柱塞悬浮式单体液压支柱在高档普采工作面的应用.pdf

2 0 1 0年第 l期 煤矿支护 3 3 石 家 庄 中 煤 杯 参 评 论 文 柱塞悬浮式单体液压支柱在高 档普采工作面的应用 史 国旺程 艳 明 [ 皖北煤 电集团 恒源煤电股份有 限公 司．安徽 濉溪 z 3 5 1 6 2 摘要对 D W X型柱塞悬浮 式液压 支柱 结构 、参数 以及性能特 点进行 了介 绍，对 D W X型柱塞悬浮式液压支柱在高档普采工作面应用情况进行 了阐述和 分析。通过z - 性试验 ，从安全性、技术特性和经济效益等方面，与活塞式液压支 柱的应用进行 了对 比。 关键词 高档普采 工作面 柱塞悬浮式单体液压支柱 前言 恒源煤 电股份有限公司 4 1 3高档普采工 作面煤层不稳定 ，厚度变化较大。使用 D W X型柱塞悬浮式单体液压支柱后 ，不仅 提高了煤炭资源 的回收率，而且减少 了 D Z 系列液压单体支柱的使用量。下面着重介绍 柱塞悬浮单体液压支柱在高档普采工作面的 应用情况。 1 地质状况与支护概况 皖北煤 电集 团恒 源煤 电股份 有限公 司 4 1 3工作面位 于 4 1 4 3采 区右侧 中上部 ， 是在 4 1 4 3采区联合 布置 的较 长工作面 ， 工作面近倾斜 长壁布置 ，为高档普 采工作 面 。煤层倾角在 4 ～1 2 。 之 间，煤层 赋存厚 度在 0 ． 6 O ～2 ． 2 5 m之间，平均厚度 1 ． 8 3 m， 煤层可采性 指数 为 0 ． 8 1 ，煤层变 异系数为 3 6 ，综合分析认为 4 1 3工作面四煤层为较 稳定 中厚煤层。煤层直接顶板为细砂岩 ，根 据地质试验结果报告 ，其 自然状态平均抗压 强度 5 9 ． 5 ～6 9 ． 1 MP a 老顶多为细砂 岩和 粉砂岩 ，岩性致密坚硬 ，稳定性较好，其 自 然状态平均抗压强度 8 7 ． 2 ～1 0 4 ． 5 MP a ；底 板为中细粒砂岩 ，从整体上看 ，底板的稳定 性 好 于顶板 。 原设计使用 D Z单体液压支柱支护。因 该工作面煤层厚度在 1 ． 4 ～2 ． 5 m 之 间，变 化较 大，工 作 面 上 需 配 备 2 ． 0 m、2 ． 2 m、 2 ． 5 m三种 支柱 。由于三种 支柱调 整频 繁， 占柱多 ，换柱多 ，造成使用不方便 ，操作复 杂 ，劳动强度加大，影响生产效率。若支柱 更换不及时 ，易造成超高支设损坏支柱或采 高小造成死柱 ，使 油缸 、活柱压裂 、变形 ， 给生产带来不安全因素，降低生产效率 ，在 经济上造成很大损失。 顶板事故是我 国煤矿发生事故频率最高 的伤亡事故。我 国矿井 8 0 的工作 面使用 单体支护设备 ，其顶板事故也频繁发生 。以 往 ，使 用 较 多 的 支柱 是 活 塞 式 液 压 支 柱 D Z型 ，该类支柱是 2 O世纪 8 0年 发展起 来 的单体液压支柱 ，此类支柱存在着诸多安 全隐患，如活塞与油缸 之间常发生 内泄漏 、 焊缝断裂等 问题 ，造成立柱被压弯 ，支柱损 坏，导致冒顶事故发生 。为克服 Z D型支柱 存在的问题 ，我公 司使用 了 DW X型柱 塞悬浮式单体液压支柱。 2 柱塞悬浮式单体液压支柱 2 ． 1 结 构 3 4 煤矿支护 2 0 1 0 年第 l 期 D W X型悬浮式单体液压支柱是一 种外部供液的恒阻式单体液压支柱 ，其最大 特点是行程大，是中厚煤层高档普采工作面 的理想配 套设 备。本 文 D W2 5 2 5 o ／ l o o X 型悬浮式单体液压支柱为例，介绍该系列支 柱的应用情况。 DW2 5 2 5 0 ／ 1 0 0 X 型 柱 塞 悬 浮 式 单体液压支柱由铰接顶盖、密封盖组件、活 柱、手把阀体、油缸 、复位弹簧、底座 、三 用阀、0型密封圈、挡圈、销头螺栓、防尘 圈、Y型密封圈 、连接钢丝 、导向环等零部 件组成 。结构形式如图 1 所示 。 图 1 D W2 5型 柱 霎 悬 浮 式 单体 i 匿 压 支 柱 结构 2 ． 2 技 术参数 以 DW2 5 --2 5 0 ／ 1 0 0 X型 柱塞悬浮式 单体液压支柱为例，其主要技术参数为 ① 支柱最大高度 2 5 0 0 mm ② 最小高度1 4 3 0 mm； ③ 工作行程 1 0 7 0 mm； ④ 工作阻力 2 5 0 k N； ⑤ 重量 5 4 k g ； ⑥ 支护范围l 4 3 0 ～2 5 O o mm； ⑦ 泵站压力 1 5 2 0 MP a ； ⑧ 初撑力 1 0 8 ． 5 1 4 4 ． 7 k N。 2 ． 3 特 点 1 具有较强的抗偏载能力和较大的稳 定性 D W X 型支柱采用柱塞悬浮式技术 原理 ，使液压悬浮力直接通过支柱活柱的内 腔作用在顶盖上 ，使液压悬浮力分担了支柱 工作阻力的五分之 四左右，使活柱在轴向上 的受力仅为工作阻力的五分之一 ，提高了支 柱的稳定性和安全性 ，也大大提高了支柱的 支撑高度和承载能力。而 目前使用的国内支 柱产品均采用的是活塞式技术原理 ，不能充 分利用液压悬浮力来分担立柱的工作 阻力 ， 使立柱承受了工作阻力的全部 ，从而造成立 柱常常被压弯，使支柱损坏，导致冒顶事故 发 生 。 2 可靠性高 D W X型支柱在立柱上不再设有工 艺难以保证的圆弧焊缝，提高了立柱的强度 和可靠性 ，避免因焊缝断裂而造成的冒顶等 事故隐患 ，保证 了工作人员的安全。而国内 外现用支柱系列均是在立柱上焊接装三用阀 的柱头 ，使立柱的强度降低 。 3 重量轻 整柱重 量 比国 内现用 支 柱 减 轻 1 5 ～ 3 O 以上 ，但其工作阻力 、工作行程、安全 稳定性系数又高于铝合金支柱 。 4 工作行程大 ，使用范围广 D W X型支柱 的工作行 程大，扩大 了使用范围，也可以减少支柱的规格 品种， 特别是顶板下 沉较 大 的工 作面 ，DW X 型支柱仍能满足大的恒增阻降距 ，不仅回柱 方便 ，而且提高了支柱的回收率 ，减少 了支 柱消耗 ，降低了生产成本。D W X型支 柱每个规格可替代 D Z型系列支柱 的 1 ～5 个规格 ，减少了支柱的规格品种 ，也给支柱 管理带来方便 ，降低 了煤矿对支柱设备的资 金投入和管理成本。 5 强度大，稳定性高 目前国内常用支柱因存在 内泄漏而造成 支柱虚顶 ，甚至造成支柱 自动倒下而伤人的 事故隐患。而 D W X型支柱的所有密封 均为外设 ，可 用 目测法检查 ，一旦支柱泄 漏 ，可随时注液或更换支柱，保证了采煤工 作面顶板支护的安全性和可靠性。D W X 型支柱无柱头无活塞无圆弧焊缝 ，使支柱结 构工艺简化，安全性提高 。其活柱和油缸均 为整体结构 ，强度大，稳定性好 。 2 0 1 0年第 1 期 煤矿支护 3 5 、 6 使用方便 目前 国内单体液压支柱均是把装三用阀 的柱头焊接在活柱上的，当活柱升高时，操 作人员必须随其上升，特别是对于较高的工 作面 ，操作 人员 很不 方便 也 不安 全。D W x型系列支柱 将三 用 阀设 于手把 体上 ， 当注液 时，三用 阀不会 随活柱 的升高而 升 高 ，操作方便 ，安全可靠。 7 工作液采用乳化液 ，运行成本低。 2 ． 4使 用 方法 D W X 型 柱塞悬浮式 液压支柱 的使 用包括升柱 、 初撑 、 承载和回柱四个过程 1 升柱 、初撑过程 升柱时将管路系统中的注液枪插入三用 阀注油阀体 ，挂好锁紧套，操作注液枪 ，泵 站高压液经注液枪顶开三用阀中的球形单向 阀，进入支柱 ，使活柱升高。 2 承载 、溢 流过 程 支柱支设以后便处于承载状态，随着支 护时间的延长 ，工作面顶板作用在支柱上的 载荷增加 ，当支柱所承受的载荷超过额定工 作阻力时，支柱内腔高压液体作用在安全阀 垫上的力超过安全阀弹簧预先调定给予六角 导向套的压紧力时 ，压缩安全阀弹簧、安全 阀垫和六角导向套一起运动，安全阀垫离开 阀座 ，安全 阀被打开 ，内腔液体外溢，活柱 下缩。使顶板压力重新得到平衡 。 当支柱所承受的载荷低于额定工作阻力 时，内腔液体作用在安全阀垫上的力减 少， 在安全阀弹簧 的作用下 ，安全阀垫和六角导 向套复位，关 闭安全 阀，高压 液停止外溢 ， 支柱载荷不再降低 ，保证支柱对顶板的支撑 力恒定。支柱特性曲线如图 2所示 。 3 回柱 过程 支柱 回收时 ， 将卸载手把插入 三用 阀右 阀筒 的卸载孔 中， 转动卸载手把， 迫使阀套 、 定 I ． f ’ 阻 ／ 、 J l | l S m m 图 2 DW X型液压支柱特性 曲线 连接螺杆 、注油阀体等整体轴向移动 ，压缩 卸载阀弹簧 ，卸载 阀垫离开左 阀筒 的密封 面 ，卸载阀被打开 ，支柱内腔工作液 ，经左 阀筒喷人采空区，活柱在 自重和复位弹簧作 用下 回缩 。完成支柱回收。 3应用 以 D W2 5 ～2 5 O ／ l O O X型 柱塞悬 浮式 单体液压支柱于 2 0 0 8年 3月 1日在 4 1 3工 作面开始试验性使用 。经过了 6 个多月的连 续使用， 进行 1 8 0多天矿压观测， 累计 8 O个 循环观测 ， 经历 了 5个老顶周期来压 ， 获得 1 万多个参数 。经过试验 ， 得 出以下结论 ① 现场矿压实测表明 ， 单体支柱初撑力 最 大 为1 5 7 ． 0 k N／ 根 ， 最 大 平 均 为 1 3 4 ． 7 8 k N／ 根， 累计综 合平均 为 1 2 6 ． 6 7 k N／ 根 。 ② 单体支柱额定工作 阻力为 2 5 0 k N， 实 测最大工 作 阻力为 2 6 7 ． 7 k N／ 根 ， 最 大平均 为 1 2 9 ． 9 8 k N／ 根， 综 合 平 均 为 1 0 9 ． 0 0 k N／ 根。安全阀的开启率为 1 2 9 ／ 6 。 ③ 最大控顶距支护强度 3 7 5 ． 2 8 k N／ m ， 最小控顶 距支护 强度 5 0 0 ． O 3 k N／ r n 2 。同工 作面支 护 强度 与 不 同类 型 支 柱 的对 比列 表 1 。 表 1 4 1 3工作面支护强度与不同类型支柱 的对比 控顶距离 柱 塞悬浮式液压支柱支护强度 k N／ m 活塞式液压支柱支护强度 k N／ m2 比值 最 大控顶距 3 7 5 ． 2 8 2 6 8 ． 0 5 1 ． 4 0 最小控顶距 5 0 0 ． 2 3 3 5 4 ． 6 0 1 ． 4 1 3 6 煤矿支护 2 0 1 0年第 1期 ④ 支柱三用阀设于手把体上，注液时 三用阀不随支柱的活柱升高而升高，操作方 便 ，安全可靠 。 ⑤ 以 DW2 5型 柱塞悬 浮式单体液 压支柱工作行程大 ，使用 范围广。DWX2 5 型柱塞悬浮式单体液压支柱一种规格的支柱 可以代替 DZ 2 0 、D Z 2 2 、D Z 2 5三种型号支 柱 ，减少 了支柱储 备，支柱在册 量可减少 2 5 2 0 0 m长的工作面 ，用 D Z 2 0 1 5 0 0颗 、 2 5 型 5 0 0颗 ，备用柱按 1 0 计算为 2 0 0颗 ， 合计需要单柱 2 2 0 0颗 ，改用柱塞悬 浮式支 柱为 1 5 0 0 1 ． 1 1 6 5 0颗 ，减少 5 5 0 颗 ，比 例达 2 5 ，给支柱管理带来方便 ，同时降 低了工人劳动强度。 ⑥ 活塞式单体 液压支柱与柱塞悬浮式 液压支柱损坏相 比，活塞式单体液压支柱三 个月 的使用 时间损坏率 为 9 0 ，柱塞悬浮 式液 压 支 柱三 个 月 的使 用 时 间 损 坏率 为 5 3 ，杜绝 了内泄漏 、焊缝断裂 、焊缝渗漏 等现象。 ⑦ 由于结 构上 的 改进 ，以 D W2 5型 柱塞悬浮式 单体液压支柱一旦泄漏 ，用 目测法就能检查 出来 ，不存在内泄漏 问题 ， 可随时更换支柱 ，不必再做定期的更换 、检 测工作及定期上井检修 ，减少了支柱升降井 的次数和工人在井下的作业程序 ，降低 了劳 动强度。 通过 以上对比分析 ，柱塞悬浮式单体液 压支柱优于活塞式单体液压支柱，柱塞悬浮 式液压支柱可以投入薄煤层炮采工作面推广 使用。 4 结语 D W X型柱塞悬浮式单体液压支柱 结构紧凑、体积小 、重量轻、行程大 、安全 可靠性高、使用成本低，解决了传统支柱存 在的一系列安全隐患问题 。此类支柱推广使 用 ，对于中厚煤层炮采工作面支护设备是一 次更新换代，不但能够大大提高矿井支护效 率 ，而且具有显著的矿井安全和经济效益。 参考文献 E 1 3 邢福康 ，蔡怙，刘玉堂 ．煤矿支护手 册 【 M】．北京 煤炭工业 出版社 ， 1 9 9 3 ． E 2 3 赵耀东 ．液压支柱修理工 【 M】．北 京 煤炭工业出版社 ，2 0 0 5 ． 第一作者简介 史国旺 男 ，1 9 7 6年出生 ， 安徽淮北人 1 9 9 5年毕业 于安徽煤炭工业学 校采煤专业。现在皖北煤电集团公司恒源煤 电股份有限公司设备维护中心工作，助理工 程师。联系电话 1 5 9 5 B 1 8 2 5 2 9 ；电子信箱 s g w1 2 2 1 6 3 ． t o m。 收稿 日期2 O O 9 一O 3 2 6 ；责任编 辑王方荣 上接第 4 3页 5 ． 2工作 面对接 为保证工作面的合理对接 ，在工作面推 进到距第二切 眼 2 0 m 时，实测 9 6 支架距 巷 帮 为 5 0 0 mm， 超 过 所 标 对 接 中 线 4 0 0 mm。于是对工 作面支架 进行调 节 ，让 溜子向机头方 向小幅窜动 ，同时配合单体柱 进行靠架作业 。在工作面推进到距第二切眼 6 m时 ，实测 9 6 支架距巷帮为 6 0 0 mm，与 所标对接 中线相齐。而后工作面平推 ，机尾 9 6 支架沿所标对接线拉移，没有超出对接 线范 围。 6结论 工作面对接后，对接支架间距 2 0 0 m m 工作面正常时相邻两架间距应为 0 2 0 0 mm ， 符合安全质量标准，因此对接成功。 刀把式综采工作 面对接技术成功运用 ， 为我矿井及集 团公司各矿井今后的采区优化 设计提供了可靠依据。使得部分受保护煤柱 以及地质条件影响的采区，在设计时将尽可 能的增加采区面积 ，减少煤炭资源浪费， 下转第 3 0页