综掘巷道迈步式超前支护系统力学特性研究

发布时间：2018-11-28 11:56

【摘要】：综掘迎头及巷道冒顶事故频发、掘进效率低,采用临时支护设备及时有效的对迎头顶板进行支护、优化掘进工艺、使掘支锚可以并行作业是煤矿机械迫待解决的技术难题.论文在查阅和调研大量现有理论和资料基础上,结合国家自然科学基金项目“迈步式超前支护装备与掘进迎头顶板动力耦合机理研究(编号：51304107)”和自主知识产权的国家发明专利“液压迈步式超前支护装备”,采用现场调研、理论研究、数值模拟和实验研究相结合的方法,对综掘巷道超前支护装备动力学特性及其控制技术进行了研究,主要研究内容包括：(1)分析了综掘巷道形成过程及顶板应力变化规律和掘进支护工艺需求,提出了采用液压迈步式超前支护方式对迎头顶板进行临时支护.基于岩石力学各向同性薄板和厚板理论,分别建立了顶板的薄板和厚板的静力学和动力学模型,通过数值模拟获得了顶板的位移和应力应变的变化规律；通过对顶板破裂特征与破碎机理进行研究,提出了迎头顶板的支护判据；依据顶板的临时支护要求,确定了超前支护装备的初撑力、工作阻力,提出了超前支护装备的设计要求.(2)依据综掘巷道顶板临时支护需求,研究了一种液压交替迈步式超前支护装备.依据该装备与顶板相互作用关系,分别建立了超前支护装备单组支撑和双组支撑的静力学和动力学模型,得出了超前支护装备自身的静、动力学特性.(3)依据超前支护装备顶梁与迎头顶板接触形式的不同,利用变形协调原理,分别建立了顶梁多点分布支撑和全接触支撑工况下的超前支护-顶板体系的静力学模型.通过对超前支护装备的工作原理和结构特征的分析,建立了顶梁多点分布接触和全接触状态下的超前支护-顶板体系耦合动力学模型,研究了超前支护装备交替迈步移动过程中与顶板相互作用的耦合动力学特性.(4)通过对综掘迎头顶板力学数值仿真,分别得出了顶板静态、动态位移特征的规律；对超前支护装备结构自身的静力学、动力学进行了数值仿真研究,得出了超前支护装备工作时位移特征、动态特征和模态特征的变化规律；通过对超前支护-顶板体系的静力学和动力学数值仿真,分别计算出了多点分布接触、顶梁全接触、单组支撑和双组支撑工况下支护装备与顶板的位移特征、接触力的分布特性、以及支护装备与顶板之间相互作用的动力学耦合特性.(5)根据超前支护装备与顶板相互作用的工作原理和力学特性,以减少对顶板的扰动量为约束条件,分别研究了双组变单组支撑、单组变双组支撑过渡态支撑力的变化对顶板的影响,通过数值仿真计算,获取了超前支护装备支撑压力的最优加载和卸载特征曲线.利用电液伺服控制原理,实现了通过对超前支护装备液压系统工作压力的调控以实现加载和卸载特征的控制.(6)研制了一套模拟巷道顶板特征的加载实验台和液压迈步式支护系统,通过模拟综掘巷道顶板力学工况,对超前支护装备与实验顶板相互作用的静力学、动力学进行了实验,测试数据与理论结果进行比较分析,验证和完善了理论研究成果.
[Abstract]:The excavation and head and the roof of the roadway are frequent, the driving efficiency is low, and the temporary support equipment is adopted to support the head-on top plate in time, and the tunneling process is optimized, so that the digging and supporting anchor can work in parallel and is a technical problem that the coal mine mechanical force is to be solved. On the basis of consulting and investigating a large number of existing theories and data, the paper combines the field investigation, the theoretical research, the numerical simulation and the experimental research in combination with the national patent 鈥渉ydraulic-step type advance support equipment鈥，

本文编号：2362759