液壓支架用高含水液壓液的分析與應用

摘 要：文章主要分析液壓支架液壓用高含水液壓液，從其配制水質要求、原液選型及高含水液壓液試驗對比分析，液壓支架用高含水液壓液運行維護等方面分析，提升液壓支架液壓系統可靠性。

關鍵詞：液壓支架；高含水液壓液；水質；原液

引言

作為綜采工作面關鍵采礦設備之一，液壓支架安全穩定可靠運行直接決定著綜采工作面均衡生產計劃的執行。現代電液控制液壓支架是典型的機電液一體化產品，根據相關資料統計分析，在惡劣的礦井生產環境下，電液控制液壓支架故障主要分為三大類：一類為液壓系統故障；二類為機械結構故障，三類為電氣控制故障，其中液壓類故障占比76%以上。而液壓故障典型形式主要表現為嚴重漏液、缸體腐蝕、阻力大、閥芯、濾芯堵塞、流量小等，典型如圖1、圖2，導致油缸膠粘腐蝕嚴重。從神東礦區、淮南礦區等相關資料分析來看，其中液壓支架所用高含水液壓液不正確選用與維護不當是液壓故障的關鍵因素。文章主要分析影響液壓支架液壓故障所用的高含水液壓液，從其配制水質、所用原液（乳化油或濃縮液）及配置高含水液壓液分析，及液壓支架運行維護等方面，從技術和管理工作兩方面著手提升液壓支架可靠性。

1 水質分析

根據煤炭工業標準液壓支架（柱）用乳化油、濃縮物及其高含水液壓液MT76-2011標準規定，水質總體要求：水質外觀無色、無異味、無懸浮物和機械雜質，pH值范圍為6-9，水中氯離子含量濃度不超過200mg/L，水質硬度和硫酸根離子含量不大于所選用型號產品所對應的硬度和硫酸根離子含量。工業用水的水質要求，隨著用途不同而異。配制液壓支架用乳化液的水質指標主要為：硬度、pH值、硫酸根離子、氯離子、外觀、水中機械雜質、懸浮物等，現主要分述如下：

1.1 硬度

水的硬度主要指溶解在水中的鈣、鎂鹽量的多少，水中含鈣、鎂離子的量越多則水的硬度越大，反之則硬度越小。從理論上講，水的硬度是指除堿金屬以外全部金屬離子濃度的總和，但大多數水中的硬度是由鈣、鎂離子所構成，一般稱水中鈣、鎂的重碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等的總含量為總硬度。其中經煮沸后生成沉淀的部分稱為暫時硬度，而煮沸后不能除去仍存在于溶液中的鈣、鎂離子的含量則構成永久硬度。

水質硬度與高含液壓液實驗相關實驗表明，水質硬度越高，所用原液應相就越多，高含水液壓液濃度越大才能滿足實際使用要求。具體關系見表1。

1.2 PH值

水呈酸性或堿性，取決于水中的氫離子濃度[H+]。常用pH值來表示水酸堿性，在不同的pH值情況下，水中存在的各種弱酸的離解情況也不一樣。例如，當pH值低于8時，水中碳酸幾乎全部為游離二氧化碳形式存在；當pH值在8～9之間時，主要為重碳酸根離子，此時游離二氧化碳的含量達到最低，直至pH值大于9時，水中不再存在游離二氧化碳，而只有重碳酸根離子。其他如硫化氫（H2S、HS-），磷酸等在不同酸度時，存在的比例也是各不相同的，而硅酸在pH值增大時則會水解。pH值對金屬的銹蝕有很大影響，配液水質呈明顯的酸性或堿性都會對液壓支架高含水液壓液造成不利影響。pH<6.8時侵蝕液壓系統金屬零件表面，產生電化學析氫腐蝕效應，會對金屬產生酸性腐蝕，當pH<5.0時侵蝕性強烈，pH值過低也會導致細菌繁殖滋生，發霉變臭，并滋生大量微生物，將進一步堵塞閥組；pH值過高，則極易造成高含水液壓液沉淀結垢。

1.3 氯離子及硫酸根離子分析

硫酸根在天然水中普遍存在，在硬水中含量較多，以硫酸鈣、鎂形式存在，構成水的硬度。硫酸根含量過高，使水的pH值降低，呈酸性水，有侵蝕性。氯根在地下水、地面水中普遍存在。此外，飲用水用漂白粉消毒時也會引入氯根。氯根多以鈉、鈣、鎂鹽形式存在于水中，氯化物過高也會使水呈酸性，有侵蝕性。硫酸根離子是一種相對比氯離子對高含水液壓液穩定性影響更大的離子，其含量越高，其對金屬的防銹防腐影響越大，在高含水液壓液循環過程中不斷累積、沉淀，在金屬表面形成化學腐蝕，并同時與氯離子形成協同效應，進一步造成缸體腐蝕產生鐵銹。

1.4 機械雜技

水中的機械雜質及懸浮物也是普遍存在的，特別是在非飲用水中（如礦井水）含量較高。它們的存在對配制液壓支架用乳化液是有害的，不僅會堵塞液壓系統中的濾網、閥類小孔，而且對乳化液穩定性也有不利的影響。

2 原液分析

液壓支架用高含水液壓液按原液不同主要分為兩種，一類是乳化型高含水液壓液，另一類稱為溶液型高含水液壓液。

2.1 乳化液型

前者用乳化液，一般由礦物油和水、乳化劑、防銹劑、潤滑劑等添加劑組成，與95%左右水配成的水包油型乳化液（簡稱HFAE），乳化液型高含水液壓液為油水兩相體系，熱力學不穩定，抗硬水能力低、易破乳、析皂、析油，現場水質變化較大情況下，如運行監控不到位則存在使用過程中，易析油、析皂、堵塞閥件及支架系統過濾器，有效物易分離，影響其使用性能，如防銹性、潤滑性、與密封材料適應性等，會造成設備銹蝕、密封材料損壞等問題，影響正常生產，并且其生物降解性較差，在使用過程中將直接影響礦井水質，產生進一步的環境污染。

2.2 溶液型

后者稀釋濃縮液型高含水液壓液，其由濃縮液一般由礦物油和水、乳化劑、防銹劑、潤滑劑等添加劑組成，與95%（質量比）以上的水配成的溶液型稀釋液（簡稱HFAS），可以在水中溶解，形成溶液型稀釋的液態物質。新型合成液壓支架用溶液液屬于單一相熱力學穩定體系，具有優越的潤滑性能及對黑色金屬防銹和對有色金屬防腐蝕性能，其穩定性優越，防銹防腐、潤滑性、密封相容性、泡沫抵制性、抗霉菌且安全易降解環保性，適用范圍廣，很大程度上解決傳統乳化液在使用過程中因水質或維護不當造成的析油析皂、堵塞過濾器和先導閥、爆管等一系列頑固性問題，一般來說，濃縮液型高含水液壓液更適合于現代電液控制液壓以架對液壓系統要求。

3 選型對比分析試驗

為對比分析上述兩類不同技術體系乳化液、溶液性能，通過對某現代化礦區各礦井綜采工作面液壓支架配液水樣30個與分別A乳化液、B濃縮液對比分析實驗，在同等條件下，分別做高含水液壓液外觀、水中分散性、pH值、熱穩定性、及振蕩穩定性分析試驗，其試驗結果統計分析如表2所示，其中B濃縮液明示優于A乳化液，通過對比試驗結果看出，相對乳化液來說，濃縮液更具穩定性。

4 高含水液壓液運行維護分析

液壓支架用高含水液壓液的運行維護主要在于定時檢測濃度監測、pH值監測，更重要的是及時監測所配水質，發現水質有異常應立即采取相應措施，使水質達標，滿足現場生產實踐需要。從表3可以看出，濃度對高含水液壓液的穩定性有重要影響。

5 結束語

在煤礦液壓支架用高含水液壓液選型使用與運行維護實踐中，如何做到科學合理選型，從水質、原液基礎分析，從硬度、濃度等運行維護分析，降低液壓系統故障率，提高液壓支架可靠性，從技術和管理方面，根據礦井現場生產實踐科學試驗，選擇合適型號及濃度高含水液壓液滿足現場生產實踐的需要。

（1）水質是決定液壓支架用高含水液壓液配液種類及濃度的關鍵因素，根據水質檢測化驗結果視情選擇原液類型（乳化液或濃縮液）及配制濃度試驗分析。

（2）高含水液壓液系統的運行維護是非常重要的，定期檢測水質、濃度、pH值、細菌含量及電導率，發現異常情況及時并作相應調整。

（3）對于液壓支架系統原用高含水液壓液型號及濃度是否適用于其它礦井新綜采工作面，應根據新工作面水質化驗結果慎重決定。

（4）根據對某現代化礦區高含水液壓液濃度監測及實際使用情況調查分析，各區隊實際使用濃度普遍偏低，極易產生相關液壓故障隱患，建議實際使用時適當提高配液濃度為4%-5%，以便更大程度上適應水質變化等實踐需要。

參考文獻

[1]周久華.神東礦區液壓支架用高含水液壓液選型分析應用[J].陜西煤炭，2015，1.

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[3]馬成珠.電液控制系統用液壓液的試驗分析[J].煤礦開采，2005，10.

[4]趙秀琴.水質硬度對乳化液穩定性的影響[J].煤炭工程師，1994，3.

作者簡介：馬嘉敏，女，漢族，陜西省神木縣人，助理工程師，2007年7月畢業于西安工程大學機械工程及自動化專業專業，大學本科，長期從事油液監測化驗工作。