大傾角液壓支架穩(wěn)定性及關鍵部件有限元分析.pdf

1、近幾年隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展,對煤炭資源的需求日益增加,要求更多的煤炭資源被開發(fā),而多年來的開采己經(jīng)使礦區(qū)賦存條件“優(yōu)越”的煤層儲量越來越少,因而轉(zhuǎn)向了煤層儲量只占15％-20%大傾角或急傾斜煤層的開采上來。我國一般認為煤層傾角達到35°~55°之間為大傾角煤層。由于大傾角或急傾斜煤層圍巖礦壓顯現(xiàn)及運移規(guī)律的特殊性,伴隨著煤層的開采安全性問題也凸現(xiàn)出來。我國對大傾角或急傾斜煤層工作面系統(tǒng)可靠性的研究進展較快,研究成果多見于采煤工作面圍(

2、煤)巖礦壓顯現(xiàn)和破斷活動規(guī)律的控制上,而對工作面系統(tǒng)可靠性影響較大的關鍵支護設備(支架)的穩(wěn)定性(防倒、防滑)研究進展卻相對緩慢。據(jù)查閱國、內(nèi)外相關文獻資料可知,有關大傾角或急傾斜煤層支護設備(支架)的穩(wěn)定性研究主要集中在單個支架防倒、防滑的結構設計,并在采煤工作面的相鄰支架間設置相應的防倒、防滑裝置來提高整組支架的穩(wěn)定性,從而達到工作面支架組或支架對“支架-圍巖”系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性控制,減少或防止圍巖災變的發(fā)生,保證安全生產(chǎn)的目的。加強

3、單個支架穩(wěn)定性的技術措施已經(jīng)很成熟,在生產(chǎn)實踐中取得很好的使用效果,但就大傾角或急傾斜采煤工作面支架組中的個別支架(尤其是支架移架、降(或升)架時,與移動支架相接的上、下鄰架)失穩(wěn)而引發(fā)的工作面整組支架(或局部支架組)的支護能力的下降,甚至發(fā)生大面積的傾倒滑移的現(xiàn)象沒有得到有效的解決,這是一直影響大傾角或急傾斜煤層安全、可靠開采的關鍵技術因素。因此,為了使大傾角或急傾斜煤層的開采更安全、可靠,不僅要保證單個支架的穩(wěn)定性,同時還要加強工作

4、面支架組的穩(wěn)定性控制。本文針對大傾角煤層走向長壁開采中影響工作面支架(或支架組)穩(wěn)定性的礦壓顯現(xiàn)規(guī)律、運移特點進行了論述,分析了大傾角或急傾斜煤層開采條件下支架結構和工作特性與圍巖穩(wěn)定性的關系;支架在大傾角或急傾斜煤層工作面支護過程中表現(xiàn)出與緩傾斜煤層不同的支護結構特性,即工作面支架存在不同的支護形態(tài)類型(正垂,順向,逆向支護形態(tài)類型);基于大傾角或急傾斜條件下支架的支護結構特性,建立支架下滑、傾倒的極限方程和理論模型,由極限方程導出影

5、響支架失穩(wěn)(下滑、傾倒)指數(shù),由此得出支架在工作狀態(tài)下,調(diào)整支架結構參數(shù)可降低支架下滑、傾倒趨勢,提高支架結構穩(wěn)定性;基于支架支護結構特性,對大傾角或急傾斜采煤工作面支架組中的個別支架(尤其是支架移架、降(或升)架時,與移動支架相接的上、下鄰架)失穩(wěn)或傾倒滑移的現(xiàn)象建立了理論模型,并對其引發(fā)的失穩(wěn)進行了理論分析和實驗驗證;根據(jù)引起支架失穩(wěn)機理并合大傾角煤層綜采的實際工況,提出了相應的防倒、防滑的技術措施,為加強大傾角煤層開采的可靠性提供