液压单体支柱井下现场修复技术应用

王虎胜，李安红，侯晓飞，宋炜峰，王彦斌，肖 尧

(1.潞安化工集团有限公司 采供管理部，山西 长治 046299；2.潞安化工集团 郭庄煤业有限责任公司，山西 长治 046199)

目前煤矿井下巷道内对顶板的支护在一定程度上依然依赖液压单体支柱，而在井下恶劣的环境下，单体支柱经常由于腐蚀、压力等原因损坏，尤其在沿空留巷内用于支护顶板的单体需要长期支设，期间单体损坏后出现不同程度的自降现象，这给巷道的支护带来了很大的不利影响[1-3]。目前大多数煤矿由于缺乏单体专用维修设备，损坏的单体只能联系厂家外送进行维修，但单体外送增加了运输、时间成本，过程费时、费力、费钱，无法满足高效生产的需要[4-6]。本文以潞安化工集团郭庄煤业有限责任公司井下沿空留巷内单体支柱为研究对象，针对单体自降这一问题，详细介绍了自降单体损坏原因的查找、自降界限的确定以及现场维修的方法，并针对这一技术产生的经济、安全效益进行了工程分析，最后确定了该项单体维修技术的实用价值，为煤矿井下单体自降问题提供了维修技术方案。

1 单体液压支柱零件的损坏情况

1) 三用阀零件。主要损坏为锈蚀、弹簧失效、左阀筒密封端磨损或划伤而造成泄漏。

2) 顶盖、手把体、底座及活塞。损坏为锈蚀。

3) 复位弹簧。损坏为锈蚀和失效。

4) 活柱体(包括柱头、接长柱筒、活柱筒)。主要损坏为弯曲、锈蚀、焊缝处开裂或折断;D42 mm三用阀安装孔椭圆变形，镀铬表面剥落，锈蚀或溃烂;D80 mm活塞安装孔环形腐蚀坑。

5) 油缸。主要损坏为外表面锈蚀或锈坑；两端安装钢丝的环槽损坏或锈烂；内孔椭圆变形，内表面铜层剥落、划伤，点蚀或锈坑。

6) 密封。主要损坏为顶部内密封、外密封和底部密封受压力作用损坏。

本文主要针对单体密封损坏问题展开研究。

2 单体自降界限的确定

2.1 现场情况

井下使用的DW型外注式悬浮单体支柱，(如图1所示)，共有3组密封，分别为顶部内密封、外密封和底部密封，据统计，损坏部位以顶部密封组件和外密封组件为主。

图1 DW型外注式悬浮单体支柱示意

2.2 统计分析

1) 排查方法：每天安排专人巡查沿空留巷内单体柱自降情况，对自降单体柱进行标记、登记在册，现场进行加压，并测量、记录压力。随后每天再次测量该单体柱压力变化情况，如果单体柱出现二次自降，则判断为损坏单体柱，需及时进行更换。统计结果见表1。

表1 单体抗压检测汇总

2) 汇总分析：现场对75根自降柱进行统计分析，其中加压后二次自降的单体柱有14根，压力变化曲线如图2所示。

图2 误操作单体柱自降压力变化曲线

可以看出，以编号：117-4-3、117-4-5、123-4-1、23号钻场-1-1、163-3-4单体柱为例，可以看出，在加压后的5 d内，虽然出现了压力损失，但是还能保持15 MPa以上的压力，并逐步趋于压力平稳，可判断该类单体柱是由于打设过程中操作错误，柱体内进入空气，导致单体柱自降，可以继续使用。以编号：130-4-3、142-4-5、126-4-3、185-4-1、163-4-2单体柱为例，可以看出，在加压后的5 d内，单体柱压力损失较大，出现二次自降，可判断该类单体柱已损坏，需要更换。

损坏情况：在已确定的14根损坏单体柱中，排除5根是由腔体进行空气导致的，可判定为能继续使用，剩余9根单体里有7根出现大密封漏液，占损坏单体柱总数的78%，剩余2根为三用阀漏液自降。密封损坏情况如图4所示。

图3 损坏单体柱自降压力变化曲线

3 单体柱现场修复操作规范

1) 使用单体柱测力计对单体支柱进行压力检查，判断单体支柱是否存在漏液自降情况。

2) 将自降单体柱重新升起，观察其漏液部位，判断密封损坏情况，采取对应的修复办法。

3) 顶部内密封更换：①取下顶盖；②用专用工具取出底座弹簧销；③取下底座；④解开底座与复位弹簧连接；⑤取下顶部密封盖； ⑥更换损坏密封；⑦按拆卸反步骤将单体柱密封组件回装；⑧现场对单体柱进行打压实验后，立即使用；⑨对修复使用的单体柱粘贴标准卡，每天检查压力情况，确保单体柱完全修复达到安全使用标准。

图4 密封损坏情况示意

4) 外密封组件更换：①取下顶盖；②用专用工具取出外密封组件弹簧销；③取下外密封组件；④更换密封组件并清理煤尘；⑤按拆卸反步骤将单体柱各密封组件回装；⑥对修复使用的单体柱粘贴标准卡，每天检查压力情况，确保单体柱完全修复达到安全使用标准。

5) 注意事项：①在回装密封组件的过程中，要注意观察密封是否到位，避免挤坏密封圈；②因个别密封存在反倒角，在安装的过程中需要使用专业工具，可根据柱头尺寸制作锥度套，将密封组件通过锥度套回装，能够有效防止密封挤坏、划伤；③弹簧销的安装较为困难，需要将弹簧销进行局部改造，将原来的平切头打磨成尖，减少安装过程中的摩擦阻力；④需要涂抹润滑油脂时，建议使用医用凡士林，能够有效减少“沾灰”，提高密封使用寿命。

4 单体柱防护措施

1) 对沿空留巷内单体柱进行防护，先清理明柱及密封外煤尘，用少量油脂涂抹明柱，再用保鲜膜将明柱伸出部位全部包裹防尘，对明柱锈蚀的防护效果较好。

2) 不使用的单体柱将明柱全部缩回，防止生锈损坏密封。

3) 调整安全阀开启压力，使之与单体柱特性匹配，确保在单体柱达到额定工作压力时能够进行安全泄压，使顶板压力重新得以平衡。

5 经济性评价

井下已完成单体柱修复819根，以此数为例计算新技术创造价值。

1) 综采队运输成本：已修复验收的819根单体柱，需要抬运、装车32辆(每车装25根)，综采队需要往返投工两次，抬运单体柱需投工328个，每工按220元计，在人力投入方面共花费72 160元。

2) 搬运队运输成本：搬运队共运输64车次(往返)，每车运输费用按420元计，在运输方面共花费26 880元。

3) 返厂维修成本：经机电部咨询单体柱维修厂家，仅针对密封更换修复费用为250元/根，819根费用为204 750元。

4) 综采队维修成本：每班2人修单体柱15根，修819根单体柱共投工109人，按每人220元计，在井下维修单体柱人力花费共23 980元。

5) 材料成本：按每根单体柱5元计，维修819根单体柱，共花费4 095元。

原维修总成本=综采队运输成本+搬运队运输成本+返厂维修成本=72 160+26 880+204 750=303 790元。

新技术维修总成本=综采队维修成本+材料成本=23 980+4 095=28 075元。

新技术创造价值=原维修总成本-新技术维修总成本=303 790-28 075=275 175元。

新技术应用后，已创造价值275 175元。

6 结 语

1) 复修单体柱通过近5个月的现场使用来看，结合单体柱压力测验检测，符合安全使用标准。

2) 单体柱现场修复技术应用，很大程度上减少了人工劳动强度，无形中省去了设备投入经费，创造了经济效益。