煤礦液壓支架泄漏故障檢測與維護技術

于 樂

（陽泉煤業（集團）有限責任公司機電設備管理中心，山西陽泉 045000）

0 引言

煤礦液壓支架主要應用于頂板支護、采空區隔離等方面，綜采的過程中，頂板的運動會對液壓支架造成強烈的動壓，液壓支架一旦出現泄漏故障，其提供的支撐力將不穩定，支撐位置會發生改變，不能提供可靠的支護，直接影響煤礦企業的安全生產。

1 液壓支架的常見泄漏故障

液壓支架主要包括框架系統和控制系統。框架系統由頂梁、立柱、推移裝置、底座、護幫裝置等部分組成，控制系統主要包括各類液壓元件及管線。液壓元件主要包括液壓閥、液壓泵、液壓缸和系統輔助設備。操作時利用各類液壓閥的改向及通斷控制液壓千斤頂與液壓支柱實現液壓支架的一系列動作。常見的液壓系統的故障有千斤頂伸縮故障、支柱升降故障及液壓閥體故障。這些故障都會影響液壓支架動作的有效執行[1]。

1.1 千斤頂伸縮的故障

千斤頂是液壓支架的重要組成部分，按不同的功能分為推移千斤頂和其他千斤頂，推移千斤頂用于連接液壓支架底座和采煤管道，起到推移作用；其他千斤頂根據不同的安裝位置可發揮不同的作用，主要包括側推千斤頂、調架千斤頂、尾梁千斤頂及前梁千斤頂等。因此千斤頂的故障主要表現為推移千斤頂故障、側推千斤頂故障、調架千斤頂故障、尾梁千斤頂故障及前梁千斤頂故障等多個方面。

煤礦液壓支架千斤頂出現故障的概率較高，主要表現為輸出作用力不符合要求及千斤頂漏液。造成千斤頂輸出作用力不符合要求的主要原因是泵壓低、安全閥壓力值低或閥門損壞。如果使用過程中千斤頂密封件損壞、密封件本身性能較差或千斤頂焊接質量差會造成千斤頂漏液[2]。

1.2 支柱故障

立柱的動作主要包括：升柱、降柱及承載等方面。每個動作都有可能會出現故障。當液壓系統過濾器發生堵塞、乳化液外漏或內竄及立柱變形磨損漏液時會出現升柱故障，主要表現為立柱上升速度緩慢或不上升；當立柱出現漏液時或立柱變形損壞是會造成降柱故障，主要表現為立柱下降速度緩慢或不下降；立柱的泄漏同時可造成立柱的承載故障，主要表現為指立柱無法承受定值載荷，立柱處于低支撐狀態[3]。

1.3 液壓閥的故障

影響液壓閥性能的主要原因是工作環境和液壓閥材質，液壓閥的泄漏故障主要表現為一系列液壓閥組的外部和內部泄漏。液壓閥典型故障操縱閥的泄漏故障:在液壓管路具備壓力，操作閥手把打到任何工作位置，可聽到閥內有較大的液流聲，但執行動作的千斤頂或支柱速度緩慢；當閥手把在零位時，也可聽到閥內有較大的液流聲，這些就是操縱閥內部串液故障，主要是因為閥球與閥座間密封性能不符合要求造成的；當安全閥泄漏時，會造成支柱沒有到達工作阻力就卸載，支柱下縮；單向閥內漏時升降支柱速度非常慢或由于自重或負載自動下降。

2 液壓支架泄漏故障檢測的必要性

液壓支架的支撐系統主要由液壓千斤頂、液壓支柱，各類液壓閥組成。如果千斤頂、支柱、安全閥、單向閥門等地方出現泄漏故障，會直接影響液壓支架的承載能力，加上頂板巖層的周期壓力波動，支架關鍵位置會出現應力集中或彎矩增大，最終導致支架的損壞，造成重大的安全事故[4]。

目前針對液壓支架監測的研究，主要集中在液壓支架的受力監測方面，為保障綜采面所有支架提供可靠的支護，每臺液壓支架均需要安裝壓力傳感器，一組液壓支架在壓力傳感器上需要花費巨大的資金，另一方面，通過安裝壓力傳感器得到的檢測數據，只能反映出液壓支架的受載變化情況，不能確定液壓支架上發生泄漏的具體位置。針對這個問題，需要開發一種能有效檢測液壓支架的具體泄漏狀況的檢測技術，實時監測液壓支架的泄漏問題，指出確定的泄漏位置。

3 液壓支架泄漏故障檢測技術

3.1 液壓支架檢測原理

造成液壓支架泄漏的主要原因是密封的損壞，漏液位置的工作介質壓力遠高于大氣壓，工作介質主要是乳化液，并且乳化液的雷諾數很大，內外壓差使液體以高速向外噴出，形成高壓射流，高壓射流會在泄漏處產生頻帶較寬的振動噪聲信號（高頻聲波），這種聲波區別于外界低頻干擾噪聲，可利用多個高頻聲音傳感器來接收聲波并定位高頻聲波發出的位置，進而找到泄漏部位。

3.2 泄漏故障檢測的原則及診斷標準

由于液壓支架泄漏部位和泄漏程度的不同，泄漏處發出的高頻聲波信號的頻率和能量有差別，檢測時要根據檢測目標選擇合適的信號采集頻率和信號采集能量閥值。同時，盡量關閉其它干擾設備。泄漏故障診斷的原則為如果未出現泄漏故障，則無高頻振動噪聲信號產生，如果出現泄漏故障，則有高頻振動噪聲信號產生。將噪聲信號時域內幅值累計值定義為當量強度值，用Z表示，實際應用中可根據不同的泄漏噪聲信號當量強度值Z的大小，劃分出液壓支架不同的故障類型，判斷標準如表1所示[5]。

表1 診斷標準

3.3 檢測系統組成

液壓支架泄漏故障檢測系統主要有加速度傳感器和超聲換能器、信號接收裝置、信號處理分析系統、PCI總線、顯示等部分，各部分關系如圖1所示。

圖1 檢測系統組成

4 液壓支架維護技術

液壓支架的檢測技術能實時檢測支架的運行狀態，明確泄漏的位置，有利于支架的及時修復。維修人員要充分認識故障的發生的原因，做好液壓支架的日常維護與檢修工作，預防液壓支架故障的發生[6]。

（1）拆卸及更換液壓支架時，需要注意頂板的改變情況，有效的預防頂板冒落事故的發生，更換控制閥、千斤頂及立柱時，還需增加臨時支柱，同時做好其他防護工作。

（2）更換配件或維修液壓支架時，首先要將液壓支架進行卸載，避免液壓支架的液壓管路或液壓部件存在系統壓力，同時將拆下的管路接口進行保護，避免進入雜質，造成液壓閥卡閥或損壞[7]。

（3）選用合理的工具對液壓支架進行檢修或拆裝，嚴格按照作業指導進行操作，避免暴力拆卸，例如閥件連接螺紋、閥芯、密封面、管接頭、液壓缸的導向套、液壓缸內壁、活塞桿表面等精密配合的零部件的一定要避免磕碰。同時做好液壓元件的標記工作及分類放置。

（4）廣泛普及液壓支架故障危害性教育，提高相關人員的安全意識，積極主動的對液壓支架故障進行預防，對故障高發的液壓閥需要安排專人進行定期檢查，同時做好礦用乳化液和礦用油品質量檢測工作，制定一套科學的管理制度[8]。

5 結論

由于液壓支架的復雜工況條件，在使用過程中容易發生故障，以液壓支架常見的泄漏故障為出發點，分析液壓支架的泄漏檢修技術。并提出相應的維護技術。實踐表明：液壓支架泄漏檢測技術能夠適應煤礦復雜的工況條件，能有效檢測出支架的外部泄漏及內部泄漏，同時能確定泄漏部位，具有較高的準確性。有效保障煤礦的安全生產。