综掘巷道超前支架力学特性与支护参数研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huhuairen
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针对煤矿开采过程中存在的采掘失调问题,本文为提高巷道掘进效率,设计了一种对综合掘进巷道顶板曲面相适应的滑移式超前支架,这种滑移式超前支架能够适应巷道顶底板不平整等特殊工况,跟随掘进机对巷道顶板进行临时支护。并首次提出永久支护与临时支护联合的超前支架群组的支护工艺,可以大大提高巷道掘进效率,进而解决采掘失调问题。具体研究内容如下:(1)分析18106工作面迎头巷道支护需求,针对巷道空间曲面设计一种滑移式超前支架,通过Solidworks软件建立了滑移式超前支架三维模型,并对滑移式超前支架结构以及工作原理进行介绍。对连续掘进工艺进行分析,首次提出临时支护与永久支护联合的超前支架群组支护工艺。(2)通过普式理论计算巷道顶板对超前支架的压力载荷,根据计算得到的顶板压力,运用ANSYS有限元分析软件对不同工况下超前支架的强度与变形进行仿真分析,验证超前支架在各种工况下的可靠性,并对超前支架结构进行优化。(3)利用岩土分析软件对提出的超前支架群组支护工艺进行仿真分析,采用单因素实验法,探究不同支护状态下顶板变形与应力规律,得出超前支架支护时最小空顶距以及最优的支护强度。并且分析超前支架群组支护工艺下,超前支架对顶板的支护效果,结果表明,超前支架群组支护工艺可将超前支架临时支护距离由10 m提高到30 m。得到了在支架群组等强度支护与支架群组非等强度支护工况下,超前支架对巷道顶板的支护参数。(4)利用岩土分析软件对超前支架群组与锚杆联合支护进行仿真分析,探究不同锚杆排数与不同锚杆位置对超前支架支护参数的影响,得到了超前支架群组与锚杆联合支护时的支护参数和支护效果。对比等强度支护、等强联合支护、非等强联合支护三种策略下顶板变形量情况。通过对比3种支护策略下支护效果表明:超前支架群组与锚杆联合支护下顶板最大位移相对比等强度支护降低1.3%,联合支护能够有效的维护顶板的稳定性;非等强联合支护相对比等强联合支护顶板最大位移降低4%,证明了非等强联合支护策略对维护顶板稳定效果最好。本文对超前支架不同工况下静力学仿真分析,验证了超前支架结构的可行性,对超前支架在群组支护工艺下的支护参数研究,改善了超前支架支护效果,提高了超前支架支护系统的适应性。对超前支架群组支护工艺的推广和提高巷道掘进效率具有积极的意义,为实现自动化和智能化生产打下了一定的基础。该论文有图93幅,表7个,参考文献63篇。
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