掩护式液压支架的立柱胀缸原因分析.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 0 年第4 期 总第9 7 期 掩护式液压支架的立柱}] 长 缸原因分析 邵军 。刘贤波 兖矿集 团机 电设备制造厂 ，山东 邹城 2 7 3 5 0 0 摘要部分掩护式液压支架在井下的使用中， 很 多立柱出现胀缸的现象， 立柱胀缸后支架无法正常 支护顶板 ， 这将严重影响井下的生产。而井下更换立柱费时费力， 并且胀缸的立柱修复费用很高， 胀缸严重 的将无法修复。因此分析了立柱胀缸的原因， 为减少掩护式支架立柱胀缸问题提供了有力参考。 关键词 掩护式液压支架 ；立柱 ；屈服极 限；安全 阀 中图分类 号 T D 3 5 5 ． 4 7 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 0 0 4 0 0 9 9 - 0 2 掩护式液压支架在矿井 的生产 中应 用非常广 泛 ，目前应 用较 多的为两柱式支顶掩护式 支架 ，支架 的平衡千斤 顶在顶 梁与掩护梁之间。此种类型支架的立柱出现胀缸的现象较为 频繁，尤其是有较长整体顶梁的支架和工作阻力较大的支架 更为明显 ， 如 Z Y 6 4 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8 、 Z Y 4 8 0 0 ／ 1 6 ． 5 ／ 3 7等液 压支架 ， 一个 工作面完成后胀缸的立柱占相当大的比例，在兖州矿务局服 务的几套 Z Y 6 4 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8液压支架在使用后的大修过程中发 现， 一套支架的立柱胀缸数量有时能超过三分之一， 缸筒在直 径的方向上尺寸超差较大的可超出公差 3 N a m m。本文就这一 现象分析了立柱胀缸的原因，并为解决这一问题提供了参考 方案 。 Z Y 6 4 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8支架的立柱为带机械加长杆的单伸缩立 柱， 其缸径为 3 2 0 mm， 缸体的材料为 2 7 S i Mn ， 假设立柱缸体 壁厚均 匀 ，热处 理效果 良好 ， 2 7 S i M n的屈服极 限 6 s为 8 3 5 MP a ， 根据厚壁圆筒中的应力计算公式来计算 ， 据第三强度 理论 危 险点 的应力 为 8 1 1 P 一缸 筒 内的压 力 ， l 一 k r l ／ r 2 3 2 0 ／ 3 7 7 0 ． 8 4 8 8 ， 当危险点的应力为 8 3 5 MP a时 ， 反 过 来计算压力 P等于 1 1 6 MP a 。 虽然 Z Y 6 4 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8支架立柱的安 全阀开启压力为 3 9 ． 7 9 M P a ，但是当 现以上所说的顶梁对立 柱增力的作用时， 立柱腔内的乳化液压力瞬间超过 1 1 6 M P a 也 会常 出现 ， 立柱也就可能胀缸 。 1 立柱胀缸原因分析 2 双伸缩立柱胀缸计算 掩护式液 压支 架的结构示 意图如下 图所示 ，为 了增加 支 架前部 的支护空间和控制支架 的空顶距 ，一 些该形式 的支 架 设计的顶梁较长， 尤其是顶梁为整体形式的支架， 其顶梁前部 悬空距离较长， 以 Z Y 6 4 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8液压支架为例 ， 支架顶梁前部 护帮板尺寸不计 ， 该支架顶梁全长 4 3 4 0 m m， 以立柱和顶梁的 铰接点来分 ，其顶梁前部悬空 3 0 4 0 m m，而后部长度只有 1 3 0 0 m m。当支架顶梁接触顶板 ， 顶梁前部的顶板来压时， 会形 成以支架后端为支点 ， 顶梁前部为立柱加载的状况， 也就是说 顶梁相当于一个省力杠杠， 在顶梁最前端加载时， 加载力臂为 4 3 4 0 m m， 由于立柱倾斜布置， 立柱承载的力臂小于 1 3 0 0 ra m， 这样立柱的承载载荷相当与加载载荷的 4倍左右。由此可见 当支架的顶梁 中前部顶板来 压时 ，立柱 的瞬间载荷 可达到非 常大。由于平衡千斤顶在这种状态下距后部支点更近， 力臂更 小， 其缸径也较小， 所配安全阀和立柱相同， 所 以其作用力可 暂时忽略。 图 1 掩 护式 液压 支架 示意 图 Z Y 6 4 0 0 ／ 1 8 ／ 3 8支架的立柱控制阀上所配安全阀型号为 F A D1 6 0 ／ 4 2 ， 其流量为 1 6 0 L ／ m i n ， 假如来压的大小直接作用于 顶梁的立柱支撑点附近时可使立柱安全阀卸载 ，那么作用在 顶梁前部时经过顶梁的增力作用后 ，立柱活塞腔的瞬间压力 倍增 ， 安全阀的瞬间流量无法满足这个承载力时， 立柱内腔的 压力就可能超过立柱 缸筒 的承受 力 ， 这时立柱就要胀缸 。 如果掩护式支架 的立柱为两级 缸式 的双伸缩 立柱 ，经常 出现这种状况 ， 二级缸收缩不回去 ， 支架无法降架， 出现这种 状况 的原 因是立柱 的二级缸先发生胀 缸 ，胀后二 级缸 的外径 一级缸杆径 也随着内径的增大而增大， 立柱再动作时二级 缸和其配合的导向套契紧， 导致立柱二级缸不动作， 支架也无 法 降架 ， 只能在工作面上更换立柱 。下面以 Z Y 4 8 0 0 ／ 1 6 ． 5 ／ 3 7支 架的立柱为例 ， 计算一下为何二级缸先胀缸。 Z Y 4 8 0 0 ／ 1 6 ． 5 ／ 3 7支架的立柱参数如下 一级缸的外径为 3 2 5 m m， 缸径 为 2 8 0 mm， 杆 径 2 6 0 ra m； 二级缸 的外径 同 一 级缸杆径 ， 缸径为 2 1 0 m m， 杆径为 1 9 0 ram， 两级缸材料 同样为 2 7 S i Mn ， 据上面厚壁圆筒中的危险点应力计算公式， 一 级缸开始发 生胀缸 的压 力为 1 0 7 MP a ， 二级缸 开始发生胀缸 的 2 ／ Qn＼ 压力为 1 4 5 M P a ，但一级缸液压力的作用面积 S l I I ， l J ’ ／1 1 n＼ 二级缸液压力的作用面积s 订【 兰 专 l ，根据帕斯卡原理当 立柱承载 时 ，一缸和二级缸活塞 腔中的压力 比为其面积 的反 比 忽略立 柱重量 ， 也就 是二级缸 中液压 力是 一级缸 中液压 ， 、 力的 倍， 即 1 ．7 7 8 倍 ， 当二级缸中的压力达到 1 4 5 MP a 开始 2 胀缸 时 ， 一级 缸 中的压力 才 8 1 ． 5 MP a ， 还没有达到 开始 胀缸 的 压力。因此其立柱的二级缸先发生胀缸。 双伸缩立柱的二级缸胀 缸后 ， 立柱无法拆 开 ， 只能用气割 破坏二级缸和契紧的导向套 ， 然后取出活柱 ， 拆出一级缸并检 验一级缸是否胀缸 ， 二级缸再无法修复 。 3 结束语 99 煤矿现 代化 2 0 1 0 年第4 期 总第9 7 期 砌碹空顶巷道加固效果浅析 杨怀涛 ， 赵道辉 ， 张运海 ， 刘军 。 郭允祥 岱庄生建煤矿 ， 山东 微 山 2 7 7 6 0 6 摘要砌碹巷道长期受临近采 区巷道放炮震动及 工作面采空 区的压力影响 ， 如碹顶 与顶板岩石接触 不实， 容易形成顶板岩石离层冒落， 造成隐患。本文介绍 了采用固邦特新型充填加固材料对碹顶内部空洞进 行充填、 再配合锚网索重新支护， 对砌碹老巷道的维修与加固起到 了良好效果。 关键词砌碹巷道； 充填 ；固邦特 中图分类号 T D 3 5 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 0 0 4 0 1 0 0 0 2 岱庄生建煤矿 3 1 5 轨 道巷上部车场位 于五采区 3上煤层 内 ， 煤厚 3 ． 3 m， 直接顶为砂质 泥岩 、 细砂岩 ， 局部 为粉砂岩 ， 厚 0 ． 2 1 ～7 ．5 7 m。 老顶以中细粒砂岩为主 ， 厚度 2 0 ～3 4 ． 4 5 m。 直接 底为砂质泥岩 、 粉砂岩 ， 厚度 0 ． 3 5 2 ． 6 9 m。 3 1 5轨道巷上部车场为 2 0 0 3年施工巷道， 采用砌碹支护。 受采面影响顶板压力重新分布， 现巷道碹体局部出现裂隙， 判 断顶板 因为离层 出现 空洞 。针 对此种情况 ， 为确保安全 ， 准备 对该段巷道进行加强支护。 1 确定加固方案 1 ． 1 方案的提 出 3 1 5轨道巷上 车场巷道是 沿顶板掘 进的巷道 。巷道长度 3 5 m， 巷道 断面为半 圆拱 形 ， 宽 4 ． 0 m， 全高 3 ． 5 m。巷道支护 为 砌碹 两帮为料石 ， 顶部为现浇混凝土 。由于原来施工时碹顶 与顶板岩石接触不实 ， 经矿山压力的影响， 碹顶以上的部分岩 石冒落形成空洞， 上部岩石出现裂隙 见图 1 。该矿曾想用打 锚杆和锚索方式对顶板进行加固处理 ，但是 由于顶板岩石破 碎形成空洞 ， 锚固剂不能进入锚杆眼， 无法完成锚杆及锚索的 安装 。 图 1 冒顶示意图 根据生产需要 ，需 在该巷道一 帮开 门掘进 3 1 5 0 2材料道 第一段、 二段与 3 1 5 0 2联络巷贯通 见图 2 。 根据现场实际， 需 对 3 1 5轨道巷上车场巷道顶 板进行加 固处理 ，一是开 门前加 固巷道的需要，二是整条巷道今后打锚杆和锚索重新支护的 需要。经现场勘查研究， 决定使用新型充填加固材料对砌碹体 上部空洞充填后再 进行锚 网索喷浆 的永久支护措施。 1 ． 2 利用 R F固邦特材料对开 门点处巷道顶板进行加 固 1 ． 2 ． 1 R F固邦特顶板加 固材料 的性 能 R F固邦特加固材料是由 A、 B两种材料组成的高分子复 合材料。该材料具有很强的粘合力和很好的机械流动性能， 能 将破碎煤 岩 体粘合成为整体， 粘结强度高， 与煤壁附着力 掩护式支架的立柱发生胀缸后 ，只能用内孑 L 珩磨配合低 温镀铁的工艺来修复， 若立柱的胀缸量超过 2 mm， 其修复难度 将非常大。 而双伸缩立柱胀缸后二级缸只能报废处理。 如果此 状况加 以改善 ， 将给矿方生产的顺利进行 提供 一定保障 ， 支架 的维修成本也可以降低很多， 还可减少新配件的投入。为减轻 掩护式液压支架立柱胀缸的问题，本文提供以下几种方案以 供参考 1 掩护式支 架在设计 时 ， 顶梁 长度不要 过大 ， 或 是设计 铰接前梁加安全阀减轻支架前端受力。 2 掩护式支架的立 柱设计大流量安全 阀， [ I Z Y 6 4 0 0 1 8 ／ 3 8 支架 的立柱所配安全 阀流量可提 高至 5 0 0 L ／ mi n ，双伸缩立柱 在二级缸下腔也设计安全阀，可在小活柱中间再加工深孔通 至柱头处再加上 安全 阀 ，总之就是尽量减轻 立柱的瞬时压力 过大的状况 。 3 掩护式支架在使用时不要用在顶板来压明显的工作 面 。 参考文献 【 1 ] 成 大先． 机 械设计 手册 第 1 卷 ．4版． 北京 化 学工业 出版 社 ． 2 0 0 2 ． 1 ． 【 2 】 葛宝臻． 液压支架工． 山东煤炭行业职业技能鉴定指导中 心 ． 作者简介 邵 军 1 9 7 5年 l 0月 ， 男， 安徽 淮 南人 ， 工程 师 ， 1 9 9 6年 毕业于南京工程学院，现兖矿集团机电设备制造厂主要从事 煤矿设备制造、 大修 工作 。 收稿 日期 2 0 1 0 1 1 6 Sh i e l d b r a c k e t p i l l a r hy d r a ul i c c y l i n de r Ex pa n s i o n An a l y s i s S h a n d o n g Y a n z h o u M i n i n g G r o u p Z o u c h e n g M e c h a n i c a l a n d E l e c t r i c a l E q u i p me n t F a c t o r y Z o u c h e n g 2 7 3 5 0 0 Ab s t r a c t S o me s h i e l d t h e u s e o f h y d r a u l i c s u p p o r t s i n t h e mi n e ， ma n y e o l u mn a p p e a r s t h e p h e n o me n o n o f e x p a n s i o n t a n k ， e x p a n s i o n t a n k b r a c k e t p i l l a r s s u p p o r t i n g t h e r o o f c a n n o t b e n o r mal， wh i c h wi l l s e r i o u s l y a ff e c t mi n e p r o d u c t i o n ． Re p l a c e me n t o f t h e u n d e r g r o u n d p i l l a r s a n d t i me c o n s u mi n g e ff o r t ， a n d t h e e x p a n s i o n t a n k c o l u mn r e p a i r c o s t s ， h i g h i n fl a t i o n wi l l b e a s e r i o u s t a n k b e y o n d r e p a i r ． T h e r e f o r e ， a n a l y s i s o f t he r e a s o ns f o r c o l umn e xp a ns i o n t a n k， i n o r d e r t o r e d uc e t h e c o v e r s t e n t e x p a ns i o n t a n k e o l umn t o pr o vi d e a s t r o ng r e f e r e nc e ． Ke y wo r d s S h i e l d Hy d r a u l i c S u p p o r t ；c o l u mn ； y i e l d l i mi t ；s a f e t y alv e 】 0 0