放顶煤液压支架柱窝破损现场处理方法探讨

2018-09-18李西川

山西焦煤科技 2018年7期

李西川

(大同煤矿集团机电装备制造有限公司力泰公司，山西大同 037000)

能源需求是我国的一个重大课题，尤其是煤炭资源的开采在能源需求市场上占比有增无减，导致各煤炭能源集团向智能化、高端化、高效化、高可靠性开采设备的方向发展。我国液压支架经历了从20世纪七十年代进口为主发展到现在的自主研发、自主制造甚至出口。随着液压支架技术向高端化发展，很多煤炭储量丰富的特厚煤层工作面优选了两柱掩护式低位放顶煤液压支架，以适应煤炭储量丰富，煤层厚度大，而且煤层稳定性不好的综放工作面开采。

但是由于近几年液压支架技术发展迅速，我国煤机行业大修理标准没有相应制定，造成了很多设备大修理过程中的失误。本文以中煤某矿的掩护式放顶煤液压支架大修理后使用情况为例，分析了事故发生原因及修理过程中出现的问题，提出了相应的处理方法。

1 事故的发生原因

2017年7月，中煤某矿使用掩护式放顶煤液压支架开采宽260 m，走向长2 800 m的工作面，该工作面煤层厚度高达9～17 m. 单面年产达1 400万t，远远超出了500万t的年产量限制，而且该套支架已经在井下开采了4个类似工作面，设备出井大修理后再次投入使用。由于回采过程中前部行人通道没有及时清理浮煤、浮矸，造成液压支架底座与工作面底板之间长期存有浮煤、浮矸，在液压支架受到大顶来压的干扰时，底座的底板受到局部支撑力的破坏，柱窝减重块部位被挤压出了深度大于20 mm的凹坑，根据大修理标准要求，对该部位进行了技术处理：将该部位的底板气割去除，对应的补焊了一块30 mm厚度的钢板，周边填平焊接，而且焊接改造完成后没有严格执行Q690以上高强度钢板的退火热处理工艺。在支架大修理完成后，下井使用的一周，立柱支撑达不到应有的支撑高度，经分析发现该支架的底座柱窝已经跌落在支架后部古塘侧，致使立柱缸底直接与工作面底板接触，液压支架无法起到可靠支护功能[1].

当时液压支架损坏10余架，由于工作面很长，发生故障的支架基本都在工作面中部位置，因此，无法将损坏的支架撤出，造成工作面回采工作停滞，不能顺利生产，甚至一度停产。

2 事故处理方法研究

事故发生后，相关部门联系了多个液压支架制造厂家，都无法提出合理的建议。这次事故设备损坏面积大，而且也是首次发生两柱掩护式放顶煤支架出现底座柱窝部位损坏的情况，结合以往处理类似设备事故的经验，对现场情况进行了分析研究，决定采取加装抗冲击柱窝的方法进行处理(见图1).

图1 抗冲击柱窝及压板示意图

抗冲击柱窝的设计过程，考虑到原始柱窝已经损坏或者丢失，立柱柱底无着力点，抗冲击柱窝必须具备足够的支撑能力，并且由于底板损坏，受到的压力必须传导到底座主筋框架上，使得底座主筋承担压力。唯一有先决条件的是，该架型为双伸缩立柱，支架伸缩比较大，可以有效避免因结构变更造成支架采煤高度不能满足工作面要求。

设计时必须考虑新柱窝能够顺利稳装入原底座箱体相应的部位内，新柱窝宽度和长度均比原底座柱窝小10 mm，并且不得与原始的垂直角焊缝发生干涉，因此在其立板上开出15×45°坡口。新柱窝的底部必须与原柱窝上平面临界接触，在受力过程中，不能因压力传递给原始柱窝而造成底座二次损伤。

为了确保立柱的顺利安装，与主筋焊接的两侧板必须留有足够间隙，确保立柱底爪装入，同时还要确保立柱压板能够起到相应的功能，满足图1中所示的结构形式。由于两主筋内档宽度受到影响，立柱外径480 mm无法装入，因此，装入立柱底爪的位置宽度必须加大，才能够确保立柱顺利装入，并且在立柱发生倾斜时不发生挤压外缸的情况[2].

为满足承压强度要求，在设计抗冲击柱窝时，两侧弯板厚度一般选择与底座内外主筋厚度相同。并且在满足底面与原始柱窝临界接触的前提下，优先选用100 mm厚度的钢板作为立柱着力点，在其底部设计了50 mm高度的双“十字”交叉立筋，有效提高了着力点部位的抗压强度[3].

在安装抗冲击柱窝时，根据该工作面低瓦斯的情况，对两侧弯板进行了与底座过桥、主筋、后部立筋之间的焊接，形成8条20 mm高度的垂直立焊缝，将抗冲击柱窝受到的压力有效地传递给底座框架结构，底板所受压力由主筋及过桥等板件传递而来，达到压力均匀分布的要求，避免了因局部受力而再次损坏底座的主结构。

为了保证立柱的固定，特别设计了特殊柱底压板(见图1)，柱底压板的下部圆弧可以与立柱缸底底爪配合，满足压立柱要求。在抗冲击柱窝两侧弯板上预留了一个35×30 mm的方形豁口，方便横压板的装入，横压板可以有效防止柱底压板脱出。