淺談煤礦單體液壓支柱的應用與維護管理

劉洋

摘 要：煤礦單體液壓支柱在煤礦安全生產作業中起到非常重要的作用，有效地提高了煤礦采掘工作面的支護效果。但是，在使用過程中，存在很多問題，影響著煤礦生產的效率性、安全性。所以本文對單體液壓支柱的應用與維護管理進行討論。

關鍵詞：煤礦單體液壓支柱;故障;維修;管理;應用

隨著煤礦事業的發展，目前，我國對煤礦安全生產管理力度不斷增大，逐步淘汰傳統的木支護和金屬支護等技術，單體液壓支柱被廣泛的運用。但是由于煤礦管理力度不高，工作人員的素質不齊，使得單體液壓支柱不能很好地運用，給煤礦安全生產帶來隱患。對煤礦單體液壓支柱的應用與維護管理進行介紹。

一、單體液壓支柱的概念

單體液壓支柱是一種新型的環保型的支護設備。一般應用于煤礦生產作業開采中，主要是利用液體壓力產生工作阻力，并實現升柱與卸載的單根可伸縮支柱。單體液壓支柱不僅可以與金屬鉸接頂梁配套用于采掘作業工作面支護頂板以及綜采工作面支護端頭，也可以單獨做為點柱和其他臨時性支護。

二、單體液壓支柱的作用

單體液壓支柱屬于恒定阻力式支柱。單體液壓支柱工作穩定性和可靠性以及環境適應性較高，使用范圍廣?？梢詰迷诟鞣N不同的采煤地區、采煤工作面、采煤條件以及各種不同的礦山中。它主要應用于礦井的頂板支護、煤礦綜采工作面的端頭支護以及臨時支護。根據不同地質條件，通過單體液壓支柱和鉸接頂梁相互配合使用，可以大大減小了成本和地質條件的局限性。

三、單體液壓支柱工作原理

（一）升柱、初撐過程

升柱時將注液槍插入三用閥注油閥體，掛好鎖緊套。操作注液槍，高壓液體經注液槍頂開三用閥中的球形單向閥進入支柱，使得支柱升高。

（二）承載過程

隨著支護時間的延長，頂板對支柱的壓力不斷增大，支柱所受的載荷超過額定工作阻力，支柱內高壓液體作用在安全閥墊上的力，超過安全閥彈簧預先調定的壓緊力，壓縮安全閥彈簧，安全閥墊離開閥座，安全閥被打開，內腔液體外流，活塞住下降，使頂板壓力重新得到平衡。

（三）回柱過程

支柱回收時，將卸壓手把插入三用閥卸載孔中，轉動卸載手把，迫使閥套、連接螺桿、注油閥體等整體軸向上移動，壓縮卸載閥彈簧，卸載閥被打開，支柱內腔的工作液體噴出，活塞柱在自重和復位彈簧的作用下回縮，結束支柱回收。

四、單體液壓支柱的制造使用的發展現狀

隨著現代化技術的不斷發展，液壓單體支護技術也隨之不斷地發展與創新。如今已研發出多種類型的單體液壓支柱類型。依據工作性質的不同，可以分為內供油式單體液壓支柱和外供油式單體液壓支柱。根據工作行程的不同可分為雙伸縮單體液壓支柱和單伸縮液壓單體支柱兩種。

本文就單體液壓支柱的相關工作介質、密封元件，以及防腐處理等幾個問題進行探討，用以了解分析當前單體液壓支柱的發展狀況。

（一）單體液壓支柱工作介質

不同類型的單體液壓支柱所使用的液壓油是不同的。例如，活塞式外供油單體液壓支柱，所使用的主要是含有2%的MDT乳化油的乳化液。單體液壓支柱為了保證其防腐性的提升，其工作介質主要采用礦井中的中性水。這樣既會保證水質安全，不會被污染還可以降低成本。我國成功研制出一種柱塞懸浮式單體液壓支柱，他是使用清水作為工作介質，目前已投入使用。

（二）單體液壓支柱密封元件

密封元件是所有液壓設備的關鍵元件，也是確定一個液壓裝備可靠性的一個重要標準。對于單體液壓支柱來說，密封元件的可靠性，直接影響頂板支護的可靠性。

目前單體液壓支柱所使用的密封元件是Y型密封圈。當內部壓力達到30MPa時，就會造成密封圈的損壞，內部的磨損也同時加快。所以未來的發展方向是研制新型的密封材料，提高其耐高溫，耐高壓，靠撕裂性等。

（三）單體液壓支柱的防腐處理

防腐處理是任何金屬機械設備一個重要技術。體液壓支柱的活塞柱、三用閥和油缸等零部件，最容易引起腐蝕。對于這些零件防腐處理一般采用電鍍處理。未來的發展方向是加大研究與基體不發生反應的復合有機材料，提高其抗腐蝕性。

五、煤礦液壓支柱的使用

（1）支柱不能混合使用。煤礦單體液壓支柱的型號、類型不同，作用效果、技術效應就不同，支護強度也就不同。同一個工作面只能用同一規格的單體液壓支柱。不能混合使用。有些管理不規范的單位或是技術素質不高的操作人員，將規格不同的單體液壓支柱混用，導致單體液壓支柱變形、彎曲，頂板惡化，甚至出現冒頂的事故發生，造成不良的后果。同時在支護時要注意一下幾點：①用柱帽、柱靴時，規格必須一致，防止造成支撐力不均勻;②嚴禁在梁頂上打壓木楔、板皮等等，如果必要加插頂插板時，那么木板架設的規格也必須一致;③單體液壓支柱在支護前，必須清理干凈底板處的浮煤浮矸，因為浮煤浮矸會降低單體液壓支柱的剛性，不能讓單體液壓支柱迅速控制頂板。

（2）支柱不能用作頂溜器使用。很多單位不能嚴格按照支柱使用手冊的規定，不配備頂溜器，用支柱頂溜，結果造成支柱底部變形，使得支柱損壞，不能正常使用。

（3）正確使用三用閥。不同規格的單體液壓支柱使用的三用閥是不同的，在實際運用中，某些單位由于工作面的采高不同，使用不同規格型號的單體液壓支柱，由于管理不到位，作業人員操作素質不高，造成三用閥使用混亂，造成單體液壓支柱不能正常卸載，使得單體活柱彎曲斷裂。還有時候，由于操作人員操作素質不高，對三用閥調緊不當，造成單體液壓支柱不能正常開啟，進而容易產生頂板事故發生，造成嚴重后果。

（4）支護支柱時應保證有足夠的初撐力。單體液壓支柱支護的初撐力一般規定15–20MPa，這樣才能保證支柱有足夠的初撐力。因此，在支護注液時，支柱達到支護高度時，也應該用注液槍繼續注液5s左右，保證單體液壓支柱的初撐力一致。

（5）頂蓋爪不能單獨使用。單體液壓支柱的頂蓋是用來傳遞煤巖的壓力，頂蓋爪是用來卡住頂梁，防止單體液壓支柱支撐時滑落，如果使用一個爪或是兩個爪在受力，會扳斷頂蓋爪出現冒頂事故。

（6）保持支柱內腔的清結，乳化液的質量要保證。保持單體液壓支柱的油缸清潔度是保證支柱的性能，防止支柱失效等問題故障的關鍵。通常情況下，單體液壓支柱內腔污染源是來自單向閥，因為它暴露在空氣中，單向閥內鋼球經常黏粘一下煤塵等，使用注液槍進行注液時，沒有清洗，使得煤塵隨著注液進入內腔，使得單體液壓支柱出現故障，失效。實際應用過程中很多單體液壓支柱在煤礦井下使用過程中，是由于污染物進入單體液壓支柱內腔造成密封圈失效而需要進行維修。所以，在使用過程中，應先沖洗單向閥內污染物，然后再進行注液。同時乳化液的泵箱也應該保持清潔。單體液壓支柱的使用規定中，規定單體液壓支柱的介質乳化液一般情況下為濃度2%–5%。但是有些單位為了省事省材，用清水代替，甚至用已經變質的乳化液進行使用，這樣對單體液壓支柱進行嚴重污染損壞，使得部件腐蝕磨損，導致單體液壓支柱失效。

（7）單體液壓支柱進行回柱時根據實際情況采用近距離回柱或遠距離回柱。回柱時，先降柱后回柱，同時回柱時先安裝好防護網，以保證安全。嚴禁用鎬等工具對單體液壓支柱進行強行回柱，甚至用絞車進行牽拉回柱，造成單體液壓支柱嚴重損壞。

（8）單體液壓支柱的選型也要合理。通常，煤礦單體液壓支柱的選型要嚴格依據規程進行，按照采煤高度，頂板底板的板巖性，頂板的壓力以及下沉量進行確定。單體液壓支柱的支柱規格由支柱的最大高度來決定。

單體液壓支柱的最大高度Hmax=Mmax–h–h1

h→頂梁高度，mm

h1→支柱的工作阻力由0增大到額定值時，支柱的壓縮量，通常h1=10mm

Mmax→工作面的最大采高，mm

單體液壓支柱的最小高度Hmin=Mmin–hc–h–h2

Mmin→工作面的最小采高，mm

hc→工作面頂板最大下沉量的平均值，mm

h2→活柱最小安全回柱高度，mm

六、液壓單體損壞的形式

由于煤礦井下環境惡劣，單體液壓支柱經常搬運，進行摔碰，作業人員操作不規范，現場管理制度的不完善等諸多因素的影響，使得損壞率高，給煤礦井下安全生產帶來隱患。

（一）單體液壓支柱材料的損壞

單體液壓支柱的各個組成部件均有一定的使用壽命，長期使用必然會造成其疲勞損壞，同時再加上乳化液的質量差，操作人員的不規范操作等等都會造成單體液壓支柱材料的損壞。

（二）密封裝置的損壞

由于液壓活塞的不斷升縮，造成密封圈的多次摩擦，和密封圈的安裝不當以及密封材料的老化現象等一些因素造成單體液壓支柱的損壞。

（三）單體液壓支柱缸體的損壞

單體液壓支柱缸體的裂損、變形。例如，由于材料本身的缺陷使用時間長，造成缸體裂損，或是由于單體液壓支柱內腔的液壓液沒有排盡，遇到低溫天氣，造成缸體爆裂等等，這些都是造成單體液壓支柱損壞的原因。

（四）單體液壓支柱活塞的損壞

由于活塞柱的變形，過壓，磨損以及腐蝕等等因素，造成單體液壓支柱的損壞。

七、單體液壓支柱的維修

單體液壓支柱的維修有著明確的維修規程。維修過程中不能怕麻煩、圖省事，應該嚴格按照維修規程進行維修作業。在維修時應該注意一下幾點。

（1）員工進行定期培訓，提高現場操作人員的操作技能，和良好的素質。

（2）操作人員不能意識到防塵圈、導向圈的重要性，為圖省事，注意維護和更換防塵圈、導向圈等裝置。

（3）維修時，對零部件的清洗不到位。

（4）制定嚴格的維修質量問責制，便于管理和追究責任。

（5）嚴格按照6S管理標準進行維修作業。維修流程為：整體清洗→拆卸→部件的檢查、分類→部件清洗→部件更換、組裝→試驗→規整、碼放→記錄。

（6）對于沒有明顯損壞的單體液壓支柱需要打壓實驗，步驟流程：升井支柱登記→對于外觀無明顯損壞的進行打壓實驗，檢查是否損壞、損壞部位、故障原因→對于明顯損壞的進行調直、拆卸等處理。

（7）維修場地要清潔。零部件打磨除銹后，要進過煤油清洗后，再進行安裝，嚴格禁止污染物進入單體內腔。

（8）再拆卸過程中，如果發現筒體、活塞桿出現彎曲、變形，可以根據使用規格進行改裝，將長規格改裝成短規格。這樣可以減少浪費，提高維修效率。

（9）支柱維修好后，應該將支柱降到底部，放凈液壓液，豎直存放，存放在空氣比較清潔干燥的室溫環境中，存放3個月以上，使用前要進行打壓實驗，安全合格的情況下，才能入井使用。抽出標準應按規定，抽查10%的支柱。

八、單體液壓支柱的管理

保持單體液壓支柱良好的工作性能，科學的管理措施是必不可少的。

（一）使用前的管理措施

對擬使用單體液壓支柱的作業面，應根據作業規程進行科學的選型。按照作業形式編寫支護方案、技術措施。按照工作面進行建立臺賬，一般包括日期、型號、數量、折損、維修等等，對上崗的操作人員進行嚴格的培訓。

（二）使用中的管理措施

不同型號的單體液壓支柱不能混合使用;必須達到初撐力;支護時，柱距、排距要均勻，嚴格按照作業規程進行支護;進行編號管理。

對于所有單體液壓支柱都應該進行編號管理，維護一下零件檢修周期。

（1）注液槍→一般為一年。

（2）三用閥→一般為一年。

（3）支柱→一般為兩年。

（4）截止閥、過濾器→一般為一個工作面采完后上升維修。

九、結束語

綜上所述，單體液壓支柱具有良好的工作性能，對于煤礦井下安全生產作業，頂板的支護，管理有著優越性，可以均勻煤礦作業面支持頂板。所以正確的使用、維護與管理單體液壓支柱，可以有效地提高單體液壓支柱的工作性能，提高煤礦的生產效率、效益、防止冒頂等事故的發生。

參考文獻

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