液壓支架用高含水液壓液優(yōu)化對(duì)比分析研究及應(yīng)用

王波

（神華神東煤炭集團(tuán)，陜西 榆林 719315）

液壓支架用高含水液壓液優(yōu)化對(duì)比分析研究及應(yīng)用

王波

（神華神東煤炭集團(tuán)，陜西 榆林 719315）

近些年，煤礦開采工作量不斷加大，在綜合采礦工作中，經(jīng)常會(huì)用到液壓支架，而液壓支架中又會(huì)用到高含水液壓液。高含水液壓液的質(zhì)量對(duì)采礦工作的順利進(jìn)行是非常重要的，而原有的液壓支架液壓液的缺點(diǎn)會(huì)在一定程度上困擾采礦工作的順利進(jìn)行。經(jīng)過長時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)積累，研究人員從不同方面進(jìn)行優(yōu)化，在配制水質(zhì)、原液、高含水液壓液的性能、液壓支架用高含水液的維修養(yǎng)護(hù)方面開展了一些分析工作，并提出以后工作中應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，從技術(shù)和管理兩方面入手完成相關(guān)工作，以確保其應(yīng)用更加合理化和科學(xué)化。

液壓支架；高含水液壓液；綜合采礦；乳化液

煤礦開采活動(dòng)復(fù)雜且危險(xiǎn)，在煤礦的綜合采礦工作中，經(jīng)常會(huì)用到的一個(gè)設(shè)備就是液壓支架，其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性會(huì)影響到綜合采礦工作面均衡生產(chǎn)計(jì)劃的執(zhí)行。當(dāng)今的液壓支架為電液控制型，其作為典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有較高的科學(xué)性。

整理已有的資料，并逐步分析，發(fā)現(xiàn)在環(huán)境較為惡劣的礦井中，電液控制液類液壓支架經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些問題，這些問題還都與液壓支架使用的液壓液有關(guān)系。因此，在完成實(shí)際工作時(shí)，要從液壓液入手，對(duì)其做進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)，讓其更能適應(yīng)惡劣的作業(yè)環(huán)境，以確保液壓支架在運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性。

1 液壓支架的系統(tǒng)故障

在環(huán)境非常惡劣的礦井中使用液壓支架進(jìn)行綜采工作面的開采工作，稍有不慎，就會(huì)發(fā)生液壓支架系統(tǒng)故障。液壓支架系統(tǒng)故障主要有液壓系統(tǒng)類故障、機(jī)械結(jié)構(gòu)類故障、電氣控制故障。其中，液壓類的系統(tǒng)故障所占比例較高，達(dá)70%以上。液壓類故障經(jīng)常表現(xiàn)為嚴(yán)重的漏液、缸體腐蝕、產(chǎn)生的阻力較大、閥芯和濾芯被堵塞、流動(dòng)的流量較小。這些問題都會(huì)導(dǎo)致油缸膠黏腐蝕，造成非常大的影響。分析原有的工作資料，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)液壓支架所用的高含水量的液壓液是導(dǎo)致故障發(fā)生的重要原因，其使用和維護(hù)操作會(huì)影響到液壓支架的正常運(yùn)行。當(dāng)使用和維護(hù)操作錯(cuò)誤時(shí)，就會(huì)影響到液壓支架的正常運(yùn)行。因此，相關(guān)工作人員要認(rèn)真分析高含水液壓液、液壓支架的運(yùn)行維護(hù)等方面的內(nèi)容，也就是從液壓液使用技術(shù)和管理這兩方面入手分析系統(tǒng)故障。要想優(yōu)化液壓支架運(yùn)用的高含水液壓，可從以下幾方面入手。

2 高含水液壓液優(yōu)化對(duì)比分析研究

2.1 水質(zhì)分析

依據(jù)煤炭工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，液壓支架（柱）使用乳化油或者其濃縮物、高含水液壓液相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)水質(zhì)的總要求是：水質(zhì)的外觀應(yīng)該無色，聞起來沒有異味，沒有懸浮物、機(jī)械雜質(zhì)，pH值要在6～9之間，水含有的氯離子的質(zhì)量濃度必須小于等于200 mg/L。另外，對(duì)于水中物質(zhì)含量也有一定的要求，表現(xiàn)為質(zhì)硬度小于等于對(duì)應(yīng)型號(hào)產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的硬度，水含有硫酸根離子小于等于使用產(chǎn)品型號(hào)所對(duì)應(yīng)的硫酸根離子含量。工業(yè)用水對(duì)水質(zhì)的要求會(huì)依據(jù)用途的不同有所改變，因此，在配制液壓支架的乳化液時(shí)，其水質(zhì)的指標(biāo)主要包括硬度指標(biāo)、pH值指標(biāo)、硫酸根離子含量、氯離子含量、外觀形象、水中機(jī)械雜質(zhì)含有量和懸浮物數(shù)量等。

2.1.1 硬度指標(biāo)

水的硬度分為總硬度、碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度。碳酸鹽硬度（又被稱為“暫時(shí)硬度”）的主要化學(xué)成分是鈣、鎂的重碳酸鹽，其次是鈣、鎂的碳酸鹽。由于這些鹽類一經(jīng)加熱煮沸就分解成為溶解度很小的碳酸鹽，硬度大部分可除去，所以，又被稱為“暫時(shí)硬度”。非碳酸鹽硬度（又被稱為“永久硬度”）表示水中鈣、鎂的氯化物，硫酸鹽，硝酸鹽等鹽類的含量。這些鹽類經(jīng)過加熱煮沸不會(huì)沉淀，硬度不變化，所以，又被稱為“永久硬度”。水的總硬度是暫時(shí)硬度和永久硬度之和。水硬度的表示方法有很多，我國主要采用2種表示方法：①以度（°）計(jì)，以每升水中含10 mg CaO為1度（°），也稱為德國度；②用CaCO3含量表示，單位mg/L。水質(zhì)硬度與高含水液壓液外觀、穩(wěn)定性的關(guān)系如表1所示。

2.1.2 pH值

水的酸性或者堿性是受到水中氫離子濃度的影響，一般情況下，使用pH值來表示其酸堿性。在pH值不同的情況下，水中會(huì)發(fā)生不同種類弱酸高離情況，但是，我們用肉眼是看不見這種反應(yīng)的。也就是說，當(dāng)pH值小于等于8時(shí)，水中含有的碳酸大部分都是游離類二氧化碳的模式。當(dāng)pH值在8～9之間時(shí)，主要包含的就是重碳酸根離子。在這種情況下，游離類二氧化碳在水中的含量最少。這種情況會(huì)一直延續(xù)到pH值不小于等于9時(shí)，水里面才不再有游離的二氧化碳，僅僅包含重碳的酸根離子，還有就是另外一些硫化氫和磷酸等化學(xué)物質(zhì)。當(dāng)水的酸度不同，試驗(yàn)中存在的這些化學(xué)元素在比例上同樣顯現(xiàn)出不相同的數(shù)值。如果水中有硅酸，當(dāng)其pH值增大時(shí)，能夠溶解在水中。另外，pH值的變化會(huì)使水產(chǎn)生較強(qiáng)的銹蝕性，表現(xiàn)出顯著的酸性、堿性，這將會(huì)對(duì)液壓支架高含水液壓液造成消極的影響。當(dāng)pH值小于6.8時(shí)，液壓系統(tǒng)的金屬零件表面會(huì)受到水的侵蝕，相應(yīng)地也會(huì)出現(xiàn)電化學(xué)類析氫的腐蝕性效應(yīng)，使酸性腐蝕作用到金屬上。當(dāng)pH值小于5.0時(shí)，侵蝕性表現(xiàn)得最為強(qiáng)烈。這時(shí)，如果pH值過低，就會(huì)加快細(xì)菌的繁殖速度，并出現(xiàn)發(fā)霉變臭的問題，進(jìn)而出現(xiàn)微生物大量滋生的情況，導(dǎo)致閥組被堵塞。但是，pH值過高也不是一個(gè)好情況，這樣非常容易形成高含水類液壓液，出現(xiàn)沉淀并結(jié)垢的情況，進(jìn)而堵塞液壓支架的一些部位。

表1 水質(zhì)硬度與高含水液壓液外觀、穩(wěn)定性關(guān)系

表2 礦井中30份水樣，分別與第一類乳化液、第二類濃縮液的分析試驗(yàn)結(jié)果

2.1.3 氯離子和硫酸根離子

天然水中會(huì)含有硫酸根，特別是在硬水里面，其含量相對(duì)于普通水的含量要多，存在的形式為硫酸鈣、鎂，水硬度由此形成。硫酸根在水中的含量太高，就會(huì)導(dǎo)致水的pH值下降，呈現(xiàn)為一種酸性水，其侵蝕性較高。地下水和地面水普遍存在氯根。此外，當(dāng)飲用的水使用漂白粉消毒后，同樣會(huì)將氯根引進(jìn)水中。氯根就是以水中的鈉、鈣、鎂鹽等形式存在的，像這樣的氯化物較多，同樣會(huì)讓水呈酸性，進(jìn)而具有侵蝕性。硫酸根離子對(duì)高含水液壓液的穩(wěn)定性影響更大，這種影響是與氯根相比較而得出的，硫酸根離子的含量越高，對(duì)金屬防銹防腐的作用就越大，其會(huì)在高含水的液壓液運(yùn)行循環(huán)工作中不斷累積和沉淀，并附著于金屬表面，形成化學(xué)腐蝕，同時(shí)與氯離子共同作用，產(chǎn)生協(xié)同性效應(yīng)，進(jìn)一步腐蝕缸體，最終生成鐵銹。

2.1.4 機(jī)械雜質(zhì)和懸浮物

水中含有一些機(jī)械雜質(zhì)和懸浮物的情況是普遍存在的，尤其在非飲用水中，比如說礦井水，這2種物質(zhì)的含量比較高。這2種物質(zhì)的存在對(duì)于配制液壓支架使用的乳化液有一定的影響，一方面，會(huì)堵塞液壓系統(tǒng)中的濾網(wǎng)或者閥類小孔，另一方面，也會(huì)在一定程度上影響乳化液的穩(wěn)定性。

2.2 原液分析

在液壓液中，另一個(gè)影響液壓支架使用的高含水液壓液質(zhì)量的成分是原液。我們將原液分成2種不同的類型，第一類為乳化型高含水液壓液，第二類為溶液型高含水液壓液。

2.2.1 乳化液型

乳化液通常是由礦物油和水、乳化劑、防銹劑、潤滑劑等添加劑相互融合而成，而后又與比例為95%左右的水結(jié)合，配成水包油型的乳化液。這種類型的液壓液是油水兩相類體系，熱力學(xué)性能并不是非常穩(wěn)定，其抵抗硬水的能力比較差，容易破乳，并容易析皂、析油。當(dāng)現(xiàn)場的水質(zhì)發(fā)生較大變化時(shí)，相關(guān)運(yùn)行監(jiān)控工作不到位，就會(huì)出現(xiàn)析油、析皂的情況，閥件堵塞、支架系統(tǒng)的過濾器被堵塞，液壓液中的有效物質(zhì)被分離，最終影響其使用性能——防銹性、潤滑性、與密封材料適應(yīng)性，導(dǎo)致設(shè)備被銹蝕、密封材料被損壞等，進(jìn)而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。另外，液壓液的生物降解性不強(qiáng)，在使用過程中，會(huì)直接影響礦井的水質(zhì)，進(jìn)而引發(fā)環(huán)境污染問題。

2.2.2 溶液型

溶液型為稀釋濃縮液型類高含水液壓液，這種溶液也是由礦物油和水、乳化劑、防銹劑、潤滑劑等添加劑相互融合而成，同樣與95%（質(zhì)量比）以上的水相互融合，配比成溶液型稀釋液。水中溶解是其特點(diǎn)，因?yàn)檫@一特點(diǎn)生成了溶液型的稀釋液態(tài)物質(zhì)。這種類型為單一相的熱力學(xué)性穩(wěn)定體系，潤滑性能非常優(yōu)越，黑色金屬防銹、有色金屬防腐蝕性能這兩方面的穩(wěn)定性也非常優(yōu)越，同時(shí)，它在防銹防腐性、潤滑性、密封相容性、泡沫抵制性、抗霉菌性、安全易降解的環(huán)保性方面有獨(dú)特的優(yōu)勢，適用范圍比常規(guī)的要廣。與運(yùn)用傳統(tǒng)乳化液時(shí)，因?yàn)樗|(zhì)或者維護(hù)不當(dāng)?shù)仍颍瑢?dǎo)致析油、析皂、堵塞過濾器和先導(dǎo)閥、爆管等頑固性問題出現(xiàn)相比，運(yùn)用溶液型高含水液壓液能更好地解決這些問題。由此可以得出結(jié)論，濃縮液型的高含水類液壓液更符合現(xiàn)代電液控制液壓架對(duì)液壓系統(tǒng)的要求。

2.3 選型對(duì)比分析試驗(yàn)

在分析了影響液壓液性能因素的基礎(chǔ)上，對(duì)運(yùn)用2種不同技術(shù)體系的乳化液、溶液性能進(jìn)行了分析性試驗(yàn)。其主要過程是：從礦區(qū)中提取液壓支架配液水樣30份，與第一類乳化液、第二類濃縮液進(jìn)行了對(duì)比分析試驗(yàn)。在同等條件下，對(duì)其進(jìn)行分析試驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目是，外觀、水中分散性、pH值、熱穩(wěn)定性、振蕩穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)如表2所示。結(jié)果標(biāo)明，第二類濃縮液比第一類乳化液更加優(yōu)質(zhì)。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，濃縮液的穩(wěn)定性比乳化液的穩(wěn)定性更好。

3 液壓支架用高含水液壓液的應(yīng)用

在液壓支架中使用高含水液壓液時(shí)，必須要注意運(yùn)行維護(hù)這一工作。其中，定時(shí)濃度監(jiān)測、pH值監(jiān)測、所配水質(zhì)的監(jiān)測是非常重要的工作，如果發(fā)現(xiàn)水質(zhì)出現(xiàn)異常，必須立即采取處理措施，讓水質(zhì)達(dá)標(biāo)，進(jìn)而滿足生產(chǎn)實(shí)踐需要。經(jīng)過多次試驗(yàn)，得出人工硬水中不同濃度乳液化對(duì)其穩(wěn)定性的影響，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 500 mg/L人工硬水中不同濃度乳液化對(duì)其穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)

鑒于文中所述內(nèi)容，在今后的工作中，相關(guān)工作人員要注意以下3點(diǎn)：①對(duì)液壓支架使用高含水液影響最大的就是水質(zhì)，它會(huì)影響到配液的種類和濃度。因此，在配置相關(guān)溶液之前，要提前檢測配置水的水質(zhì)，然后依據(jù)水質(zhì)情況選擇合理的原液類型。②運(yùn)行維護(hù)工作在保證高含水液壓液系統(tǒng)正常運(yùn)行方面具有非常重要的作用，所以，必須要開展定期和不定期監(jiān)測。監(jiān)測的內(nèi)容包括檢測水質(zhì)、濃度、pH值、細(xì)菌含量和電導(dǎo)率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中存在的異常情況，并及時(shí)處理。③在實(shí)際工作中，將原液壓支架系統(tǒng)中所用型號(hào)和濃度的高含水液壓液運(yùn)用到其他礦井新綜采工作中是否合適，必須依據(jù)新工作面的水質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果做出科學(xué)的判斷。

4 結(jié)束語

綜上所述，在未來的煤炭開采工作中，要想確保液壓支架使用的穩(wěn)定性和可靠性，選用并合理維護(hù)液壓液這一環(huán)節(jié)是非常重要的。在分析影響液壓液性能的相關(guān)因素后，發(fā)現(xiàn)了一種各項(xiàng)性能都非常優(yōu)質(zhì)的濃縮型液壓液，科學(xué)、合理地運(yùn)用它，能夠進(jìn)一步保障采礦工作的順利進(jìn)行。

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TD355.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.033

2095－6835（2017）21－0033－03

王波，男，陜西神木人，工程師，2007年7月畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)（本科），主要從事實(shí)驗(yàn)室管理及潤滑工作。

〔編輯：白潔〕