煤礦采煤工作面液壓支架立柱泄漏問題分析

李 超

（晉能控股煤業集團白洞礦業公司， 山西 大同 037003）

引言

液壓支架是地下采礦工作中用于頂板支架的主要機械設備，其能否正常使用直接關系到井頂的穩定性和安全性，是井下采煤工作面最重要的設備之一。液壓支架主要由立柱、底座、頂梁、前后連桿、防護梁和液壓系統組成。立柱、頂梁和底座是液壓支撐系統的主要軸承組件。液壓支架中的頂梁和尾梁的提升以及頂板壓力的負荷都由液壓柱承擔。因此，液壓支撐柱的可靠性和穩定性直接關系到整個采煤工作面的安全性，然而頂梁、頂板下沉和液壓油泄漏給地下操作員帶來了嚴重的安全隱患和工作不便。因此，通過對液壓支撐柱工作原理的分析，找出引起泄漏的原因，并提出解決該問題的方法和手段，以避免安全隱患的頻繁發生、生產損失以及液壓支撐柱損壞問題。

1 液壓支撐柱中高壓液體泄露問題

液壓支撐柱由活動柱組件、缸體組件、缸口導套組件和缸底閥組裝而成。立柱組件由導向環、活塞導向環、固定件和密封連接件組成。色譜柱泄漏大致有以下兩種現象：內部泄漏和外圍泄漏。內部泄漏主要是指液壓乳膠通過柱缸之間的間隙從高壓缸腔到低壓活塞桿腔的緩慢損失從支撐柱內部泄漏，從而導致高壓缸內的壓力逐漸下降，這是不正常的。為了達到工作性能，然后柱活塞縮回，頂梁下沉甚至掉落；周邊泄漏的另一種現象主要是由于液壓管路的接頭和各種焊接接頭、立柱的缸筒和導向套筒的連接處的外部液體泄漏。另外，由于高壓液體損失到柱子的外部，所以柱子的外部環境也很潮濕，這大大減少了活塞桿的縮回過程時間。上述兩種液體的泄漏將導致支撐柱的卸載能力降低，從而導致支撐頂梁的承載能力大大降低。

在拆除和檢查有液體泄漏的立柱時，不管泄露情況是表現為內部或者是外部，泄漏的原因主要都是由于密封故障而出現的問題，常見的有三種情況類型：

1）在長期使用液壓活塞固定環和導向環的過程中，由于熱量引起的磨損、擠壓、破壞和過載擠壓變形引起墊片的塑性流動，導致活塞間隙和機油泄漏。

2）在工程中經常使用鼓形、山形和芽形的密封環。活塞的密封環容易受到磨損，由此而產生溝槽，裂紋和分離導致液體泄漏。

3）氣缸口處的密封圈由于擠壓變形而損壞，從而導致低壓泄漏和帶電立柱中的液體夾帶[1-3]。

2 液壓支撐柱的力學性能分析

液壓立柱容易出故障的很大一部分原因在于密封圈,密封圈的工作效果會受到幾方面的影響,例如原材料、生產工藝工法、密封結構自身設計等。目前我國大多數地區所生產出來的密封圈的密封效果普遍都不太好。特別是當支架系統采用整體凹槽時，無法安裝鼓形密封圈，在安裝過程中需要將蕾形密封圈放大后再安裝在凹槽中，等待其自然收縮復位后才可使用，因此在安裝時易造成密封不嚴實，這也是國產蕾型密封圈本身的質量原因所造成的。

二是因為構件缸體加工的精度低和溝槽結構尺寸不匹配，以及生產的密封圈和密封溝槽的尺寸誤差不匹配所造成密封圈的初始預緊力有一定的減少，由于預緊力不足也會造成液體泄漏的情況。通常情況下立柱在初次使用時不會出現此類問題，但在工作了一定時間后，經過廠家維修后，缸體的工作效果往往不盡人意，還是有一些構件會出現立柱液體泄露的問題。這是液壓立柱在長期使用中必然會出現的問題。

最后是由于煤礦的特殊工作環境，煤礦中的粉塵很大，乳化液中經常會混有粉塵和雜質。因此，在長期的高壓載荷作用下，密封件可能會產生黏性滑動現象，從而形成密封件。環的快速磨損會導致損壞和泄漏。由于現場工作環境復雜，對立柱裸露的活塞保護不到位，導致井中的煤或巨石對活動的立柱形成表面破壞，并會在鉻鍍層下逐漸膨脹，帶電支柱的表面會形成嚴重的“氣泡”現象，當活動柱表面的鉻脫鉻時，活動柱的整個表面都會受到損壞。一旦可移動柱的表面脫鉻，它將損壞氣缸中的密封，并導致設備故障，例如流體泄漏、泄漏、無負載、無壓力保持等不良后果。

3 液壓支架泄露的解決方法

首先是選擇性能穩定的進口復合密封圈。選擇性能穩定的復合密封圈可以滿足液壓缸長期承受高壓的核心部位的要求。密封環材料在強度、彈性、壓縮變形、耐磨性和耐污染性方面具有更強的性能。聚氨酯密封圈是目前良好的密封圈，其硬度和強度具有良好的耐磨性，適用于往復式軸向密封圈，其性能明顯優于橡膠布密封圈。與普通密封圈相比，聚氨酯密封圈的使用壽命可以增加兩至三倍，并且可以延長工作時間，以確保液壓密封的質量。

第二是確保氣缸體和凹槽結構的尺寸精度。嚴格控制立柱油缸的設計槽尺寸和彈性間隙。活塞與氣缸體、導套和活動柱之間的匹配間隙應易于安裝，并確保密封材料在一定的液壓條件下具有足夠的壓力以確保壓實。維修和鍍鉻后氣缸體的安裝精度應盡可能達到原始出廠標準，并且表面粗糙度應不大于1 μm。此外，應經常測試氣缸的性能，如果有漏油現象，應及時進行處理，以免將來發生危險情況。通過零件的分析和改進，可以保證密封圈的安裝效果，從根本上解決密封泄漏的問題。

第三是要加強立柱在使用過程中的日常保養。支架的檢修人員要在日常巡視檢查過程中，常觀察立柱的壓力表變化，做好記錄，一旦發現某個立柱的壓力記錄總是降低，切要做好跟蹤觀察。支架立柱性能一旦變差，就必須及時更換。液壓支架立柱的日常使用維護和檢修工作也是保證立柱系統正常工作的一個重要舉措。

第四是要定期更換磨損失效的密封圈。在一定時間內，分批次更換磨損嚴重的密封圈，其次是要保證乳化液的清潔，防止雜物進入缸筒損害密封圈。在工作面施工過程中做好活柱表面的防護，避免硬物打擊、撞擊從而引起密封件的損害和磨損，加強監控和預防[4-6]。

4 結語

通過分析支架泄漏的原因和解決方案，可以清楚地看到作為液壓支架系統核心的支架柱的故障將直接影響支架系統的性能，從而導致支架性能下降，不能保證地下的工作環境甚至人員的安全。根據以上分析，盡管液壓支撐柱的泄漏因素很多，但可以通過選擇高性能的密封環或提高加工精度來控制柱泄漏。當然，操作員在日常維護過程中也非常重要。只有通過多通道控制，才能采取有效措施來改善液壓支撐系統的工作性能和安全性能。