摘要：针对当前深部复杂环境工作面液压支架群信息感知匮乏、数据分析不足、装备运行参数规律和数据模型难以支撑智能化开采及支护决策等问题,以淮南口孜东矿140502深部“三软”煤层大采高工作面为应用场景,通过构建深部工作面液压支架姿态监测系统,实现液压支架立柱压力和空间位姿的连续感知。基于工作面液压支架顶梁和底座横滚角数据,利用线段拟合方法实现工作面顶底板三维走向趋势实时可视化。基于工作面液压支架压力-位姿数据,建立液压支架压力-位姿数据映射关系和液压支架位姿计算模型。通过深部工作面支架压力和位姿的融合分析,揭示工作面采高、支架顶梁合力大小及合力作用点动态变化规律:相比于工作面两端液压支架,工作面中部液压支架采高最小,而工作面机尾的液压支架采高最大;工作面中部液压支架顶梁合力在大部分时间内都小于工作面两端液压支架顶梁合力;相比于工作面两端部支架,工作面中部支架顶梁合力作用点更偏向前立柱位置。

摘要：为解决高压喷雾用喷嘴的耗水量大、堵塞和使用寿命短的问题,设计了一种利用导流孔实现水流螺旋混流的新型喷嘴,提出了影响喷嘴雾化效果的关键参数:水流入射角度、喷嘴腔体长径比和喷嘴出流直径,运用有限元仿真分析的方法对以上参数的影响效果进行了仿真研究。仿真结果表明:出流直径对雾化效果影响最大,减小出流直径可显著提高雾化效果;水流入射角度和腔体长径比两者合理配合可有效提高喷嘴的雾化能力,同时也影响了雾化的角度。以优化后的参数加工喷嘴进行试验,结果表明最低雾化压力为2 MPa,雾化角度和喷射距离等达到了设计要求,降低了对水质的要求,达到了节水耐用的目的。

摘要：分析了大采高综放顶煤破碎规律、直接顶和基本顶的破断规律,揭示了大采高综放开采矿压显现剧烈的原因;建立了大采高放顶煤支架围岩耦合的组合悬臂梁模型,提出大采高综放支架支护强度的确定方法;提出基于支架围岩耦合模型和有限元分析的大采高放顶煤液压支架三维参数优化动态设计方法,发明了大采高放顶煤液压支架新型放煤结构;进行了大采高放顶煤支架总体配套与工作过程仿真研究。

摘要：工作面支护是安全高效综采的首要条件,液压支架是综采系统的核心。笔者和其合作团队持续30多年致力于综采工作面支护与液压支架技术理论的研究和实践,建立了综采工作面支护与液压支架技术理论体系框架,提出了液压支架与围岩耦合原理,建立液压支架与围岩耦合模型,分析了液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合规律,阐述了液压支架合理工作阻力、临界护帮力和支护系统稳定性控制策略,提出液压支架三维动态优化设计理论和方法,将围岩下沉、断裂等力、力矩以及边界条件的变化通过液压支架骨架模型传递和分解到具体的液压支架结构上,借助三维设计平台动态模拟仿真液压支架与围岩耦合作用的力学特征,优化得出对围岩最优支护效果的液压支架结构参数。提出液压支架系列型谱和工作面支护系统液压支架群组的自组织协同控制方法,将支护系统群组自组织协同控制分解为围岩自适应控制和队列保持推进控制两个控制线程,同步实现群体系统协调控制。建立了工作面支护设备技术标准体系。

摘要：从分析层状顶板离层特征和顶板离层观测的原理入手,结合现场观测结果,认为两基点离层指示仪的深浅基点应分别设置在与巷道顶板锚索锚杆上端头同一水平位置;各类回采巷道在经受工作面采动影响时,安设深基点的顶板岩层都将产生位移,因此,对锚杆锚索支护巷道进行顶板离层观测的同时,还必须开展巷道顶板下沉量观测,只有把这2种观测结果结合起来,才能准确和客观地评价巷道锚杆锚索支护效果以及巷道的稳定性。在全面分析研究不同顶板岩层赋存条件下锚杆锚索支护巷道的变形与离层的基础上,得到了各类巷道顶板离层的临界值。

摘要：采用井下现场测量和理论分析相结合的方法,研究了晋城煤业集团寺河煤矿东采区3号煤层的三维地应力场分布和最优巷道布置方向,确定了该区域的地应力场形式为σHV型,属于典型的构造应力场。分析了在该类型的地应力场中,最优巷道布置方向与最大主应力方向的关系。研究结果表明:最优巷道布置方向不是沿着最大主应力的方向,而是与其成一定夹角,夹角大小取决于3个主应力的比值;当夹角不大于30°时,构造应力对巷道围岩稳定程度的影响较小。

摘要：为了确定大采高综放开采合理的机采高度,基于理论分析与数值模拟计算方法,研究了不同机采高度对支架工作阻力、顶煤冒放规律、煤壁稳定性的影响。研究结果表明:大采高综放开采机采高度的确定应充分考虑采放比、煤壁稳定性、矿压显现、顶煤采出率及设备投资等。支架所需支护强度、顶煤采出率、煤壁片帮程度与机采高度成正相关性,但并不是简单的线性关系。由于受顶煤赋存条件及采出率等因素影响,相同采高大采高综放开采煤壁片帮几率要高于大采高综采。大采高综放开采是煤炭开采技术的新突破,是实现特厚煤层安全高效开采的有效途径。

摘要：锚杆全长预应力锚固支护方式是解决复杂困难巷道支护的有效手段,但是由于施工困难,一直制约着它的应用与推广。通过优化锚杆外形的方法,在保证锚杆锚固性能的前提下,解决煤矿巷道全长锚固施工困难的问题。采用实验室试验的方法,对锚杆外形与锚杆锚固性能以及安装阻力之间的关系进行了研究,提出锚杆外形相关参数的合理值。优化后的锚杆横肋高度由原来的1.46 mm降低为1.00 mm,锚杆横肋间距由原来的11.05 mm增加到33.15 mm,横肋采用交错布置的方式。对锚杆横肋高度和间距优化后,锚固长度125 mm时锚杆的拉拔力比改进前反而提高了7.7%;锚杆安装过程中的平均扭矩比优化前降低约40%,安装锚杆所需要的推力仅为优化前的50%左右,最大值为0.73 kN。

摘要：分析了影响预掘回撤通道稳定性的主要因素,提出了工作面剩余煤柱力学分析模型,揭示了工作面剩余煤柱动态力学变化特征。通过数值模拟方法研究了逐步开挖条件下,回撤通道两侧煤体的应力响应特征,发现回采末期回撤通道两侧煤柱存在明显的应力转移现象;数值模拟得到工作面剩余煤柱应力变化趋势与理论预测值有较好的吻合。采用应力测试技术对煤壁应力和垛式支架载荷进行了现场监测,应力监测结果与理论预测以及数值模拟结果具有一致性。采用多种手段对预掘回撤通道应用所涉及的力学作用机理进行深入的剖析。

摘要：针对煤矿锚网喷支护巷道金属网选择及联网方式随意性大,严重影响支护质量的问题,采用实验室试验的方法对锚杆支护常用金属网的受力状态、变形状况及支护作用进行了研究。制作了专门的金属网变形破坏试验台和测力金属网,测试了3种金属网在不同支护下提供的最大护表力和挠度,分析了不同联网方式对金属网强度利用率的影响,得出3种金属网的极限承载能力和在不同支护方式下的强度利用率。指出钢筋网的强度利用率极低,联网强度是制约钢筋网充分发挥护表作用的薄弱环节。提出大幅度提高金属网的预张力是提高锚杆支护效果的重要方法和途径。