综合放顶煤开采凭借其高产高效的优势已成为我国厚煤层开采的重要采煤方法,目前综放开采中,放顶煤液压支架多采用低位放煤的工作方式,在放落过程中,煤岩判别主要依靠人工目判,极易导致放煤过程中的欠放与过放。尾梁作为最主要的放落机构,在落煤过程中不断与煤岩发生碰撞接触,在此过程中表征出不同的动力学振动响应,研究尾梁在煤岩冲击下的响应特性差异,可为基于振动信号的煤岩识别提供理论基础,对制定顶煤放落的自动开闭控制策略提供重要依据,是实现智能化、无人化综放开采的关键。本课题研究由国家自然科学基金项目“基于尾梁振动信号的放顶煤煤矸识别技术研究”支持。本文基于赫兹接触建立了煤岩冲击尾梁的理论简化模型,对冲击系统进行碰撞力学分析,研究冲击碰撞过程中碰撞压缩量、碰撞压力、金属板变形能等系统振动响应参数变化,基于此进一步研究煤岩弹塑性碰撞理论,分析碰撞过程中煤岩颗粒最大冲击力、相对碰撞速度等力学响应参数变化,研究煤岩属性对冲击系统振动响应的影响,并对不同接触属性的煤岩颗粒进行模态分析,研究了煤岩颗粒在各阶数模态中固有频率的差异特性,进一步阐明煤岩属性及接触属性对尾梁振动响应变化的影响规律。基于上述理论分析,建立了煤岩单颗粒弹性冲击尾梁的仿真模型,研究了煤岩单颗粒碰撞过程中冲击系统的动能及内能变化,尾梁直冲碰撞区域的动力学响应特性以及非直冲碰撞区域的振动响应特性差异,分别研究不同仿真接触属性、不同煤岩属性、不同冲击能量下的煤岩颗粒对尾梁力学响应特性的影响规律。在煤岩单颗粒弹性冲击的基础上进一步引入煤岩Johnson Cook本构模型及金属塑性参数,建立煤岩多颗粒冲击尾梁的显示动力学仿真模型,研究煤岩颗粒数量、接触属性、煤岩混合比率、煤岩混合冲击形式以及煤岩属性等参数变化下尾梁碰撞接触区域与非直冲碰撞区域的振动响应规律与差异特性。为模拟现实冲击工况,引入尾梁覆煤颗粒群,建立了煤岩颗粒群冲击覆煤尾梁的仿真模型,研究冲击过程中尾梁的振动响应特性,同时通过DOE(Design of Experiments)试验设计,定义三组因子变量及相关高低水平,因子包括煤岩冲击速度、煤岩属性、覆煤颗粒群厚薄程度,通过正交试验设计8组冲击仿真模型,研究单因子变量及多因子变量交互作用对尾梁振动响应的影响程度。本文通过理论建模、仿真建模、正交试验设计等研究了煤岩颗粒冲击尾梁的振动响应特性,为基于尾梁振动信号的放顶煤煤岩识别提供基础研究。