摘要：为提高防冲支架能量吸收性能以应对煤炭资源深部开采趋势下的冲击地压频发问题,提出了一种具有圆形与多边形混合截面的多胞薄壁吸能构件应用于防冲支架立柱。基于简化超折叠单元(Simplified Super Folding Element,SSFE)理论剖析了不同截面形状和肋板布局的多胞薄壁吸能构件能量耗散途径,构建了轴向压溃条件下吸能构件的能量吸收平衡方程,并推导出了等厚度和非等厚度2种吸能构件平均支反力预测公式;通过轴向压溃仿真获得了各类型多胞薄壁吸能构件吸能量曲线、支反力曲线以及屈曲变形形态,发现圆形与八边形混合截面、边延伸肋板布局的多胞薄壁吸能构件(P8-2类型)具备相对吸能优势,深入考察了内嵌管截面尺寸、薄壁管壁厚和肋板厚度对其吸能效果的影响规律,即:3种结构参数对弯曲褶皱形态和塑性铰数量影响显著,对吸能特性参数有着不同且非简单单向变化的影响趋势,同时验证了基于SSFE理论的平均支反力理论模型具有较高预测精度;依托均匀试验数据,拟合出了吸能特性参数关于构件结构参数的回归方程,并利用NSGA-II遗传算法进行优化求解,最终确定多胞薄壁吸能构件内嵌管截面尺寸为122 mm,薄壁管壁厚度为2.6 mm,肋板厚度为2.7 mm;进一步通过轴向压溃仿真验证与对比分析,结果表明:经结构参数优化后的多胞薄壁吸能构件具备更好的能量吸收效果且支反力波动较小,可使让位防冲过程更加可靠,能够为防冲吸能构件设计提供有益参考。

摘要：薄壁预折纹方筒是目前矿井下使用的吸能防冲液压支架的核心吸能构件,其屈曲让位吸能的可靠性对支架的防冲功能具有决定性作用。为探究预折纹方筒实际应用时的可靠性,提出4个指标作为其评价依据,即屈曲临界力、让位阻力降、比吸能和菱形折纹变形数量,并通过室内试验和现场监测研究1∶1的预折纹方筒吸能构件的这4个指标。室内试验得到:预折纹方筒轴向压缩下屈曲临界力达2617 kN,让位阻力降是峰值的47%,比吸能达26.1 kJ/kg,8个菱形预折纹都能够正常折叠变形,4个指标与数值模拟计算结果都非常相近;预折纹方筒受偏心压缩时屈曲临界力达2658 kN,未受偏心压缩影响,但局部的菱形预折纹出现失效和异常变形的情况,让位阻力降达到峰值的60%,比吸能减少为23.6 kJ/kg。从2种试验结果的对比可见,偏心压缩对预折纹方筒屈曲让位吸能产生了明显影响,使其可靠性降低,因此提出设计一套刚性导向装置配合预折纹方筒的使用,以避免偏心压缩的情况出现。现场试验阶段,将预折纹方筒与刚性导向装置组合安装于巷道防冲支架中,在发生的几次大能量巷道冲击事件中,预折纹方筒发挥了快速屈曲让位吸能的作用,累计吸能量达136 kJ,证实了预折纹方筒可以达到较高的可靠性。综上,预折纹方筒在保证轴向压缩下能够实现预期的屈曲让位吸能作用,具有良好的可靠性,可以满足巷道防冲支架的使用需求。

摘要：针对冲击地压下巷道支护设备防冲能力差,易遭受冲击性失效问题,提出一种应用于防冲支架立柱变梯度薄壁圆筒吸能防冲构件,设计变梯度薄壁圆管吸能构件不同的壁厚差和段数参数,对各参数变梯度薄壁圆管对其进行冲击压溃实验,并分析各相关吸能防冲性能参数,实验结果表明:变梯度薄壁圆管构件段数和厚度差的增加均会使薄壁圆管压溃初始壁厚变小,从而减小初始峰值力;在平均壁厚相同情况下,不同壁厚差和段数的变梯度薄壁圆管的平均支反力和总吸能量高于普通薄壁圆管17.6%~115.6%;在各参数变梯度薄壁圆管中,分为四段且厚度差为0.5 mm的变梯度薄壁圆管构件的初始峰值力、吸能量和平均支反力、支反力波动性能参数较优,是ZQ3300防冲支架较为理想的防冲吸能构件。变梯度薄壁圆管构件的设计可以改变普通薄壁圆管构件形成塑性铰的位置及数量,使薄壁构件变形趋向较为稳定的钻石模式和混合模式转变,提高了吸能防冲能力。

摘要：针对冲击地压下巷道支护设备防冲能力差,易遭受冲击性失效问题,提出一种防冲支架用变梯度薄壁圆筒吸能防冲构件,设计变梯度薄壁圆筒吸能构件不同的壁厚差和段数参数,对各参数变梯度薄壁圆管其进行冲击压溃模拟仿真,并分析各相关吸能防冲性能参数,结果表明:变梯度薄壁圆管构件段数和厚度差的增加均会使薄壁圆管压溃初始壁厚变小,从而减小初始峰值力;在平均壁厚相同情况下,不同壁厚差和段数的变梯度薄壁圆管的平均支反力和总吸能量高于普通薄壁圆管9.3%~178%;在各参数变梯度薄壁圆管中,分为四段且厚度差为0.5 mm的变梯度薄壁圆管构件的初始峰值力、吸能量和平均支反力、支反力波动性能参数较优,是ZQ6000/26/36两柱单导杆式防冲支架较为理想的防冲吸能构件。变梯度薄壁圆管构件的设计可以改变普通薄壁圆管构件形成塑性铰的位置及数量,使薄壁构件变形趋向较为稳定的钻石模式和混合模式转变,提高了吸能防冲能力。

摘要：冲击地压是煤矿综采工作面开采过程中煤岩急剧破坏,造成瞬间释放弹性能的一种现象。近年的研究调查,在综采工作面巷道中经常发生冲击地压显现,由于强烈的冲击作用造成巷道支护失效,巷道垮落以及人员伤亡等难题。从冲击地压巷道围岩的静-动力学分析,目前巷道支护设备大多没有从抵御冲击以及防冲等因素综合考虑设计,主要针对矿井矿压显现特性对吸能防冲以及巷道有效支护装备的研究,提出一种可适用于胡家河401106工作面具有冲击地压显现的巷道超前自移式吸能防冲支架,对防冲支架架型及技术参数进行选定并对支架移架及防冲原理进行阐述。

摘要：针对现有设备无法实现对冲击地压矿井防冲支架进行静-动复合动力冲击加载实验的问题,提出一种基于液压蓄能及快放原理实现大吨位快速静-动复合加载的动力冲击试验机设计方法。提出了加载试验机的结构组成及工作原理,设计了液压加载系统,并给出液压加载系统的工作原理。该试验机能够实现被压试件的准静态加载、动态加载和静-动复合加载。运用AMESim软件建立了液压加载系统的仿真模型,对其加载特性进行了仿真分析;提出了一种实现高压超大流量开关阀的新型结构,运用FULUNET软件对超大流量开关阀进行了结构优化与流场研究,确定了额定压力31.5 MPa,流量达到120000 L/min的超大流量阀的结构参数;推导了防冲液压立柱的冲击波动方程及其定解条件;建立了液压动力加载系统的AMESim仿真模型,并进行了动力冲击仿真分析。根据理论分析结果完成了6500 kN高速液压冲击实验机样机的研制,并对样机进行了实验测试,实验结果表明,该试验机最大冲击力为6500 kN,最大冲击速度8.2 m/s,从静止到最大速度加速时间小于25 ms,超大流量开关阀的额定流量达到了121179.8 L/min,开启时间小于15 ms。通过对实验样机的实验,验证了设计方案的正确性。

摘要：基于巷道支护对冲击地压防治的重要性以及冲击地压巷道支护技术研究的迫切性,从冲击地压巷道支护理论与技术、主要支护形式和支护材料方面总结了近10年来我国冲击地压巷道支护技术取得的重要研究成果,并从冲击地压巷道支护机理、防冲思维、支护技术的实用性、监测技术、智能化采掘等方面对冲击地压巷道支护技术的发展方向进行了展望。