煤炭科学技术

作者：安栋, 范金颍, 宋义敏, 许海亮, 罗廷运,

关键词：冲击地压, 液压支架立柱, 吸能装置, 流固耦合, 动态响应, 有限元分析, SPH方法,

针对吸能防冲液压支架防冲性能问题，从冲击载荷作用下吸能液压立柱防冲性能角度开展研究，参照工程常用的吸能防冲立柱，采用有限元和光滑粒子流体动力学方法建立了普通液压支架立柱与吸能液压支架立柱流固耦合、流体大变形模型，实现了吸能防冲立柱在冲击载荷作用下的数值模拟。使用冲击试验台进行了吸能液压立柱冲击试验，得到了冲击荷载下立柱缸体的位移响应，并与数值模拟结果进行了对比。使用4.5、7、10.5 t的重锤经自由落体对2种液压立柱进行冲击加载，得到了2种立柱的动态响应。根据防冲支护设计6项原则探讨了吸能液压支架立柱的防冲性能。让位位移方面，吸能立柱的位移比普通立柱分别降低了16%、23%、30%；让位阻力方面，吸能立柱最大阻力比普通立柱降低了15%、21%、12%；让位速度方面，吸能装置最大让位速度可达18.5 m/s，可在13 m/s内完全压溃；让位刚度方面，吸能立柱在吸能装置变形前后表现为弹性刚度，压溃期间表现为塑性刚度；让位频率方面，吸能立柱让位防冲时的固有频率为0，规避了立柱与围岩发生共振而迅速破坏的风险；让位能量方面，吸能装置的吸能量可达272 kJ，吸能立柱整体吸能量比普通立柱提高了80%。从受冲响应的4个阶段总结了吸能液压支架立柱的让位吸能防冲过程，分析了立柱的抗冲能力，结果表明吸能液压支架立柱可承受的最大冲击能可达普通立柱的2.3倍，泄压阀允许开启时间延长为普通液压支架立柱的2倍。

来源：2025年第4期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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