鮑店煤礦5312 工作面液壓支架設(shè)備選型校驗(yàn)及常見(jiàn)故障

徐明星 鄭洪濤 孟 浩

（山東兗礦集團(tuán)鮑店煤礦，山東 濟(jì)寧 273500）

1 工作面概況

鮑店煤礦5312 工作面煤層總體趨勢(shì)為單斜構(gòu)造，煤層走向150°～162°，傾向60°～72°，長(zhǎng)度為60～222 m，煤層平均傾角9°，煤層容重為1.35 t/m3。煤層基本頂平均厚度8.9 m，f=6～8；直接頂平均厚度3.6 m，f=4～6；基本底厚度18.4，f=6～8。

2 液壓支架選型設(shè)計(jì)校驗(yàn)

2.1 放頂煤支架支護(hù)強(qiáng)度、工作阻力的計(jì)算

（1）根據(jù)斷裂角方式，放頂煤支架支護(hù)強(qiáng)度的校驗(yàn)公式如下：

式中：Pz為支架動(dòng)載支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；H 為支架需要直接支撐的巖層厚度，m；L 為有效控頂距，即工作面最小控頂距，查得3.6 m；h1為頂煤厚度，8.65 m；α 為頂煤斷裂角，一般為60°～120°，取80°（f ≥3 的堅(jiān)硬煤層取值＜60°，f=1～3 的中硬煤層取值60°～80°，f＜1的軟煤層取值大于80°）；θ 為頂板斷裂角，一般取值為60°～65°，依據(jù)煤層堅(jiān)硬程度取最大值65°；γ1為頂煤容重，13.5 kN/m3；γ2為頂板圍巖容重，查資料得26 kN/m3；K 為動(dòng)載備用系數(shù)，取1.5（Ⅱ級(jí)及以下基本頂取1.2～1.5，Ⅱ級(jí)以上基本頂取1.5～2.0）。

經(jīng)計(jì)算，得出H=10.99 m；Pz=603.8 kN/m2。

（2）綜放工作面支架阻力計(jì)算。

① 根據(jù)斷裂角確定支架工作阻力：

式中：P1為支架的工作阻力，kN；Pz為支架動(dòng)載支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；Lk為端面距，取0.504 m；Ld為頂梁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，取5.415 m；B 為支架中心距，取1.5 m；ηs為支架的支護(hù)效果利用效率，80%。

計(jì)算得，P1=6 701.0 kN。

② 根據(jù)回歸公式計(jì)算支架工作阻力，主要依據(jù)放頂煤工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，公式如下：

式中：P2為支架實(shí)際工作阻力，kN；h 為煤層埋深，取497 m；f 為煤層普氏硬度系數(shù)，f=2.9；Md為頂煤厚度，煤層厚度8.1～9.7 m，取大值9.7 m；k 為安全系數(shù)，1.2～1.35，取1.25。

計(jì)算得，P2=5 455.7 kN。

（3）依據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，綜放工作面支架工作阻力P 取①和②的最大值，支架所需的工作阻力為6 701.0 kN。

2.2 所選型號(hào)的技術(shù)參數(shù)

5312 工作面使用ZF7200/18/35D 型低位放頂煤液壓支架的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 液壓支架的技術(shù)參數(shù)

2.3 校驗(yàn)結(jié)果

5312 綜放工作面設(shè)計(jì)割煤高度3.2 m，放煤高度為4.88～6.53 m，工作面采放比=1:（1.53～2.04）。參考鄰近的5311 綜放工作面回采期間礦壓觀測(cè)結(jié)果，動(dòng)載系數(shù)平均為1.25，所需最大支護(hù)強(qiáng)度為0.71 MPa；ZF7200/18/35 型支架其支護(hù)強(qiáng)度為0.88～0.97 MPa，大于頂板來(lái)壓時(shí)最大支護(hù)強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)算表明，5312 工作面使用ZF7200/18/35D 型低位放頂煤液壓支架，計(jì)算所需工作阻力為額定阻力的93.1%，因此工作面選用該型號(hào)支架支護(hù)頂板支護(hù)強(qiáng)度可滿(mǎn)足要求。

3 應(yīng)用過(guò)程常見(jiàn)故障分析及處置方式

3.1 液壓支架立柱故障

立柱是液壓支架支撐頂板承載的核心部件，立柱的組件包括活柱、中缸、外缸、密封件、導(dǎo)向組件等。立柱常見(jiàn)故障包括以下三個(gè)方面：缸體活柱故障、密封故障、導(dǎo)向組件故障。其中密封故障和導(dǎo)向組件故障多為組件故障，更換成本較低，直接進(jìn)行更換即可。而缸體活柱故障為立柱最常見(jiàn)、最有處理難度的故障，主要表現(xiàn)形式為活柱損傷、缸口變形、缸體內(nèi)表面腐蝕。

（1）活柱損傷。活柱受力發(fā)生變形，表面受力出現(xiàn)凹坑，腐蝕導(dǎo)致鍍層破壞。活柱出現(xiàn)變形，極易導(dǎo)致支架失穩(wěn)，對(duì)于變形故障可采用壓力機(jī)進(jìn)行矯正。凹坑、鍍層破壞，采取激光熔覆修復(fù)工藝如下：車(chē)削去除油缸表層損壞鍍層→激光熔覆不銹鋼重新鍍層→拋光修復(fù)表面鍍層至設(shè)計(jì)尺寸→完成修復(fù)工作。

（2）缸口變形。采取環(huán)縫焊機(jī)熔覆不銹鋼技術(shù)修復(fù)，工藝：處理缸口至本體材料→熔覆不銹鋼（采用環(huán)縫焊機(jī)）→消除內(nèi)應(yīng)力（放置2～3 d）→檢測(cè)缸口尺寸、車(chē)削多余熔覆材料→完成修復(fù)工作。

（3）缸體內(nèi)表面腐蝕。腐蝕厚度較小（＜0.25 mm）的情況下，可采用珩磨方式修復(fù)，珩磨工藝能夠?qū)崿F(xiàn)控制修復(fù)公差＜0.6 mm，能夠滿(mǎn)足一般修復(fù)精度要求，該方式成本低、效率高；腐蝕厚度大于0.25 mm 則采用缸體內(nèi)孔再制造技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，工藝如下：車(chē)削缸體內(nèi)表面至本體→熔覆銅合金(采用鎢極氫弧焊技術(shù)、厚度要求2.4～3 mm)→珩磨內(nèi)徑至設(shè)計(jì)尺寸→完成修復(fù)工作。

3.2 油缸泄漏分析和處置

油缸泄漏是液壓支架應(yīng)用過(guò)程中最為常見(jiàn)的故障，發(fā)生漏油的故障一般包括鼓型圈竄液、桿密封漏液、靜密封漏液三種形式。

（1）鼓型圈竄液。多發(fā)生于活塞頭和缸筒之間安設(shè)的鼓型圈，要求缸筒和活塞表面的粗糙度應(yīng)小于0.2μm。活塞或缸體內(nèi)表面受損（或腐蝕）、修復(fù)缸體內(nèi)表面光滑度不足、活塞頭和缸筒之間混入雜物，都會(huì)發(fā)生鼓型圈摩擦受損，導(dǎo)致鼓型圈漏油或竄液。處置措施：活塞及缸體安設(shè)過(guò)程中需加強(qiáng)尺寸精度、形位公差檢查；缸體內(nèi)表面修復(fù)工作須做好粗糙度檢驗(yàn)；使用過(guò)程中做好工作面通風(fēng)降塵工作，避免煤塵等雜質(zhì)混入乳化液。

（2）桿密封漏液。桿密封多采用的蕾型圈，密封圈安裝時(shí)唇口朝向高壓側(cè)，乳化液的高壓作用使唇口與密封面緊貼，實(shí)現(xiàn)密封。油缸銹蝕處理不干凈是導(dǎo)致桿密封漏液的主要原因，銹蝕處理不徹底導(dǎo)致高壓唇口與密封面有個(gè)支點(diǎn)導(dǎo)致側(cè)漏，同時(shí)形成應(yīng)力集中現(xiàn)象易導(dǎo)致密封件損壞。處置措施：大修油缸期間嚴(yán)格做好導(dǎo)向套溝槽清理工作，清除雜質(zhì)，保證表面的光潔程度；加強(qiáng)巡檢，發(fā)生滲液（或掛液）及時(shí)更換密封圈，以免密封件漏液導(dǎo)致事故。

（3）靜密封漏液。液壓支架常用的靜密封圈包括O 型圈、D 型圈、Y 型圈，選型不當(dāng)、裝配不合理、銹蝕腐蝕損壞密封件是靜密封漏液的主要原因。Y 型圈密封效果最好，結(jié)實(shí)耐用，但是過(guò)盈量不足，不適合做溝槽光滑度差、臥裝設(shè)備的密封；D 型圈過(guò)盈量大，裝配容易，不易損壞；O 型圈多為丁睛橡膠材質(zhì)，具有過(guò)盈量大、密封性好、價(jià)格低、抗腐蝕能力差的特點(diǎn)。處置措施：密封圈選型，新制造的支架盡量選用Y 型圈密，維修支架和臥式裝備選用D 型圈密封，全部密封件盡量不要選用O型圈；立柱出現(xiàn)腐蝕斑痕選用表面鍍銅修復(fù)方式，缸口銹蝕修復(fù)采取鍍不銹鋼或鍍銅包層，避免腐蝕導(dǎo)致的靜密封漏液?jiǎn)栴}。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)校驗(yàn)，計(jì)算所需工作阻力6 701 kN，ZF7200/18/35D 型低位放頂煤液壓支架額定阻力為7200 kN，計(jì)算所需工作阻力為額定阻力的93.1%，工作面選用的支架能夠滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。

（2）實(shí)際應(yīng)用效果表明，通過(guò)對(duì)液壓支架立柱故障排除方式和油缸泄漏分析，故障處置方式有效，效果明顯。