一种可用于端头支架的加长顶梁结构

李 冬

(西山煤电(集团)有限责任公司 机电厂，山西 太原 030053)

1 技术背景

综采工作面端头是指工作面与回采巷道的交汇处。端头区是采运设备的交接点，设备布置密集，而且行人、通风、运料及输煤必经过该区。端头管理和支护的好坏是决定工作面能否正常运转、工作面安全程度的关键。

综采工作面端头布置有刮板输送机机头(尾)、转载机机尾、端头支架及一些附属设备等。为保证端头区的正常作业，端头支架不但要和基本架一样，保证配套设备的安全运行以及综采工作面的正常推进，还要具有以下几点要求:

1)为保证安全生产，端头支架必须有足够的通风断面。

2)因端头设备复杂，体积庞大，端头支架必须有较大的无立柱空间，以保证各种机电设备正常维护更换。

3)端头支架必须有足够的工作空间，保证安全生产及人行道的顺利畅通。

4)因刮板输送机机头(尾)布置有电机、联轴器、减速器等设备，为方便刮板输送机与端头支架连接，刮板输送机机头(尾)处都设有推移梁，使端头支架推移点较基本架靠后，为满足端头支架梁端距要求，端头支架顶梁较基本架应有更大的控顶距。

综合上述要求，端头支架比较基本架其主要特点为:有足够的通风断面、有较大的无立柱空间、有足够的工作空间、有更大的控顶距。现有技术一般都是在基本架的基础上，通过更换加长的顶梁来满足这些要求。

2 方案提出

对于端头架，更换加长的顶梁虽然整体强度高、适应范围大，但生产安排复杂、生产工期长、整架运输难度大、支架互换性差。因此，提出在基本架顶梁的基础上，增加加长套，顶梁和加长套配钻成孔，通过螺栓、螺母、斜垫连接固定，使端头架顶梁总体加长的方案。

3 技术方案及实施方式

1)结构组成。

该方案是在ZY5000/12/28 基本架顶梁的基础上，增加加长套，见图1，包括顶梁1、加长套2、螺栓3、螺母4、斜垫5.顶梁1 和加长套2 配钻成孔，通过螺栓3、螺母4、斜垫5 连接固定，使端头架顶梁总体加长了800 mm.

图1 加长套结构示意图

基本架顶梁为无护帮机构的整体顶梁。加长套采用Q460 高强度结构钢，顶底板厚度为16 mm，两立筋厚度为20 mm，搭接拼焊成形，端口处用两组弯板进行加固。在保证加长套强度的基础上，应尽量减轻其重量，防止支架重心前倾。

2)受力计算。

加长套设计为箱形结构，其截面为单腔室截面，支架承受非对称的偏载而导致梁体受扭，是支架承受外载比较恶劣的一种工况。因此，在梁体结构强度分析过程中，必须考虑扭矩的作用。

由于支架的结构件梁体为焊接的箱形结构，计算中假定焊缝强度不低于母材的强度或者焊缝强度与母体强度相当，计算中忽略焊缝对截面形状的影响。

根据支架受力分析和力矩平衡可知，顶梁上的载荷分布在很大程度上取决于立柱连接点(柱窝)位置的向前和向后。顶梁的前端载荷比后端载荷小得多，因为端部离立柱远，为保持力矩平衡，作用力成比例减小。假定顶梁上载荷均匀分布，加长套截面见图2.

图2 加长套截面示意图

应用液压支架分析系统软件，对加长套进行强度校核，结果如下:

a)计算条件:

液压支架型号:ZY5000/12/28

作用在截面的扭矩:860 kN·m

b)计算结果:

第1 腔室剪力流:1 748.3 N/mm

第1 腔室顶板剪应力:109.3 MPa

第1 腔室左立筋剪应力:87.4 MPa

第1 腔室底板剪应力:109.3 MPa

第1 腔室右立筋剪应力:87.4 MPa

顶底板及其两立筋材料均选用Q460 板，经计算得，设计最小安全系数n =1.62. 根据MT/T 556－1996《液压支架设计规范》要求，顶梁的安全系数一般选取为1.1 ～1.3，从计算结果可以看出，加长套顶底板及两立筋的安全系数均大于1.3，故加长套的设计是合理的，符合强度要求。

3)可同时满足过渡支架要求。

工作面三机配套中，为保证端头架和基本架邻架间对采空区的挡矸效果，防止移架时掩护梁侧板处漏矸，在端头架和基本架之间，需设置过渡支架，过渡架顶梁长度一般要求在基本架和端头架顶梁长度之间，此时适当减小端头架加长套长度即可满足过渡架要求。

4 优点及效果

1)设计简单，生产效率高。

加长套采用钢板搭接拼焊成形，不仅设计简单，更减少了生产端头顶梁的工序安排，提高了生产效率。

2)拆装简易，方便运输。

加长套与顶梁通过螺栓、螺母、斜垫连接固定，拆装简易，特别是对整架运输长度要求较高的矿井，若端头架运输长度过大，下井时，不用解体顶梁，只需将加长套拆除即可，减轻了劳动力，方便了运输。

3)使用灵活，端头架适用性强。

端头架根据配套进行选用，当不需要端头架时，将加长套拆除，即可按基本架使用，方便灵活，提高了端头架的适用性。

5 结 论

该方案主要用于无护帮机构的整体顶梁式薄煤层和中厚煤层的液压支架，其实施有效解决了工作面配套中机头(尾)处对端头支架和过渡支架的需求。目前，该方案已在ZY3600/11/25 支架和ZY5000/12/28 支架上成功应用，使用效果良好，应用前景广泛。

［1］ 鲁忠良，景国勋，肖亚宁.液压支架设计使用安全辨析［M］.北京:煤炭工业出版社，2006:141－145.

［2］ 王国法.液压支架技术［M］.北京:煤炭工业出版社，1999:287－295.

［3］ 邢福康，蔡 坫，刘玉堂.煤矿支护手册［M］.北京:煤炭工业出版社，1993:1342－1358.