自移式吸能防沖巷道支架研究.pdf

1、沖擊地壓是煤礦開采中遇到的重大災(zāi)害之一，近年來研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)沖擊地壓發(fā)生在巷道中。然而，目前巷道支護(hù)大多沒有從防沖角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，抗沖擊載荷能力有限，不能滿足沖擊地壓礦井支護(hù)要求。針對(duì)沖擊地壓礦井，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了自移式吸能防沖巷道支架，并對(duì)沖擊地壓巷道吸能防沖機(jī)理及支架進(jìn)行了系統(tǒng)的理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究。
　　(1)探討吸能防沖機(jī)理，建立了巷道沖擊地壓圍巖支護(hù)作用動(dòng)力學(xué)模型。
　　將上覆巖層簡(jiǎn)化為由多個(gè)質(zhì)量塊組成的塊系，巖塊簡(jiǎn)化為

2、剛體，巖塊間的連接簡(jiǎn)化為Kelvin-Voigt模型，把支護(hù)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為彈簧和耗能阻尼器，初始巖塊受沖擊載荷作用。支護(hù)系統(tǒng)中阻尼為零時(shí)，為常規(guī)支護(hù)系統(tǒng);支護(hù)系統(tǒng)中阻尼大于零時(shí)，為吸能防沖支護(hù)系統(tǒng)。
　　(2)提出了高強(qiáng)度吸能支護(hù)防治巷道沖擊地壓方法。
　　對(duì)動(dòng)力學(xué)模型分析得出:加強(qiáng)支護(hù)，提高支護(hù)強(qiáng)度，可以大幅度減少巷道沖擊載荷作用下圍巖加速度和位移幅值;支護(hù)系統(tǒng)中加入阻尼構(gòu)件有利于快速平息圍巖震動(dòng)，增強(qiáng)支護(hù)抗沖擊載荷能力，提高

3、巷道圍巖穩(wěn)定性?；谀芰渴睾愣桑碚撏茖?dǎo)也得出了吸能支護(hù)可大幅度增強(qiáng)支護(hù)系統(tǒng)的抗沖性能。
　　(3)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了六邊管形頂梁吸能防沖構(gòu)件。
　　設(shè)計(jì)了圓形、八邊形和六邊形等徑向吸能防沖構(gòu)件。采用理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究方法，從構(gòu)件變形破壞規(guī)律、力-位移變化規(guī)律及5個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等三方面對(duì)構(gòu)件吸能防沖性能進(jìn)行分析。得出六邊管形吸能防沖構(gòu)件具有穩(wěn)定的可重復(fù)變形破壞模式、恒定的反作用力、較高的沖程效率和不可逆的能量轉(zhuǎn)換形式等優(yōu)點(diǎn)，是理

4、想的頂梁吸能防沖構(gòu)件。并確定了吸能防沖構(gòu)件承載力為1.1倍支架工作阻力。
　　(4)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了擴(kuò)徑式液壓立柱吸能防沖構(gòu)件。
　　設(shè)計(jì)了方形折痕、六邊形折痕、內(nèi)外翻轉(zhuǎn)式和擴(kuò)徑式等軸向吸能防沖構(gòu)件。采用理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究方法，從構(gòu)件變形破壞規(guī)律、力-位移變化規(guī)律及5個(gè)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)等三方面對(duì)構(gòu)件吸能防沖性能進(jìn)行分析。得出擴(kuò)徑式吸能防沖構(gòu)件具有穩(wěn)定的可重復(fù)變形破壞模式、恒定的反作用力、較高的沖程效率、不可逆的能量轉(zhuǎn)換形式和變形不向

5、四周膨脹等優(yōu)點(diǎn)，是理想的液壓立柱吸能防沖構(gòu)件。并確定了擴(kuò)徑式吸能防沖構(gòu)件承載力為1.2倍立柱工作阻力。
　　(5)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了自移式吸能防沖巷道支架。
　　自移式吸能防沖巷道支架采用2架2列一組架型，支架左右兩列相同，前后2架相同。支架頂梁與底座之間采用四連桿機(jī)構(gòu)和2液壓立柱連接，左右2列的頂梁、底座之間分別采用2個(gè)調(diào)架千斤頂連接，前后架底座之間采用推移千斤頂連接，前后架頂梁之間采用伸縮梁連接。其主要特點(diǎn)是液壓立柱和頂梁具有吸

6、能防沖功能，采用前推后拉實(shí)現(xiàn)支架自移功能。
　　(6)得出了自移式吸能防沖巷道支架防沖原理。
　　支架防沖主要體現(xiàn)在抗和讓兩方面。抗體現(xiàn)在圍巖靜態(tài)壓力下構(gòu)件不發(fā)生變形破壞。讓體現(xiàn)在沖擊地壓發(fā)生時(shí)，吸能防沖構(gòu)件起到讓位吸能降沖作用。讓位吸能降沖作用又體現(xiàn)在三個(gè)方面:一方面，吸能防沖構(gòu)件通過塑性變形直接耗散圍巖沖擊能;另一方面，構(gòu)件恒力變形階段改善了沖擊載荷時(shí)支架受力情況，保護(hù)了支架;再一方面，吸能防沖構(gòu)件變形空間給煤巖提供了一