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超大采高高端液压支架关键技术研究与应用

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成果主要完成人

李明忠、张金虎、韩会军、王龙蛟、李军涛、曾明胜、李提建、吴成峰、闫 跃、李永明、余铜柱、豆景乐

项目概况

成果简介:超大采高一次采全厚是厚煤层安全高效开采的有效手段,针对超大采高工作面超大空间、超强矿压、强扰动岩层运动带来的围岩稳定性控制难题,创新提出了超大采高液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合原理,首创了超大采高工作面多应力场耦合围岩智能控制方法,解决了大采高工作面围岩控制难题;发明了液压支架三维动态优化设计方法,开发液压支架动态优化设计软件,支架参数设计由静载计算升级为动态耦合计算;发明了带弹性薄壁圆筒的大缸径增容缓冲抗冲击立柱,有效降低了支架所受冲击峰值压力;研发了Q890~Q1150高强度易焊接结构钢及焊接工艺,搭建了液压支架结构强度测试平台;开发了高度 6~8m 以上的系列化液压支架和成套技术,研制了世界首套8m级超大采高综采液压支架及7m超大采高综放液压支架,研发了超大采高液压支架高压自动补偿系统及超大流量电液快速移架系统,实现了超大采高液压支架综合协调快速推进。 项目成果在在金鸡滩、口孜东、张家峁等矿井推广使用,对工作面围岩控制效果显著,取得良好的经济及社会效益。 

成果主要创新点如下: ①创新高端液压支架设计理论和方法 提出了支架与围岩强度、刚度、稳定性智能耦合原理,首创了大采高工作面多应力场耦合围岩智能控制方法,构建了大采高综采技术理论体系,解决了大采高工作面围岩控制难题;发明液压支架三维动态优化设计方法,开发液压支架动态优化设计软件,由静载计算升级为动态耦合计算。 ② 开发了高端支架的强适应性关键部件 针对强冲击载荷工作面,发明了带弹性薄壁圆筒的大缸径增容缓冲抗冲击立柱,冲击峰值压力下降20%;针对大采高工作面煤壁控制难题,设计了伸缩梁与护帮板分体结构型式的三级协动护帮装置,实现了液压支架由“被动承载”到“自适应主动支护” 的突破。 ③突破了高端液压支架高强度材料及制造工艺 研发了Q890~Q1150高强度易焊接结构钢及焊接工艺,在国内外首次进行液压支架大结构件残余应力测试,开发了振动时效和不完全退火消除残余应力的工艺技术,创新多层多道焊接工艺,提高支架结构件的焊接质量与可靠性,实现超大采高液压支架减重15%以上。 ④ 研发出液压支架支护质量监测和评价技术 开发出了用于支架立柱压力、倾角检测的无线收发装置,同时提出了支护参数计算模型、状态评价方法,可通过监测系统直观了解支架工作阻力、合理作用点位置、顶梁倾角、掩护梁倾角等信息,实现液压支架知乎质量监控。 ⑤ 开发了系列化高端液压支架 开发了工作阻力10000kN以上,高度6m以上的系列化液压支架和成套技术,形成了高端液压支架体系。 成果根据我国6~8m特厚煤层顶板安全控制需求,首创了深部厚煤层超大采高综采方法和围岩控制技术体系,在世界上首次完成了深部厚煤层的超大采高智能综采技术实践。有效提高了深部厚煤层开采效率和安全水平,丰富和发展我国煤炭资源智能化开采理论与技术,对机械制造、智能控制等相关领域的技术进步具有很强的带动与辐射作用,对提高我国煤矿生产的安全效果智能化水平,形成技术含量高、经济附加值高的新兴产业,支撑我国智能化综放技术与装备的出口具有重大意义,同时也符合国家产业结构转型升级需求。