大采高工作面液压支架安全阀损坏原因分析 -.pdf

第4 6 卷 第4期 2 0 1 4 年 第4 期 煤炭工程 C0 AL ENG I NEE RI NG Vo 1 ． 4 6， No ． 4 No ． 4，2 01 4 do i 1 0．1 1 7 9 9／ c e 2 01 4 0 4 0 2 O 大 采高工作 面液 压支架安全 阀损坏原 因分析 李晓 白 ，张 亮 ，王东攀 1 ．山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西 长治0 4 6 1 0 3 ； 2 ．天地科技股份有限公司，北京1 0 0 0 1 3 摘要 结合液压 支架安全 阀质量、支架适应性及水质等情况 ，分析 了霍 尔辛赫矿 3 2 0 7大 采高工作面 Z Y1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0 D型液压 支架安全阀大量损坏的原 因，结果表明安全阀质量和支架 适应性 良好 造成安全 阀大量损坏原因为工作面液压 支架乳化液水质差、周期来压期 间支架受到 的 冲击 载荷过 大。 关键词 大采 高；液压 支架；安全阀损坏；乳化液水质 中图分类号 T D 3 5 5 ． 4 7 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 4 0 4 - 0 0 5 7 -03 An a l y s i s o n Ca us e s o f La r g e Nu mbe r S a f e t y Va l v e Fa i l ur e i n P o w e r e d S u p p o r t s o f Hj g h C u t t i n g Co a l Mi n i n g F a c e L I Xi a ob a i ， Z HANG L i a n g ， W ANG D o n gp a n 1 ． S h a n x i H u o e r x i n h e C o a l I n d u s t r y C o m p a n y L i mi t e d ，C h a n g z h i 0 4 6 1 0 3 ，C h i n a ； 2 ． T i a n d i S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o m p a n y L i mi t e d，B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ，C h i n a Ab s t r a c t I n c o mb i n a t i o n wi t h t h e q u a l i t y o f t h e s a f e t y v alv e i n t h e p o w e r e d s u p p o r t ， a d a p t a b i l i t y c o n d i t i o n of p o we r e d s u p po r t ， w a t e r q u a l i t y a n d o t h e r c o n d i t i o n s ， t h e p a p e r a n a l y z e d t h e c a u s e d o f l a r g e n u mb e r s a f e t y v a l v e f a i l u r e i n Z Y1 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0 D h y d r a u l i c p o we r e d s u p p o rt o f No ． 3 2 0 7 h i g h c u t t i n g c o a l mi n i n g f a c e i n Hu o e r x i n h e Mi n e ． T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e q u a l i t y o f t h e s a f e t y v a l v e a n d t h e a d a p t ab i l i t y o f p o w e r e d s u p p o rt w e r e e x c e l l e n t ． Th e c a u s e s t o ma k e l arg e n u mb e r s afe t y v a l v e f a i l u r e w e r e t h e p o o r w a t e r q u ali t y o f t h e e mu l s i o n a p p l i e d t o t h e h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o rt s i n t h e c o a l mi n i n g f a c e a n d t h e mi n e s t r a t a p r e s s u r e b u mp i n g l o a d o n t h e p o w e r e d s u p p o rts wa s t o o h i g h d u r i n g t h e p e r i o d i c a l b u mp i n g p e r i o d ． Ke y wo r d s h i g h c u t t i n g ； h y d r a u l i c p o w e r e d s u p p o rt； s afe v a l v e d a ma g e ；wa t e r q u a l i t y of e mu l s i o n 霍尔辛赫矿 3 2 0 7大采高工作面是该矿首个大采高一次 采全厚工作面，采用大采高一次采全厚采煤法后大大提高 了日产量、效率和采出率 ，但液压支架安全阀损坏量很大 每 日需更换 3 0个安全阀 ，直接影响了工作面正常生产。 由文献 [ 1 ～3 ]可知影响安全阀寿命的主要原因有 安全 阀自身结构、安全阀开启率和开启次数、液压系统乳化液 水质。因为该类型安全阀在其它大采高工作面使用时没有 发现此类问题 ，可排 除安 全 阀 自身结 构 问题 ，而 安全 阀开 启率和开启次数直接与支架适应性情况有关，因此论文主 要从 支架适应性及乳化液水质情况两方 面进行分 析。 1 工作面概况及矿压观测方案 5 ． 3 m；煤层倾角 0 。～1 5 。 ，平均 7 ． 5 。 ；煤层结构复杂，裂 隙发育。工作面沿煤层顶部布置双巷，采用一次采全高采 煤方法，全部垮落法处理顶板，工作面总共有支架 1 2 9架， 其中，中部支架为 z Yl 2 0 0 0 ／ 2 8 ／ 6 0 D型二柱掩护式液压支架 1 2 3架，额定工作阻力 1 2 0 0 0 k N，额定初撑力 8 7 3 0 k N，支 护宽度 1 ． 6 8～1 ． 8 8 m。 工作面采用Y H Y 6 0 C 矿用本安型压力检测仪监测支架 工作阻力。在工作面布置 6个测 区，1 8个测点，其中 7 、 8 、9 布置第1 测区；3 0 、3 1 、3 2 布置第Ⅱ 测区；5 3 、5 4 、 5 5 布置第Ⅲ测区；7 6 、7 7 、7 8 布置第Ⅳ测区；9 9 、1 0 0 、 1 0 1 布置第V 测区；1 2 2 、1 2 3 、1 2 4 布置第Ⅵ测区。 3 2 0 7工作面倾 向长 2 2 0 m，走 向长 1 3 8 9 m，埋藏深度 ， 2 矿压显现规律及支架适应性研究 4 3 0 4 7 8 m；开采 3 煤层，煤层厚度 5 ． 0 5 ． 6 m，平均 2 ． 1 支架工作 阻力分布情况 收稿 日期 2 0 1 30 71 5 作者简介李晓白 1 9 7 0一 ，男，河北邯郸人，高级工程师，主要从事煤矿安全高效开采、矿山压力与岩层控制技术 等方面研究及生产管理工作，Em a i l 8 7 0 8 5 6 0 6 8 q q ． c o r n 。 引用格式李晓白，张亮，等．大采高工作面液压支架安全阀损坏原因分析 [ J ] ．煤炭工程，2 0 1 4 ，4 6 4 5 7 5 9 ． 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 4年第4期 支架_丁作阻力频率统计情况见表 1 ，从表 1 可以看出整 个工作面支架工作阻力多集中在 5 0 0 0～1 0 0 0 0 k N区间，占 统计总数的7 0 ％；工作面中部支架工作阻力处于 7 0 0 0 k N以 上 的占 7 1 ． 9 ％ ，上部支架和下 部支架工作 阻力 处于 7 0 0 0 k N 以上的占4 0 ％，说明工作面中部顶板压力较大，两端压力 较小；从支架平均工作阻力分布情况来看，支架工作阻力 基本符合正态分布，支架整体工作阻力较正常。 表 1 支架工作阻力频率统计 表 ％ 2 ． 2支架循环 末 阻力分析 支架循环末阻力分布情况见表2 ，从表2可以看出各测 区支架 的循 环末 阻 力都 明显 小 于支 架 额定 工 作 阻力 1 2 0 0 0 k N，主要分布在7 0 0 0～1 0 0 0 0 k N，其中Ⅲ、Ⅳ测区支 架平均循环末阻力最大，为9 0 6 1 ． 5 k N，占额定工作阻力的 7 5 ． 5 1 ％；支架总平均循环末阻力值为 7 9 6 1 k N，只占额定工 作阻力的 6 6 ． 3 ％，说明该支架工作阻力额定值选择较大， 有一定的富裕系数，完全能满足该工作面正常推进时控制 顶板的需要。 表2 支架循环末阻力分布情况 2 ． 3 周期来压期间支架工作阻力分析 周期来压期间支架工作阻力分布情况见表3 ，从表 3中 可以看出周期来压期间各支架工作阻力明显大于非周期来 压，其中Ⅲ、Ⅳ测区平均工作阻力达到 1 0 4 6 7 k N，为额定 工作阻力的8 7 ． 2 ％；周期来压期间支架总平均工作阻力为 9 1 5 9 k N，占额定工作阻力 的7 6 ． 3 ％，动载系数为 1 ． 4 ，说 明基本顶周期破断时对支架冲击载荷大，但总体而言，该 支架也可以满足周期来压期间控制顶板的需要。 2 ． 4支架初撑力分析。 支架的初撑力直接影响到支架的支护效果，初撑力的 大小对防止顶板离层、工作面煤壁的片帮起着重要作用。 为了分析工作面支架初撑力的合理性，采取了数理统计方 法统计了初撑力的分布区间以及各支架初撑力的平均值， 见表4 。支架额定初撑力为 8 7 0 0 k N，而初撑力平均值只有 4 6 7 3 k N，占额定初撑力的5 3 ． 7 ％，而初撑力过低是造成周 期来压期间动载系数高的重要原因 j 。 5 8 表 3 周期来压期 间支架工作 阻力分布情况 从工作面矿压规律来看，该液压支架完全可以满足工 作面控制顶板的需要 ，安全阀的开启率和开启次数都正常， 因此可以排 除安全 阀开启 次数达 到极 限次数 而发 生损坏 的 可能。 3安全阀损坏原因分析 工作面液压 支架立柱安全 阀设 计采用 2 5 0 L ／ mi n和 1 0 0 0 L ／ mi n大流量安全阀 ，适应 瞬间卸 载和周期来压 冲击要 求 ，安全阀损坏多集中在流量为 2 5 0 L ／ m i n的小安全阀上。 该安全阀为柱塞滑阀锥角环形密封结构，工作原理较为简 单 ，立柱下腔高压液体通过接头作用于阀芯，当液体压力 大于安全阀的开启压力时，液体压力克服弹簧力和密封圈 的摩擦力，使阀芯开启 ，并开始溢流。当立柱下腔液体压 力继续升高时，阀芯开启量增大，使得安全阀的流量相应 增大，当液体压力增大到调定压力时，安全阀的流量达到 其公称流量 ’。 ，当立柱下腔液体压力下降至关闭压力时， 安全阀在弹簧的作用下关闭，保持液压支架工作阻力恒定。 工作面液压支架安全阀损坏方式主要有两种阀芯撞 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第4 期 煤炭工程 断和 “ O ”型密封圈咬坏。阀芯撞断的主要原 因是周期来 压期间支架受到的冲击载荷大，从支架初撑力分析可知支 架平 均初撑力只有额 定初撑 力 的 5 3 ． 7 ％ ，初 撑力 不足 导致 支架不能有效控制顶板早期变形和离层 ，当基本顶周期破 断时支架压力瞬时增大超过安全阀调定压力，阀芯高速打 开造成阀芯撞断；“ O”型密封圈咬坏主要原因是乳化液水 质差，3 2 0 7工作面乳化液中的水是井下污水在地面经过简 单处理后直接送到井下的，处理工序少、处理精度低，且 该液压支架反冲洗装置上 的反渗透膜从未清洗更换 ，水中 的机械杂质等颗粒在高压力下很容易将密封圈 “ 割”坏。 4 解决措施及效果 1 导致 3 2 0 7工作面液压支架初撑力低的主要原因是 工作面 1 2 9架支架全部 由一 台液压泵供液，供液方式为 “ 一 进一回”，而工作面始终是多组支架同时动作，立柱缸 径大，需液量大，导致主系统压力短时间内难 以达到泵站 压力 ；受工人主观因素影响，难以保证支架初撑的必要时 间，供液时间短。因此在泵站增加了一台乳化液泵进行供 液 ，供液方 式改为 “ 二进二 回” ，并加强 了支架 工操作 意识 。 2 井下安装高精度水处理装置，并修复使用现有大流 量高精度反冲洗水处理装置系统 ，定时清洗反渗透膜 ，降 低水中杂质的含量。 在采 取上 述措施 后，液压支 架初 撑力 平均 值达 到 上接第 5 6页 3 充填效果分析 3 ． 1 充填 固结效果 1 材料凝固效果。C 2 4 0 1工作面推进 1 3 5 m后 ，充填 体中水的体积比由试验阶段的9 3 ％调至 9 5 ． 3 ％ ，A、B单 浆液混合后 2 0 mi n左右失去流动性，5 h左右即可达到安全 移架标准，且具备一定承载能力。 2 充填接顶效果。根据井下充填实际经验，在可控范 围内，充填体可完全与充填支架后顶梁接触 ，架下空间充 填率接近 1 0 0 ％。但由于后顶梁的存在，致使充填体与顶板 之间有一个楔形空间 后顶梁为楔形 ，从而降低采空区充 填率 。 3 ． 2工作 面矿 压观 测 C 2 4 0 1 工作面长 8 0 m，共安装 5 3架充填液压支架，测 线沿工作面方向布置，每 5架设 1个测点 ，按其观测位置 依次划分为上部 5 、1 0 、1 5 、2 0 支架 、中部 2 5 、3 0 支架 和下部 3 5 、4 0 、4 5 、5 0 三个测站。根据工作面 各测站观测数据及液压支架载荷与工作面推进距离间的关 系，发现支架工作载荷主要集中在 2 5～3 0 MP a范围内，整 体压力 比较平缓，周期来压步距约为 2 5 m，周期来压不 明显 。 6 2 0 0 k N，周期来压时冲击载荷变小，工作面安全阀损坏率 大大降低，每天损坏个数降为原来的 1 ／ 3 。 5结语 通过对 3 2 0 7大采高工作面 z Y l 2 0 o o ／ 2 8 ／ 6 O D型液压支 架适应性研究得知，该支架完全可以满足工作面正常生产 需要 ，该支架上的安全阀损坏多不是安全阀频繁开启和开 启时间长造成的，而是由乳化液水质杂质多、初撑力低导 致周期来压期间冲击载荷大造成的，通过采取相关措施大 大降低了安全阀的损坏率。 参考 文献 [ 1 ] 冯静 ，王永强．新 型液压 支架用安全 阀的动态性能分析与 研究 [ J ] ．煤矿机械 ，2 0 0 7，2 8 9 7 27 4 ． [ 2 ] 张新城 ．液 压支架 安全 阀的安全 可靠性研 究 [ J ] ．煤 矿机 械 ，2 0 1 0 ，3 1 1 7 67 8 ． [ 3 ] 李秀轩．液压支架大流量安全阀的研究 [ J ] ．煤矿机电， 2 0 0 1 2 46 ． [ 4 ] 沙宝银，王勇，姜金球，等．大流量安全阀试验台测控系 统研究设计 [ J ] ．煤炭工程 ，2 0 1 3 ，4 5 9 9 2 9 5 ． [ 5 ] 马振 虎．大采 高综 采工作 面矿压 显现及控 制 [ J ] ．煤 炭工 程 ，2 0 0 5 7 7 3 7 4 ． [ 6 ] 刘 涛 ．寺河矿井液压支架初撑支护强度与额定 支护关 系之 探讨 [ J ] ．煤炭工程 ，2 0 0 1 7 5 O一5 2 ． 责任编辑张宝优 4结论 、 、 1 通过对 C 2 4 0 1 工作面进行了充填开采现场试验，并 达到预期试验效果，证明超高水充填材料配合 比、充填工 艺适合矿井实际条件 ，为下一步充填开采奠定了良好基础。 2 C 2 4 0 1工作面采用充填开采后，工作面可采储量 7 ． 5万 t 实体煤 ，正常回采成本 1 9 7 ． 5 t ，吨煤充填材 料增加成本 1 3 9 ． 2 7元／ t ，煤售价平均 9 8 4 ． 9 8 3 _ ／ t ，工作面 充填开采纯利润 4 8 6 1 ． 5 8 万元 ，经济效益明显。 参考文献 [ 1 ] 冯光 明．超 高 水充 填 材料 及其 充 填开 采技 术 研 究与 应 用 [ D] ．徐州 中国矿业大学 ，2 0 0 9 ． [ 2 ] 殷术明 ，冯光明 ，顾威龙 ，等．城郊煤矿超高水材料充填系 统设计研究与应 用 [ J ] ．煤炭 工程 ，2 0 1 2 ，4 4 1 2 1 3 1 5 ． [ 3 ] 李风凯，冯光明，贾凯军，等．陶一矿超高水材料充填开采 试验研究 [ J ] ．煤炭工程， 2 0 1 1 ，4 3 1 1 6 3 6 6 ． [ 4 ] 冯光明，孙春东，王成真，等．超高水材料采空区充填方法 研究 [ J ] ．煤炭学报 ，2 0 1 0 1 2 1 9 6 3～1 9 6 8 ． [ 5 ] 杜计平 ，孟宪锐．采矿学 [ M] ．徐 州 中 国矿业 大学 出版 社，2 0 0 9 ． 责任编辑张宝优 5 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m