液压支架系统污染的原因及对策

刘鲤粽

(1.煤炭科学研究总院矿用油品研究所,北京 100013;2.煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室 (煤炭科学研究总院),北京 100013)

液压支架系统污染的原因及对策

刘鲤粽1,2

(1.煤炭科学研究总院矿用油品研究所,北京 100013;2.煤炭资源开采与环境保护国家重点实验室 (煤炭科学研究总院),北京 100013)

液压系统是液压支架工作的动力核心,其性能好坏直接影响液压支架的使用。液压系统污染是液压支架故障的一个重要原因,为确保井下液压支架安全可靠地工作,结合液压支架液压系统的特点,分析了系统污染的原因及其危害,并提出了预防措施。

液压支架;系统污染;原因;对策

综合机械化采煤中担任顶板支护和处理两大生产环节的液压支架,是井下维系正常生产、确保人身安全的必要条件[1]。其液压系统是以乳化液泵站提供的高压乳化液为动力,主要由立柱、千斤顶、液压阀、管路和接头等组成。该系统性能好坏直接影响液压支架的使用,其可靠性和服务年限在很大程度上取决于液压元件和工作介质清洁度。

抗污染能力差是液压传动本身的突出缺点。实践表明,井下恶劣的生产环境极易对支架液压系统造成污染,从而直接影响液压作业系统的使用。据不完全统计,井下液压支架故障有 70%～80%是因系统污染所致。为此,要保证液压系统正常、可靠的运行,必须要保持整个液压系统的清洁。

随着高产高效机械化采煤技术的推广普及,液压支架系统的污染控制问题逐渐引起了行业的广泛关注,找到液压系统污染的原因,有效控制污染对液压生产作业系统的影响,提高液压生产作业系统的实际使用寿命和可靠性,对实际生产具有重要的实用和经济意义。

1 液压系统污染的危害与来源

液压系统污染已成为制约机械化采煤技术发展、实现优质高效和安全生产的一大隐患。液压系统污染会导致系统窜漏液、部件锈蚀、密封失效、阀件失效、立柱涨缸、柱窝损坏和平衡连接座变形损坏等故障,不但会造成支架液压系统失灵,还有可能造成工作面不正常,甚至停产。如遇特殊地质条件 (如“三软”煤层)还可能在顶板破碎和片帮的情况下,因液压系统动力不足而引发歪架倒架等安全事故。

1.1 液压系统污染的危害

液压支架属于液压传动中泵 -缸系统,根据不同元器件与液压支架的相对位置,液压支架系统分为乳化液泵站系统和支架液压系统 2部分。采煤过程使液压支架的工作环境存在大量粉尘、煤灰等固体颗粒,加上液压系统本身可能残存的铁屑、磨料和焊渣等杂物非常容易污染支架液压系统并对乳化液泵站系统和支架液压系统造成损害。

(1)进入乳化液中的污染物 (如煤屑和岩石煤粉颗粒以及残留在金属加工件中的铁屑等固体颗粒)随乳化液的流动而遍布整个液压系统。当经过操纵阀、单向阀、双向锁、安全阀和各种千斤顶时会加剧对各处金属密封面、各种非金属密封件的磨损,引起阀的动作失灵,造成缸筒内表面的拉伤、液压元件漏液、千斤顶推拉力不足、立柱不能正常升降、产生异常的声响与振动和安全阀卸压等事故,甚至部件报废。

(2)污染物会堵塞或卡死液压元件的节流孔或节流缝隙 (尤其是液控或电液控先导滤芯等),改变液压系统的工作性能,引起动作失调甚至完全失灵,产生误动作而造成事故;还可能引起阀件、滤网和胶管堵塞等故障。堵塞严重时会因阻力过大而将滤网击穿丧失过滤作用或导致爆管,造成液压系统的恶性循环。

(3)残留在各个液压元件中的洗涤剂和混入乳化液中的其他有害油脂随乳化液流到整个液压系统时,将导致传动介质有效成分析出而影响液压元件的润滑性能以及传动介质的稳定性和防锈性等,易使缸体、阀件锈蚀,橡胶密封件失效,同时降低过滤网附着污染物的能力。

(4)系统内循环的某些污染物能为细菌繁殖提供载体,一定条件下在系统和管路中会孳生细菌,产生粘稠物,附着堵塞过滤器,并会使配液腐败变酸,腐蚀支架系统。

(5)各种金属颗粒、煤尘、氧化物及水垢、油类降解物等的混合污染物很容易使抗污染较弱的安全阀产生堵塞而失效,并会导致立柱涨缸、柱窝损坏和平衡连接座变形损坏等故障。

1.2 液压系统污染的来源及原因

液压系统潜在的污染是由系统中的各液压元件、高低压胶管在生产、运输、安装、调试、检修过程中产生的,同时乳化油及乳化液等在加工、配制、储运时也会产生污染。从乳化液泵站到采煤工作面管路总长超过 1km,接头插口多达 4000多个。结构的复杂性导致系统污染的原因很多,主要有系统自身污染和外部污染两种。特别是外部污染对支架液压系统影响最为严重。

(1)系统自身污染 液压支架及其各部件在生产制作过程中不可避免地会在系统内部残留下切屑、毛刺、型砂、涂料、磨料、焊渣、锈片、煤粉、橡胶粉末和灰尘等固体颗粒,有的含量惊人,对液压系统的危害非常大。如淮南某矿在一套新工作面支架 (共 120架)地面安装调试过程中就曾发现有 2架缸体中残留约 20kg油泥等污物,如不清理这 2套支架足以完全污染整个液压系统。

(2)系统外部污染 外部污染实际上是在外界环境污染的条件下产生的,每个综采工作面的各种液压元件有几千件,在支架运输、安装、调试、日常使用、检修和大修过程中,由于工作环境不清洁,残留在各元件接触界面、接口的污染物都会随系统的运行进入液压系统而导致系统污染。另外,乳化液泵箱的通气孔、加料口、乳化油桶等也都是环境污染物侵入的通道。

(3)污染产生原因 液压元件、组件运输中油口没有用防雨纸或塑料包装纸包好,以致受到粉尘、雨水等的污染。对受到轻度污染的油口没有采取补救措施,对污染严重的液压元件没有再次分解、清洗,直接下井安装;井下设备安装过程中,工作面的灰尘和煤粉等随设备安装而进入液压系统;支架安装调试期间使用的不合格乳化油残留在系统中发霉变臭,甚至引起细菌孳生,产生各种有害菌群而给系统带来巨大的危害;同时在液压系统金属接触面之间涂抹的黄油在一定条件下也能变质污染液压系统;工作面环境恶劣,粉尘大,液箱敞口管理容易引入固体颗粒和煤粉等杂质。立柱、千斤顶由于工作过程中活塞杆裸露在外直接和环境相接触,尽管在导向套上装有防尘圈及密封件等,但也难免将尘埃、污物带入液压系统;使用劣质的乳化液产品,在生产过程中产生油皂漂浮在液箱表面和管路系统中,结合煤粉等颗粒物质而形成大粒径的新污染物;支架检修或升井大修中,维修环境差,工人操作不规范,有的将已生锈的立柱、推移千斤顶和已损坏的密封件重新换上,或不进行清洁处理野蛮更换胶管、总成及各类阀件,仅将外观维修一下即交付使用,也容易引入各种杂质。

2 控制支架液压系统污染的对策

造成支架液压系统污染的因素是多方面的,以现有的技术和材料,要想完全消除液压系统的污染是很难做到的,但可以从支架生产、运输、安装、调试、日常维护和大修等环节采取有效的措施最大限度地减缓或消除污染。

2.1 减少系统自身污染

在液压系统各部件的加工及初装过程中,要求操作者每一步都要采取保洁措施,最大限度地降低液压系统污染,确保系统能够安全、可靠地运行。

首先,要加强对零件加工的污染控制 (如零件的所有加工工序都要滴加润滑液或清洗液,以确保表面加工质量)。

其次,在新的液压件组装前,旧的液压件受到污染后都必须经过清洗方可使用。

最后,进行装配时要佩戴手套,不用纤维织品擦拭安装面以防止纤维类脏物侵入阀内,已装配完的液压元件、组件暂不进行安装时,应将其所有油口用塑料塞子堵住。

2.2 减少外部污染

(1)液压元件、组件运输中应注意防尘、防雨,长途运输特别是海上运输的液压元件一定要用防雨纸或塑料包装纸包装,并放入适量的干燥剂,不允许雨水、海水接触液压件。装箱前和开箱后应仔细检查所有油口是否用塞子堵住,对受到轻度污染的油口及时采取补救措施,对污染严重的液压元件必须再次分解、清洗。

(2)在井下安装调试过程中,必须确保工作环境清洁,装配时要佩戴手套并检查所有接口是否洁净,如发现有脏物侵入液压元件内,应分解清洗后再组装。

(3)不管生产、运输和安装过程如何严格,系统内总不免残存部分杂质。因此,在系统调试和试生产前期,必须按照一定的操作规程对液压系统进行彻底的清洗和回液排空,将残留在立柱缸底和阀腔的煤粉、岩粒和铁屑等冲出系统。

(4)加强现场日常维护,盖严液箱盖,发现杂质及时清理,至少每月刷洗 1次液箱。

(5)对设备进行正常的维护检修时,一定要先清理现场的环境。拆下的零部件要放在干净的地方,并且用塑料膜盖好,严禁乱拆、乱放。对操纵阀、千斤顶、安全阀和双向锁等液压元件不要在井下检修,应整体更换。同时定期清洗、更换各种过滤器,对裸露在外立柱的活柱及其他千斤顶的活塞杆要及时擦拭干净,以有效切断和减少外界因素(尘埃、颗粒、水等)对液压系统的污染。

(6)支架大修是液压系统污染控制的关键环节,要在清洁环境内进行,必须严格监管。

必要时矿上可派人监督其修配和换件全过程,并对其实用性和可操作性进行测试抽查,尤其对于向社会招议标的大修更应严格监控。

(7)提高系统配置,在液箱出口进液管路处增加高压反冲洗过滤器或支架反冲洗过滤器,提高过滤精度,减少污染。

2.3 严把乳化液质量关和配制关

依据工作面实际配置和使用环境,选用合适的液压传动介质,并严格执行配比标准,有利于降低污染。

(1)关注配液水质,加强水质监管,条件允许的可上软化水装置。尽量选用无悬浮物、pH值6～9,氯化物和硫化物含量较低的中性软水。

(2)对于 (电)液控制系统要选用热力学一相体系的 (电)液控专用支架浓缩液,避免产生油皂堵塞滤芯。

(3)严格按照MT76-2002标准要求合理配置乳化液,采用自动配液装置加强浓度监测,保证对液压系统各部件的保护,减少新的污染物产生。

(4)由于不同种类的乳化油或浓缩液化学成分不同,绝对不能混用,否则液压液性质将发生根本变化,造成内部再度污染。

2.4 提高液压元件的抗污染能力

针对目前众多液压元件抗污染低的特点,从材质和功能等方面提高液压元件的抗污染能力也是控制液压系统污染的有效途径。

2.5 制定相关行业标准

支架液压系统污染控制是个系统工程,需要从液压支架的产品研发、制造、质检、使用管理、维修及设备大修等各个环节来控制,亟需相关行业标准,并加强监管,以做到有章可循。

3 结束语

支架液压系统污染是导致支架主要液压元件与构件变形损坏的隐患,只有液压系统运行正常,才能减少支架的窜漏液和自落等问题,使支架操作、放煤等作业更加容易到位,减缓支架检修工和支架工的劳动量及工作强度,适当减少上岗人数和材料配件的消耗,从源头上避免一些机电和生产事故的发生,提升工作人员的安全系数。

同时液压系统的污染与控制是一个极为复杂的课题。目前应从设计、生产、质检、运输、安装、调试和日常管理及检修等方面来控制污染,最大限度地减少污染危害。

支架液压系统污染是客观存在的。随着科学的发展,新的液压元件的出现与应用和新的材料使用及维护,管理人员素质的提高,对控制污染也必将出现新的进步。

[1]吴乐兵 .支架液压系统污染与控制 [J].煤矿机械,2002 (11):75-77.

[2]高树荣 .液压系统在支架加工、检修、安装过程中的污染控制 [J].液压与气动,2004(7):73-74.

[责任编辑:王兴库]

Pollution Cause and Countermeasure of Powered Support System

L IU Li-zong1,2

(1.Mine Oil Research Institute,China Coal Research Institute,Beijing,100013 China; 2.State KeyLaboratory of Coal ResourcesMining&Environment Protecting,China Coal Research Institute,Beijing,100013 China)

Hydraulic system is the core of powered supportwhose quality directly influences using effectof powered support.Pollution of hydraulic system is an important cause ofmalfunction of powered support.In order to make underground powered supportwork safely and reliably,the paper analyzed pollution cause and its hazard based on hydraulic system’s characteristic of powered support and put forward prevention measure.

powered support;system pollution;cause;counter measure

TD355.47

A

1006-6225(2010)06-0068-03

2010-08-25

国家科技部科研院所技术开发专项基金资助项目 (NCSTE-2006-JKZX-182)

刘鲤粽 (1979-),男,山东莱州人,工程师,主要从事矿用油品的科研开发工作。