煤炭科学技术

作者：张建卓, 赵丰年, 王洁, 潘一山, 徐兴强, 肖永惠, 陈策,

关键词：煤矿深部开采, 内置式吸能立柱, 防冲特性, 数值模拟, 冲击试验,

在煤矿深部开采中，高地应力导致巷道围岩变形加剧，传统巷道支架小伸缩比立柱因压缩后期易发生“压死”现象将导致支架撤出困难。针对该问题，提出一种内置式吸能立柱，通过将吸能装置集成于一级缸缸体内部，消除外置式吸能立柱吸能导向段的轴向空间占用，实现伸缩比提升与防冲性能优化。基于弹性力学理论，建立内置式与外置式吸能立柱的等效刚度计算模型，阐明两者力学性能差异的理论基础；采用光滑粒子流体动力学方法开展流固耦合数值模拟，对比分析两者在冲击载荷作用下的支反力、液体压力及缸筒应力等响应特性；通过冲击试验测试内置式吸能立柱的动态力学性能，获取其支反力第1峰值、液体压力第1峰值及关键节点时刻一级缸下腔与滑动腔缸筒外壁应力峰值等试验数据，冲击试验测试数据与仿真数值模拟结果基本一致，误差小于10%。结果表明：内置式吸能立柱的伸缩比显著高于外置式结构，在冲击条件与总高度相同情况下，内置与外置式吸能立柱支反力初始峰值分别为2 216.00 kN与2 225.78 kN，冲击开始至吸能装置致密时刻的有效吸能量分别为167.87 kJ与173.03 kJ，2种立柱在吸能装置压溃变形过程吸能效果相当，但内置式吸能立柱的最大支反力、最大液体压力和最大缸筒外壁应力相较于外置吸能立柱分别降低了31.61%、32.97%和29.59%，说明其结构设计的可行性与良好的抗冲击性能。

来源：2025年第9期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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