先进制造技术

本发明提供了一种固体充填液压支架工作阻力设计方法，属于充填采煤机械装备技术领域。本发明采用多跨超静定结构的“顶板—支架—充填体”相互作用的力学模型，联合数值模型，利用覆岩应力曲线作为顶板载荷，更真实地反映顶板载荷的分布，得到顶板载荷、支架和充填体支撑作用力的力学关系更精准，可针对不同充填体弹性地基系数和不同顶板限定变形量条件得到双顶梁结构液压支架前顶梁和后顶梁支护强度，与现有的支架设计方法相比更具科学性和合理性。

充填开采是一种采用液压支架作为支撑，不断在液压支架和岩层顶板之间填充矸石等充填体，以防止岩层顶板变形垮塌的开采方式。

充填开采上覆岩层应力场分布特征对液压支架工作状态和充填体力学行为有着较大的影响，而液压支架和充填体又反作用于顶板应力分布，液压支架承受的载荷不仅与原岩地质与开采条件有关，还与充填体力学性能密切相关。

充填开采岩层应力场的重新分布过程是岩层顶板、液压支架和充填体三者相互作用、相互影响的结果，若单方面给定某一变量的数值则失去了各因素之间的互动性。但是现有技术中并没有能够在顶板载荷、支架支撑力和充填体压实稳定长度等诸多参数的未知条件下有效分析三者之间互相作用、互相影响量化关系的方法，因此岩层顶板、液压支架和充填体三者相互作用关系仍然难以确定，进而难以确定液压支架在施工使用过程中工作阻力的变化规律，不利于在施工使用前和使用中对液压支架和充填体进行安全有效的调试。

本发明以充填开采条件下岩层移动的实际变形形态为基础，将基本顶作为研究对象，建立了基于多跨超静定结构的“顶板—支架—充填体”相互作用力学模型，煤壁和充填体为主要承载体，充填支架对顶板起限定变形作用，据此建立了连续顶板的力学平衡方程和变形协调方程，在充填支架支撑载荷未知的情况下进行问题的求解，将充填体分布弹性地基支承离散为若干跨等效弹性支承，取单跨隔离体进行分析，建立截面切口形变分量方程，进而推导得出跨间截面切口形变分量的矩阵表达式，得到的n+2个变形协调方程与3个平衡方程构成n+5个求解方程，对应n+5个未知约束，所求问题全部得解；为了更真实地反映顶板载荷的分布，更合理地分析顶板、支架和充填体的相互作用关系，本文尝试将力学模型与数值模型相结合，改变以往力学模型中将顶板载荷作为均布载荷的简化分析方法，建立与力学模型中充填支架作用和充填体参数一致的数值模型，将数值计算得出的覆岩应力曲线作为顶板载荷q(x)，代入“顶板—支架—充填体”相互作用力学模型，由此解出模型中所有支座的反力、梁体内力、梁端弯矩等未知量，从而得出顶板载荷、支架和充填体支撑作用力的相互作用关系。通过具体算例分析了不同充填体弹性地基系数和不同顶板限定变形量条件下双顶梁结构充填支架前顶梁和后顶梁支护强度的变化规律，为充填支架关键参数的确定提供有效依据。