液压支架合理初撑力及其智能调控原理研究

摘要

煤矿井下工作条件恶劣，安全隐患和危害职业健康的因素多，加强煤矿智能化开采装备技术的研究和应用，淘汰落后的开采方法和装备，引导煤矿向安全高效绿色开采方向发展，提升装备的自动化和智能化水平，逐步实现少人化、无人化开采是煤炭综采技术发展趋势和矿井现代化生产的必然要求。本文以煤矿开采的智能化、无人化为大背景，以支架合理初撑力的控制为切入点，通过理论分析、数值模拟、现场实测等方法进行研究，提出了支架合理初撑力的控制方式。
　　本研究主要内容包括：⑴支架与围岩之间的受力关系将在支架的整个工作循环过程中处于一种动态平衡的状态。随着工作面的推进和顶板的运移，支架将持续受到顶板逐层传递的静载荷和阶段性的受到顶板断块运动而带来的动载荷的影响。⑵支架的升柱初撑阶段为支架循环工作中唯一的主动控顶过程，合理大小的初撑力将对直接顶的离层及工作面“支架—围岩”系统整体刚度有较好的控制作用。⑶通过数值计算，分析了不同工作阶段支架的刚度特性及控顶效果，得出当支架主要处于增阻阶段时，控顶效果最好；处于恒阻阶段时，支架整体刚度下降，控顶效果明显下降。⑷通过数值模拟的对比计算得出：支架初撑支护强度PS受到直接顶与煤层釆高比值N的影响。在工作面非来压期间，PS随着N的增大线性减小；在工作面来压期间，PS随着N的增大呈现出先减小再增加近似于抛物线的关系；在工作面非来压期间，支架合理初撑支护强度随直接顶强度增大而应适度增加；在工作面来压期间，支架合理初撑支护强度随直接顶强度增大而应适度减小。⑸通过数值计算分析及现场实测验证，得到了支架合理初撑力与其影响因素的关系，在对原有自动化控制系统进行分析的基础上，设计了支架合理初撑力参数判断和设置的流程。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义(Research Background and Signification)

1.2 国内外研究现状(Research Status at Home and Abroad)

1.3 主要研究内容(Major Studies)

1.4 研究方法与技术路线(Research Method and Technology Route)

2 综采工作面液压支架初撑控顶机理分析

2.1 工作面顶板运动规律(Movement Law of the Roof)

2.2 液压支架载荷分析(Analysis of Loads on Hydraulic Support)

2.3 液压支架的工作过程(Working Process of the Hydraulic Support)

2.4 液压支架初撑力控顶机理(Setting Support Control Mechanism of Hydraulic Support)

2.5 本章小结(Brief Summary)

3 液压支架初撑控顶效果影响因素研究

3.1 数值模型的建立（Model Foundation of Numerical Simulation）

3.2 支架刚度对支架初撑控顶效果的影响(The Control Effect of Setting Loads under Different Support Stiffness)

3.3 直接顶厚度对支架初撑控顶效果的影响(The Control Effect of Setting Loads under Different Thickness of Immediate Roof)

3.4 直接顶强度对支架初撑控顶效果的影响(The Control Effect of Setting Loads under Different Strength of Immediate Roof)

3.5 本章小结(Brief Summary)

4 综采工作面支架承载与活柱下缩量实测分析

4.1工作面概况(Working Face Characteristics)

4.2 设备简介及观测方案说明(Introduction of the Observation Equipment and Observation Scheme )

4.3 观测数据分析(Analysis of the Data)

4.4 本章小结(Brief Summary)

5 支架初撑力控制方案设计

5.1 液压支架电液控制系统主要组成及功能(Main Elements and Function of the Electro-hydraulic Shields)

5.2 支架初撑力的控制原理及方式(The Control Principle and Method of Setting Loads)

5.3 支架初撑智能调控系统的设计(Design of the Intelligent Controlling System of the Setting Loads)

5.4 液压支架初撑力智能控制算法设计(Design of the Intelligent Controlling Arithmetic of the Setting Loads)

5.5 本章小节(Brief Summary)

6 主要结论

参考文献

作者简历

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