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两柱掩护式放顶煤支架与围岩关系及适应性研究

作　者: 杨培举
导　师: 刘长友
学　校: 中国矿业大学
专　业: 采矿工程
关键词: 两柱掩护式放顶煤支架支架与围岩关系端面顶煤稳定性适应性支架工作阻力双区失稳
分类号: TD355.4
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 552次
引　用: 6次
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内容摘要

随着综放技术的成熟与推广应用,综放工作面开始向着自动化、信息化的方向发展。两柱掩护式放顶煤支架正是依据这一发展要求而研创的液压支架新架型。该架型在实践中表现出了高效的支撑能力与良好的控顶效果,进一步提升了我国综采放顶煤技术水平。论文采用物理模拟方法研究了两柱掩护式放顶煤支架与围岩的动态作用规律,分析了顶煤硬度、支架主要结构与支护参数对支架与围岩作用过程的影响。研究表明,在综放工作面,顶煤具有“双区失稳”运动特征,其动态发展过程影响了两柱掩护式放顶煤支架与围岩关系的稳定性,成为影响支架顶板控制效果的关键因素。提高支架工作阻力,减小顶梁前后比值可以提高支架与围岩作用关系的稳定性,改善支架的端面控顶效果。采用ABAQUS软件分析了顶梁前后比、平衡千斤顶工作阻力和掩护梁压力对两柱掩护式放顶煤支架端面控顶效果的影响。研究表明,通过减小顶梁前后比、提高平衡千斤顶工作阻力和掩护梁压力,提高了立柱的支护阻力和梁端的支撑力,端面顶煤内拉应力减小,剪应力增大,端面顶煤稳定性增加,减小了端面顶板的下沉量。在此基础上,采用UDEC3.0分析了支架水平工作阻力对端面冒顶的控制作用。研究表明,硬煤端面区顶煤以拉断破坏为主,而软煤以剪切破坏为主。支架水平力可以减弱端面区顶煤的受拉程度,提高顶煤的抗剪能力,而且能够阻止端面冒落拱的发展,从而有利于保持端面顶煤的稳定性。采用物理模拟与数值分析的方法,研究了中等稳定以上类型直接顶回转变形与老顶回转变形的关系,给出了直接顶回转变形角的确定方法。通过把直接顶作为顶煤与支架系统的上部边界,建立了反映两柱掩护式放顶煤支架与围岩作用关系的力学模型。依据所建力学模型,分析了两柱掩护式放顶煤支架工作阻力的确定方法,给出了该架型支架工作阻力的计算公式。依据物理模拟与数值分析结果,分析了顶煤“双区失稳”的力学过程及其对支架适应性的影响,确定了支架适应性的判断参数,并给出了支架适应性的判断公式。现场实测分析了支架位态对支架适应性的影响。研究表明支架顶梁仰俯角度增大对端面冒顶的影响程度增强,据此给出了顶梁仰俯角的控制指标。采用实测方法对两柱掩护式放顶煤支架的现场应用进行了研究。研究表明,支架位态稳定,支撑效率高,端面顶板控制效果好,保障了工作面的安全高效生产。但受断层影响时,如果支架过断层时位态控制不当,会造成端面冒顶。因此,在该架型选型时,应考虑断层构造的发育及分布情况等,以发挥其控顶优势,提高生产效率。该论文有图209幅,表19个,参考文献139篇,其中外文文献24篇。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-19
1 绪论  19-39
  1.1 问题的提出  19-21
  1.2 文献综述  21-37
    1.2.1 采场直接顶稳定性的研究  22-24
    1.2.2 综放采场顶煤变形破坏规律的研究  24-27
    1.2.3 采场支架与围岩关系的研究  27-33
    1.2.4 液压支架工作阻力的确定  33-35
    1.2.5 支架适应性的研究  35-36
    1.2.6 存在的主要问题  36-37
  1.3 论文研究内容与方法  37-38
  1.4 研究目标与创新点  38-39
    1.4.1 研究目标  38
    1.4.2 创新点  38-39
2 两柱掩护式放顶煤支架与围岩的动态作用关系  39-68
  2.1 两柱掩护式放顶煤支架的结构特点  39-41
    2.1.1 支架结构特征  39-40
    2.1.2 架型结构的适应性分析  40-41
  2.2 两柱掩护式放顶煤支架稳定性的影响因素  41-44
    2.2.1 顶煤硬度的影响  42
    2.2.2 放煤工艺的影响  42-43
    2.2.3 支架自身结构及支撑能力的影响  43-44
    2.2.4 操作质量的影响  44
  2.3 两柱掩护式放顶煤支架与围岩动态作用规律  44-57
    2.3.1 研究的理论基础及实验设计  44-50
    2.3.2 顶煤硬度对两柱掩护式放顶煤支架与围岩关系的影响  50-55
    2.3.3 顶煤变形失稳对支架承载的影响  55-57
  2.4 两柱掩护式放顶煤支架结构与支护参数对支架围岩稳定性的影响  57-66
    2.4.1 支架工作阻力对支架围岩稳定性的影响  57-58
    2.4.2 立柱上铰点位置对支架围岩稳定性的影响  58-66
  2.5 本章小结  66-68
3 两柱掩护式放顶煤支架端面控顶机理  68-91
  3.1 模拟方法的确定  68-69
    3.1.1 模拟问题特点  68
    3.1.2 软件功能简介  68-69
  3.2 数值模型的建立  69-70
    3.2.1 研究内容及方案  69-70
    3.2.2 数值模型的建立  70
  3.3 模拟结果分析  70-82
    3.3.1 顶煤硬度对支架围岩关系的影响  70-72
    3.3.2 顶梁前后比对端面控顶的影响  72-76
    3.3.3 平衡千斤顶的端面控顶作用  76-80
    3.3.4 掩护梁受力对端面控顶的影响  80-82
  3.4 支架水平工作阻力对端面顶煤的控制作用  82-89
    3.4.1 支架水平工作阻力的影响因素  82-83
    3.4.2 支架水平工作阻力的端面控顶作用  83-89
  3.5 本章小结  89-91
4 两柱掩护式放顶煤支架与围岩关系  91-111
  4.1 直接顶的回转变形规律  91-102
    4.1.1 直接顶变形运动特征  93-95
    4.1.2 顶煤上部边界条件的确定  95-97
    4.1.3 硬煤时直接顶的回转变形  97-101
    4.1.4 软煤及中硬煤时直接顶的回转变形  101-102
  4.2 两柱掩护式放顶煤支架与围岩关系力学模型  102-104
  4.3 两柱掩护式放顶煤支架工作阻力的确定  104-109
    4.3.1 硬煤时支架工作阻力  104-105
    4.3.2 软煤及中硬煤时支架工作阻力  105-107
    4.3.3 实例分析  107-109
  4.4 本章小结  109-111
5 两柱掩护式放顶煤支架适应性研究  111-126
  5.1 两柱掩护式放顶煤支架适应条件分析  111-119
    5.1.1 支架围岩动态失稳的力学过程  111-116
    5.1.2 两柱掩护式放顶煤支架适应条件的判定  116-119
  5.2 两柱掩护式放顶煤支架顶梁位态控制  119-122
    5.2.1 顶梁角度对端面冒顶的影响  119-121
    5.2.2 顶梁角度的控制指标  121-122
  5.3 提高两柱掩护式放顶煤支架适应性的技术措施  122-124
    5.3.1 合理设计支架结构参数  122-123
    5.3.2 提高支架的操作质量  123
    5.3.3 保持顶煤（板）的完整  123-124
  5.4 本章小结  124-126
6 两柱掩护式放顶煤支架现场应用研究  126-137
  6.1 兴隆庄煤矿4301 工作面两柱掩护式放顶煤支架工业性试验  126-132
    6.1.1 工作面生产技术条件  126-127
    6.1.2 放煤工序对支架立柱工作阻力的影响  127-128
    6.1.3 放煤工序对平衡千斤顶阻力的影响  128-129
    6.1.4 支架外载合力随回采工序的变化规律  129-130
    6.1.5 支架位态实测分析  130
    6.1.6 支架端面控顶效果  130-132
  6.2 东滩煤矿1303 工作面两柱掩护式放顶煤支架工业性试验  132-135
    6.2.1 工作面生产技术条件  132-133
    6.2.2 支架工作阻力实测分析  133-134
    6.2.3 支架位态实测分析  134-135
    6.2.4 支架端面控顶效果  135
  6.3 本章小结  135-137
7 全文总结与展望  137-141
  7.1 主要结论  137-139
  7.2 工作展望  139-141
参考文献  141-148
作者简历  148-151
学位论文数据集  151

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