矿井单体液压支柱产品质量现状及分析

矿井单体液压支柱产品质量现状及分析

赵强

山东东山新驿煤矿有限公司山东济宁272000

摘要：单体支柱与各种金属铰接顶梁和长梁配套使用，可用于采煤工作面支护顶板，或用于端头支护及其他临时性支护，具有支护方便，初撑力大，支撑力均匀，支撤速度快，恒阻等优点；通过对近5a矿用单体液压支柱（以下简称单体支柱）型式检验不合格率的统计分析，发现了产品不合格率较高的测试项目及现象，结合各测试项目与实际工况的对应关系，进行了产生不合格现象的原因分析，在生产工艺、电镀、热处理、原材料采购等环节上提出了改进措施，对企业提高单体支柱的工作品质有较大帮助。

关键词：单体支柱；耐久性能；强度；漏液；活柱变形

引言

由于生产企业众多，产品质量参差不齐，不仅增加了采煤成本，也带来了安全事故的隐患，本文通过分析产品不合格的原因，提出的改进措施，确保产品质量，减少安全事故的发生。

1单体支柱概述

1.1单体支柱概念

单体液压支柱作为一种环保支柱设备，相对于金属材质支柱来讲初撑力更强，能够用在泡采和综采工作中。实用范围是煤层倾斜角度在20°～35°之间，需要保证较强的煤层底板硬度，且顶板不可干扰支柱回收。单体支柱与金属交接顶梁柱共同使用，能够在全部煤层（倾斜角度＜30°）进行工作。

1.2单体支柱分类及结构

支柱主要有外注式和内注式两种（依照供油方式分类），同样有单伸缩与双伸缩（依照工作流程分类）、钢质地与轻合金质地支柱（依照材质分类）等，如悬浮式单体液压支柱、双伸缩悬浮单体液压支柱、DN内注式单体支柱等。单体支柱主要由柱帽、活塞、底座、活柱等组成，如综采时间增加，则在顶板影响下提高支柱载荷能力，矿山压力高于标准值，则支柱高压液体会利用三用阀开启，将液压流出，自主向下收缩，减少内腔的压力。在支柱承受的压力比标准值小时，则安全阀闭合，内腔液体不再流出，支柱载荷能力一直维持在标准值上下。

2、单体支柱的安标检验现状

煤矿井下地质条件复杂、多变，顶板下沉或断裂，由于产品的支护性能达不到技术要求，导致安全事故频发。为了加强产品质量的管控，单体支护采用安标准入制度，下井前必须经过国家支护设备监督检验中心的检测，产品合格后，才进行批量生产和下井，目前，全国已纳入安标管理的单体支柱生产企业已达200余家，生产厂家以中小企业为主，产品的实际质量状况仍不稳定，技术和管理状况仍有完善和提高的空间。本文对近5a产品的不合格率进行了统计分析，如表1所示，发现产品质量有所改善和提高，不合格率有所下降，但产品不合格率仍有10%左右。

表1近5a安标检验不合率统计

根据标准MT112.1-2006《矿用单体液压支柱第1部分：通用要求》，安标型式检验需要进行操作、让压、耐久、密封、强度等5个项目的考核。统计了近5a各检验项目的不合格率，如表2所示，通过表2可以看出产品不合格率最高的项目是耐久和强度。

表2近5a各检验项目不合率统计

2、产品不合格现象及原因分析

（1）产品漏夜，密封失效

由于单体支柱产品要经过试验压力为1.1倍额定压力、屈服距离为30~40mm的2000次耐久寿命，这就对各种密封（O形圈、Y形圈和复合密封）及焊接工艺均提出极高的质量要求。试验过程中主要漏液部位、产生原因及改进措施如表3所示。

表3产品漏液部位、产生原因及改进

所以型号为DW45-300/110X的单体支柱发生活柱及油缸弯曲变形。欲取得高工作阻力的产品合格证，在保证材料性能的同时，只有对缸体和活柱的壁厚加厚处理。（3）由于热处理不过关，导致油缸爆裂或折断根据单体液压支柱的实际工况环境，其材料既要有足够的韧性和抗冲击能力，还要有一定的硬度，所以对缸体和活柱进行调质工艺，改变材料的力学性能，使其更容易进行车、镗、磨等工艺的加工。发生爆裂或折断的主要原因是企业热处理工艺水平不过关，热处理后没有获得正常的回火索氏体组织，致使缸体和活柱局部不能保证强度要求。

3、矿用单体液压支柱出厂检验项目解析

3.1让压性能

（1）考核目的。主要考核单体支柱用三用阀在系统呈稳定状态下的工作情况，当矿用单体液压支柱支撑的顶板缓慢来压时，支柱工作腔的三用阀缓慢释放高压液体，既保护了支撑设备不受损坏，又保证了支护顶板所需的支撑力。（2）技术要求。所测得的载荷应在支柱额定工作阻力的90%~110%以内，载荷波动值应不大于支柱额定工作阻力的10%。（3）操作方法。①将支柱用三用阀压力调定到支柱额定工作压力，调节调速阀使系统的溢流速度在90~110mL/min；②开启乳化液泵用10%额定工作阻力将被试单体支柱撑紧，停乳化液泵；③开启油泵，手动换向阀扳至右位，加载油缸开始对被试件加压直至额定工作压力，支柱用三用阀开始溢流让压，压缩行程100mm；④通过压力传感器记录全过程中载荷随时间的变化曲线，并能够自动进行数据特征分析，显示出整个溢流过程最大值、最小值和波动值。（4）试验结果分析与优化。以矿用单体液压支柱DW22-300/100为例，该型号表示最大高度2.2m，额定工作阻力300kN，油缸内径准100mm的外注式单体液压支柱，经换算后额定工作压力为38.2MPa，让压性能的压力-时间曲线如图6所示。从该曲线中可以直观地看出整个试验全过程的压力变化值。

图1让压性能压力-时间曲线

根据技术要求中规定，所测得的压力为34.4~42.0MPa，压力波动值不大于3.8MPa，图1所示的特征数据符合标准要求。

3.2高低压密封

（1）考核目的。Y形密封圈是单体液压支柱的活柱通过活塞和油缸密封的关键部件，又是支柱在承载时的承压件。在支柱工作时，乳化液通过三用阀注入缸体内部，活柱与油缸相对运动，由于油缸筒体径向位移量的作用其动密封点（Y形密封圈处）始终处于松弛状态。在顶板快速来压，附加较大冲击载时，使得油缸内腔压力瞬时增高50％以上，油缸筒体径向位移量相应加大，油缸筒体内表面与Y形密封圈的密封更加松弛，造成密封泄漏。（2）技术要求。低压密封压力2MPa，高压密封压力为90%~100%的额定工作阻力，在规定的试验压力下保压2min无压降。（3）操作方法。①开启乳化液泵用将被试单体支柱撑紧；②开启油泵，手动换向阀扳至右位，加载油缸开始对被试件加压直至试验压力，待试验压力稳定1min后开始记录；③通过压力传感器记录全过程中压力随时间的变化曲线，并能够自动进行数据特征分析，显示出整个保压过程开始压力、结束压力值和保压时间。（4）试验结果分析与优化以高压密封试验记录为例，密封压力-时间曲线如图2所示。

图2密封压力-时间曲线

结束语

支柱的是煤矿作业过程中必不可少的一部分，利用设备能够帮助单体液压支柱提高降低顶板危险的发生，优化煤矿作业条件，提高工作效率和作业技术能力，保证煤矿的高效生产，减少浪费和开支，以此创造更多的经济与社会效益。

参考文献：

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[3]施昊，周连佺，薄晓楠，张晨晨，杨硕，刘霖.单体液压支柱三用阀试验自动测控系统[J].液压与气动，2017（06）：88-92.