一種可用于端頭支架的加長頂梁結構

李 冬

(西山煤電(集團)有限責任公司 機電廠，山西 太原 030053)

1 技術背景

綜采工作面端頭是指工作面與回采巷道的交匯處。端頭區是采運設備的交接點，設備布置密集，而且行人、通風、運料及輸煤必經過該區。端頭管理和支護的好壞是決定工作面能否正常運轉、工作面安全程度的關鍵。

綜采工作面端頭布置有刮板輸送機機頭(尾)、轉載機機尾、端頭支架及一些附屬設備等。為保證端頭區的正常作業，端頭支架不但要和基本架一樣，保證配套設備的安全運行以及綜采工作面的正常推進，還要具有以下幾點要求:

1)為保證安全生產，端頭支架必須有足夠的通風斷面。

2)因端頭設備復雜，體積龐大，端頭支架必須有較大的無立柱空間，以保證各種機電設備正常維護更換。

3)端頭支架必須有足夠的工作空間，保證安全生產及人行道的順利暢通。

4)因刮板輸送機機頭(尾)布置有電機、聯軸器、減速器等設備，為方便刮板輸送機與端頭支架連接，刮板輸送機機頭(尾)處都設有推移梁，使端頭支架推移點較基本架靠后，為滿足端頭支架梁端距要求，端頭支架頂梁較基本架應有更大的控頂距。

綜合上述要求，端頭支架比較基本架其主要特點為:有足夠的通風斷面、有較大的無立柱空間、有足夠的工作空間、有更大的控頂距。現有技術一般都是在基本架的基礎上，通過更換加長的頂梁來滿足這些要求。

2 方案提出

對于端頭架，更換加長的頂梁雖然整體強度高、適應范圍大，但生產安排復雜、生產工期長、整架運輸難度大、支架互換性差。因此，提出在基本架頂梁的基礎上，增加加長套，頂梁和加長套配鉆成孔，通過螺栓、螺母、斜墊連接固定，使端頭架頂梁總體加長的方案。

3 技術方案及實施方式

1)結構組成。

該方案是在ZY5000/12/28 基本架頂梁的基礎上，增加加長套，見圖1，包括頂梁1、加長套2、螺栓3、螺母4、斜墊5.頂梁1 和加長套2 配鉆成孔，通過螺栓3、螺母4、斜墊5 連接固定，使端頭架頂梁總體加長了800 mm.

圖1 加長套結構示意圖

基本架頂梁為無護幫機構的整體頂梁。加長套采用Q460 高強度結構鋼，頂底板厚度為16 mm，兩立筋厚度為20 mm，搭接拼焊成形，端口處用兩組彎板進行加固。在保證加長套強度的基礎上，應盡量減輕其重量，防止支架重心前傾。

2)受力計算。

加長套設計為箱形結構，其截面為單腔室截面，支架承受非對稱的偏載而導致梁體受扭，是支架承受外載比較惡劣的一種工況。因此，在梁體結構強度分析過程中，必須考慮扭矩的作用。

由于支架的結構件梁體為焊接的箱形結構，計算中假定焊縫強度不低于母材的強度或者焊縫強度與母體強度相當，計算中忽略焊縫對截面形狀的影響。

根據支架受力分析和力矩平衡可知，頂梁上的載荷分布在很大程度上取決于立柱連接點(柱窩)位置的向前和向后。頂梁的前端載荷比后端載荷小得多，因為端部離立柱遠，為保持力矩平衡，作用力成比例減小。假定頂梁上載荷均勻分布，加長套截面見圖2.

圖2 加長套截面示意圖

應用液壓支架分析系統軟件，對加長套進行強度校核，結果如下:

a)計算條件:

液壓支架型號:ZY5000/12/28

作用在截面的扭矩:860 kN·m

b)計算結果:

第1 腔室剪力流:1 748.3 N/mm

第1 腔室頂板剪應力:109.3 MPa

第1 腔室左立筋剪應力:87.4 MPa

第1 腔室底板剪應力:109.3 MPa

第1 腔室右立筋剪應力:87.4 MPa

頂底板及其兩立筋材料均選用Q460 板，經計算得，設計最小安全系數n =1.62. 根據MT/T 556－1996《液壓支架設計規范》要求，頂梁的安全系數一般選取為1.1 ～1.3，從計算結果可以看出，加長套頂底板及兩立筋的安全系數均大于1.3，故加長套的設計是合理的，符合強度要求。

3)可同時滿足過渡支架要求。

工作面三機配套中，為保證端頭架和基本架鄰架間對采空區的擋矸效果，防止移架時掩護梁側板處漏矸，在端頭架和基本架之間，需設置過渡支架，過渡架頂梁長度一般要求在基本架和端頭架頂梁長度之間，此時適當減小端頭架加長套長度即可滿足過渡架要求。

4 優點及效果

1)設計簡單，生產效率高。

加長套采用鋼板搭接拼焊成形，不僅設計簡單，更減少了生產端頭頂梁的工序安排，提高了生產效率。

2)拆裝簡易，方便運輸。

加長套與頂梁通過螺栓、螺母、斜墊連接固定，拆裝簡易，特別是對整架運輸長度要求較高的礦井，若端頭架運輸長度過大，下井時，不用解體頂梁，只需將加長套拆除即可，減輕了勞動力，方便了運輸。

3)使用靈活，端頭架適用性強。

端頭架根據配套進行選用，當不需要端頭架時，將加長套拆除，即可按基本架使用，方便靈活，提高了端頭架的適用性。

5 結 論

該方案主要用于無護幫機構的整體頂梁式薄煤層和中厚煤層的液壓支架，其實施有效解決了工作面配套中機頭(尾)處對端頭支架和過渡支架的需求。目前，該方案已在ZY3600/11/25 支架和ZY5000/12/28 支架上成功應用，使用效果良好，應用前景廣泛。

［1］ 魯忠良，景國勛，肖亞寧.液壓支架設計使用安全辨析［M］.北京:煤炭工業出版社，2006:141－145.

［2］ 王國法.液壓支架技術［M］.北京:煤炭工業出版社，1999:287－295.

［3］ 邢福康，蔡 坫，劉玉堂.煤礦支護手冊［M］.北京:煤炭工業出版社，1993:1342－1358.