浅谈煤矿单体液压支柱的应用与维护管理

刘洋

摘 要：煤矿单体液压支柱在煤矿安全生产作业中起到非常重要的作用，有效地提高了煤矿采掘工作面的支护效果。但是，在使用过程中，存在很多问题，影响着煤矿生产的效率性、安全性。所以本文对单体液压支柱的应用与维护管理进行讨论。

关键词：煤矿单体液压支柱;故障;维修;管理;应用

随着煤矿事业的发展，目前，我国对煤矿安全生产管理力度不断增大，逐步淘汰传统的木支护和金属支护等技术，单体液压支柱被广泛的运用。但是由于煤矿管理力度不高，工作人员的素质不齐，使得单体液压支柱不能很好地运用，给煤矿安全生产带来隐患。对煤矿单体液压支柱的应用与维护管理进行介绍。

一、单体液压支柱的概念

单体液压支柱是一种新型的环保型的支护设备。一般应用于煤矿生产作业开采中，主要是利用液体压力产生工作阻力，并实现升柱与卸载的单根可伸缩支柱。单体液压支柱不仅可以与金属铰接顶梁配套用于采掘作业工作面支护顶板以及综采工作面支护端头，也可以单独做为点柱和其他临时性支护。

二、单体液压支柱的作用

单体液压支柱属于恒定阻力式支柱。單体液压支柱工作稳定性和可靠性以及环境适应性较高，使用范围广。可以应用在各种不同的采煤地区、采煤工作面、采煤条件以及各种不同的矿山中。它主要应用于矿井的顶板支护、煤矿综采工作面的端头支护以及临时支护。根据不同地质条件，通过单体液压支柱和铰接顶梁相互配合使用，可以大大减小了成本和地质条件的局限性。

三、单体液压支柱工作原理

（一）升柱、初撑过程

升柱时将注液枪插入三用阀注油阀体，挂好锁紧套。操作注液枪，高压液体经注液枪顶开三用阀中的球形单向阀进入支柱，使得支柱升高。

（二）承载过程

随着支护时间的延长，顶板对支柱的压力不断增大，支柱所受的载荷超过额定工作阻力，支柱内高压液体作用在安全阀垫上的力，超过安全阀弹簧预先调定的压紧力，压缩安全阀弹簧，安全阀垫离开阀座，安全阀被打开，内腔液体外流，活塞住下降，使顶板压力重新得到平衡。

（三）回柱过程

支柱回收时，将卸压手把插入三用阀卸载孔中，转动卸载手把，迫使阀套、连接螺杆、注油阀体等整体轴向上移动，压缩卸载阀弹簧，卸载阀被打开，支柱内腔的工作液体喷出，活塞柱在自重和复位弹簧的作用下回缩，结束支柱回收。

四、单体液压支柱的制造使用的发展现状

随着现代化技术的不断发展，液压单体支护技术也随之不断地发展与创新。如今已研发出多种类型的单体液压支柱类型。依据工作性质的不同，可以分为内供油式单体液压支柱和外供油式单体液压支柱。根据工作行程的不同可分为双伸缩单体液压支柱和单伸缩液压单体支柱两种。

本文就单体液压支柱的相关工作介质、密封元件，以及防腐处理等几个问题进行探讨，用以了解分析当前单体液压支柱的发展状况。

（一）单体液压支柱工作介质

不同类型的单体液压支柱所使用的液压油是不同的。例如，活塞式外供油单体液压支柱，所使用的主要是含有2%的MDT乳化油的乳化液。单体液压支柱为了保证其防腐性的提升，其工作介质主要采用矿井中的中性水。这样既会保证水质安全，不会被污染还可以降低成本。我国成功研制出一种柱塞悬浮式单体液压支柱，他是使用清水作为工作介质，目前已投入使用。

（二）单体液压支柱密封元件

密封元件是所有液压设备的关键元件，也是确定一个液压装备可靠性的一个重要标准。对于单体液压支柱来说，密封元件的可靠性，直接影响顶板支护的可靠性。

目前单体液压支柱所使用的密封元件是Y型密封圈。当内部压力达到30MPa时，就会造成密封圈的损坏，内部的磨损也同时加快。所以未来的发展方向是研制新型的密封材料，提高其耐高温，耐高压，靠撕裂性等。

（三）单体液压支柱的防腐处理

防腐处理是任何金属机械设备一个重要技术。体液压支柱的活塞柱、三用阀和油缸等零部件，最容易引起腐蚀。对于这些零件防腐处理一般采用电镀处理。未来的发展方向是加大研究与基体不发生反应的复合有机材料，提高其抗腐蚀性。

五、煤矿液压支柱的使用

（1）支柱不能混合使用。煤矿单体液压支柱的型号、类型不同，作用效果、技术效应就不同，支护强度也就不同。同一个工作面只能用同一规格的单体液压支柱。不能混合使用。有些管理不规范的单位或是技术素质不高的操作人员，将规格不同的单体液压支柱混用，导致单体液压支柱变形、弯曲，顶板恶化，甚至出现冒顶的事故发生，造成不良的后果。同时在支护时要注意一下几点：①用柱帽、柱靴时，规格必须一致，防止造成支撑力不均匀;②严禁在梁顶上打压木楔、板皮等等，如果必要加插顶插板时，那么木板架设的规格也必须一致;③单体液压支柱在支护前，必须清理干净底板处的浮煤浮矸，因为浮煤浮矸会降低单体液压支柱的刚性，不能让单体液压支柱迅速控制顶板。

（2）支柱不能用作顶溜器使用。很多单位不能严格按照支柱使用手册的规定，不配备顶溜器，用支柱顶溜，结果造成支柱底部变形，使得支柱损坏，不能正常使用。

（3）正确使用三用阀。不同规格的单体液压支柱使用的三用阀是不同的，在实际运用中，某些单位由于工作面的采高不同，使用不同规格型号的单体液压支柱，由于管理不到位，作业人员操作素质不高，造成三用阀使用混乱，造成单体液压支柱不能正常卸载，使得单体活柱弯曲断裂。还有时候，由于操作人员操作素质不高，对三用阀调紧不当，造成单体液压支柱不能正常开启，进而容易产生顶板事故发生，造成严重后果。

（4）支护支柱时应保证有足够的初撑力。单体液压支柱支护的初撑力一般规定15–20MPa，这样才能保证支柱有足够的初撑力。因此，在支护注液时，支柱达到支护高度时，也应该用注液枪继续注液5s左右，保证单体液压支柱的初撑力一致。

（5）顶盖爪不能单独使用。单体液压支柱的顶盖是用来传递煤岩的压力，顶盖爪是用来卡住顶梁，防止单体液压支柱支撑时滑落，如果使用一个爪或是两个爪在受力，会扳断顶盖爪出现冒顶事故。

（6）保持支柱内腔的清结，乳化液的质量要保证。保持单体液压支柱的油缸清洁度是保证支柱的性能，防止支柱失效等问题故障的关键。通常情况下，单体液压支柱内腔污染源是来自单向阀，因为它暴露在空气中，单向阀内钢球经常黏粘一下煤尘等，使用注液枪进行注液时，没有清洗，使得煤尘随着注液进入内腔，使得单体液压支柱出现故障，失效。实际应用过程中很多单体液压支柱在煤矿井下使用过程中，是由于污染物进入单体液压支柱内腔造成密封圈失效而需要进行维修。所以，在使用过程中，应先冲洗单向阀内污染物，然后再进行注液。同时乳化液的泵箱也应该保持清洁。单体液压支柱的使用规定中，规定单体液压支柱的介质乳化液一般情况下为浓度2%–5%。但是有些单位为了省事省材，用清水代替，甚至用已经变质的乳化液进行使用，这样对单体液压支柱进行严重污染损坏，使得部件腐蚀磨损，导致单体液压支柱失效。

（7）单体液压支柱进行回柱时根据实际情况采用近距离回柱或远距离回柱。回柱时，先降柱后回柱，同时回柱时先安装好防护网，以保证安全。严禁用镐等工具对單体液压支柱进行强行回柱，甚至用绞车进行牵拉回柱，造成单体液压支柱严重损坏。

（8）单体液压支柱的选型也要合理。通常，煤矿单体液压支柱的选型要严格依据规程进行，按照采煤高度，顶板底板的板岩性，顶板的压力以及下沉量进行确定。单体液压支柱的支柱规格由支柱的最大高度来决定。

单体液压支柱的最大高度Hmax=Mmax–h–h1

h→顶梁高度，mm

h1→支柱的工作阻力由0增大到额定值时，支柱的压缩量，通常h1=10mm

Mmax→工作面的最大采高，mm

单体液压支柱的最小高度Hmin=Mmin–hc–h–h2

Mmin→工作面的最小采高，mm

hc→工作面顶板最大下沉量的平均值，mm

h2→活柱最小安全回柱高度，mm

六、液压单体损坏的形式

由于煤矿井下环境恶劣，单体液压支柱经常搬运，进行摔碰，作业人员操作不规范，现场管理制度的不完善等诸多因素的影响，使得损坏率高，给煤矿井下安全生产带来隐患。

（一）单体液压支柱材料的损坏

单体液压支柱的各个组成部件均有一定的使用寿命，长期使用必然会造成其疲劳损坏，同时再加上乳化液的质量差，操作人员的不规范操作等等都会造成单体液压支柱材料的损坏。

（二）密封装置的损坏

由于液压活塞的不断升缩，造成密封圈的多次摩擦，和密封圈的安装不当以及密封材料的老化现象等一些因素造成单体液压支柱的损坏。

（三）单体液压支柱缸体的损坏

单体液压支柱缸体的裂损、变形。例如，由于材料本身的缺陷使用时间长，造成缸体裂损，或是由于单体液压支柱内腔的液压液没有排尽，遇到低温天气，造成缸体爆裂等等，这些都是造成单体液压支柱损坏的原因。

（四）单体液压支柱活塞的损坏

由于活塞柱的变形，过压，磨损以及腐蚀等等因素，造成单体液压支柱的损坏。

七、单体液压支柱的维修

单体液压支柱的维修有着明确的维修规程。维修过程中不能怕麻烦、图省事，应该严格按照维修规程进行维修作业。在维修时应该注意一下几点。

（1）员工进行定期培训，提高现场操作人员的操作技能，和良好的素质。

（2）操作人员不能意识到防尘圈、导向圈的重要性，为图省事，注意维护和更换防尘圈、导向圈等装置。

（3）维修时，对零部件的清洗不到位。

（4）制定严格的维修质量问责制，便于管理和追究责任。

（5）严格按照6S管理标准进行维修作业。维修流程为：整体清洗→拆卸→部件的检查、分类→部件清洗→部件更换、组装→试验→规整、码放→记录。

（6）对于没有明显损坏的单体液压支柱需要打压实验，步骤流程：升井支柱登记→对于外观无明显损坏的进行打压实验，检查是否损坏、损坏部位、故障原因→对于明显损坏的进行调直、拆卸等处理。

（7）维修场地要清洁。零部件打磨除锈后，要进过煤油清洗后，再进行安装，严格禁止污染物进入单体内腔。

（8）再拆卸过程中，如果发现筒体、活塞杆出现弯曲、变形，可以根据使用规格进行改装，将长规格改装成短规格。这样可以减少浪费，提高维修效率。

（9）支柱维修好后，应该将支柱降到底部，放净液压液，竖直存放，存放在空气比较清洁干燥的室温环境中，存放3个月以上，使用前要进行打压实验，安全合格的情况下，才能入井使用。抽出标准应按规定，抽查10%的支柱。

八、单体液压支柱的管理

保持单体液压支柱良好的工作性能，科学的管理措施是必不可少的。

（一）使用前的管理措施

对拟使用单体液压支柱的作业面，应根据作业规程进行科学的选型。按照作业形式编写支护方案、技术措施。按照工作面进行建立台账，一般包括日期、型号、数量、折损、维修等等，对上岗的操作人员进行严格的培训。

（二）使用中的管理措施

不同型号的单体液压支柱不能混合使用;必须达到初撑力;支护时，柱距、排距要均匀，严格按照作业规程进行支护;进行编号管理。

对于所有单体液压支柱都应该进行编号管理，维护一下零件检修周期。

（1）注液枪→一般为一年。

（2）三用阀→一般为一年。

（3）支柱→一般为两年。

（4）截止阀、过滤器→一般为一个工作面采完后上升维修。

九、结束语

综上所述，单体液压支柱具有良好的工作性能，对于煤矿井下安全生产作业，顶板的支护，管理有着优越性，可以均匀煤矿作业面支持顶板。所以正确的使用、维护与管理单体液压支柱，可以有效地提高单体液压支柱的工作性能，提高煤矿的生产效率、效益、防止冒顶等事故的发生。

参考文献

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