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 單體液壓支柱零件的損壞情況

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。

2 單體自降界限的確定

2.1 現(xiàn)場情況

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

2.2 統(tǒng)計分析

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

3 單體柱現(xiàn)場修復(fù)操作規(guī)范

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。

4 單體柱防護(hù)措施

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。

5 經(jīng)濟(jì)性評價

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。

6 結(jié) 語

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。