煤矿采煤工作面液压支架立柱泄漏问题分析

李 超

（晋能控股煤业集团白洞矿业公司， 山西 大同 037003）

引言

液压支架是地下采矿工作中用于顶板支架的主要机械设备，其能否正常使用直接关系到井顶的稳定性和安全性，是井下采煤工作面最重要的设备之一。液压支架主要由立柱、底座、顶梁、前后连杆、防护梁和液压系统组成。立柱、顶梁和底座是液压支撑系统的主要轴承组件。液压支架中的顶梁和尾梁的提升以及顶板压力的负荷都由液压柱承担。因此，液压支撑柱的可靠性和稳定性直接关系到整个采煤工作面的安全性，然而顶梁、顶板下沉和液压油泄漏给地下操作员带来了严重的安全隐患和工作不便。因此，通过对液压支撑柱工作原理的分析，找出引起泄漏的原因，并提出解决该问题的方法和手段，以避免安全隐患的频繁发生、生产损失以及液压支撑柱损坏问题。

1 液压支撑柱中高压液体泄露问题

液压支撑柱由活动柱组件、缸体组件、缸口导套组件和缸底阀组装而成。立柱组件由导向环、活塞导向环、固定件和密封连接件组成。色谱柱泄漏大致有以下两种现象：内部泄漏和外围泄漏。内部泄漏主要是指液压乳胶通过柱缸之间的间隙从高压缸腔到低压活塞杆腔的缓慢损失从支撑柱内部泄漏，从而导致高压缸内的压力逐渐下降，这是不正常的。为了达到工作性能，然后柱活塞缩回，顶梁下沉甚至掉落；周边泄漏的另一种现象主要是由于液压管路的接头和各种焊接接头、立柱的缸筒和导向套筒的连接处的外部液体泄漏。另外，由于高压液体损失到柱子的外部，所以柱子的外部环境也很潮湿，这大大减少了活塞杆的缩回过程时间。上述两种液体的泄漏将导致支撑柱的卸载能力降低，从而导致支撑顶梁的承载能力大大降低。

在拆除和检查有液体泄漏的立柱时，不管泄露情况是表现为内部或者是外部，泄漏的原因主要都是由于密封故障而出现的问题，常见的有三种情况类型：

1）在长期使用液压活塞固定环和导向环的过程中，由于热量引起的磨损、挤压、破坏和过载挤压变形引起垫片的塑性流动，导致活塞间隙和机油泄漏。

2）在工程中经常使用鼓形、山形和芽形的密封环。活塞的密封环容易受到磨损，由此而产生沟槽，裂纹和分离导致液体泄漏。

3）气缸口处的密封圈由于挤压变形而损坏，从而导致低压泄漏和带电立柱中的液体夹带[1-3]。

2 液压支撑柱的力学性能分析

液压立柱容易出故障的很大一部分原因在于密封圈,密封圈的工作效果会受到几方面的影响,例如原材料、生产工艺工法、密封结构自身设计等。目前我国大多数地区所生产出来的密封圈的密封效果普遍都不太好。特别是当支架系统采用整体凹槽时，无法安装鼓形密封圈，在安装过程中需要将蕾形密封圈放大后再安装在凹槽中，等待其自然收缩复位后才可使用，因此在安装时易造成密封不严实，这也是国产蕾型密封圈本身的质量原因所造成的。

二是因为构件缸体加工的精度低和沟槽结构尺寸不匹配，以及生产的密封圈和密封沟槽的尺寸误差不匹配所造成密封圈的初始预紧力有一定的减少，由于预紧力不足也会造成液体泄漏的情况。通常情况下立柱在初次使用时不会出现此类问题，但在工作了一定时间后，经过厂家维修后，缸体的工作效果往往不尽人意，还是有一些构件会出现立柱液体泄露的问题。这是液压立柱在长期使用中必然会出现的问题。

最后是由于煤矿的特殊工作环境，煤矿中的粉尘很大，乳化液中经常会混有粉尘和杂质。因此，在长期的高压载荷作用下，密封件可能会产生黏性滑动现象，从而形成密封件。环的快速磨损会导致损坏和泄漏。由于现场工作环境复杂，对立柱裸露的活塞保护不到位，导致井中的煤或巨石对活动的立柱形成表面破坏，并会在铬镀层下逐渐膨胀，带电支柱的表面会形成严重的“气泡”现象，当活动柱表面的铬脱铬时，活动柱的整个表面都会受到损坏。一旦可移动柱的表面脱铬，它将损坏气缸中的密封，并导致设备故障，例如流体泄漏、泄漏、无负载、无压力保持等不良后果。

3 液压支架泄露的解决方法

首先是选择性能稳定的进口复合密封圈。选择性能稳定的复合密封圈可以满足液压缸长期承受高压的核心部位的要求。密封环材料在强度、弹性、压缩变形、耐磨性和耐污染性方面具有更强的性能。聚氨酯密封圈是目前良好的密封圈，其硬度和强度具有良好的耐磨性，适用于往复式轴向密封圈，其性能明显优于橡胶布密封圈。与普通密封圈相比，聚氨酯密封圈的使用寿命可以增加两至三倍，并且可以延长工作时间，以确保液压密封的质量。

第二是确保气缸体和凹槽结构的尺寸精度。严格控制立柱油缸的设计槽尺寸和弹性间隙。活塞与气缸体、导套和活动柱之间的匹配间隙应易于安装，并确保密封材料在一定的液压条件下具有足够的压力以确保压实。维修和镀铬后气缸体的安装精度应尽可能达到原始出厂标准，并且表面粗糙度应不大于1 μm。此外，应经常测试气缸的性能，如果有漏油现象，应及时进行处理，以免将来发生危险情况。通过零件的分析和改进，可以保证密封圈的安装效果，从根本上解决密封泄漏的问题。

第三是要加强立柱在使用过程中的日常保养。支架的检修人员要在日常巡视检查过程中，常观察立柱的压力表变化，做好记录，一旦发现某个立柱的压力记录总是降低，切要做好跟踪观察。支架立柱性能一旦变差，就必须及时更换。液压支架立柱的日常使用维护和检修工作也是保证立柱系统正常工作的一个重要举措。

第四是要定期更换磨损失效的密封圈。在一定时间内，分批次更换磨损严重的密封圈，其次是要保证乳化液的清洁，防止杂物进入缸筒损害密封圈。在工作面施工过程中做好活柱表面的防护，避免硬物打击、撞击从而引起密封件的损害和磨损，加强监控和预防[4-6]。

4 结语

通过分析支架泄漏的原因和解决方案，可以清楚地看到作为液压支架系统核心的支架柱的故障将直接影响支架系统的性能，从而导致支架性能下降，不能保证地下的工作环境甚至人员的安全。根据以上分析，尽管液压支撑柱的泄漏因素很多，但可以通过选择高性能的密封环或提高加工精度来控制柱泄漏。当然，操作员在日常维护过程中也非常重要。只有通过多通道控制，才能采取有效措施来改善液压支撑系统的工作性能和安全性能。