残采大采高液压支架选型研究

摘要

提高资源回收率是煤炭开采永恒的主题，旧式房柱式、刀柱式开采回收率不足30％造成资源大量的浪费，在旧式残煤开采过程中，提高机械化水平是残煤开采重要的课题。本文以忻州神达集团望田煤矿8号煤层的残煤长壁大采高综采为研究背景，采用现场观测、理论分析、数值模拟等方法，对大采高残煤开采工作面液压支架与围岩关系、工作阻力、支架选型及煤壁片帮控制研究，主要研究内容及结论如下:
　　 1、研究分析了残存煤柱的现状、煤层赋存结构及液压支架所处的位态。
　　 2、建立旧采残煤基本顶力学模型，研究支架与围岩关系，压架分析及超前煤柱失稳，最后用估算法得出合理的工作阻力为8161KN。
　　 3、针对国内最常用的的大采高两柱掩护式和四柱支撑掩护式两种液压支架架型进行对比分析，架型选择两柱掩护式液压支架。顶梁结构选择整体顶梁带伸缩梁结构，有利于增大顶梁前后端的支撑力，伸缩梁上带护帮板装置解决端面冒顶及煤壁片帮等问题。
　　 4、对液压支架工作环境进行工况分析，主要包括液压支架承受偏载、扭转、单点、双点集中载荷等，通过提高液压支架关键结构件如顶梁铰接部位、主肋板、顶梁与掩护梁间的销孔等的刚度和强度来增强抗扭、抗偏载能力。设计机械限位装置，为千斤顶的最大最小行程留余量防止平衡千斤顶被拉坏。
　　 5、通过UDEC软件对残采工作面影响煤壁片帮的因素进行数值模拟，回采实体煤与残煤对比发现回采实体煤时护帮板高度设计应该不低于0.28倍的采高，而回采煤柱时，护帮板高度设计应该不低于0.32倍的采高，因此在回采残煤时护帮板高度应该设计不低于1.76米。支架护帮机构选择伸缩梁和护帮板分体结构，三级护帮装置，一级护帮高度为1.2米，总护帮高度1.8米。通过回采实体煤和回采煤柱进行对比发现，同等工作阻力或者同采高时回采煤柱时煤壁最大破坏深度都比回采实体煤时要大。随着工作阻力的增大，煤壁最大破坏深度都在减小，但是残煤比实体煤开采控制煤壁深度时所需的工作阻力大。随着采高的加大，煤壁片帮深度都在增加，但是采高大于4.5米时残煤开采煤壁破坏深度加快，并且破坏深度比开采实体煤时要大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 残采大采高液压支架选型研究的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内残煤开采大采高液压研究现状

1．2．2 研究的意义

1．2．3 国外残煤复采研究现状

1．2．4 国内外残煤复采矿压特征研究现状

1．2．5 大采高支架与围岩关系研究现状

1．2．6 大采高液压支架的发展及解决的问题

1．3 研究的主要内容与方法

1．4 研究的技术路线

第二章 残煤复采区资源赋存状况

2．1 残煤复采区旧式残存煤柱现状

2．2 煤层赋存结构

2．3 液压支架所处位态分析

第三章 残采大采高液压支架工作阻力研究

3．1 旧采残煤支架与围岩力学模型分析

3．2 液压支架回采煤柱时采场矿压显现

3．3 残采区压架分析及采取措施

3．4．1 剪切破坏

3．4．2 受压失稳

3．5 合理的工作阻力及有效的初撑力

3．6 望田煤业液压支架工作阻力的计算

3．6．1 估算法计算合理支护阻力

3．6．2 工作阻力计算

第四章 大采高残采液压支架结构及参数优化

4．1 大采高残采液压支架架型的选择

4．1．1 两柱掩护式和四柱支撑掩护液压支架的优缺点对比

4．1．2 架型选择分析

4．2 支架参数的选择

4．3 残采区破碎顶板液压支架结构

4．3．1 顶梁结构形式的选择

4．3．2 伸缩梁

4．3．4 四连杆机构及底座形式的的选择

4．3．5 液压支架设计的要点

4．4 液压支架偏载受力研究

4．5 平衡千斤顶损坏研究

4．6 本章小结

第五章 大采高残采煤壁片帮控制研究

5．1 大采高残采工作面片帮机理研究

5．1．1 煤壁片帮形式

5．2 煤壁片帮机理

5．3 实体煤开采煤壁片帮数值模拟

5．3．1 数值模拟软件UDEC简介

5．3．2 拉格朗日元法

5．3．3 针对采矿工程岩层运动特征数值模拟步骤

5．3．4 大采高综采面煤壁片帮计算模型的建立

5．3．5 液压支架工作阻力对煤壁片帮影响的数值模拟

5．3．6 不同采高对煤壁片帮影响的数值模拟分析

5．4 开采残煤煤柱时煤壁片帮数值模拟

5．4．1 液压支架工作阻力对煤壁片帮影响的数值模拟分析

5．4．2 不同采高对煤壁片帮影响的数值模拟分析

5．5 实体煤与残煤开采煤壁片帮的比较

5．6 本章小结

第六章 结论

6．1 小结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表论文和参加的科研项目