液壓支架泄漏故障檢測(cè)技術(shù)研究及實(shí)踐

高大鵬

（山西介休義棠安益煤業(yè)有限公司，山西 介休032000）

工作面液壓支架故障主要包括支架構(gòu)件損壞和液壓系統(tǒng)泄漏，前者發(fā)生幾率較小且易于發(fā)現(xiàn)并維修，而后者由于井下環(huán)境惡劣且生產(chǎn)地質(zhì)條件復(fù)雜，支架液壓系統(tǒng)元件使用壽命短，泄漏故障率高且難以被人們感官所直觀發(fā)現(xiàn)，由內(nèi)部泄漏而引起的支架液壓系統(tǒng)內(nèi)部串液尤為如此。支架液壓系統(tǒng)（立柱、千斤頂、安全閥、單向閥、操縱閥、管路及連接件）出現(xiàn)乳化液泄漏（內(nèi)部泄漏和向外側(cè)泄漏）故障，必然導(dǎo)致支架出現(xiàn)失效故障，使其支護(hù)能力難以充分發(fā)揮〔1－2〕。故需要對(duì)支架液壓系統(tǒng)泄漏故障的特征信號(hào)進(jìn)行提取和分析，找出液壓支架泄漏故障的快速、準(zhǔn)確分析方法和檢測(cè)手段。

1 液壓支架泄漏故障分類(lèi)分析

支架液壓系統(tǒng)往往由液壓泵、液壓缸、液壓閥和各種輔助裝置等組成。液壓支架通常采用的動(dòng)力液壓缸有液壓支柱和液壓千斤頂，它們均由液壓閥來(lái)進(jìn)行控制，完成支架的各種動(dòng)作，如升、降、推、移等。液壓支架常見(jiàn)故障有兩大類(lèi)，歸結(jié)為支柱升降故障和千斤頂伸縮故障。各類(lèi)故障形式千差萬(wàn)別，影響因素各異，但最終表現(xiàn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能正常工作，對(duì)其故障分類(lèi)及不正常原因可進(jìn)行系統(tǒng)分析。

1）支柱升降故障

支柱升降故障主要包括：① 支柱不能升起或升柱過(guò)慢；② 支柱不能降下或降柱過(guò)慢；③ 支柱承載力過(guò)小或承載后自動(dòng)卸載；④ 操縱閥手把打到零位后，降下的支柱又升起來(lái)。

2）千斤頂伸縮故障

千斤頂伸縮故障包括：① 推移千斤頂伸縮故障導(dǎo)致不能移架或移架過(guò)慢；② 推移千斤頂伸縮故障導(dǎo)致不能推溜或推溜過(guò)慢；③ 前梁千斤頂、側(cè)護(hù)板千斤頂不能伸縮或動(dòng)作很慢。

3）液壓閥的故障

在以上兩類(lèi)故障發(fā)生的原因，小部分是泵、管路等外部液壓系統(tǒng)泄漏故障及支柱、千斤頂?shù)臋C(jī)械損傷故障，大部分則是由于各類(lèi)液壓閥組內(nèi)、外泄漏故障引起的。統(tǒng)計(jì)表明，液壓閥故障90%以上是泄漏故障，液壓閥故障在泄漏故障中比較突出。

操縱閥常見(jiàn)故障主要有：① 在有壓力而操縱閥手把處于零位時(shí)，能聽(tīng)到液體流過(guò)閥門(mén)的聲響，這種故障是閥座和閥球之間密封不好而造成的內(nèi)部串液；② 在有壓力，手把打到任一工作位置時(shí)，閥內(nèi)流體流動(dòng)聲音較大，而支柱或千斤頂動(dòng)作很慢。

液控單向閥的常見(jiàn)故障主要有：① 單向閥漏液，支柱自動(dòng)下降；② 支柱升降緩慢。

安全閥常見(jiàn)故障有：① 支柱升柱后自動(dòng)下縮；② 支柱未達(dá)到工作阻力，安全閥就卸載。

2 支架液壓泄漏故障與支撐力的關(guān)系研究

若支架立柱產(chǎn)生泄漏故障，必然會(huì)影響支架的支撐力的有效發(fā)揮，而支架支撐力的有效發(fā)揮對(duì)工作面支護(hù)可靠至關(guān)重要。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)大量的泄漏故障檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，支架泄漏故障對(duì)立柱支撐力的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，即：泄漏程度和泄漏時(shí)間，這是需要研究的首要問(wèn)題。

首先根據(jù)液壓泄漏檢測(cè)儀顯示的泄漏信號(hào)當(dāng)量強(qiáng)度值（Z）把支架泄漏故障分為五類(lèi)（見(jiàn)表1）。

表1 支架泄漏故障程度分級(jí)表

在表1的五類(lèi)故障程度中，第一類(lèi)為無(wú)泄漏故障，表示支架液壓系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，沒(méi)有泄漏故障存在；第二類(lèi)為輕微泄漏故障，表示支架液壓系統(tǒng)出現(xiàn)了泄漏，但是泄漏程度非常小，對(duì)支架發(fā)揮支撐能力影響不大；第三類(lèi)為明顯泄漏故障，表示支架液壓系統(tǒng)由于出現(xiàn)泄漏已經(jīng)明顯不能充分發(fā)揮設(shè)計(jì)支撐能力，支架液壓系統(tǒng)工作狀態(tài)已經(jīng)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；第四類(lèi)為嚴(yán)重泄漏故障，表示支架液壓系統(tǒng)損壞已經(jīng)比較嚴(yán)重，基本不能提供設(shè)計(jì)需要的支撐力，支架液壓系統(tǒng)已經(jīng)處于惡劣狀態(tài)；第五類(lèi)為極嚴(yán)重泄漏故障，表示支架液壓系統(tǒng)已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞，基本不能提供支撐力，支架液壓系統(tǒng)已經(jīng)基本不能工作。

為了研究泄漏故障對(duì)支架支撐力的影響關(guān)系，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了活塞液壓泄漏試驗(yàn)，分別試驗(yàn)了在不同的泄漏程度條件下支架支撐力隨時(shí)間的變化關(guān)系（見(jiàn)圖1）。

圖1 不同故障程度時(shí)支架支撐力與時(shí)間的關(guān)系

1）在輕微泄漏故障時(shí)，立柱支撐力降低到45N以后逐漸趨于平衡，這說(shuō)明輕微泄漏程度的故障在立柱支撐力小于45N時(shí)是基本不會(huì)泄漏的，而在極嚴(yán)重泄漏故障時(shí)，立柱支撐力快速下降，在60s以后支撐力為2N，幾乎完全失去支撐力；并且通過(guò)曲線趨勢(shì)可以得到不同泄漏故障在支撐力降到一定值后，泄漏基本不會(huì)發(fā)生。這說(shuō)明在支架泄漏時(shí)，并不是所有的泄漏故障都會(huì)導(dǎo)致立柱完全失去支撐力，而是不同的泄漏程度時(shí)，支架實(shí)際最大支撐力為額定值的一部分。根據(jù)這個(gè)規(guī)律，可以根據(jù)需要的支撐力數(shù)值來(lái)得到支架泄漏故障的分級(jí)。

2）支架支撐力與時(shí)間的關(guān)系在有故障時(shí)是遞減的，但是多數(shù)在60s之后基本趨于平衡狀態(tài)，這說(shuō)明，支架立柱的泄漏故障多發(fā)生在升柱之后的很短一段時(shí)間之內(nèi)，此時(shí)支架支撐力小于立柱初撐力。雖然在此之后泄漏不再發(fā)生，但是立柱支撐力卻難以符合支架控制頂板的要求。

由以上的研究可以得知，如果液壓支架存在泄漏故障必然會(huì)影響到支架支撐力的發(fā)揮，從而會(huì)影響液壓支架的穩(wěn)定性，所以對(duì)液壓支架的故障進(jìn)行研究，尋求一種快速簡(jiǎn)便有效的支架泄漏故障檢測(cè)方法成為保證液壓支架穩(wěn)定的前提之一。

3 液壓泄漏故障的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及分析

某科研機(jī)構(gòu)研發(fā)的YHX型泄漏檢測(cè)儀是煤礦井下液壓支架的液壓系統(tǒng)密封程度的檢測(cè)儀器，它適用于煤礦井下支架液壓系統(tǒng)泄漏檢測(cè)。它采用先進(jìn)的檢測(cè)傳感技術(shù)，應(yīng)用進(jìn)口IC電路與晶體管組裝，具有體積小、重量輕、準(zhǔn)確可靠、操作方便、實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，是一種實(shí)用的便攜式泄漏檢測(cè)儀器〔3－4〕。

YHX型泄漏檢測(cè)儀故障診斷的原則為：有“外泄”或“內(nèi)泄”故障，則會(huì)有高頻噪聲或振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生；無(wú)“外泄”或“內(nèi)泄”故障，則無(wú)高頻噪聲或振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生。綜合試驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果和某礦工作面試檢驗(yàn)證情況，可得支架液壓系統(tǒng)泄漏故障判別標(biāo)準(zhǔn)表（見(jiàn)表2）。

表2 支架液壓泄漏故障判據(jù)表

具體檢測(cè)工作主要通過(guò)兩種途徑進(jìn)行：① 按一定的周期進(jìn)行三輪全工作面支架液壓系統(tǒng)泄漏故障檢測(cè)，并發(fā)布支架故障檢測(cè)檢修報(bào)告，并根據(jù)檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行全面檢修并加強(qiáng)支架管理，以實(shí)現(xiàn)支架支護(hù)作用的可靠性；② 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)，隨機(jī)抽取數(shù)架支架，觀測(cè)人員和支架檢修工使用YHX型檢測(cè)儀檢測(cè)支架泄漏故障，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后當(dāng)場(chǎng)判定故障位置和故障原因，并立即組織維修，解決故障。

4 結(jié)語(yǔ)

工作面實(shí)施支架液壓系統(tǒng)故障檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)支架故障診斷和端面冒頂防治由早期的“被動(dòng)應(yīng)付型”到“主動(dòng)保障型”的轉(zhuǎn)變，通過(guò)實(shí)施支架故障檢測(cè)技術(shù)，對(duì)于保障支架支護(hù)系統(tǒng)的可靠性，降低綜放工作面支架—圍巖事故率具有重要的指導(dǎo)意義。

〔1〕孫成通 .液壓支架泄漏檢測(cè)方法的分析與實(shí)踐〔J〕.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2004，6：40－42，44.

〔2〕張中金，李金艷.液壓支架液壓系統(tǒng)泄漏原因及對(duì)策〔J〕.煤礦機(jī)械，2005，7：134－135.

〔3〕張守寶，謝生榮，何富連 .液壓支架泄漏檢測(cè)方法的分析與實(shí)踐〔J〕.煤炭學(xué)報(bào)，2010，35（1）：145－148.

〔4〕何富連，張衛(wèi)國(guó)，張守寶 .綜采面頂板安全保障及支架故障診斷技術(shù)〔J〕.中國(guó)煤炭，2006，32（12）：39－40.