创新点

（1）提出了超前支架自适应支护、转换矩阵、峰值助力概念。

（2）给出了超前支架自适应支护定义。

（3）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、支护方式自适应三种形式，分析了每种形式自适应支护原理及其实现方法。

（4）建立了自适应性顶梁结构量化关系，给出了支护阻力自适应控制方法，构建了立柱位置和压力控制回路仿真模型并进行仿真，描述了自适应超前支架具体移架方式与行走方法。

作 者

徐亚军1,2,张 坤3,4,李丁一1,2,朱 军1,2,张德生1,2

2单 位

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

3研究背景

随着煤炭开采技术的发展,越来越多的矿区开始采用超前支架进行巷道超前支护。但是在实际使用中发现现有超前支架适应性不强,与巷道锚护系统匹配性也有待提高,具体表现为现有超前支架支护强度经常出现过支护(支护强度过高)或欠支护(支护强度不足)现象,超前支架行走过程中对巷道顶板反复支撑,造成巷道顶板和锚护系统破坏。如何提高超前支架的适应性,减少超前支架对巷道顶板和锚护系统的破坏已成为当前迫切需要解决的问题。

4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。

5部分图片

超前支架顶梁前后摆动示意

超前支架顶梁左右摆动示意

液压支架各传感器示意

支护阻力自适应控制系统

支护阻力曲线

超前支架平稳接顶示意

系统仿真模型

立柱降架过程仿真结果

立柱升架过程仿真结果

支架三维实体模型

全方位行走部实物样机

螺旋推进器行走部

螺旋推进器旋向与行走方向的关系

传感器布置示意

液压支架测距示意

自动行走流程

顶梁不同状态照片

单元支架井下照片

6作者简介

徐亚军，男，1971年4月26日生，安徽枞阳人，博士，研究员，硕士生导师，天地科技股份有限公司开采设计事业部（煤炭科学研究总院北京开采研究院）开采装备研究所主任，主要从事工作面支护技术理论研究与液压支架设计工作。获国家科学进步奖1项，省部级奖10余项，发表论文50余篇，出版专著3部、教材1部，制订国家和行业标准6部，授权发明专利6项，获得第十一届“煤炭青年科技奖”（2010）、“全国煤矿优秀支护专家”（2015）。

研究方向

工作面支护技术与理论，液压支架设计与优化

主要成果

致力于工作面支护理论与技术研究，发明了基于螺旋推进器全向行走式超前支架，修正了两柱掩护式支架承载能力区公式，得出了两柱掩护式支架顶梁前后比为8/3的解析结果，建立了液压支架群组支护阻力与工作面长度量化关系，给出了液压支架与煤壁刚度耦合公式、液压支架群组支护阻力解析公式，解释了超长工作面“三峰值”来压特性。

来源：

徐亚军,张坤,李丁一,等.超前支架自适应支护理论与应用[J].煤炭学报,2020,45(10):3615-3624.

XU Yajun,ZHANG Kun,LI Dingyi,et al.Theory and application of self-adaptive support for advanced powered support[J]. Journal of China Coal Society,2020,45(10):3615-3624.

责任编辑：郭晓炜 编辑整理：郭晓炜 审核：常 琛

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