超前支架自适应支护理论与应用

徐亚军^1,2，张坤^3,4，李丁一^1,2，^1,2，张德生^1,2

1. 天地科技股份有限公司开采设计事业部2. 煤炭科学研究总院开采设计研究分院3. 山东科技大学机械电子工程学院4. 辽宁工程技术大学机械工程学院

摘 要：针对现有超前支架反复支撑破坏巷道顶板和锚护系统问题,提出了超前支架自适应支护、转换矩阵、峰值助力概念,给出了超前支架自适应支护定义,在综合分析超前支架自适应支护基础上,建立了超前支架自适应支护理论。根据结构形式和控制方式的不同,将超前支架自适应支护分为支护阻力自适应、支护姿态自适应、支护方式自适应3种形式。结合具体结构特点,对上述3种自适应形式进一步进行了区分,将支护阻力自适应分为初撑力分布形式自适应、支护阻力和初撑升降柱自适应,将支护姿态自适应分为顶梁姿态自适应和整体支护状态自适应,将支护方式自适应分为移架方式自适应和行走方式自适应,介绍了每种形式自适应支护原理及其实现方法;采用线性代数理论建立了自适应性顶梁结构量化关系,基于液压传动与控制原理给出了支护阻力自适应控制方法,利用AMESim软件构建了立柱位置和压力控制回路仿真模型并进行了仿真,采用运动学原理分析了螺旋推进器行走部的超前支架的自适应移架方式与具体行走方法。试验结果表明,自适应结构和装置大幅提升了支架适应能力,有效地解决了超前支架与巷道顶板和锚护系统协调匹配性难题,提高了超前支架适应巷道围岩变化能力。

关键词：自适应支护;转换矩阵;超前巷道;液压支架;螺旋推进器;