两柱掩护式大采高强力液压支架适应性研究

论文摘要

本论文通过力学分析研究了大采高开采条件下的关键层形态，建立了基于关键层理论的大采高力学模型，明确了大采高支架受力边界条件；采用损伤力学、弹塑性力学、相似模拟实验等方法研究了工作面前方煤体损伤机理及其工作面煤壁片帮机理，分析了大采高工作面煤壁片帮机理影响因素，得出了不同采高条件下的煤壁片帮条件；采用相似模拟实验研究了大采高开采顶板破坏形态以及在不同来压状态时的顶板移动规律和支架顶梁受力特征。总结出大采高工作面六种来压状态、在工作面推进期间支架顶梁的六种工作状态以及不同初撑力和控顶距条件下的支架一围岩关系；采用数值分析方法研究了采高、关键层位置、煤层硬度以及支架作用等对大采高开采岩层受力状态的影响；最后，在分析支架整体受力基础上，提出了两柱掩护式大采高强力液压支架支护强度确定方法以及工作面煤壁所需支护强度和支护面积确定方法。

论文目录

• 1. 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外大采高综采开采技术发展状况
• 1.3 国内外综采矿压研究现状
• 1.3.1 上覆岩层活动规律的研究成果
• 1.3.2 工作面支架一围岩关系研究现状
• 1.3.3 大采高工作面煤壁稳定性研究的现状
• 1.4 大采高液压支架
• 1.5 主要研究内容及研究方法
• 1.5.1 问题的提出
• 1.5.2 主要研究内容
• 1.5.3 论文的主要创新点
• 2. 大采高开采岩层移动规律研究
• 2.1 岩层移动基本理论
• 2.2 大采高岩层移动力学模型
• 2.2.1 大采高开采关健层
• 2.2.2 大采高开采拱形压力圈
• 2.2.3 大采高开采砌体梁
• 2.2.4 大采高开采砌体梁关键块的稳定
• 2.3 煤体变形破坏与结构失稳机理
• 2.3.1 工作面前方煤体层裂模型与断裂力学分析
• 2.3.2 前方煤体体损伤力学分析
• 2.4 大采高开采煤壁片帮机理及分类标准
• 2.4.1 大采高开采煤壁塑性区受力分析
• 2.4.2 煤壁片帮机理
• 2.4.3 煤壁分类标准
• 2.5 本章小结
• 3. 大采高岩层移动相似模拟实验
• 3.1 实验研究目的
• 3.2 实验准备
• 3.3 实验过程简述
• 3.4 相似模拟实验主要研究成果
• 3.4.1 工作面总体来压情况
• 3.4.2 不同来压过程中支架顶梁受力情况
• 3.4.3 支架的工作条件
• 3.4.4 不同初撑力条件下工作面来压情况
• 3.4.5 控顶距离对工作面支架的影响
• 3.4.6 开采过程中煤壁塑性区范围变化情况
• 3.5 本章小结
• 4 大采高液压支架结构分析
• 4.1 大采高液压支架整体力学分析
• 4.2 两柱掩护式大采高液压支架平衡千斤顶及适应性分析
• 4.3 本章小结
• 5. 大采高采场岩层数值模拟
• 5.1 三维数值模拟方法
• 5.1.1 有限差分法
• 5.1.2 基本力学方程
• 5.1.3 三维有限差分方程
• 5.1.4 显式有限差分算法——时间递步法
• 5.1.5 数值模拟内容及计算程序简介
• 5.2 模型建立
• 5.2.1 数值计算的工程背景及岩层力学参数
• 5.2.2 数值计算目标
• 5.3 计算结果分析
• 5.3.1 不同采高情况比较
• 5.3.2 关键层位置影响
• 5.3.3 煤层硬度影响
• 5.3.4 支架作用效果分析
• 5.4 本章小结
• 6. 大采高液压支架适应性研究
• 6.1 大采高液压支架支护强度确定
• 6.1.1 模拟实验法
• 6.1.2 力学模型法
• 6.1.3 砌体梁理论法
• 6.1.4 煤壁片帮控制法
• 6.2 大采高液压支架稳定性分析
• 6.2.1 大采高液压支架受力分析
• 6.2.2 大采高液压支架稳定性措施
• 6.3 大采高支架护帮机构设计
• 6.4 应用实例
• 6.5 本章小结
• 7. 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 研究展望
• 8. 参考文献
• 作者简介
• 攻读博士学位期间发表的论文及专利情况
• 攻读博士学位期间主要参加的项目
• 致谢