液压支架泄漏故障检测技术研究及实践

高大鹏

（山西介休义棠安益煤业有限公司，山西 介休032000）

工作面液压支架故障主要包括支架构件损坏和液压系统泄漏，前者发生几率较小且易于发现并维修，而后者由于井下环境恶劣且生产地质条件复杂，支架液压系统元件使用寿命短，泄漏故障率高且难以被人们感官所直观发现，由内部泄漏而引起的支架液压系统内部串液尤为如此。支架液压系统（立柱、千斤顶、安全阀、单向阀、操纵阀、管路及连接件）出现乳化液泄漏（内部泄漏和向外侧泄漏）故障，必然导致支架出现失效故障，使其支护能力难以充分发挥〔1－2〕。故需要对支架液压系统泄漏故障的特征信号进行提取和分析，找出液压支架泄漏故障的快速、准确分析方法和检测手段。

1 液压支架泄漏故障分类分析

支架液压系统往往由液压泵、液压缸、液压阀和各种辅助装置等组成。液压支架通常采用的动力液压缸有液压支柱和液压千斤顶，它们均由液压阀来进行控制，完成支架的各种动作，如升、降、推、移等。液压支架常见故障有两大类，归结为支柱升降故障和千斤顶伸缩故障。各类故障形式千差万别，影响因素各异，但最终表现为执行机构不能正常工作，对其故障分类及不正常原因可进行系统分析。

1）支柱升降故障

支柱升降故障主要包括：① 支柱不能升起或升柱过慢；② 支柱不能降下或降柱过慢；③ 支柱承载力过小或承载后自动卸载；④ 操纵阀手把打到零位后，降下的支柱又升起来。

2）千斤顶伸缩故障

千斤顶伸缩故障包括：① 推移千斤顶伸缩故障导致不能移架或移架过慢；② 推移千斤顶伸缩故障导致不能推溜或推溜过慢；③ 前梁千斤顶、侧护板千斤顶不能伸缩或动作很慢。

3）液压阀的故障

在以上两类故障发生的原因，小部分是泵、管路等外部液压系统泄漏故障及支柱、千斤顶的机械损伤故障，大部分则是由于各类液压阀组内、外泄漏故障引起的。统计表明，液压阀故障90%以上是泄漏故障，液压阀故障在泄漏故障中比较突出。

操纵阀常见故障主要有：① 在有压力而操纵阀手把处于零位时，能听到液体流过阀门的声响，这种故障是阀座和阀球之间密封不好而造成的内部串液；② 在有压力，手把打到任一工作位置时，阀内流体流动声音较大，而支柱或千斤顶动作很慢。

液控单向阀的常见故障主要有：① 单向阀漏液，支柱自动下降；② 支柱升降缓慢。

安全阀常见故障有：① 支柱升柱后自动下缩；② 支柱未达到工作阻力，安全阀就卸载。

2 支架液压泄漏故障与支撑力的关系研究

若支架立柱产生泄漏故障，必然会影响支架的支撑力的有效发挥，而支架支撑力的有效发挥对工作面支护可靠至关重要。通过现场大量的泄漏故障检测结果发现，支架泄漏故障对立柱支撑力的影响主要表现在两个方面，即：泄漏程度和泄漏时间，这是需要研究的首要问题。

首先根据液压泄漏检测仪显示的泄漏信号当量强度值（Z）把支架泄漏故障分为五类（见表1）。

表1 支架泄漏故障程度分级表

在表1的五类故障程度中，第一类为无泄漏故障，表示支架液压系统处于正常工作状态，没有泄漏故障存在；第二类为轻微泄漏故障，表示支架液压系统出现了泄漏，但是泄漏程度非常小，对支架发挥支撑能力影响不大；第三类为明显泄漏故障，表示支架液压系统由于出现泄漏已经明显不能充分发挥设计支撑能力，支架液压系统工作状态已经不能满足设计要求；第四类为严重泄漏故障，表示支架液压系统损坏已经比较严重，基本不能提供设计需要的支撑力，支架液压系统已经处于恶劣状态；第五类为极严重泄漏故障，表示支架液压系统已经严重损坏，基本不能提供支撑力，支架液压系统已经基本不能工作。

为了研究泄漏故障对支架支撑力的影响关系，在实验室进行了活塞液压泄漏试验，分别试验了在不同的泄漏程度条件下支架支撑力随时间的变化关系（见图1）。

图1 不同故障程度时支架支撑力与时间的关系

1）在轻微泄漏故障时，立柱支撑力降低到45N以后逐渐趋于平衡，这说明轻微泄漏程度的故障在立柱支撑力小于45N时是基本不会泄漏的，而在极严重泄漏故障时，立柱支撑力快速下降，在60s以后支撑力为2N，几乎完全失去支撑力；并且通过曲线趋势可以得到不同泄漏故障在支撑力降到一定值后，泄漏基本不会发生。这说明在支架泄漏时，并不是所有的泄漏故障都会导致立柱完全失去支撑力，而是不同的泄漏程度时，支架实际最大支撑力为额定值的一部分。根据这个规律，可以根据需要的支撑力数值来得到支架泄漏故障的分级。

2）支架支撑力与时间的关系在有故障时是递减的，但是多数在60s之后基本趋于平衡状态，这说明，支架立柱的泄漏故障多发生在升柱之后的很短一段时间之内，此时支架支撑力小于立柱初撑力。虽然在此之后泄漏不再发生，但是立柱支撑力却难以符合支架控制顶板的要求。

由以上的研究可以得知，如果液压支架存在泄漏故障必然会影响到支架支撑力的发挥，从而会影响液压支架的稳定性，所以对液压支架的故障进行研究，寻求一种快速简便有效的支架泄漏故障检测方法成为保证液压支架稳定的前提之一。

3 液压泄漏故障的现场检测及分析

某科研机构研发的YHX型泄漏检测仪是煤矿井下液压支架的液压系统密封程度的检测仪器，它适用于煤矿井下支架液压系统泄漏检测。它采用先进的检测传感技术，应用进口IC电路与晶体管组装，具有体积小、重量轻、准确可靠、操作方便、实用等优点，是一种实用的便携式泄漏检测仪器〔3－4〕。

YHX型泄漏检测仪故障诊断的原则为：有“外泄”或“内泄”故障，则会有高频噪声或振动信号产生；无“外泄”或“内泄”故障，则无高频噪声或振动信号产生。综合试验室测试结果和某矿工作面试检验证情况，可得支架液压系统泄漏故障判别标准表（见表2）。

表2 支架液压泄漏故障判据表

具体检测工作主要通过两种途径进行：① 按一定的周期进行三轮全工作面支架液压系统泄漏故障检测，并发布支架故障检测检修报告，并根据检测报告进行全面检修并加强支架管理，以实现支架支护作用的可靠性；② 现场检测时，随机抽取数架支架，观测人员和支架检修工使用YHX型检测仪检测支架泄漏故障，发现问题后当场判定故障位置和故障原因，并立即组织维修，解决故障。

4 结语

工作面实施支架液压系统故障检测，可实现支架故障诊断和端面冒顶防治由早期的“被动应付型”到“主动保障型”的转变，通过实施支架故障检测技术，对于保障支架支护系统的可靠性，降低综放工作面支架—围岩事故率具有重要的指导意义。

〔1〕孙成通 .液压支架泄漏检测方法的分析与实践〔J〕.机械制造与自动化，2004，6：40－42，44.

〔2〕张中金，李金艳.液压支架液压系统泄漏原因及对策〔J〕.煤矿机械，2005，7：134－135.

〔3〕张守宝，谢生荣，何富连 .液压支架泄漏检测方法的分析与实践〔J〕.煤炭学报，2010，35（1）：145－148.

〔4〕何富连，张卫国，张守宝 .综采面顶板安全保障及支架故障诊断技术〔J〕.中国煤炭，2006，32（12）：39－40.