1、煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050280引言我国薄煤层储量约占全国煤炭总储量的20%，85%以上的矿区均赋存有薄煤层，薄煤层资源不仅分布广泛且大多为优质煤，由于薄煤层地质条件复杂，开采条件差,经济效益不理想，致使薄煤层开采技术装备发展缓慢。综合机械化采煤所必须的支护设备端头液压支架是薄煤层工作面支护设备的重要组成部分，端头架设计的合理与否对两端回采的速度起着重要的作用。侧护板又是端头架的主要部件，其主要具有邻架密封、调架、防倒和保持支架横向稳定性的作用，对支架的工
2、作性能有直接影响。本文通过对薄煤层端头液压支架常规侧推机构和折叠式平行四杆两级侧护板机构的受力对比分析，结合对巷道掘进实际情况的适用性，选择最优的设计方案，为薄煤层端头液压支架侧护板机构设计提供参考。1薄煤层工作面大梯度垂直过渡端头液压支架配套技术薄煤层工作面设备配套方式是根据工作面切眼的掘进方式而确定的。薄煤层工作面回采过程中通常采用2种掘进方式：巷道沿底板掘进，为保证运输及行人安全要求破顶板；巷道沿顶板掘进，破底板。总之为了巷道的设备运输、行人安全及通风要求，巷道的高度必须达到2.8 m左右。而煤层又比较薄，所以切眼处一般为半哑铃形，从而导致两巷与工作面有高度差。本文按照巷道沿底板掘进、破
3、顶板的方式，使巷道与工作面形成大梯度垂直过渡。沿底破顶板掘进工作面如图1所示。图1沿底破顶板掘进工作面示意图薄煤层端头液压支架顶梁侧护板结构适用性分析佟友（中煤科工开采研究院有限公司，北京100013）摘要：针对薄煤层两巷过渡处截割顶矸、含矸率高的问题，提出了工作面设备大梯度过渡配套方式；研究设计了一种带有特殊侧护板的端头支架，用来维护受巷道与工作面落差影响的围岩稳定性；通过与传统端头液压支架侧护板机构对比，设计出折叠式平行四杆侧护板机构，可适应巷道掘进中两顶角的自然弧度，显著增大了支护力，解决了架间漏矸问题。合理的配套方式及侧护机构的应用，降低了薄煤层开采的含矸率，提高了煤炭质量，具有很高的
4、推广使用价值。关键词：液压支架；顶梁侧护板；结构适用性；效果分析中图分类号：TD353文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0090 03Suitability Analysis of Thin Coal Seam End Hydraulic Support TopBeam Side Guard Plate StructureTong You（CCTEG Coal Mining Research Institute,Beijing 100013,China）Abstract:Aiming at the problems of cutting top gangue and
5、large gangue containing rate at the transitionof two lanes in thin coal seam,a large gradient transition matching method of working face equipmentwas put forward.A kind of end support with special side guard plate was studied and designed tomaintain the stability of surrounding rock affected by the
6、drop between roadway and working face.Bycomparing with the traditional side guard mechanism of hydraulic support at the end,the foldedparallel four-bar side guard mechanism was designed,which can adapt to the natural radian of the twotop angles in roadway driving,significantly increase the support f
7、orce,and solve the problem of leakageof gangue between the frames.The reasonable supporting method and the application of side protectionmechanism can reduce the gangue rate in thin coal seam mining and improve the coal quality,whichhas a high popularization and use value.Key words:hydraulic support
8、；top beam side guard plate；structure suitability；effect analysis249 4004 6004 8001 8002 80090图1中煤层开采高度1.8 m，巷道高度2.8 m，工作面采高与巷道高有1 m的高度差。常规工作面设备配套方式是从上、下两巷道端头液压支架开始通过8架液压支架逐渐过渡到工作面中部高度（邻架高度差约100 mm），此种配套的缺点是采煤机需截割工作面两端顶板的大量矸石，加大了采煤机截齿的磨损，增大了煤的含矸率，影响了煤质，降低了经济效益。而大梯度垂直过渡恰恰能够解决常规设计不能克服的问题。为了解决上述问题，端头液压支
9、架的顶梁侧护板需进行特殊设计，使巷道中的端头支架侧护板和工作面支架侧护板间有搭接并贴合紧密，防止架间漏矸。2薄煤层端头液压支架顶梁侧推机构（1）垂直加长侧护板机构薄煤层工作面为了解决大梯度过渡的问题，端头支架通常采用双侧活动侧护板，在侧护板下面通过销轴铰接二级加长侧板。端头支架的顶梁活动侧为紧临过渡架一侧，即上下巷道的第2架端头架侧护板一个左侧活动，另一个右侧活动。工作面支架布置时要求上下过渡支架至少进入巷道200 mm，端头架的垂直加长侧护板和过渡架侧护板通过侧推油缸的推力作用紧密贴合，防止漏矸。带垂直加长侧护板的端头支架工作面布置方式如图2所示。但在实际应用中，巷道掘进不是严格的矩形，巷道
10、的2个上顶角不可能是严格的90角，一般都留存一定弧度的矸石。所以在采面推进的过程中过渡支架和端头支架之间的距离很难控制，端头支架不能进入工作面，对巷道顶角的弧度适应性差，导致架间经常漏矸。图2带垂直加长侧护板的端头支架工作面布置方式1、2.中部支架3.过渡支架4.垂直加长侧护板5.左折叠侧护板端头支架6.双活动侧护板端头支架（2）折叠式平行四杆侧推机构采用折叠式平行四杆侧护机构的端头支架完全能够适应巷道掘进中留下的顶角弧度，侧护板能够根据实际情况横向和纵向躲避弧度角200400 mm。从而使过渡架在回采中随刮板输送机上窜下滑的范围更大，此种侧护机构的端头支架的宽度不是标准架宽，可以根据配套情况
11、进行调整，刮板输送机上的推移点也随之进行相应的调整。折叠式平行四杆侧推机构的侧推千斤顶布置在顶梁腹板下面，缸径的规格可以提高到125 mm（垂直加长侧护机构侧推油缸直径最大100 mm），此种侧推机构通过提高侧推油缸的缸径增大侧推力，从而增大支架侧护板间的摩擦力，改善漏矸现象。折叠式平行四杆两级侧护板端头支架工作面布置方式如图3所示。图3折叠式平行四杆两级侧护板端头支架工作面布置方式1、2.中部支架3.过渡支架4.折叠式平行四杆侧护板5.左折叠侧护板端头支架6.双活动侧护板端头支架3薄煤层端头液压支架侧护板机构形式及参数（1）垂直抽屉式侧护板机构支架顶梁与掩护梁铰接，相应的侧护板亦铰接且整个行
12、程有重合。侧护板为L形，通过缸筒耳座与导杆联接，导杆另一端联接侧推千斤顶，千斤顶的最大工作阻力为2247 kN。垂直抽屉式侧护板机构如图4所示。图4垂直抽屉式侧护板机构（2）折叠式平行四杆侧护机构侧护机构由整体上杆、4个下杆、侧护板和千斤顶组成，整体上杆铰接顶梁顶板处耳座，下杆铰接顶梁腹板处耳座，两杆等长，两杆另一端联接侧护板，侧推千斤顶两端分别联接侧护板和顶梁腹板处的耳座，千斤顶的最大工作阻力为2386 kN。折叠式平行四杆侧护机构如图5所示。图5折叠式平行四杆侧护机构1.整体上杆2.下杆3.千斤顶4.侧护板4薄煤层端头液压支架顶梁侧推机构受力对比分析第44卷第5期Vol.44 No.5薄煤
13、层端头液压支架顶梁侧护板结构适用性分析佟友12345612345612344 8002 8004 8002 8001 0001 00091（1）折叠式平行四杆侧护机构将侧护板作为一个受力体并进行受力分析，侧护板的受力如图6所示。由于侧护板与煤壁或过渡架是面接触，形成梯形分布力，但是集中力F的大小与千斤顶和侧护板铰接点到下部距离X1的变化无关。图6折叠式平行四杆侧护机构F1.下杆对侧护板的力F2.上杆对侧护板的力Fh.侧护千斤顶的力L1.双杆间的垂距L2.侧护板上铰点到侧护千斤顶的力臂L3.上下杆与侧护板铰接点到侧护板顶板的垂距.侧推千斤顶与水平方向夹角.上连杆与水平方向夹角假设在侧护板上作用有
14、集中力F；侧护板和煤壁间的摩擦因数为0.2。根据力和力矩平衡得过渡架反作用于侧护板上的最大力F=Fhcos+F1cos+F2cos（1）根据力和力矩平衡得：F0.2=-Fhsin-F1sin-F2sin（2）FX1+0.2FL3=FhL2+F1L1（3）联合式（1）式（3）可得出：F=Fhsin（）sin+0.2cos（4）F1=FX1+0.2FL3-FhL2L1（5）F2=F-Fhcos-F1cos cos（6）作用在侧护板上的集中力F和作用点的位置无关，且FFh，将Fh=772 kN代入得F=554 kN；上下摇杆的内力方向相反，用来平衡侧护板上力F带来的弯矩。（2）普通侧护板机构将侧护板
15、作为一个受力体并进行受力分析，侧护板的受力如图7所示。侧护板受力F=Fh=316 kN，侧护板销座上有附加弯矩M0，用来平衡力F带来的弯矩。（3）分析结果据以上计算分析，折叠平行四杆侧护机构侧护板上的集中力F=554 kN，普通侧护板机构集中力F=316 kN，前者是后者的1.75倍，前者给予邻架的水平力更大，架间的密封效果、防顶矸垮落、上下巷过渡处安全性更好。图7普通侧护板机构顶梁带折叠式平行四杆侧护机构的端头支架如图8所示。图8顶梁带折叠式平行四杆侧护机构的端头支架5结语顶梁带折叠式平行四杆侧护机构的端头液压支架在榆林袁大滩煤矿已经使用了2个回采工作面，使用效果良好。折叠式平行四杆侧护机构
16、能够充分发挥薄煤层端头架与过渡架间的密封优势，侧推力增大约75%，能够避开巷道顶板和下帮支架间的弧度。对围岩的支撑力合理，抑制矸石垮落效果好，结构成熟可靠，对薄煤层端头垂直过渡有借鉴意义。参考文献：1王国法.薄煤层安全高效开采成套装备研发及应用J.煤炭科学技术，2009,37(9):86-89.2徐亚军，潘庆林.卸压开采的薄煤层液压支架设计J.煤矿机械,2015,36(11):4-6.3杨瑞琨，李士杰.ZT18000/22/40型一主两副式端头液压支架的设计及应用J.煤矿机械,2018,39(5):34-36.4王国法，庞义辉煤炭安全高效开采技术与装备发展J.煤炭工程，2014，46(10):38-425南海云，张金虎，王彪谋，等.薄煤层超大伸缩比强力液压支架设计J.煤矿机械,2019,40(4):14-15.6倪和平，刘富营，张国志，等.煤矿用薄煤层液压支架:河南，CN103410547AP.2013-11-27.7盛国军，孙启生，宋华岭.薄煤层综采的综合创新技术J.煤炭学报，2007，32(3):2302348胡美红.薄煤层综采“三机”设备配套技术研究J.煤矿机械，2009，30(