迈步式掘支锚联合机组截割动力学特性及通过性研究

摘要

煤炭开采过程中，综掘迎头区域巷道顶板冒落事故频发，严重影响掘进速度及工人的生命安全，目前煤矿综掘巷道的支护设备难以适应煤矿安全高效掘进的需要。本文结合国家自然科学基金项目”迈步式超前支护设备与掘进迎头顶板动力耦合机理研究(编号:51304107)”，提出一种集掘进机构、支护机构、锚固机构、装煤机构于一体的迈步式掘支锚联合机组（以下简称“掘支锚机组”），并对其在巷道中的截割动力学特性及通过性进行了深入研究。本论文的主要研究工作如下:
　　(1)依据综掘巷道顶板临时支护的需求，以及掘进和支护不能同步进行从而影响掘进效率的问题，提出一种集掘进机构、支护机构、锚固机构以及装煤机构于一体的迈步式掘支锚联合机组。阐述掘支锚机组的主要组成部分的具体机械结构，以及掘支锚机组的工作原理和推进方式，确定掘支锚机组整机的主要技术参数。
　　(2)分别建立掘进机截割部和单组支撑工况下超前支护的动力学模型，整合后得到掘支锚机组的整机动力学模型，进而得到机身各部分的振动微分方程。根据已有的掘支锚机组振动微分方程，通过MATLAB/Simulink软件建立仿真分析模块图，输入相应参数后进行仿真，得到掘支锚机组在掘进和支护同时进行时机身各部分的振动情况。
　　(3)根据影响掘支锚机组在巷道中通过性能的主要因素，提出掘支锚机组的通过性评价体系，并确定掘支锚机组几何参数通过性及驱动力通过性的评价指标，结合巷道底板的可行驶性，近似的给出掘支锚机组在巷道中的通过性判定方法。
　　(4)基于Bekker力学理论及经典布辛涅斯克Boussinesq弹性力学理论，研究机组底座在底板的下陷深度与围岩力学参数之间的关系，考虑影响掘支锚机组通过性的因素并进行具体分析。对掘支锚机组的越障能力进行研究，分析掘支锚机组的越障过程，同时对掘支锚机组的整机重心分布位置进行优化。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 研究现状综述

1．2．1 巷道掘、支、锚设备研究现状

1．2．2 巷道掘、支、锚设备力学特性研究现状

1．2．3 通过性研究现状

1．3 论文主要研究内容

1．4 本章小结

2 迈步式掘支锚联合机组总体方案设计

2．1 迈步式掘支锚联合机组介绍

2．2 迈步式掘支锚联合机组主要组成

2．2．1 掘支锚机组掘进机构

2．2．2 掘支锚机组支护机构

2．2．3 掘支锚机组锚固机构

2．2．4 掘支锚机组装煤机构

2．3 工作原理及推进方式

2．4 迈步式掘支锚联合机组技术参数确定

2．5 本章小结

3 迈步式掘支锚联合机组截割动力学特性研究

3．1 掘支锚机组系统动力学方程

3．1．1 掘支锚机组动力学模型建立

3．1．2 掘支锚机组动力学方程

3．2 掘支锚机组巷道截割动力学特性仿真分析

3．2．1 MATLAB／Simulink仿真软件介绍

3．2．2 掘支锚机组巷道截割动力学特性仿真

3．2．3 仿真结果分析

3．3 本章小结

4 迈步式掘支锚联合机组通过性评价体系研究

4．1 掘支锚机组的通过性评价指标

4．1．1 掘支锚机组几何参数通过性评价指标

4．1．2 掘支锚机组驱动力通过性评价指标

4．2 巷道底板的可行驶性

4．3 掘支锚机组的通过性判定方法

4．4 本章小结

5 迈步式掘支锚联合机组-巷道底板通过性研究

5．1 掘支锚机组-巷道底板力学模型

5．2 掘支锚机组-巷道底板通过性影响因素分析

5．2．1 掘支锚机组接地比压分析

5．2．2 掘支锚机组驱动力分析

5．3 掘支锚机组-巷道底板越障能力研究

5．3．1 掘支锚机组越障过程分析

5．3．2 掘支锚机组整机重心位置优化

5．4 本章小结

6 结论及展望

参考文献

附录

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