针对煤矿快速掘进系统设计了一种液压自移式临时支架,扩大了临时支架的最大支护面积。通过岩土分析软件FLAC 3D构建掘进巷道模型,基于ANSYS对临时支架支护性能进行数值仿真分析,发现临时支护支架在巷道载荷的作用下,竖直方向最大位移为6.6 mm,最大应力为96.9 MPa,小于材料的许用应力值。将巷道与临时支架相互作用载荷作为液压系统负载,基于AMESim对临时支架进行液压特性研究。仿真结果表明,临时支架左右两侧液压立柱的位移和流量变化趋于一致,满足液压立柱同步支撑的要求。系统性研究了支护性能与液压特性,验证了该临时支架应用在快速掘进工作中的可行性与先进性。

针对浅层煤层的基础薄、层松、厚、工作间隙大、易于下陷等特点,采用空间力学分析和有限元分析方法,对ZFY12000/25/42D双层柱水力保护煤顶洞穴进行了研究,将两个用于上部煤洞的水力保护柱为研究对象,运用ANSYS Workbench对液压支架进行机械仿真分析。通过比较不同的模拟结果可以看出,支撑架的位移和应力趋势相同。

针对掩护式液压支架现有平衡回路无法保证无杆腔和有杆腔自动充满压力液体导致支架上升过程中两腔压力不平衡,以及立柱接顶支撑时由周期来压导致的安全阀频繁开启的问题,设计了平衡千斤顶浮动液压回路,并增加补液回路。使用AMESim软件对平衡千斤顶控制回路进行仿真,然后进行液压控制系统动态稳定性的验证,最后通过现场试验和数据对比验证设计回路的合理性。

以矿用液压支架原型试验为依据,选取常用的ZF15000/24/45型放顶煤支架和ZY12000/29/63型掩护式支架分别进行了支架在承受偏载工况下支护性能、压缩量、变形量等参数变动趋势规律的试验与分析。结果表明,在偏载工况下,液压支架初撑力是影响支架支护性能顺利发挥的关键性参数,且液压支架压缩量、顶梁变形量等均对顶板下沉量存在较大影响,为此,必须从以上参数着手,加强回采工作面液压支架性能稳定性控制。

为提高大采高掩护式液压支架的工程应用性能，介绍了双伸缩立柱的支护特征，构建了掩护式液压支架支撑升架到恒阻阶段的Simhydraulics参数化仿真实物模型，并对赋值后的参数化模型进行仿真。仿真结果表明：在外载作用下，安全阀按调定压力开启溢流，中缸压力随外缸压力变化，并在安全阀开启后保持恒定；从理论上分析了降柱时能量对液压支架液压系统和元器件设计的影响，同时验证了设置2个大流量安全阀的理论依据、平稳转动操作手柄对降柱的必要性和压缩后高压乳化液形成的能量对立柱可靠性的影响，为液压支架使用和设计提供了理论参考。