一種可用于端頭支架的加長(zhǎng)頂梁結(jié)構(gòu)

李 冬

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司 機(jī)電廠，山西 太原 030053)

1 技術(shù)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(qū)是采運(yùn)設(shè)備的交接點(diǎn)，設(shè)備布置密集，而且行人、通風(fēng)、運(yùn)料及輸煤必經(jīng)過(guò)該區(qū)。端頭管理和支護(hù)的好壞是決定工作面能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)、工作面安全程度的關(guān)鍵。

綜采工作面端頭布置有刮板輸送機(jī)機(jī)頭(尾)、轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾、端頭支架及一些附屬設(shè)備等。為保證端頭區(qū)的正常作業(yè)，端頭支架不但要和基本架一樣，保證配套設(shè)備的安全運(yùn)行以及綜采工作面的正常推進(jìn)，還要具有以下幾點(diǎn)要求:

1)為保證安全生產(chǎn)，端頭支架必須有足夠的通風(fēng)斷面。

2)因端頭設(shè)備復(fù)雜，體積龐大，端頭支架必須有較大的無(wú)立柱空間，以保證各種機(jī)電設(shè)備正常維護(hù)更換。

3)端頭支架必須有足夠的工作空間，保證安全生產(chǎn)及人行道的順利暢通。

4)因刮板輸送機(jī)機(jī)頭(尾)布置有電機(jī)、聯(lián)軸器、減速器等設(shè)備，為方便刮板輸送機(jī)與端頭支架連接，刮板輸送機(jī)機(jī)頭(尾)處都設(shè)有推移梁，使端頭支架推移點(diǎn)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(yīng)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(diǎn)為:有足夠的通風(fēng)斷面、有較大的無(wú)立柱空間、有足夠的工作空間、有更大的控頂距?，F(xiàn)有技術(shù)一般都是在基本架的基礎(chǔ)上，通過(guò)更換加長(zhǎng)的頂梁來(lái)滿足這些要求。

2 方案提出

對(duì)于端頭架，更換加長(zhǎng)的頂梁雖然整體強(qiáng)度高、適應(yīng)范圍大，但生產(chǎn)安排復(fù)雜、生產(chǎn)工期長(zhǎng)、整架運(yùn)輸難度大、支架互換性差。因此，提出在基本架頂梁的基礎(chǔ)上，增加加長(zhǎng)套，頂梁和加長(zhǎng)套配鉆成孔，通過(guò)螺栓、螺母、斜墊連接固定，使端頭架頂梁總體加長(zhǎng)的方案。

3 技術(shù)方案及實(shí)施方式

1)結(jié)構(gòu)組成。

該方案是在ZY5000/12/28 基本架頂梁的基礎(chǔ)上，增加加長(zhǎng)套，見(jiàn)圖1，包括頂梁1、加長(zhǎng)套2、螺栓3、螺母4、斜墊5.頂梁1 和加長(zhǎng)套2 配鉆成孔，通過(guò)螺栓3、螺母4、斜墊5 連接固定，使端頭架頂梁總體加長(zhǎng)了800 mm.

圖1 加長(zhǎng)套結(jié)構(gòu)示意圖

基本架頂梁為無(wú)護(hù)幫機(jī)構(gòu)的整體頂梁。加長(zhǎng)套采用Q460 高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，頂?shù)装搴穸葹?6 mm，兩立筋厚度為20 mm，搭接拼焊成形，端口處用兩組彎板進(jìn)行加固。在保證加長(zhǎng)套強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量減輕其重量，防止支架重心前傾。

2)受力計(jì)算。

加長(zhǎng)套設(shè)計(jì)為箱形結(jié)構(gòu)，其截面為單腔室截面，支架承受非對(duì)稱的偏載而導(dǎo)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(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析過(guò)程中，必須考慮扭矩的作用。

由于支架的結(jié)構(gòu)件梁體為焊接的箱形結(jié)構(gòu)，計(jì)算中假定焊縫強(qiáng)度不低于母材的強(qiáng)度或者焊縫強(qiáng)度與母體強(qiáng)度相當(dāng)，計(jì)算中忽略焊縫對(duì)截面形狀的影響。

根據(jù)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(diǎn)(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?yàn)槎瞬侩x立柱遠(yuǎn)，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(zhǎng)套截面見(jiàn)圖2.

圖2 加長(zhǎng)套截面示意圖

應(yīng)用液壓支架分析系統(tǒng)軟件，對(duì)加長(zhǎng)套進(jìn)行強(qiáng)度校核，結(jié)果如下:

a)計(jì)算條件:

液壓支架型號(hào):ZY5000/12/28

作用在截面的扭矩:860 kN·m

b)計(jì)算結(jié)果:

第1 腔室剪力流:1 748.3 N/mm

第1 腔室頂板剪應(yīng)力:109.3 MPa

第1 腔室左立筋剪應(yīng)力:87.4 MPa

第1 腔室底板剪應(yīng)力:109.3 MPa

第1 腔室右立筋剪應(yīng)力:87.4 MPa

頂?shù)装寮捌鋬闪⒔畈牧暇x用Q460 板，經(jīng)計(jì)算得，設(shè)計(jì)最小安全系數(shù)n =1.62. 根據(jù)MT/T 556－1996《液壓支架設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，頂梁的安全系數(shù)一般選取為1.1 ～1.3，從計(jì)算結(jié)果可以看出，加長(zhǎng)套頂?shù)装寮皟闪⒔畹陌踩禂?shù)均大于1.3，故加長(zhǎng)套的設(shè)計(jì)是合理的，符合強(qiáng)度要求。

3)可同時(shí)滿足過(guò)渡支架要求。

工作面三機(jī)配套中，為保證端頭架和基本架鄰架間對(duì)采空區(qū)的擋矸效果，防止移架時(shí)掩護(hù)梁側(cè)板處漏矸，在端頭架和基本架之間，需設(shè)置過(guò)渡支架，過(guò)渡架頂梁長(zhǎng)度一般要求在基本架和端頭架頂梁長(zhǎng)度之間，此時(shí)適當(dāng)減小端頭架加長(zhǎng)套長(zhǎng)度即可滿足過(guò)渡架要求。

4 優(yōu)點(diǎn)及效果

1)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。

加長(zhǎng)套采用鋼板搭接拼焊成形，不僅設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，更減少了生產(chǎn)端頭頂梁的工序安排，提高了生產(chǎn)效率。

2)拆裝簡(jiǎn)易，方便運(yùn)輸。

加長(zhǎng)套與頂梁通過(guò)螺栓、螺母、斜墊連接固定，拆裝簡(jiǎn)易，特別是對(duì)整架運(yùn)輸長(zhǎng)度要求較高的礦井，若端頭架運(yùn)輸長(zhǎng)度過(guò)大，下井時(shí)，不用解體頂梁，只需將加長(zhǎng)套拆除即可，減輕了勞動(dòng)力，方便了運(yùn)輸。

3)使用靈活，端頭架適用性強(qiáng)。

端頭架根據(jù)配套進(jìn)行選用，當(dāng)不需要端頭架時(shí)，將加長(zhǎng)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(jié) 論

該方案主要用于無(wú)護(hù)幫機(jī)構(gòu)的整體頂梁式薄煤層和中厚煤層的液壓支架，其實(shí)施有效解決了工作面配套中機(jī)頭(尾)處對(duì)端頭支架和過(guò)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(yīng)用，使用效果良好，應(yīng)用前景廣泛。

［1］ 魯忠良，景國(guó)勛，肖亞寧.液壓支架設(shè)計(jì)使用安全辨析［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2006:141－145.

［2］ 王國(guó)法.液壓支架技術(shù)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1999:287－295.

［3］ 邢福康，蔡 坫，劉玉堂.煤礦支護(hù)手冊(cè)［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1993:1342－1358.