放頂煤液壓支架柱窩破損現(xiàn)場處理方法探討

李西川

(大同煤礦集團(tuán) 機(jī)電裝備制造有限公司力泰公司，山西 大同 037000)

能源需求是我國的一個重大課題，尤其是煤炭資源的開采在能源需求市場上占比有增無減，導(dǎo)致各煤炭能源集團(tuán)向智能化、高端化、高效化、高可靠性開采設(shè)備的方向發(fā)展。我國液壓支架經(jīng)歷了從20世紀(jì)七十年代進(jìn)口為主發(fā)展到現(xiàn)在的自主研發(fā)、自主制造甚至出口。隨著液壓支架技術(shù)向高端化發(fā)展，很多煤炭儲量豐富的特厚煤層工作面優(yōu)選了兩柱掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架，以適應(yīng)煤炭儲量豐富，煤層厚度大，而且煤層穩(wěn)定性不好的綜放工作面開采。

但是由于近幾年液壓支架技術(shù)發(fā)展迅速，我國煤機(jī)行業(yè)大修理標(biāo)準(zhǔn)沒有相應(yīng)制定，造成了很多設(shè)備大修理過程中的失誤。本文以中煤某礦的掩護(hù)式放頂煤液壓支架大修理后使用情況為例，分析了事故發(fā)生原因及修理過程中出現(xiàn)的問題，提出了相應(yīng)的處理方法。

1 事故的發(fā)生原因

2017年7月，中煤某礦使用掩護(hù)式放頂煤液壓支架開采寬260 m，走向長2 800 m的工作面，該工作面煤層厚度高達(dá)9～17 m. 單面年產(chǎn)達(dá)1 400萬t，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了500萬t的年產(chǎn)量限制，而且該套支架已經(jīng)在井下開采了4個類似工作面，設(shè)備出井大修理后再次投入使用。由于回采過程中前部行人通道沒有及時(shí)清理浮煤、浮矸，造成液壓支架底座與工作面底板之間長期存有浮煤、浮矸，在液壓支架受到大頂來壓的干擾時(shí)，底座的底板受到局部支撐力的破壞，柱窩減重塊部位被擠壓出了深度大于20 mm的凹坑，根據(jù)大修理標(biāo)準(zhǔn)要求，對該部位進(jìn)行了技術(shù)處理：將該部位的底板氣割去除，對應(yīng)的補(bǔ)焊了一塊30 mm厚度的鋼板，周邊填平焊接，而且焊接改造完成后沒有嚴(yán)格執(zhí)行Q690以上高強(qiáng)度鋼板的退火熱處理工藝。在支架大修理完成后，下井使用的一周，立柱支撐達(dá)不到應(yīng)有的支撐高度，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)該支架的底座柱窩已經(jīng)跌落在支架后部古塘側(cè)，致使立柱缸底直接與工作面底板接觸，液壓支架無法起到可靠支護(hù)功能[1].

當(dāng)時(shí)液壓支架損壞10余架，由于工作面很長，發(fā)生故障的支架基本都在工作面中部位置，因此，無法將損壞的支架撤出，造成工作面回采工作停滯，不能順利生產(chǎn)，甚至一度停產(chǎn)。

2 事故處理方法研究

事故發(fā)生后，相關(guān)部門聯(lián)系了多個液壓支架制造廠家，都無法提出合理的建議。這次事故設(shè)備損壞面積大，而且也是首次發(fā)生兩柱掩護(hù)式放頂煤支架出現(xiàn)底座柱窩部位損壞的情況，結(jié)合以往處理類似設(shè)備事故的經(jīng)驗(yàn)，對現(xiàn)場情況進(jìn)行了分析研究，決定采取加裝抗沖擊柱窩的方法進(jìn)行處理(見圖1).

圖1 抗沖擊柱窩及壓板示意圖

抗沖擊柱窩的設(shè)計(jì)過程，考慮到原始柱窩已經(jīng)損壞或者丟失，立柱柱底無著力點(diǎn)，抗沖擊柱窩必須具備足夠的支撐能力，并且由于底板損壞，受到的壓力必須傳導(dǎo)到底座主筋框架上，使得底座主筋承擔(dān)壓力。唯一有先決條件的是，該架型為雙伸縮立柱，支架伸縮比較大，可以有效避免因結(jié)構(gòu)變更造成支架采煤高度不能滿足工作面要求。

設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮新柱窩能夠順利穩(wěn)裝入原底座箱體相應(yīng)的部位內(nèi)，新柱窩寬度和長度均比原底座柱窩小10 mm，并且不得與原始的垂直角焊縫發(fā)生干涉，因此在其立板上開出15×45°坡口。新柱窩的底部必須與原柱窩上平面臨界接觸，在受力過程中，不能因壓力傳遞給原始柱窩而造成底座二次損傷。

為了確保立柱的順利安裝，與主筋焊接的兩側(cè)板必須留有足夠間隙，確保立柱底爪裝入，同時(shí)還要確保立柱壓板能夠起到相應(yīng)的功能，滿足圖1中所示的結(jié)構(gòu)形式。由于兩主筋內(nèi)檔寬度受到影響，立柱外徑480 mm無法裝入，因此，裝入立柱底爪的位置寬度必須加大，才能夠確保立柱順利裝入，并且在立柱發(fā)生傾斜時(shí)不發(fā)生擠壓外缸的情況[2].

為滿足承壓強(qiáng)度要求，在設(shè)計(jì)抗沖擊柱窩時(shí)，兩側(cè)彎板厚度一般選擇與底座內(nèi)外主筋厚度相同。并且在滿足底面與原始柱窩臨界接觸的前提下，優(yōu)先選用100 mm厚度的鋼板作為立柱著力點(diǎn)，在其底部設(shè)計(jì)了50 mm高度的雙“十字”交叉立筋，有效提高了著力點(diǎn)部位的抗壓強(qiáng)度[3].

在安裝抗沖擊柱窩時(shí)，根據(jù)該工作面低瓦斯的情況，對兩側(cè)彎板進(jìn)行了與底座過橋、主筋、后部立筋之間的焊接，形成8條20 mm高度的垂直立焊縫，將抗沖擊柱窩受到的壓力有效地傳遞給底座框架結(jié)構(gòu)，底板所受壓力由主筋及過橋等板件傳遞而來，達(dá)到壓力均勻分布的要求，避免了因局部受力而再次損壞底座的主結(jié)構(gòu)。

為了保證立柱的固定，特別設(shè)計(jì)了特殊柱底壓板(見圖1)，柱底壓板的下部圓弧可以與立柱缸底底爪配合，滿足壓立柱要求。在抗沖擊柱窩兩側(cè)彎板上預(yù)留了一個35×30 mm的方形豁口，方便橫壓板的裝入，橫壓板可以有效防止柱底壓板脫出。

3 結(jié) 語

該套抗沖擊柱窩按照設(shè)計(jì)、工藝的要求完成后，工作面順利恢復(fù)了生產(chǎn)，目前已經(jīng)回采工作面900余米，抗沖擊柱窩狀態(tài)良好，預(yù)計(jì)在后期的1 600 m的回采過程中，由于材料疲勞，需要更換一次。