摘要：针对煤矿固体充填液压支架推压机构在复杂工况下轨迹跟踪精度低、抗干扰能力不足等问题,提出了一种基于改进滑模控制方法的自适应解耦控制策略。通过构建包含管路效应的双液压缸协同动力学模型,表征了系统在充填作业中的非线性与不确定性。设计前馈补偿解耦方法,有效抑制了水平液压缸与抬升液压缸的耦合效应。进一步提出融合指数趋近律与双曲正切函数的自适应滑模控制器,通过动态调整趋近速率和扰动估计参数,显著降低滑模面抖振并提升轨迹跟踪精度。基于AMESim/Simulink联合仿真平台的实验结果表明,与传统PI和模糊PID控制相比,所提方法稳定时间缩短超过60%,最大跟踪误差小于0.02 m,在响应速度、控制精度及抗干扰能力方面均表现出显著优势。

摘要：充填效果、充填效率和充填效益(简称“三效”)3者之间的关系是充填开采理论设计及工程实施过程中难以回避的问题,但目前尚未形成“三效”关系的定量表征方法。针对固体非密实充填和密实充填,提出了“三效”的内涵,给定了“三效”的表征原理,阐释了“三效”优化控制的概念。以充填体在机械夯实作用和采空区覆岩压实作用下逐渐密实的过程为纽带,构建了基于固体密实充填“三效”与充填工艺、充填材料参数和充填体密实状态关系的分析模型。采用理论分析方法阐述了充填效果、充填效率与充填效益之间的相互关系,给出了“三效”的量化表征方法、求解流程和计算公式。基于单因素变量分析方法,研究了夯实次数、单次夯实时间、单个支架落料时间和堆料高度4个充填工艺关键因素以及自然安息角和夯实前容重2个充填材料关键因素对“三效”的影响规律,得到了4种“三效”关系类型。根据“三效”关系变化规律并结合充填开采关键参数设计流程进一步提出了针对固体密实充填的“三效”优化控制方法。针对唐山矿T3292充填工作面的“三效”分析表明:充填开采过程中实施了富余的夯实次数,降低了充填效率和效益,建议优化充填材料并减少夯实次数,从而在保证充填效果的同时实现较高的充填开采效率和效益。

摘要：为了提供综合机械化固体充填回收房式煤柱采场围岩稳定性控制的理论依据,分析得到了风积沙和黄土混合物料的力学特性和最佳配比,研究了充填物料所受不同初始夯实力、液压支架组对采场煤柱塑性区及应力分布的影响规律。结果表明:随着工作面推进距离的增加,煤柱塑性区最大截面积及煤柱所受应力逐渐增大并趋近于某一定值,且随着充填物料所受初始夯实力的增大,煤柱塑性区最大截面积及煤柱上最大压应力逐渐减小;液压支架可减少工作面周围煤柱的压应力及塑性区发育范围,但影响较小,且随着充填物料所受初始夯实力的增大,液压支架的作用逐渐减弱。结合分析结果和工程实际,设计采空区充填致密度临界值为1 684.70 kg/m^3。

摘要：为保障固体充填开采岩层移动控制效果,采用理论、实验和工程实践相结合的研究方法,在系统的分析了综合机械化固体充填质量影响因素和岩层移动控制机理基础上,从岩层移动控制理论、充填质量设计、充填质量控制和充填质量效果监测角度,提出了固体充填质量控制体系框架,详细研究了框架中以采定充、夯实应力和充填质量监测系统等关键技术,并建立了充采比定量模型以及夯实应力的估算公式,构建了井下固体充填质量监测系统。将提出的充填质量控制体系框架应用于平煤十二矿工程实践,取得了良好的工程效果。

摘要：针对南屯煤矿工广区域下极近距离煤层难以安全回收的问题,采用物理模拟、数值模拟和概率积分法相结合的方法,研究了极近距离煤层固体充填开采充实率协同控制覆岩运移规律。通过对比垮落法与固体充填法开采条件下的覆岩运移特征,得到了极近距离煤层覆岩运移控制关键。通过模拟分析不同充实率条件下极近距离煤层固体充填开采的覆岩运移规律,揭示了上下煤层充实率协同控制覆岩运移机理,从而实现极近距离煤层充实率的优化设计。最后利用概率积分法预计了极近距离煤层固体充填开采下的协同控制效果。结果表明:上下煤层充实率均为80%时可保证工广煤柱回收时地表建筑物的安全稳定。

摘要：针对目前广泛应用的5种固体充填材料,设计实验方案,对其压实特性展开研究,得出在侧限压缩条件下的应力-应变、应力-密度和压实本构特性规律,为固体充填采煤技术控制岩层及地表变形研究提供基础数据;并基于压实特性,制定了5种充填材料充填采煤工艺标准-夯实力设计指标和充采质量比,为各矿区选用不同充填材料进行固体充填采煤提供指导。

摘要：针对南屯煤矿采用全采全充模式的固体充填开采无法控制地表沉陷的问题,分析了矿区采用固体充填条带开采的必要性,推导了充填体作用下的煤柱屈服区宽度力学计算公式,提出了顾及煤柱稳定性的留宽设计方法,并推导了采出率与地表变形的数学表达式;采用数值模拟研究了煤柱应力集中系数的变化规律,为力学模型的参数选取提供了支持。结合理论分析和数值模拟的研究成果,对固体充填条带开采的采留宽进行优化设计。研究结果表明:当矿区固体充填条带开采的采宽为53m、留宽为25m时,可较好地控制地表变形、保证煤柱的稳定性和提高资源的采出率。

摘要：针对目前“三下”采煤充填成本较高和充填效率低下等问题,以矿粉这种低成本水硬性胶材为主,辅以少量石膏和水泥熟料,得到了适用于矿山高效固体充填的早凝、低成本的胶凝材料。通过对矸石粒径级配和胶凝材料固化机理进行了分析,设计正交试验确定出胶凝材料最优配比,即:当石膏5%、水泥熟料25%、矿粉70%时,可实现短时间脱模,表明在该掺量下胶凝材料的水化反应程度最好,其中矿粉中的活性成分能够在早期反应生成水硬性钙矾石(AFt),促进充填体强度的形成。养护后充填体的7d、28d强度可达到3.48MPa、5.11MPa,略低于425^(#)硫铝酸盐双快水泥的7d和28d成型强度,但在成本上具备明显优势。结合工业应用,对实际充填效果、液压支架工作阻力和地表沉陷观测数据进行分析,表明该胶凝材料在提高充填效率、加强顶板管理等方面发挥着积极作用。

摘要：基于等价采高模型和概率积分预计原理分析了固体密实充填全采全充模式在建(构)筑物下浅埋煤层开采的不适应性,分析了建(构)筑物下浅埋煤层开展条带开采固体充填的必要性。在此基础上提出了建(构)筑物下浅埋煤层条带开采固体充填设计原则和沉陷定量控制设计方法。最后将条带开采固体充填设计方法用于某浅埋煤层开采取得了良好的效果。

摘要：针对煤矿开采过程中会产生固体矸石废弃物的问题,结合煤矿开采关键设备液压支架的作用,利用固体垃圾填充置换煤炭技术,从主要结构的设计、支架整体三维建模及有限元数据分析对固体充填液压支架的设计进行研究,得出所设计固体充填液压支架满足应用要求,解决了矸石的大量输出对土地、环境、人身的影响和危害的问题,相较于普通液压支架,带固体充填夯实功能的液压支架在一定程度上提升了承载能力和稳定性。