自移式吸能防沖巷道支架研究.pdf

1、沖擊地壓是煤礦開采中遇到的重大災(zāi)害之一，近年來研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)沖擊地壓發(fā)生在巷道中。然而，目前巷道支護大多沒有從防沖角度進行設(shè)計，抗沖擊載荷能力有限，不能滿足沖擊地壓礦井支護要求。針對沖擊地壓礦井，創(chuàng)新設(shè)計了自移式吸能防沖巷道支架，并對沖擊地壓巷道吸能防沖機理及支架進行了系統(tǒng)的理論、數(shù)值和實驗研究。
　　(1)探討吸能防沖機理，建立了巷道沖擊地壓圍巖支護作用動力學(xué)模型。
　　將上覆巖層簡化為由多個質(zhì)量塊組成的塊系，巖塊簡化為

2、剛體，巖塊間的連接簡化為Kelvin-Voigt模型，把支護系統(tǒng)簡化為彈簧和耗能阻尼器，初始巖塊受沖擊載荷作用。支護系統(tǒng)中阻尼為零時，為常規(guī)支護系統(tǒng);支護系統(tǒng)中阻尼大于零時，為吸能防沖支護系統(tǒng)。
　　(2)提出了高強度吸能支護防治巷道沖擊地壓方法。
　　對動力學(xué)模型分析得出:加強支護，提高支護強度，可以大幅度減少巷道沖擊載荷作用下圍巖加速度和位移幅值;支護系統(tǒng)中加入阻尼構(gòu)件有利于快速平息圍巖震動，增強支護抗沖擊載荷能力，提高

3、巷道圍巖穩(wěn)定性。基于能量守恒定律，理論推導(dǎo)也得出了吸能支護可大幅度增強支護系統(tǒng)的抗沖性能。
　　(3)創(chuàng)新設(shè)計了六邊管形頂梁吸能防沖構(gòu)件。
　　設(shè)計了圓形、八邊形和六邊形等徑向吸能防沖構(gòu)件。采用理論、數(shù)值和實驗研究方法，從構(gòu)件變形破壞規(guī)律、力-位移變化規(guī)律及5個性能評價指標等三方面對構(gòu)件吸能防沖性能進行分析。得出六邊管形吸能防沖構(gòu)件具有穩(wěn)定的可重復(fù)變形破壞模式、恒定的反作用力、較高的沖程效率和不可逆的能量轉(zhuǎn)換形式等優(yōu)點，是理

4、想的頂梁吸能防沖構(gòu)件。并確定了吸能防沖構(gòu)件承載力為1.1倍支架工作阻力。
　　(4)創(chuàng)新設(shè)計了擴徑式液壓立柱吸能防沖構(gòu)件。
　　設(shè)計了方形折痕、六邊形折痕、內(nèi)外翻轉(zhuǎn)式和擴徑式等軸向吸能防沖構(gòu)件。采用理論、數(shù)值和實驗研究方法，從構(gòu)件變形破壞規(guī)律、力-位移變化規(guī)律及5個性能評價指標等三方面對構(gòu)件吸能防沖性能進行分析。得出擴徑式吸能防沖構(gòu)件具有穩(wěn)定的可重復(fù)變形破壞模式、恒定的反作用力、較高的沖程效率、不可逆的能量轉(zhuǎn)換形式和變形不向

5、四周膨脹等優(yōu)點，是理想的液壓立柱吸能防沖構(gòu)件。并確定了擴徑式吸能防沖構(gòu)件承載力為1.2倍立柱工作阻力。
　　(5)創(chuàng)新設(shè)計了自移式吸能防沖巷道支架。
　　自移式吸能防沖巷道支架采用2架2列一組架型，支架左右兩列相同，前后2架相同。支架頂梁與底座之間采用四連桿機構(gòu)和2液壓立柱連接，左右2列的頂梁、底座之間分別采用2個調(diào)架千斤頂連接，前后架底座之間采用推移千斤頂連接，前后架頂梁之間采用伸縮梁連接。其主要特點是液壓立柱和頂梁具有吸

6、能防沖功能，采用前推后拉實現(xiàn)支架自移功能。
　　(6)得出了自移式吸能防沖巷道支架防沖原理。
　　支架防沖主要體現(xiàn)在抗和讓兩方面?？贵w現(xiàn)在圍巖靜態(tài)壓力下構(gòu)件不發(fā)生變形破壞。讓體現(xiàn)在沖擊地壓發(fā)生時，吸能防沖構(gòu)件起到讓位吸能降沖作用。讓位吸能降沖作用又體現(xiàn)在三個方面:一方面，吸能防沖構(gòu)件通過塑性變形直接耗散圍巖沖擊能;另一方面，構(gòu)件恒力變形階段改善了沖擊載荷時支架受力情況，保護了支架;再一方面，吸能防沖構(gòu)件變形空間給煤巖提供了一