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液壓支架井下故障個案分析

文檔作者：溫鵬文檔來源：大同煤礦集團機電裝備公司中央機廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月20日
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機械工程師
MECHANICAL ENGINEER
液壓支架井下故障個案分析
溫鵬
(大同煤礦集團機電裝備公司中央機廠，山西大同037001)
摘要：對液壓支架在井下出現(xiàn)的幾種故障個例進行分析總結(jié)，提高液壓支架的使用效率，維護綜采工作面的正常運
行，從而提高煤礦生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：綜采工作面：地質(zhì)條件：礦壓；液壓支架；頂梁：掩護梁
中圖分類號：TD 35 文獻標志碼：B 文章編號：1002—2333(2016)06—0238—02
0引言
隨著煤炭產(chǎn)量逐年提高，綜采工作面占全國采煤工
作面的比例越來越高，據(jù)統(tǒng)計，當前綜采工作面11 700
個，占全國采煤工作面65％以上，液壓支架用量每年新增
2．75～4．2萬架，占綜采設(shè)備價值的比例高達70％以上。
在液壓支架選型過程中，各煤炭集團或者各煤礦的
選型方式多為經(jīng)驗估算的方法。只有少數(shù)綜采工作面采
用莫爾一庫倫數(shù)據(jù)模擬的科學方法進行礦壓分析和液壓
支架選型，這類工作面液壓支架在使用過程中抗壓能力
可以與工作面圍巖力學特性相適應(yīng)，支架事故率非常低。
而經(jīng)驗估算法選型的液壓支架在使用過程中事故率比較
高，其中支架壓架現(xiàn)象尤為明顯，支架壓架后，更容易損
壞。另外，工作面巷道和切眼布置方式、人員操作水平及
工作面地質(zhì)特點等多種因素也可能導致液壓支架損壞。
本文僅以我公司常見的幾種液壓支架損壞為例，從
支架單側(cè)梁體破壞性撕裂、前梁斷裂損壞、頂梁、掩護梁
等幾種案例入手，分析其原因。
1研究內(nèi)容
J．J 支架單側(cè)梁體破壞性撕裂原因的分析
我公司某礦工作面煤層平均厚度7 nl左右，采用放頂
煤回采工藝，支架多次發(fā)生側(cè)向傾倒，單側(cè)受力明顯，右
側(cè)頂梁柱帽和梁體出現(xiàn)多處撕裂損壞。
1)地質(zhì)狀況分析。煤層地質(zhì)條件發(fā)育特殊，煤層紋理
呈現(xiàn)縱向發(fā)育，層理非常清晰。上部采區(qū)已經(jīng)采空，頂煤
和頂板非常破碎，易冒落?？v向發(fā)育的煤層紋理呈現(xiàn)右側(cè)
傾斜，傾斜約5?！?。，在頂煤冒落過程中，產(chǎn)生右側(cè)方向的
j
芋
磺板撕裂界面
主鉸接7L
千斤頂鉸接口
3．3．4容屑槽與分屑槽
由于拉削屬于封閉式切削，需要有足夠的空間容屑。
容屑槽的設(shè)計能使切屑自由卷曲，以免堵塞和損壞刀齒，
使刀齒有足夠的強度和較多的重磨次數(shù)。每個刀齒上設(shè)
計有分屑槽，使切屑分成若干小段，切屑卷曲順利，縮小
切屑體積。
4拉削速度
拉削速度的選擇取決于輪盤的材料、輪盤的厚度等。
經(jīng)過多次拉削試驗，30 MW燃氣輪機鈦合金輪盤最佳拉
削速度為：粗拉3。4 m／min，精拉2—2．4 m／min。采用此拉削
速度拉削的榫槽尺寸精度、表面質(zhì)量較高。
結(jié)語
燃氣輪機是關(guān)系到國防、能源、交通、環(huán)保等有巨大
發(fā)展前景的高技術(shù)產(chǎn)品。本文針對燃氣輪機用鈦合金的
難加工性、榫槽型線的復雜性及加工精度的高要求，通過
選用機床，設(shè)計合理的拉削夾具與刀具，確定合理的拉削
速度，成功實現(xiàn)鈦合金輪盤樅樹型榫槽拉削，并取得了良
好的效果，為30 Mw燃氣輪機的研制奠定了基礎(chǔ)。
(編輯黃獲)
作者簡介：于克(1981一)，男，．z-,195，碩士，從事汽輪機產(chǎn)品機械加
工和裝配工藝研究工作。
收稿日期：2015-11—2l
238 l 2016年第6期網(wǎng)址：WWW．jxgcs com電郵：hrbengineer@163．corn
萬方數(shù)據(jù)
機械工程師
MECHANICAL ENGINEER————————●———————■——●————●—一
下滑分力，支架產(chǎn)生側(cè)壓較大。致使支架多數(shù)處于單側(cè)受
力狀態(tài)，右側(cè)受壓力比左側(cè)明顯。周期來壓時，部分支架
被壓死，尤其是工作面中部區(qū)域的液壓支架更為明顯。
2)使用狀況分析。在回采過程中，工作面煤壁呈現(xiàn)柱
狀分布，易片幫，導致機道中浮煤比較多。如果清理工作
不夠及時，支架底座下部積聚浮煤達到20～30 cm，支架移
架過程中容易發(fā)生左右漂移，致使支架頂梁與底座呈現(xiàn)
中心錯移，進而傾倒。
支架出現(xiàn)單側(cè)受壓力較大的情況下，一側(cè)立柱安全
閥經(jīng)常開啟，很多安全閥在使用一段時間后，發(fā)生疲勞失
效，當數(shù)顯測壓表顯示數(shù)據(jù)達到調(diào)定壓力時，安全閥發(fā)生
開啟。這種情況下，支架一側(cè)立柱高壓條件下開啟，另一
側(cè)在壓力較低時便開啟，液壓支架受力不平衡，單側(cè)立柱
支撐力較大，頂部構(gòu)件長期處于扭曲受力狀態(tài)，容易發(fā)生
單側(cè)撕裂。
J．2前粱斷裂損壞原因分析
我公司多個煤礦發(fā)生液壓支架前梁斷裂的事故，多
數(shù)從橫板與鉸接耳板焊接處撕裂，如圖1所示。
前梁千斤頂支撐工作阻力F1=1028 kN，力臂L。=305
mm；主要鉸接點到撕裂斷面距離L2=120 mm。力學平衡條
件為M，=尬，即Fl·￡。=R·L：。其中助撕裂處合力，代人數(shù)
據(jù)計算得F2=2612．8 kN。即撕裂斷面處的合力為2612．8
kN。
在回采過程中，為了防止前部冒頂，前梁呈現(xiàn)前部接
頂，頂梁后部降柱狀態(tài)，此時如果前梁千斤頂行程被壓縮
為零，單向鎖上的安全閥失效，前梁與頂梁形成剛性支撐
結(jié)構(gòu)。后部立柱回程，立柱的支撐阻力由前梁分解承受，
膾更大。最終導致前梁橫板與耳板焊接結(jié)合面撕裂破
損。
J．3支架頂梁邊蓋板。柱帽損壞原因分析
我公司某礦用ZF7500放頂煤液壓支架的一個工作
面，個別支架出現(xiàn)較為嚴重的結(jié)構(gòu)件損毀，其中一架的掩
護梁4道主筋與蓋板全部裂開；80％以上的支架頂梁邊蓋
板被掩護梁側(cè)護板頂壞，導致頂梁主筋后部與掩護梁鉸
接處發(fā)生變形；其中一架頂梁齊腰斷裂；40％以上柱帽耳
子損壞。
根據(jù)現(xiàn)場觀察和地質(zhì)情況分析，該工作面圍巖狀況
極其惡劣：1)底板呈褶皺狀，起伏較多，且底板多為炭質(zhì)
泥巖、泥巖、細砂巖，少數(shù)砂巖，這樣的底板比較軟。支架
在回采過程中，時左時右的傾斜比較嚴重(局部達到150
以上)，ZF7500支架適用工作面傾角不大于100，給液壓支
架帶來巨大的轉(zhuǎn)矩，很容易導致掩護梁(主要抗扭件)轉(zhuǎn)
矩超量，甚至焊縫開裂。也就是說在工作面設(shè)備選型時，
經(jīng)驗估算有誤。2)頂板(放頂煤液壓支架頂梁接觸的是煤
層，但是由于煤層厚度不均勻，30％左右的回采區(qū)煤層厚
度不足3．3 m)為炭質(zhì)泥巖、灰砂巖，特別軟，手壓即碎。頂
板軟，較破碎，易垮落，導致頂梁后部不接頂，頂板壓力集
中作用于頂梁中前段，形成以前立柱為支撐的杠桿，將后
柱起拔，導致大
955
量后柱帽耳子被
拉壞，個別支柱
的導向套也因此
被拔出損壞；頂
梁受壓前移，導
致支架支護重心圖2頂梁破損情況
前移，頂梁前端接頂力太大，下傾，出現(xiàn)嚴重的俯采，導致
伸縮梁、前梁損壞嚴重。3)據(jù)現(xiàn)場查看推測，由于頂梁下
傾，采煤機在切割過程中，兩端易割頂梁頂板，如不采易
與煤壁形成“三角煤”。工人在操作過程中，為了去除“三
角煤”，局部采用了放炮的手段，導致個別支架的頂梁被
齊腰炸斷。因此，石炭系煤層工作面進行支架選型時考慮
盡量避免使用短掩護梁結(jié)構(gòu)的支架，這樣的支架抗扭性
能不足。
1．4 支架頂梁縱向開焊現(xiàn)象分析
我公司某礦用的ZZS6000B型液壓支架，出現(xiàn)一架頂
梁縱向開焊。破損情況見圖2。
現(xiàn)場查驗的情況如下：該支架位于尾巷與工作面的
交接處，巷道高度為3．0 m，煤層厚度2．3～3．4 m，這樣造成
工作面頂板與巷道頂板出現(xiàn)臺階分布。支架1 m寬的部位
處于工作面內(nèi)部，接頂狀態(tài)，O．5 m左右處于巷道內(nèi)，懸空
較大，這樣支架移架時，推溜力不足，為了提高推溜力，操
作工將其相鄰的一架支架降低后頂在了該支架的0．5 m
部位，從而起到加大摩擦力，提高推溜力的目的?，F(xiàn)場的
情況來看，一側(cè)的固定側(cè)護板已經(jīng)被頂成平的了，這樣的
力只能由支架工作阻力完成(大約5800 kN)，加上該支架
本身2根立柱的支撐力(大約為2800～3000 kN)，這樣就將
頂梁從頭頂側(cè)翻過去，并且余力將頂梁楔座損壞(楔座厚
度為80 mm，長度為470 mm)，同時頂梁兩柱帽出現(xiàn)開裂。
從這種情況來看，有很多支架損壞的問題并不完全是質(zhì)
量問題，而是誤操作導致的。
2結(jié)語
液壓支架是綜采工作面的重要設(shè)備，擔負著著整個
工作面支護任務(wù)，關(guān)系著安全生產(chǎn)。對工作面煤層及圍巖
的地質(zhì)特點進行更深入的了解，采用科學精準的支架選
型方法，對操作人員進行培訓，對支架各種使用狀況進行
及時分析與處理是減少液壓支架故障的有效途徑。
[參考文獻]
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[3]李東芳．液壓支架工[M]．北京：煤炭工業(yè)出版社，2006：213—
215．
(編輯吳天)
作者簡介：溫鵬(1987一)，男，助理工程師，從事煤礦機械制造工作。
收稿日期：2016-01—19
網(wǎng)址：WWW．jxgcs．com電郵：hrbengineer@163．com 2016年第6期l 239

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