井下液压支架多发故障的预防探究.pdf

江西煤炭科技 J I ANGXI C0AL S CI ENCE TECHNOL OGY 2 0 1 6年 1期 NO．1 2O 1 6 井下液压支架多发故障的预防探究 薛晶波 山西焦煤 汾西矿业 两渡煤业 ， 山西 灵石 0 3 0 3 0 2 摘要 文中笔者首先 分析 了开展液压支架故 障研究 的必要性 ， 并 对液压支架结 构进行简要 概述 ， 随后对液压支架 出现的 压力不足现象进行原因分析 ， 并对此类故障的有效预防提出几点措施建议 。 关键词 液压 支架 ； 多发故障 ； 原 因分析 ； 预 防措施 中圈分类号 T D 3 5 5 ． 4 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 6 2 5 7 2 2 0 1 6 0 1 --0 0 3 0 0 3 Pr o b e i n t o M u l t i pl e F a i l u r e s o f Do wn h o l e Hy d r a u l i c S u p p o r t Xu e J i n g b o Li a n g d u Co a l M i n i n g I n d u s t r y Co ．， Fe n x i M i n i n g I n d u s t r y Co ．， Lt d ．， Li n g s h i ， S h a nx i 03 1 3 0 0 Ab s t r a c t Th e a u t h o r f i r s t a n a l y z e d t h e n e c e s s i t y o f f a i l u r e r e s e a r c h o n h y d r a u l i c s u p p o r t a nd b r i e f l y i n t r o d u c e d i t s s t r u c t ur e， t h e n a n a l y z e d t h e c a u s e s o f i ns u f f i c i e n t p r e s s u r e ph e n o me n o n o c c u r r e d o n hy d r a u l i c s u p p o r t a n d p r o p o s e d s o me me a s u r e s o f p r e v e n t i n g s u c h f a i l u r e ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s u pp o r t ； m u l t i p l e f a i l u r e s ； c a u s e a n a l y s i s ； p r e v e n t i v e me a s u r e s 我 国作为传 统产煤 大 国， 多年来 ， 煤炭 生产一 直是 保 障我 国社会经济 高速 发展 的主要 推动 力。 目前 我 国的煤 炭生产工艺 已由原来 的人 工爆 破采煤 转变 为综 合机 械化 开采 ， 其 中液压支架作为综合机械化开采设 备系统 的主要 构成之一 ， 是实现 对工作 面 围岩有 效控制 ， 确保 作业 安全 开 展的必要保 障 。同时 液压 支架作 为投 资成本 最大 的支 护设备 ， 其一 次性 投 资可 占综 采设 备 投 资 比例 的七 成左 右 ， 因此如何 实现液 压支 架的持 久稳 定工作 ， 避免故 障的 出现 ， 对于 提升 煤矿 经 济效 益 与社会 效 益 均有 着重 大 影 响 ， 是管理者长期关注的焦点 之一 。 1 液 压 支 架概 述 3 0 液压支架 以高压液体为动力 源 ， 是一套 由液 压系统 和 金属组件 共 同构 成 的井 下工 作 面顶 板 支护 设备 ， 能 够 快 速 、 高效地 完成对工作面 的支撑 、 移架 、 输送机 推移等一 系 列工序 ， 液压支架结 构见 图 1 。液 压支架 液压 系统 主要 包 括千斤顶 、 胶管 、 控制 阀、 接头 等 ； 结构组件 主要包括 顶梁 、 前梁 、 立柱 、 护帮板 、 掩护 梁 、 连 杆、 底 座等 ， 属 于一 种结 构 复杂 、 工况随机性强的矿山机械。 一 般而言 ， 由于液压支架长期在井下 恶劣环 境 中高强 度的承受重 载 、 冲击 、 振动 、 摩 擦 、 润滑 不佳 等不 良条件 的 复合影响 ， 这不 仅使 得其各 类故 障频发 ， 而且 故 障因素 多 种多样 ， 常常对井 下正 常作业 造 成不 良影 响， 严 重 的甚 至 会酿成安全事 故。 底座 2 故障分析 圈 1 液压支 架结构 示意 2 ． 1液压 支架选型 2 1 0 3工作面为西河矿典 型的综 采工作 面 ， 工作 面布设 设计 时先依 据顶板压力 P对液压 支架进行 选型 ， 并对 所选 结果 进行严格计算核对 。一般而 言 ， 压力公式 1 P k Th 1 式 中 k为支架 上部顶板岩层的厚度系数 ， 此处取 7 ； 7为上 覆岩 层平均 容 重 ， 一般 为 2 5 k N／ m。 ； H 为 工 作 面最 大 采 高 ， 为 2 ． 1 m。 根据相关数据取值及上式计算 可知工作面顶板压力 P 大致 为 3 6 8 k P a ， 因此选 择 型号 Z Z 2 5 0 0 一 1 ． 5 ／ 2 ． 5的支撑 掩护式 支架作为工作面支护设备 ， 则其 支护强度 可 由公式 2 求得 P ， 一F ／ S 2 式 中 F代 表液压 支架 的额定 工作 阻力 ， 大小 为 2 5 0 k N； S 为液压支架 的支护面积 ， 约为 5 ． 9 5 m 。 由此 可求 得 约为 4 2 0 k P a ， 高 于工 作 面 顶板 压 力 3 6 8 k P a ， 这表明 Z Z 2 5 0 0 1 ． 5 ／ 2 ． 5型支撑 掩 护式 支架 可满 足 西河矿 2 0 1 3工作 面支护需求 。 2 ． 2 故障诊 断 1 2 1 0 3工作 面实际生产作业 中经常发 生液压支架 压 力不足 、 接顶不 充分 的情 况 ， 一般 而言 这种 故 障多 由两 种 原 因导致 ， 一是 液压 支架 选 型不 当 ； 二 是液 压支 架使 用操 作不 当。经 由上文 的分析可知 ， 液 压支架 选型符合 生产 需 求 ， 因此液压支 架上 述 故障 的 出现应 当由操作 不 当 引起 。 而判断液压支架是否故障 ， 多通 过查看其各 项运行参 数是 否正常 ， 在此笔者结合实 际生产 中长期观 察所获得 的数据 资料 ， 归纳总结后认为液压支架 压力与流 量异常 主要 由下 述三点原因引起 ①液压支架换 向阀处于降立 柱位 时 ， 下腔 中的工作液 体联通 回路油箱并倒流 回油箱 。如此 一来 ， 立柱 下腔 内的 工作液体压力会发生骤然 的降低 ， 原本受 到压缩 的工作液 体体积立刻膨胀 增 大 ， 瞬 时流 量激增 ， 导 致整个 系统产生 强烈 的冲击 与振动 。但 冲击 与振动 的异 常现 象常 被其 它 设备运行 的噪声掩盖而无法及 时发现 ， 使 得管接 头 出现松 动 ， 进而诱发立柱 与液压 阀的密封 失灵 。这种原 因简而 言 之就是忽视 了压力 卸载过 程 中存在 的 短时 间能力 骤然 释 放 。 ②井下工作 面复杂 、 恶劣的工作环 境使得液 压油温 度 过高 ， 以及橡胶密 封与液压油不相容使 液体管件 的损坏 和 连接件 的松动 ， 进而 引起 密封 件 同配合 件 间的相 互摩擦 ， 其 中尤 以液压缸最 为明显 ， 这不仅使液 压支架 的正常运 转 受 到影 响 ， 同时还 导致其 使用周期变短 。 ③2 0 1 3工作 面的工作环境相对特殊 ， 整个工作 面中油 管 的总长近 千米 ， 各 类接 头插 口更 高达 数千 个 ， 加 之液 压 油箱未布设专 门的防尘措 施 ， 导致乳化 液 中经 常漂浮 大量 杂质 ； 此外立柱 与 阀腔 的底部 也会 时常 存有 大量 煤粉 、 岩 粒 、 铁屑等 ， 一旦这些杂质 随液 体进入 阀芯 与阀座 中， 就会 逐渐导致其 密封性失灵 。 3故障应对预防措施 3 ． 1 逐步施压 为避免短时间 内集聚 能量 的骤然 释放造成 不 良影 响 ， 应在立柱 的上腔 中获得工作液体 ， 确保支 架 的下 腔在降柱 前 已获得充分 的卸压 。对此 ， 可 对整个 系统进行 一定 的改 造 ， 在所有支架安全 阀的操作位 置上增设 一个手 动的二通 换 向阀， 在立柱降柱前先通过二 通换 向阀将下腔 中高压液 压所积聚 的能力进行逐步 的缓 慢释放 ， 待 工作液 体流人立 3】 柱上腔后 ， 再进行 降柱操作 。 3 ． 2 控 制 泄漏 为避免由于承受 冲击 和振动 而 导致管 接头 松动 进而 导致泄漏 ， 应 当选 用减 震支 架对所 有 管路进 行 固定 ； 换 用 低冲击阀或蓄能器以降低 冲击 ； 适 当的增设 压力控 制阀来 对整个系统内的所有元件进行 保护 ； 尽量 降低管接 头的数 量 ， 并选用 焊接 的方 式对管 接头 进行 固定 ； 选 用 直螺 纹接 头并选用弯头与三通接 头替代 管螺纹接 头 ； 尽可 能选用 回 油块替代各配管 ； 依 据使用 中的最大 压力 需求 ， 对设备 组 装时 的螺栓及堵头扭矩 进行规 定 ， 避免密 封件与结 合面被 蚕食 。 3 ． 3 降低动密封件的损坏 降低或消除驱动轴密封件与活塞杆 上 的侧 向载荷 ； 选 用 防尘罩 、 防尘 圈等设备 对 活塞杆 进行保 护 ， 尽 可 能避 免 粉尘 。煤灰等杂质进入 ； 设计或选择适 当的过滤 装置与便 于清洁的油箱 ， 以避免 外界 杂质进 入油 液 中并 大 量积 聚 ； 在允许范围内 ， 尽 可能降低驱动轴与活塞杆的速度。 3 ． 4 对 安 装 护板 进 行 合 理 的 设 计 分依据 生产实 际状况对液压 油及密封件 的材质 、 种 类等进 行慎重选择 ， 尽 可能避 免两 者 的相容 问题 ， 从 而延长 其使 用周期 。 4 结 语 液压支架作为井下工作面安 全作业 的重要保 护设备 ， 其结构质量 的完整对 于确保 回采 作业顺 利进行 意义重 大。 因此在对液压支 架结构 件 的维修 作业 中应 当尽 力避 免对 其 主筋框架 的完整性造成损坏 ， 并 通过多样 化 的修 复手段 与修 复材料 ， 确保结 构件 原有 尺寸 、 刚度 、 强 度等 良好 ， 从 而实现最佳性 能的最大恢复 ； 对液压 系统 的维修作业 应在 确保安 全 的前 提 下 ， 适度 的对液 压 元件 进 行选 择 翻 新利 用 ， 实现经济效益与安全效益 的双赢 。 参考文献 C 1 3 宋东华 ， 钟 兆华 ． 综采 液压 支架故 障的研究 、 分析 及处 理 J ] ． 山东煤炭科技 ， 2 0 1 5 O 4 1 0 3 1 o 4 ． C 2 3 焦舒亚 ， 王国斌 ． 综采 面液压支架故 障诊 断方 法与技术 C J 3 ． 煤 矿现代化 ， 2 o 1 5 O 3 6 8 7 1 ． 当阀组及底板选用螺栓 固定 在安装表 面时 ， 为获得 有 [ 3 ] 高大女 ．煤矿液压支架常见故障及预防[ J ] ． 煤炭与化工 ， 2 0 1 5 效 的初始密封 ， 避 免密封 件磨 损或 出现 沟槽 ， 其 安装 表面 必须保持平直 ， 这 就需要 对密 封表 面进行 精确 加工 ， 确保 [ 4 ] 郭树林． 综采工作面液压支架的常见故障及处理[ J ] ． 现代矿 其表面粗 糙 度低 于 0 ． 8 p m， 平 面 度 则 应 低 于 0 ． 0 1 ／ 1 0 0 mm。此外 ， 加工中还要确保表 面不存 在任何径 向划痕 ， 且 [ 5 ] 马祥军． 煤矿乳化液泵站故障分析及其对策C J 3 ． 能源技术与 连接螺钉具备充足的预紧力 ， 以避免表面出现分离现象。 管理， 2 o 1 4 o 2 1 1 2 -1 1 3 ． 3 ． 5对 液 压 油 进 行 有效 控 制 一 般而言 ， 密封 元件 的变质 多是 由综合 因素 所 导致 ， 但其中油温 的影 响性 最 为 显著 。根 据 实验 显 示 ， 每增 高 1 0 C， 则密封元件的寿命便会折半 ， 有 鉴于此 ， 对液 压系统 冷却装置进行有效设计 ， 确保油 液温度维 持在 6 5 ℃ 以下 ， 对 于保障密封元 件工作 性能很 重要 。此外油 液 与密封元 件材质 的相容也会影响密封效果 ， 因此实 际生产 中必须 充 3 2 作者简介 薛晶波 1 9 8 7 一 ， 山西运城 人 ， 2 0 0 8年毕业 于 山西煤 炭职业技术学院 ， 助理工 程师 ， 从事煤 矿矿 山机 电研究 与应用 等 方 面的工作 。工作单位 山西焦煤汾西矿业两 渡煤业 。 收稿 13期 2 o 1 5 1 2 3 1 编辑 胡 中棋