也有明显降低.     

厚煤层不同开采方法覆岩破坏规律研究

在对不同开采方法覆岩破坏高度实测资料分析对比的基础上,研究了冒落岩层高度及碎胀性与覆岩破坏高度的关系,探讨了开采方法对覆岩破坏高度的影响,其结论对于覆岩破坏理论研究及水体下采煤实践具有促进与指导意义.     

厚煤层不同开采方法覆岩破坏规律研究

在对不同开采方法覆岩破坏高度实测资料分析对比的基础上，研究了冒落岩层高度及碎胀性与覆岩破坏高度的关系，探讨了开采方法对覆岩破坏高度的影响，其结论对于覆岩破坏理论研究及水体下采煤实践具有促进与指导意义．     

含水层下矸石充实率控制导水裂隙带高度发育研究

根据含水层下矸石充填采煤覆岩移动变形特征,对等价采高的计算公式进行了细化和修正,并利用此修正的公式对不同充实率的情况下进行预计导水裂隙带高度,实践开采得出结论:含水层下矸石充填对覆岩移动变形产生有效控制,导水裂隙带预计高度和实测结果二者大体一致。     

两柱掩护式综放支架与围岩相互作用相似模拟研究

基于两柱掩护式综放支架新架型,采用大比例相似模拟实验,研究了工作面顶煤的变形破坏特征及支架与围岩相互作用规律,分析了顶梁前后比和支架工作阻力对支架位态和端面顶煤稳定性的影响规律.结果表明:随顶煤硬度减小,控顶区顶煤和两柱掩护式综放支架位态稳定性同时下降;顶煤较软时,放煤区和端面区顶煤的失稳并不断扩大直至贯通是导致支架-围岩系统失稳的原因,提出了顶煤双区失稳的概念;在软煤条件下,支护的关键是通过控制放煤量限制放煤区顶煤的垮落线前移,提高支架支护质量,控制端面冒顶,实验工作阻力设定值由2.7 MN增加到5.5 MN,端面冒顶高度由2.13m减小到1.66m,顶梁前后比设定值由2.38减小到1.49时,端面冒顶高度由1.75m减小到0.915 m,同时顶梁回转角度变化由16.8°减小到1.2°.     

约束边界和销轴简化对液压支架强度影响

为准确分析液压支架在顶梁扭转加载试验时的强度特性,以ZY6800/08/18D型液压支架为研究对象,采用整机建模的方式,建立了液压支架的三维实体有限元模型.根据液压支架试验的测试结果,选取仿真模型上的测点位置,分析对比顶梁和底座在8种不同的约束边界条件下,液压支架的应力分布情况,同时分析带摩擦的接触边界条件下底座和平台的接触应力分布及接触状态,指出顶梁扭转加载时的载荷不对称导致的底座不完全接触的现象.在不改变顶梁和底座约束边界的条件下,分析4种销轴连接简化方法对液压支架整体应力分布的影响.对比仿真结果与测试结果,分别评估各种边界条件和不同销轴连接简化方法的准确性,以及对仿真效率的影响.结果表明,液压支架的顶梁边界选择固定支撑,底座边界选择与工作台摩擦接触,保留销轴并将销轴与轴孔绑定接触得到的仿真结果最接近试验结果,且有较高的计算效率.研究结果可为液压支架设计过程中准确预估应力分布提供依据和参考.     

利用转动不协调确定煤矿覆岩断裂带高度

基于非线性大变形几何场论，建立了覆岩断裂带高度预计的差分余量法，使得地表移动预计和覆岩断裂带的确定统一为一个有机整体；证明了介质变形连续性的协调条件可以用转动协调方程等价表示，微观转动不协调是导致岩石类材料颗粒与夹杂接触边界产生微裂纹的原因。算例的计算结果表明，该方法简单、快速，有望在放顶煤开采和水体下采煤中得到应用。     

滑移支架放顶煤工作面煤岩活动特点及其控制

本文结合我国滑移顶粱液压支架放顶煤开采的实践，对滑移支架放顶煤工作面顶煤的玻碎和放出规律进行了研究，指出工作面长度、煤层强度、开采深度及煤层结构等是影响顶煤破碎和放出效果的主要因素，同时指出顶煤的玻碎是顶煤与上覆岩层相互作用的结果，而支架仅起辅助破煤的作用。     

多煤层开采层间等效基本顶结构及其活动规律

针对晋华宫矿多煤层下行开采过程中层间赋存有19m厚中粒砂岩的特殊条件,在分析其覆岩结构特征的基础上建立了多煤层开采的围岩整体结构模型,据此提出了"层间等效基本顶"的概念,通过理论分析探讨了层间等效基本顶覆岩载荷和等效厚度.结果表明:从砌体梁结构稳定角度认为咬合处即为等效基本顶分界,即厚基本顶中下部未损伤区域作为砌体梁结构的主承载区域,其厚度为基本顶等效厚度.等效基本顶破断步距为19.1m,与现场矿压监测结果一致,较好地解释了11号煤层开采时19m厚中粒砂岩作为基本顶时周期来压步距变小的原因.     

密实充填采煤的岩层移动理论研究

综合机械化固体充填采煤技术能实现密实充填,其岩层移动和地表沉陷规律与垮落式采煤显著不同.在较系统分析充填采煤岩层移动的等价采高理论基础上,建立了密实充填采煤岩层移动的结构力学模型,并进行了连续介质力学分析,给出了相应的岩层移动和地表沉陷计算公式.通过实例分析,提出了在密实充填后,如还采用概率积分法预计地表沉陷,则应对传统的地表下沉预计参数加以修正.可为密实充填采煤覆岩移动和地表沉陷分析提供相关思路以及理论和方法.     

综合机械化固体充填采煤矿压控制原理与支架受力分析

综合机械化固体(废弃物)充填采煤技术能用于低成本、安全、高效回收"三下"压煤和煤柱资源,具有提高煤炭资源回收率,循环利用矿区固体废弃物,保护矿区土地、水资源和环境等优点.在简述固体充填采煤方法及其岩层控制效果的基础上,重点比较了该方法与一般长壁综采在采场矿压控制原理和支架设计理念等方面的显著差异;进一步完善了用于分析岩层移动和地表沉陷等规律的固体充填采煤的等价采高矿压模型;基于提出的固体充填采煤液压支架设计理念,给出了用于分析支架主动加载对顶板变形移动控制的采场矿山压力力学模型,根据半无限平面上作用集中力的经典弹性力学Flamant解,推导得到了计算支架主动力作用引起的采场顶板变形位移曲线的解析解,对完善固体充填采煤基础理论起到了一定的推进作用.     

兖州矿区放顶煤开采覆岩破坏规律探测研究

在利用井下仰孔探测技术探测了三个矿井放顶煤开采覆岩破坏高度的基础上,总结分析了导水裂隙带的形态特征及其最大高度发育过程,所得结论对于进一步研究放顶煤开采覆岩破坏规律及安全生产具有重要的参考与实用价值.