大倾角液压支架稳定性及关键部件有限元分析

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pisahaochima
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近几年随着中国经济的快速发展,对煤炭资源的需求日益增加,要求更多的煤炭资源被开发,而多年来的开采己经使矿区赋存条件“优越”的煤层储量越来越少,因而转向了煤层储量只占15%-20%大倾角或急倾斜煤层的开采上来。我国一般认为煤层倾角达到35°~55°之间为大倾角煤层。由于大倾角或急倾斜煤层围岩矿压显现及运移规律的特殊性,伴随着煤层的开采安全性问题也凸现出来。我国对大倾角或急倾斜煤层工作面系统可靠性的研究进展较快,研究成果多见于采煤工作面围(煤)岩矿压显现和破断活动规律的控制上,而对工作面系统可靠性影响较大的关键支护设备(支架)的稳定性(防倒、防滑)研究进展却相对缓慢。据查阅国、内外相关文献资料可知,有关大倾角或急倾斜煤层支护设备(支架)的稳定性研究主要集中在单个支架防倒、防滑的结构设计,并在采煤工作面的相邻支架间设置相应的防倒、防滑装置来提高整组支架的稳定性,从而达到工作面支架组或支架对“支架-围岩”系统的整体稳定性控制,减少或防止围岩灾变的发生,保证安全生产的目的。加强单个支架稳定性的技术措施已经很成熟,在生产实践中取得很好的使用效果,但就大倾角或急倾斜采煤工作面支架组中的个别支架(尤其是支架移架、降(或升)架时,与移动支架相接的上、下邻架)失稳而引发的工作面整组支架(或局部支架组)的支护能力的下降,甚至发生大面积的倾倒滑移的现象没有得到有效的解决,这是一直影响大倾角或急倾斜煤层安全、可靠开采的关键技术因素。因此,为了使大倾角或急倾斜煤层的开采更安全、可靠,不仅要保证单个支架的稳定性,同时还要加强工作面支架组的稳定性控制。本文针对大倾角煤层走向长壁开采中影响工作面支架(或支架组)稳定性的矿压显现规律、运移特点进行了论述,分析了大倾角或急倾斜煤层开采条件下支架结构和工作特性与围岩稳定性的关系;支架在大倾角或急倾斜煤层工作面支护过程中表现出与缓倾斜煤层不同的支护结构特性,即工作面支架存在不同的支护形态类型(正垂,顺向,逆向支护形态类型);基于大倾角或急倾斜条件下支架的支护结构特性,建立支架下滑、倾倒的极限方程和理论模型,由极限方程导出影响支架失稳(下滑、倾倒)指数,由此得出支架在工作状态下,调整支架结构参数可降低支架下滑、倾倒趋势,提高支架结构稳定性;基于支架支护结构特性,对大倾角或急倾斜采煤工作面支架组中的个别支架(尤其是支架移架、降(或升)架时,与移动支架相接的上、下邻架)失稳或倾倒滑移的现象建立了理论模型,并对其引发的失稳进行了理论分析和实验验证;根据引起支架失稳机理并合大倾角煤层综采的实际工况,提出了相应的防倒、防滑的技术措施,为加强大倾角煤层开采的可靠性提供现实参考和理论依据。
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