在矿山智能开采的理念指导下,分析了固体充填液压支架的结构特征、典型工况形态,及支架形态表征的必要性。首先提取了支架机械结构特征,建立了支架二维平面骨架模型,对比不同坐标系,建立了支架形态表征模型,形成了支架形态表征方法。并给出了形态表征方法在支架支护形态识别、干涉形态识别中的应用。最后,应用SolidWorks-MATLAB对ZC5160/30/50D型固体充填液压支架进行了仿真应用,结果表明了形态表征方法对支架的工况形态表征具有极高的准确性和可靠性。

以ZC14400-16-31新型垂直导柱式固体充填液压支架为依据,利用SolidWorks根据支架参数绘制三维实体模型,参考行业标准许可的工况,结合充填液压支架加载校核研究现状,确定了4种支架加载工况,利用SolidWorks Simulation进行静力学仿真。结果显示:液压支架的主体结构应力均小于材料的许用应力,同时确定了顶梁、底座、导柱最大应力和最大变形的位置,为垂直导柱式固体充填液压支架的进一步优化提供参考建议。

针对现有固体充填液压支架应用于较薄煤层充填开采时,存在充填空间视线受阻、充填效果较差的问题,创新设计了一种新型的具备可观察充填空间的垂直导柱式薄煤层固体充填液压支架。基于垂直导柱平衡系统特征,建立了垂直导柱与顶梁的力学模型,校核检验了该支架结构与强度性能,对比了该支架在低采高视角观察上较普通四连杆支架的优势,结果表明,该支架大大增加了薄煤层充填可视面积,为支架进一步的优化提供重要参考。

针对固体充填液压支架处于复杂地质条件下时空间位姿状态动态变化难以直接识别,现有位姿测量系统存在位姿参数部分缺失的问题,设计了一种固体充填液压支架全位姿测量系统。利用3D Max建模软件建立了固体充填液压支架三维模型,基于固体充填液压支架不同的特征节点,采用多传感器融合测量方法获取反映其空间全位姿的9个参数,即支架底座倾斜角(与水平面夹角)、顶梁姿态角(与水平面夹角)、支架高度、推矸推移距离、护帮板状态、推压密实机构倾角(与后顶梁夹角)、推压密实机构推移距离、支架组护帮板之间的距离、刮板输送机中部槽与支架推矸的夹角。将倾角传感器布置于前顶梁、后顶梁、底座、推压密实机构千斤顶等处,用于测量支架的底座倾斜角和前后顶梁姿态角等,将位移传感器安装在支架的推矸和推压密实机构上,用于测量推移距离等。利用