綜掘巷道邁步式超前支護(hù)系統(tǒng)力學(xué)特性研究.pdf

1、綜掘迎頭及巷道冒頂事故頻發(fā)、掘進(jìn)效率低，采用臨時(shí)支護(hù)設(shè)備及時(shí)有效的對(duì)迎頭頂板進(jìn)行支護(hù)、優(yōu)化掘進(jìn)工藝、使掘支錨可以并行作業(yè)是煤礦機(jī)械迫待解決的技術(shù)難題.論文在查閱和調(diào)研大量現(xiàn)有理論和資料基礎(chǔ)上，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“邁步式超前支護(hù)裝備與掘進(jìn)迎頭頂板動(dòng)力耦合機(jī)理研究（編號(hào):51304107）”和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國家發(fā)明專利“液壓邁步式超前支護(hù)裝備”，采用現(xiàn)場調(diào)研、理論研究、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)綜掘巷道超前支護(hù)裝備動(dòng)力學(xué)特性及

2、其控制技術(shù)進(jìn)行了研究，主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)分析了綜掘巷道形成過程及頂板應(yīng)力變化規(guī)律和掘進(jìn)支護(hù)工藝需求，提出了采用液壓邁步式超前支護(hù)方式對(duì)迎頭頂板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù).基于巖石力學(xué)各向同性薄板和厚板理論，分別建立了頂板的薄板和厚板的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，通過數(shù)值模擬獲得了頂板的位移和應(yīng)力應(yīng)變的變化規(guī)律;通過對(duì)頂板破裂特征與破碎機(jī)理進(jìn)行研究，提出了迎頭頂板的支護(hù)判據(jù);依據(jù)頂板的臨時(shí)支護(hù)要求，確定了超前支護(hù)裝備的初撐力、工作阻力，提出了

3、超前支護(hù)裝備的設(shè)計(jì)要求.
　　(2)依據(jù)綜掘巷道頂板臨時(shí)支護(hù)需求，研究了一種液壓交替邁步式超前支護(hù)裝備.依據(jù)該裝備與頂板相互作用關(guān)系，分別建立了超前支護(hù)裝備單組支撐和雙組支撐的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，得出了超前支護(hù)裝備自身的靜、動(dòng)力學(xué)特性.
　　(3)依據(jù)超前支護(hù)裝備頂梁與迎頭頂板接觸形式的不同，利用變形協(xié)調(diào)原理，分別建立了頂梁多點(diǎn)分布支撐和全接觸支撐工況下的超前支護(hù)-頂板體系的靜力學(xué)模型.通過對(duì)超前支護(hù)裝備的工作原理和結(jié)構(gòu)特征

4、的分析，建立了頂梁多點(diǎn)分布接觸和全接觸狀態(tài)下的超前支護(hù)-頂板體系耦合動(dòng)力學(xué)模型，研究了超前支護(hù)裝備交替邁步移動(dòng)過程中與頂板相互作用的耦合動(dòng)力學(xué)特性.
　　(4)通過對(duì)綜掘迎頭頂板力學(xué)數(shù)值仿真，分別得出了頂板靜態(tài)、動(dòng)態(tài)位移特征的規(guī)律;對(duì)超前支護(hù)裝備結(jié)構(gòu)自身的靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了數(shù)值仿真研究，得出了超前支護(hù)裝備工作時(shí)位移特征、動(dòng)態(tài)特征和模態(tài)特征的變化規(guī)律;通過對(duì)超前支護(hù)-頂板體系的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真，分別計(jì)算出了多點(diǎn)分布接觸、頂梁

5、全接觸、單組支撐和雙組支撐工況下支護(hù)裝備與頂板的位移特征、接觸力的分布特性、以及支護(hù)裝備與頂板之間相互作用的動(dòng)力學(xué)耦合特性.
　　(5)根據(jù)超前支護(hù)裝備與頂板相互作用的工作原理和力學(xué)特性，以減少對(duì)頂板的擾動(dòng)量為約束條件，分別研究了雙組變單組支撐、單組變雙組支撐過渡態(tài)支撐力的變化對(duì)頂板的影響，通過數(shù)值仿真計(jì)算，獲取了超前支護(hù)裝備支撐壓力的最優(yōu)加載和卸載特征曲線.利用電液伺服控制原理，實(shí)現(xiàn)了通過對(duì)超前支護(hù)裝備液壓系統(tǒng)工作壓力的調(diào)控以實(shí)