液壓支架系統(tǒng)污染的原因及對策

劉鯉粽

(1.煤炭科學(xué)研究總院礦用油品研究所,北京 100013;2.煤炭資源開采與環(huán)境保護國家重點實驗室 (煤炭科學(xué)研究總院),北京 100013)

液壓支架系統(tǒng)污染的原因及對策

劉鯉粽1,2

(1.煤炭科學(xué)研究總院礦用油品研究所,北京 100013;2.煤炭資源開采與環(huán)境保護國家重點實驗室 (煤炭科學(xué)研究總院),北京 100013)

液壓系統(tǒng)是液壓支架工作的動力核心,其性能好壞直接影響液壓支架的使用。液壓系統(tǒng)污染是液壓支架故障的一個重要原因,為確保井下液壓支架安全可靠地工作,結(jié)合液壓支架液壓系統(tǒng)的特點,分析了系統(tǒng)污染的原因及其危害,并提出了預(yù)防措施。

液壓支架;系統(tǒng)污染;原因;對策

綜合機械化采煤中擔(dān)任頂板支護和處理兩大生產(chǎn)環(huán)節(jié)的液壓支架,是井下維系正常生產(chǎn)、確保人身安全的必要條件[1]。其液壓系統(tǒng)是以乳化液泵站提供的高壓乳化液為動力,主要由立柱、千斤頂、液壓閥、管路和接頭等組成。該系統(tǒng)性能好壞直接影響液壓支架的使用,其可靠性和服務(wù)年限在很大程度上取決于液壓元件和工作介質(zhì)清潔度。

抗污染能力差是液壓傳動本身的突出缺點。實踐表明,井下惡劣的生產(chǎn)環(huán)境極易對支架液壓系統(tǒng)造成污染,從而直接影響液壓作業(yè)系統(tǒng)的使用。據(jù)不完全統(tǒng)計,井下液壓支架故障有 70%～80%是因系統(tǒng)污染所致。為此,要保證液壓系統(tǒng)正常、可靠的運行,必須要保持整個液壓系統(tǒng)的清潔。

隨著高產(chǎn)高效機械化采煤技術(shù)的推廣普及,液壓支架系統(tǒng)的污染控制問題逐漸引起了行業(yè)的廣泛關(guān)注,找到液壓系統(tǒng)污染的原因,有效控制污染對液壓生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的影響,提高液壓生產(chǎn)作業(yè)系統(tǒng)的實際使用壽命和可靠性,對實際生產(chǎn)具有重要的實用和經(jīng)濟意義。

1 液壓系統(tǒng)污染的危害與來源

液壓系統(tǒng)污染已成為制約機械化采煤技術(shù)發(fā)展、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效和安全生產(chǎn)的一大隱患。液壓系統(tǒng)污染會導(dǎo)致系統(tǒng)竄漏液、部件銹蝕、密封失效、閥件失效、立柱漲缸、柱窩損壞和平衡連接座變形損壞等故障,不但會造成支架液壓系統(tǒng)失靈,還有可能造成工作面不正常,甚至停產(chǎn)。如遇特殊地質(zhì)條件 (如“三軟”煤層)還可能在頂板破碎和片幫的情況下,因液壓系統(tǒng)動力不足而引發(fā)歪架倒架等安全事故。

1.1 液壓系統(tǒng)污染的危害

液壓支架屬于液壓傳動中泵 -缸系統(tǒng),根據(jù)不同元器件與液壓支架的相對位置,液壓支架系統(tǒng)分為乳化液泵站系統(tǒng)和支架液壓系統(tǒng) 2部分。采煤過程使液壓支架的工作環(huán)境存在大量粉塵、煤灰等固體顆粒,加上液壓系統(tǒng)本身可能殘存的鐵屑、磨料和焊渣等雜物非常容易污染支架液壓系統(tǒng)并對乳化液泵站系統(tǒng)和支架液壓系統(tǒng)造成損害。

(1)進入乳化液中的污染物 (如煤屑和巖石煤粉顆粒以及殘留在金屬加工件中的鐵屑等固體顆粒)隨乳化液的流動而遍布整個液壓系統(tǒng)。當(dāng)經(jīng)過操縱閥、單向閥、雙向鎖、安全閥和各種千斤頂時會加劇對各處金屬密封面、各種非金屬密封件的磨損,引起閥的動作失靈,造成缸筒內(nèi)表面的拉傷、液壓元件漏液、千斤頂推拉力不足、立柱不能正常升降、產(chǎn)生異常的聲響與振動和安全閥卸壓等事故,甚至部件報廢。

(2)污染物會堵塞或卡死液壓元件的節(jié)流孔或節(jié)流縫隙 (尤其是液控或電液控先導(dǎo)濾芯等),改變液壓系統(tǒng)的工作性能,引起動作失調(diào)甚至完全失靈,產(chǎn)生誤動作而造成事故;還可能引起閥件、濾網(wǎng)和膠管堵塞等故障。堵塞嚴(yán)重時會因阻力過大而將濾網(wǎng)擊穿喪失過濾作用或?qū)е卤?造成液壓系統(tǒng)的惡性循環(huán)。

(3)殘留在各個液壓元件中的洗滌劑和混入乳化液中的其他有害油脂隨乳化液流到整個液壓系統(tǒng)時,將導(dǎo)致傳動介質(zhì)有效成分析出而影響液壓元件的潤滑性能以及傳動介質(zhì)的穩(wěn)定性和防銹性等,易使缸體、閥件銹蝕,橡膠密封件失效,同時降低過濾網(wǎng)附著污染物的能力。

(4)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的某些污染物能為細(xì)菌繁殖提供載體,一定條件下在系統(tǒng)和管路中會孳生細(xì)菌,產(chǎn)生粘稠物,附著堵塞過濾器,并會使配液腐敗變酸,腐蝕支架系統(tǒng)。

(5)各種金屬顆粒、煤塵、氧化物及水垢、油類降解物等的混合污染物很容易使抗污染較弱的安全閥產(chǎn)生堵塞而失效,并會導(dǎo)致立柱漲缸、柱窩損壞和平衡連接座變形損壞等故障。

1.2 液壓系統(tǒng)污染的來源及原因

液壓系統(tǒng)潛在的污染是由系統(tǒng)中的各液壓元件、高低壓膠管在生產(chǎn)、運輸、安裝、調(diào)試、檢修過程中產(chǎn)生的,同時乳化油及乳化液等在加工、配制、儲運時也會產(chǎn)生污染。從乳化液泵站到采煤工作面管路總長超過 1km,接頭插口多達 4000多個。結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致系統(tǒng)污染的原因很多,主要有系統(tǒng)自身污染和外部污染兩種。特別是外部污染對支架液壓系統(tǒng)影響最為嚴(yán)重。

(1)系統(tǒng)自身污染 液壓支架及其各部件在生產(chǎn)制作過程中不可避免地會在系統(tǒng)內(nèi)部殘留下切屑、毛刺、型砂、涂料、磨料、焊渣、銹片、煤粉、橡膠粉末和灰塵等固體顆粒,有的含量驚人,對液壓系統(tǒng)的危害非常大。如淮南某礦在一套新工作面支架 (共 120架)地面安裝調(diào)試過程中就曾發(fā)現(xiàn)有 2架缸體中殘留約 20kg油泥等污物,如不清理這 2套支架足以完全污染整個液壓系統(tǒng)。

(2)系統(tǒng)外部污染 外部污染實際上是在外界環(huán)境污染的條件下產(chǎn)生的,每個綜采工作面的各種液壓元件有幾千件,在支架運輸、安裝、調(diào)試、日常使用、檢修和大修過程中,由于工作環(huán)境不清潔,殘留在各元件接觸界面、接口的污染物都會隨系統(tǒng)的運行進入液壓系統(tǒng)而導(dǎo)致系統(tǒng)污染。另外,乳化液泵箱的通氣孔、加料口、乳化油桶等也都是環(huán)境污染物侵入的通道。

(3)污染產(chǎn)生原因 液壓元件、組件運輸中油口沒有用防雨紙或塑料包裝紙包好,以致受到粉塵、雨水等的污染。對受到輕度污染的油口沒有采取補救措施,對污染嚴(yán)重的液壓元件沒有再次分解、清洗,直接下井安裝;井下設(shè)備安裝過程中,工作面的灰塵和煤粉等隨設(shè)備安裝而進入液壓系統(tǒng);支架安裝調(diào)試期間使用的不合格乳化油殘留在系統(tǒng)中發(fā)霉變臭,甚至引起細(xì)菌孳生,產(chǎn)生各種有害菌群而給系統(tǒng)帶來巨大的危害;同時在液壓系統(tǒng)金屬接觸面之間涂抹的黃油在一定條件下也能變質(zhì)污染液壓系統(tǒng);工作面環(huán)境惡劣,粉塵大,液箱敞口管理容易引入固體顆粒和煤粉等雜質(zhì)。立柱、千斤頂由于工作過程中活塞桿裸露在外直接和環(huán)境相接觸,盡管在導(dǎo)向套上裝有防塵圈及密封件等,但也難免將塵埃、污物帶入液壓系統(tǒng);使用劣質(zhì)的乳化液產(chǎn)品,在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生油皂漂浮在液箱表面和管路系統(tǒng)中,結(jié)合煤粉等顆粒物質(zhì)而形成大粒徑的新污染物;支架檢修或升井大修中,維修環(huán)境差,工人操作不規(guī)范,有的將已生銹的立柱、推移千斤頂和已損壞的密封件重新?lián)Q上,或不進行清潔處理野蠻更換膠管、總成及各類閥件,僅將外觀維修一下即交付使用,也容易引入各種雜質(zhì)。

2 控制支架液壓系統(tǒng)污染的對策

造成支架液壓系統(tǒng)污染的因素是多方面的,以現(xiàn)有的技術(shù)和材料,要想完全消除液壓系統(tǒng)的污染是很難做到的,但可以從支架生產(chǎn)、運輸、安裝、調(diào)試、日常維護和大修等環(huán)節(jié)采取有效的措施最大限度地減緩或消除污染。

2.1 減少系統(tǒng)自身污染

在液壓系統(tǒng)各部件的加工及初裝過程中,要求操作者每一步都要采取保潔措施,最大限度地降低液壓系統(tǒng)污染,確保系統(tǒng)能夠安全、可靠地運行。

首先,要加強對零件加工的污染控制 (如零件的所有加工工序都要滴加潤滑液或清洗液,以確保表面加工質(zhì)量)。

其次,在新的液壓件組裝前,舊的液壓件受到污染后都必須經(jīng)過清洗方可使用。

最后,進行裝配時要佩戴手套,不用纖維織品擦拭安裝面以防止纖維類臟物侵入閥內(nèi),已裝配完的液壓元件、組件暫不進行安裝時,應(yīng)將其所有油口用塑料塞子堵住。

2.2 減少外部污染

(1)液壓元件、組件運輸中應(yīng)注意防塵、防雨,長途運輸特別是海上運輸?shù)囊簤涸欢ㄒ梅烙昙埢蛩芰习b紙包裝,并放入適量的干燥劑,不允許雨水、海水接觸液壓件。裝箱前和開箱后應(yīng)仔細(xì)檢查所有油口是否用塞子堵住,對受到輕度污染的油口及時采取補救措施,對污染嚴(yán)重的液壓元件必須再次分解、清洗。

(2)在井下安裝調(diào)試過程中,必須確保工作環(huán)境清潔,裝配時要佩戴手套并檢查所有接口是否潔凈,如發(fā)現(xiàn)有臟物侵入液壓元件內(nèi),應(yīng)分解清洗后再組裝。

(3)不管生產(chǎn)、運輸和安裝過程如何嚴(yán)格,系統(tǒng)內(nèi)總不免殘存部分雜質(zhì)。因此,在系統(tǒng)調(diào)試和試生產(chǎn)前期,必須按照一定的操作規(guī)程對液壓系統(tǒng)進行徹底的清洗和回液排空,將殘留在立柱缸底和閥腔的煤粉、巖粒和鐵屑等沖出系統(tǒng)。

(4)加強現(xiàn)場日常維護,蓋嚴(yán)液箱蓋,發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)及時清理,至少每月刷洗 1次液箱。

(5)對設(shè)備進行正常的維護檢修時,一定要先清理現(xiàn)場的環(huán)境。拆下的零部件要放在干凈的地方,并且用塑料膜蓋好,嚴(yán)禁亂拆、亂放。對操縱閥、千斤頂、安全閥和雙向鎖等液壓元件不要在井下檢修,應(yīng)整體更換。同時定期清洗、更換各種過濾器,對裸露在外立柱的活柱及其他千斤頂?shù)幕钊麠U要及時擦拭干凈,以有效切斷和減少外界因素(塵埃、顆粒、水等)對液壓系統(tǒng)的污染。

(6)支架大修是液壓系統(tǒng)污染控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),要在清潔環(huán)境內(nèi)進行,必須嚴(yán)格監(jiān)管。

必要時礦上可派人監(jiān)督其修配和換件全過程,并對其實用性和可操作性進行測試抽查,尤其對于向社會招議標(biāo)的大修更應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控。

(7)提高系統(tǒng)配置,在液箱出口進液管路處增加高壓反沖洗過濾器或支架反沖洗過濾器,提高過濾精度,減少污染。

2.3 嚴(yán)把乳化液質(zhì)量關(guān)和配制關(guān)

依據(jù)工作面實際配置和使用環(huán)境,選用合適的液壓傳動介質(zhì),并嚴(yán)格執(zhí)行配比標(biāo)準(zhǔn),有利于降低污染。

(1)關(guān)注配液水質(zhì),加強水質(zhì)監(jiān)管,條件允許的可上軟化水裝置。盡量選用無懸浮物、pH值6～9,氯化物和硫化物含量較低的中性軟水。

(2)對于 (電)液控制系統(tǒng)要選用熱力學(xué)一相體系的 (電)液控專用支架濃縮液,避免產(chǎn)生油皂堵塞濾芯。

(3)嚴(yán)格按照MT76-2002標(biāo)準(zhǔn)要求合理配置乳化液,采用自動配液裝置加強濃度監(jiān)測,保證對液壓系統(tǒng)各部件的保護,減少新的污染物產(chǎn)生。

(4)由于不同種類的乳化油或濃縮液化學(xué)成分不同,絕對不能混用,否則液壓液性質(zhì)將發(fā)生根本變化,造成內(nèi)部再度污染。

2.4 提高液壓元件的抗污染能力

針對目前眾多液壓元件抗污染低的特點,從材質(zhì)和功能等方面提高液壓元件的抗污染能力也是控制液壓系統(tǒng)污染的有效途徑。

2.5 制定相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

支架液壓系統(tǒng)污染控制是個系統(tǒng)工程,需要從液壓支架的產(chǎn)品研發(fā)、制造、質(zhì)檢、使用管理、維修及設(shè)備大修等各個環(huán)節(jié)來控制,亟需相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),并加強監(jiān)管,以做到有章可循。

3 結(jié)束語

支架液壓系統(tǒng)污染是導(dǎo)致支架主要液壓元件與構(gòu)件變形損壞的隱患,只有液壓系統(tǒng)運行正常,才能減少支架的竄漏液和自落等問題,使支架操作、放煤等作業(yè)更加容易到位,減緩支架檢修工和支架工的勞動量及工作強度,適當(dāng)減少上崗人數(shù)和材料配件的消耗,從源頭上避免一些機電和生產(chǎn)事故的發(fā)生,提升工作人員的安全系數(shù)。

同時液壓系統(tǒng)的污染與控制是一個極為復(fù)雜的課題。目前應(yīng)從設(shè)計、生產(chǎn)、質(zhì)檢、運輸、安裝、調(diào)試和日常管理及檢修等方面來控制污染,最大限度地減少污染危害。

支架液壓系統(tǒng)污染是客觀存在的。隨著科學(xué)的發(fā)展,新的液壓元件的出現(xiàn)與應(yīng)用和新的材料使用及維護,管理人員素質(zhì)的提高,對控制污染也必將出現(xiàn)新的進步。

[1]吳樂兵 .支架液壓系統(tǒng)污染與控制 [J].煤礦機械,2002 (11):75-77.

[2]高樹榮 .液壓系統(tǒng)在支架加工、檢修、安裝過程中的污染控制 [J].液壓與氣動,2004(7):73-74.

[責(zé)任編輯:王興庫]

Pollution Cause and Countermeasure of Powered Support System

L IU Li-zong1,2

(1.Mine Oil Research Institute,China Coal Research Institute,Beijing,100013 China; 2.State KeyLaboratory of Coal ResourcesMining&Environment Protecting,China Coal Research Institute,Beijing,100013 China)

Hydraulic system is the core of powered supportwhose quality directly influences using effectof powered support.Pollution of hydraulic system is an important cause ofmalfunction of powered support.In order to make underground powered supportwork safely and reliably,the paper analyzed pollution cause and its hazard based on hydraulic system’s characteristic of powered support and put forward prevention measure.

powered support;system pollution;cause;counter measure

TD355.47

A

1006-6225(2010)06-0068-03

2010-08-25

國家科技部科研院所技術(shù)開發(fā)專項基金資助項目 (NCSTE-2006-JKZX-182)

劉鯉粽 (1979-),男,山東萊州人,工程師,主要從事礦用油品的科研開發(fā)工作。