两柱掩护式液压支架与围岩耦合关系研究及相关参数优化

摘要

论文基于工作面采场围岩与液压支架整体力学模型，将液压支架等效为弹性体，基于上述假设，从理论上推导出了液压支架顶梁载荷集度分布公式，实验数据与理论结果基本一致，验证了液压支架与围岩耦合关系模型的正确性。
　　在此基础上，研究了液压支架顶梁外部载荷与支架支撑力的关系，同时基于顶板弹性岩梁假设，推导出液压支架顶梁载荷在顶梁上的作用位置与顶板悬顶长度关系式，得出了顶梁前后比解析值，应用上述结果计算出液压支架所需支护强度可按5～9倍采高的岩柱重量进行估算。
　　论文研究了底座与底板作用关系，给出了底板比压集度分布公式，实验数据与理论结果基本一致，验证了结果的正确性，同时对底座前端结构形状进行了优化;给出了液压支架在工作面仰采、俯采和大倾角等条件下保持稳定性所需最小载荷以及两柱掩护式液压支架掩护梁设计优化措施与正确使用方法。
　　论文研究了工作面开采初期和正常推进时液压支架与工作面煤壁的关系，着重分析了工作面煤壁弹塑性变形演变机理及其应力特征。研究结果表明，煤壁弹性区分为弹性活动区和弹性区两部分。煤壁先在煤壁最外侧煤岩边界边角处开始弹性变形，弹性变形以三角形形状向煤壁中部和内部扩展，直至上下煤岩边界处的弹性活动区在煤壁中性面上相交，至此，煤壁最外侧开始进入完全弹性区。此后，弹性变形以平推的方式逐渐向煤壁内部扩展。根据上述模型，计算了弹性活动区和完全弹性区煤壁应力特征，完善了现有煤壁超前压力弹性区应力公式。
　　论文对顶梁载荷强度采用二阶多项式逼近，给出了数值计算原理与简化计算方法。采用上述方法，结合两柱掩护式支架承载能力区特性，给出了平衡千斤顶最小缸径尺寸参数确定方法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题的科学依据及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文研究内容与技术路线

1．3．1 主要研究内容

1．3．2 技术路线与研究手段

第2章 液压支架围岩耦合关系研究与应用

2．1 引言

2．1．1 问题提出

2．1．2 模型建立

2．2 液压支架耦合作用机理

2．2．1 模型建立与基本假设

2．2．2 载荷等效原则与处理方法

2．3 顶梁前后比数值解析

2．3．1 顶梁载荷等效处理

2．3．2 外载作用位置与顶梁前后比数值研究

2．3．3 支架适应性分析

2．4 支架与底板作用关系与底座前端结构形状优化

2．4．1 底板比压特性及载荷处理

2．4．2 底座前端结构形状优化

2．4．3 本章小结

2．5 支架与工作面岩层作用关系与稳定性分析

2．5．1 支架纵向稳定性

2．5．2 支架横向稳定性

2．5．3 小结

2．6 掩护梁载荷及对支架性能影响

2．6．1 载荷来源

2．6．2 优化措施与方法

2．6．3 小结

2．7 本章小结

第3章 支架与煤壁作用关系与护帮参数确定

3．1 基本理论和方程

3．1．1 力学模型

3．1．2 平衡方程与边界条件

3．2 初采时期煤壁压力特征

3．2．1 模型建立与基本假设

3．2．2 煤壁挠曲线方程

3．2．3 煤壁压力分析

3．3 正常推进时煤壁压力特征

3．3．1 煤壁弹性活动区内应力特征

3．3．2 全弹性区应力分布特性

3．3．3 煤壁塑性区应力与分布

3．4 中硬煤层煤壁稳定性研究

3．4．1 能量法基本原理

3．4．2 力学模型与基本方程

3．4．3 煤壁片帮位置确定

3．5 松软煤层煤壁破坏特性

3．5．1 散体力学基本原理与破坏条件

3．5．2 软煤煤壁破坏面形状

3．5．3 软煤煤壁片帮深度确定

3．6 本章小结

第4章 顶梁载荷近似计算方法及其应用

4．1 顶梁载荷近似计算方法

4．1．1 数值处理方法

4．1．2 多项式逼近原理

4．1．3 参数约束条

4．1．4 简化计算方法

4．2 具体应用实例

4．3 本章小结

第5章 应用研究

5．1 工作面煤层赋存情况

5．1．1 工作面煤层地质条件

5．1．2 工作面巷道布置情况

5．2 工作面配套设备及参数

5．3 液压支架主要参数

5．3．1 顶梁前后比

5．3．2 护帮板长度

5．3．3 平衡千斤顶缸径尺寸

5．3．4 底座前端结构形状

5．3．5 支护强度

5．3．6 掩护梁背角

5．4 支架适应性评价

5．4．1 矿压观测方法

5．4．2 数据处理

5．4．3 矿山压力情况

5．4．4 矿压观测主要结论

第6章 结论、创新点及展望

6．1 结论

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读学位期间参加的项目及获奖情况

攻读学位期间发表的论文