掩護式液壓支架平衡千斤頂損壞原因探討

摘要：通過對損壞原因進行分類，探討二柱掩護式液壓支架平衡千斤頂及其連接耳座損壞的各種因素，并提出改進措施。

關鍵詞：掩護式支架；平衡千斤頂；損壞原因；防損措施

中圖分類號：TD350文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）24-0073-03

二柱掩護式液壓支架因其結構簡單、操作方便、升降速度快、支護效率高、穩定性好以及對不穩定頂板的自適應強等特點，是目前國內在高工作阻力、大采高液壓支架中最為廣泛采用的架型。平衡千斤頂是掩護支撐式液壓支架的關鍵部件之一。它主要是通過活塞桿的伸縮來調節頂梁與掩護梁的角度，以適應頂板的地質變化，從而達到頂梁的有效接頂。但在實際使用過程中，平衡千斤頂或其連接耳座均有不同程度的損壞現象。不僅掩護式支架平衡千斤頂失去了其特有的作用，而且直接影響了井下正常生產和礦工的安全。

平衡千斤頂耳座的損壞多是由于在綜采過程中，平衡千斤頂活塞桿的伸出長度過多或過少時，頂板下沉來壓，造成平衡千斤頂安全閥卸載，活塞桿全部伸出或縮回，致使平衡千斤頂由原來的液壓連接變成剛性連接。此時，平衡千斤頂的受力會急劇增大，而原來按液壓連接設計的平衡千斤頂結構就很難承受剛性連接所產生的載荷，從而使平衡千斤頂的活塞桿被迫從缸體拔出或者平衡千斤頂的上下連接耳座被壓壞斷裂。

淮南礦業集團潘二礦12125工作面安裝ZY5000/8.5/17液壓支架96架，于2008年7月份出現平衡千斤頂活塞桿銷孔被拉斷的情況，平衡千斤頂損壞數量30多根，影響工作面正常生產將近1周時間。由此可以看出，平衡千斤頂及其耳座的損壞對煤礦生產影響很大。

二柱掩護式液壓支架平衡千斤頂及其連接耳座的損壞是多種原因綜合作用的結果。根據平衡千斤頂及其連接耳座實際損壞的狀況及理論分析的結果，可將其損壞的原因歸納為內部因素、外部因素和人為因素三大類，現結合現場情況具體分析損壞原因如下：

1內部因素

1.1平衡千斤頂定位尺寸設計不合理

支架頂梁與掩護梁間的極限夾角過大或過小，頂梁允許的抬頭或低頭角很小，會使得平衡千斤頂的伸和縮沒有太大的柔性空間，容易造成剛性連接。掩護式支架頂梁與掩護梁間的夾角必須滿足頂梁自由擺動角度的要求。否則必然導致平衡千斤頂變成剛性桿，由此形成比平衡千斤頂額定工作阻力還要大得多的拉力（壓力），最終使平衡千斤頂及其連接耳座發生損壞。

1.2平衡千斤頂活塞桿制造強度與剛度不足，質量差

從潘二礦平衡千斤頂損壞情況來看，幾乎所有損壞的平衡千斤頂都是從活塞桿銷孔處斷裂。平衡千斤頂活塞桿質量差也是很重要的原因。

1.3配合處產生的附加內力

平衡千斤頂與耳座間配合過緊，造成平衡千斤頂受附加內力作用。在正常情況下，平衡千斤頂通常只受單向拉（壓）力作用，設計時也是按平衡千斤頂僅受單向拉（壓）力來確定活塞桿等結構件的尺寸與強度。當平衡千斤頂與其連接耳座的鉸點處于過盈配合狀態時，一旦頂梁受偏載作用，平衡千斤頂活塞桿和耳座分別受附加的扭轉和彎曲內力作用，這樣，原來按單方向拉（壓）力設計的活塞桿及耳座的強度就不能滿足要求，最終導致平衡千斤頂活塞桿被拉（壓）斷或耳座被拉（壓）壞。

2外部因素

2.1頂梁與掩護梁鉸點處受外載荷作用

當鉸接點受到外載荷的壓力較大時，平衡千斤頂所受到的拉力會隨支架工作高度的增加而增大，并最終造成最大拉力遠遠超過最大額定拉力。在頂梁與掩護梁不加設機械限位裝置的前提下，當支架處于上述受力狀態時，任何二柱掩護式支架僅靠平衡千斤頂都不可能保持支架的正常工作狀態，其結果只能是損壞平衡千斤頂或其連接耳座。

2.2掩護梁受較大載荷

掩護梁所受載荷過大時，造成掩護梁與頂梁的角度增大，致使平衡千斤頂的實際受力超出其正常工作阻力范圍，最終造成平衡千斤頂或其連接耳座的損壞。

2.3工作面地質條件

工作面地質條件發生變化造成頂板冒空，當支架處于頂板前端冒空、后端冒空、頂梁過臺階、頂梁未接頂或高射炮等工況下工作時，都將導致平衡千斤頂或其連接耳座承受巨大的拉力，并最終損壞。根據損壞支架工作面頂板條件、頂梁與掩護梁間夾角狀況以及平衡千斤頂受力變化的分析，偽頂或直接頂的冒空使支架頂梁抬頭或低頭有了空間，從而可進一步擴大頂梁與掩護梁間的夾角。老頂的活動迫使支架頂梁和掩護梁承受載荷力增大以及偏向運動，造成合力作用點處在平衡千斤頂受壓工作區，導致平衡千斤頂上腔長時間開啟。最終導致平衡千斤頂及其連接耳座發生損壞。

3人為因素

人為因素是指支架工操作二柱掩護式支架的工況狀態對平衡千斤頂及其連接耳座損壞的影響。正確操作二柱掩護式支架的原則應該是頂梁與被支撐的頂板進行充分接觸，以達到支架的支護效果最佳。嚴禁出現“高射炮”或“屋脊”狀。

從潘二礦12125工作面平衡千斤頂損壞現場分析得，知造成支架平衡千斤頂耳座拉斷的人為因

素有：

3.1平衡千斤頂已伸至最大行程

當平衡千斤頂已經最大行程，其連接方式已由柔性連接變成剛性連接，當受到頂板及老塘側沖擊壓力時，平衡千斤頂受拉力突然增大的影響，容易致使平衡千斤頂耳子拉斷。

3.2工作面俯采，頂梁與掩護梁的夾角變大

直接頂是偽頂，比較破碎，工人升支架接頂，造成頂梁上翹；底座平面與水平面夾角－16°，即使頂梁看起來水平，實際已經上翹。頂梁與掩護梁的夾角偏大，增加了掩護梁所受壓力，間接加大了平衡千斤頂所受拉力。

3.3支架立柱行程太短，沒有升到理想高度

如果支架高度理想，平衡千斤頂的伸出量會比較適中，來壓時，在安全閥調定壓力狀況下，立柱下降釋放壓力，亦不會造成平衡千斤頂拉壞。

從現場情況來看，支柱平衡千斤頂損壞的原因既有支架本身的原因，也有外界壓力及人為管理失誤的原因。平衡千斤頂定位尺寸設計不合理以及活塞桿和連接耳質量差是造成平衡千斤頂損壞的內部因素；工作面地質條件惡劣以及二柱掩護式液壓支架工況狀態差是其外部因素；過斷層或頂板冒空時，平衡千斤頂操作不當，是其人為因素。總之，在來壓前，液壓支架狀態沒有調整好狀態。“高射炮”容易造成壓力后移，以頂梁柱窩為支點，頂梁后部承受較大壓力，加重頂梁上翹；立柱行程短，來壓時支架沒有多余空間釋放壓力，使支架與掩護梁受較大壓力，平衡千斤頂所受拉力加大；平衡千斤頂已達最大行程，再繼續增大拉力的情況下，勢必造成平衡千斤頂銷孔或缸筒套損壞；銷子受剪切應力拉斷或拉彎；頂梁及掩護梁與平衡千斤頂連接的耳座拉斷。損壞情況受材質影響，從目前來看，所有損壞件全部為平衡千斤頂銷孔。

4平衡千斤頂及連接耳座的防損措施

通過分析發現，為了防止掩護式支架平衡千斤頂及其連接耳座發生損壞，從設計角度來講，可采取下列改進與防損措施：平衡千斤頂定位尺寸的優化設計。在提高支架承載能力的前提下，確定頂梁與掩護梁間的最大夾角在170°～180°之間。增大平衡千斤頂上耳座在頂梁上的水平和垂直定位尺寸，不僅可以提高支架的承載能力，有利于梁端頂板的維護，而且可增加平衡千斤頂的行程和頂梁與掩護梁間的夾角，使得平衡千斤頂的行程及頂梁與掩護梁間的極限夾角有一定的余量，避免平衡千斤頂成為剛性連接。提高平衡千斤頂活塞桿及連接耳座的強度和剛度，特別是要保證耳座連接處焊縫的質量，防止因焊接質量差而被拉脫。采用機械限位裝置，限制支架頂梁與掩護梁間的極限夾角。支架工作狀態調整，嚴禁出現“高射炮”及“屋

脊”狀。

另外從勞動組織及頂板因素考慮，還應采取以下措施：加快工作面推進速度，減緩頂板壓力影響的因素；對拉架困難的支架采取臥底加以單體輔助方式進行移架；在推進過程中，在頂梁后部加以單體輔助支撐，爭取盡快把支架調整到正常的工作狀態。

總之，為防止平衡千斤頂損壞主要是在來壓前調整好平衡千斤頂狀態，防止因頂梁上翹，造成與掩護梁夾角過大，來壓沖擊致使平衡千斤頂超出其行程，造成耳子斷裂。另外還應在勞動組織等方面加快工作面進度，減小因長期推而不進造成頂板壓力過大，造成死架后損壞千斤頂等現象的發生。

參考文獻

[1]王國法．液壓支架技術[M]．北京：煤炭工業出版社，1999．

[2]魯忠良．液壓支架設計使用安全辨析[M]．北京：煤炭工業出版社，2006．

作者簡介：劉偉（1984-），男，山東德州人，淮南礦業集團潘二煤礦采煤三隊助理工程師，研究方向：煤礦機械。

（責任編輯：秦遜玉）