王虎勝,李安紅,侯曉飛,宋煒峰,王彥斌,肖 堯
(1.潞安化工集團(tuán)有限公司 采供管理部,山西 長治 046299;2.潞安化工集團(tuán) 郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司,山西 長治 046199)
目前煤礦井下巷道內(nèi)對頂板的支護(hù)在一定程度上依然依賴液壓單體支柱,而在井下惡劣的環(huán)境下,單體支柱經(jīng)常由于腐蝕、壓力等原因損壞,尤其在沿空留巷內(nèi)用于支護(hù)頂板的單體需要長期支設(shè),期間單體損壞后出現(xiàn)不同程度的自降現(xiàn)象,這給巷道的支護(hù)帶來了很大的不利影響[1-3]。目前大多數(shù)煤礦由于缺乏單體專用維修設(shè)備,損壞的單體只能聯(lián)系廠家外送進(jìn)行維修,但單體外送增加了運(yùn)輸、時間成本,過程費(fèi)時、費(fèi)力、費(fèi)錢,無法滿足高效生產(chǎn)的需要[4-6]。本文以潞安化工集團(tuán)郭莊煤業(yè)有限責(zé)任公司井下沿空留巷內(nèi)單體支柱為研究對象,針對單體自降這一問題,詳細(xì)介紹了自降單體損壞原因的查找、自降界限的確定以及現(xiàn)場維修的方法,并針對這一技術(shù)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、安全效益進(jìn)行了工程分析,最后確定了該項單體維修技術(shù)的實用價值,為煤礦井下單體自降問題提供了維修技術(shù)方案。
1) 三用閥零件。主要損壞為銹蝕、彈簧失效、左閥筒密封端磨損或劃傷而造成泄漏。
2) 頂蓋、手把體、底座及活塞。損壞為銹蝕。
3) 復(fù)位彈簧。損壞為銹蝕和失效。
4) 活柱體(包括柱頭、接長柱筒、活柱筒)。主要損壞為彎曲、銹蝕、焊縫處開裂或折斷;D42 mm三用閥安裝孔橢圓變形,鍍鉻表面剝落,銹蝕或潰爛;D80 mm活塞安裝孔環(huán)形腐蝕坑。
5) 油缸。主要損壞為外表面銹蝕或銹坑;兩端安裝鋼絲的環(huán)槽損壞或銹爛;內(nèi)孔橢圓變形,內(nèi)表面銅層剝落、劃傷,點(diǎn)蝕或銹坑。
6) 密封。主要損壞為頂部內(nèi)密封、外密封和底部密封受壓力作用損壞。
本文主要針對單體密封損壞問題展開研究。
井下使用的DW型外注式懸浮單體支柱,(如圖1所示),共有3組密封,分別為頂部內(nèi)密封、外密封和底部密封,據(jù)統(tǒng)計,損壞部位以頂部密封組件和外密封組件為主。
圖1 DW型外注式懸浮單體支柱示意
1) 排查方法:每天安排專人巡查沿空留巷內(nèi)單體柱自降情況,對自降單體柱進(jìn)行標(biāo)記、登記在冊,現(xiàn)場進(jìn)行加壓,并測量、記錄壓力。隨后每天再次測量該單體柱壓力變化情況,如果單體柱出現(xiàn)二次自降,則判斷為損壞單體柱,需及時進(jìn)行更換。統(tǒng)計結(jié)果見表1。
表1 單體抗壓檢測匯總
2) 匯總分析:現(xiàn)場對75根自降柱進(jìn)行統(tǒng)計分析,其中加壓后二次自降的單體柱有14根,壓力變化曲線如圖2所示。
圖2 誤操作單體柱自降壓力變化曲線
可以看出,以編號:117-4-3、117-4-5、123-4-1、23號鉆場-1-1、163-3-4單體柱為例,可以看出,在加壓后的5 d內(nèi),雖然出現(xiàn)了壓力損失,但是還能保持15 MPa以上的壓力,并逐步趨于壓力平穩(wěn),可判斷該類單體柱是由于打設(shè)過程中操作錯誤,柱體內(nèi)進(jìn)入空氣,導(dǎo)致單體柱自降,可以繼續(xù)使用。以編號:130-4-3、142-4-5、126-4-3、185-4-1、163-4-2單體柱為例,可以看出,在加壓后的5 d內(nèi),單體柱壓力損失較大,出現(xiàn)二次自降,可判斷該類單體柱已損壞,需要更換。
損壞情況:在已確定的14根損壞單體柱中,排除5根是由腔體進(jìn)行空氣導(dǎo)致的,可判定為能繼續(xù)使用,剩余9根單體里有7根出現(xiàn)大密封漏液,占損壞單體柱總數(shù)的78%,剩余2根為三用閥漏液自降。密封損壞情況如圖4所示。
圖3 損壞單體柱自降壓力變化曲線
1) 使用單體柱測力計對單體支柱進(jìn)行壓力檢查,判斷單體支柱是否存在漏液自降情況。
2) 將自降單體柱重新升起,觀察其漏液部位,判斷密封損壞情況,采取對應(yīng)的修復(fù)辦法。
3) 頂部內(nèi)密封更換:①取下頂蓋;②用專用工具取出底座彈簧銷;③取下底座;④解開底座與復(fù)位彈簧連接;⑤取下頂部密封蓋; ⑥更換損壞密封;⑦按拆卸反步驟將單體柱密封組件回裝;⑧現(xiàn)場對單體柱進(jìn)行打壓實驗后,立即使用;⑨對修復(fù)使用的單體柱粘貼標(biāo)準(zhǔn)卡,每天檢查壓力情況,確保單體柱完全修復(fù)達(dá)到安全使用標(biāo)準(zhǔn)。
圖4 密封損壞情況示意
4) 外密封組件更換:①取下頂蓋;②用專用工具取出外密封組件彈簧銷;③取下外密封組件;④更換密封組件并清理煤塵;⑤按拆卸反步驟將單體柱各密封組件回裝;⑥對修復(fù)使用的單體柱粘貼標(biāo)準(zhǔn)卡,每天檢查壓力情況,確保單體柱完全修復(fù)達(dá)到安全使用標(biāo)準(zhǔn)。
5) 注意事項:①在回裝密封組件的過程中,要注意觀察密封是否到位,避免擠壞密封圈;②因個別密封存在反倒角,在安裝的過程中需要使用專業(yè)工具,可根據(jù)柱頭尺寸制作錐度套,將密封組件通過錐度套回裝,能夠有效防止密封擠壞、劃傷;③彈簧銷的安裝較為困難,需要將彈簧銷進(jìn)行局部改造,將原來的平切頭打磨成尖,減少安裝過程中的摩擦阻力;④需要涂抹潤滑油脂時,建議使用醫(yī)用凡士林,能夠有效減少“沾灰”,提高密封使用壽命。
1) 對沿空留巷內(nèi)單體柱進(jìn)行防護(hù),先清理明柱及密封外煤塵,用少量油脂涂抹明柱,再用保鮮膜將明柱伸出部位全部包裹防塵,對明柱銹蝕的防護(hù)效果較好。
2) 不使用的單體柱將明柱全部縮回,防止生銹損壞密封。
3) 調(diào)整安全閥開啟壓力,使之與單體柱特性匹配,確保在單體柱達(dá)到額定工作壓力時能夠進(jìn)行安全泄壓,使頂板壓力重新得以平衡。
井下已完成單體柱修復(fù)819根,以此數(shù)為例計算新技術(shù)創(chuàng)造價值。
1) 綜采隊運(yùn)輸成本:已修復(fù)驗收的819根單體柱,需要抬運(yùn)、裝車32輛(每車裝25根),綜采隊需要往返投工兩次,抬運(yùn)單體柱需投工328個,每工按220元計,在人力投入方面共花費(fèi)72 160元。
2) 搬運(yùn)隊運(yùn)輸成本:搬運(yùn)隊共運(yùn)輸64車次(往返),每車運(yùn)輸費(fèi)用按420元計,在運(yùn)輸方面共花費(fèi)26 880元。
3) 返廠維修成本:經(jīng)機(jī)電部咨詢單體柱維修廠家,僅針對密封更換修復(fù)費(fèi)用為250元/根,819根費(fèi)用為204 750元。
4) 綜采隊維修成本:每班2人修單體柱15根,修819根單體柱共投工109人,按每人220元計,在井下維修單體柱人力花費(fèi)共23 980元。
5) 材料成本:按每根單體柱5元計,維修819根單體柱,共花費(fèi)4 095元。
原維修總成本=綜采隊運(yùn)輸成本+搬運(yùn)隊運(yùn)輸成本+返廠維修成本=72 160+26 880+204 750=303 790元。
新技術(shù)維修總成本=綜采隊維修成本+材料成本=23 980+4 095=28 075元。
新技術(shù)創(chuàng)造價值=原維修總成本-新技術(shù)維修總成本=303 790-28 075=275 175元。
新技術(shù)應(yīng)用后,已創(chuàng)造價值275 175元。
1) 復(fù)修單體柱通過近5個月的現(xiàn)場使用來看,結(jié)合單體柱壓力測驗檢測,符合安全使用標(biāo)準(zhǔn)。
2) 單體柱現(xiàn)場修復(fù)技術(shù)應(yīng)用,很大程度上減少了人工勞動強(qiáng)度,無形中省去了設(shè)備投入經(jīng)費(fèi),創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。