單體液壓支柱是指利用液體壓力產生工作阻力並實現升柱和卸載的單根可縮性支柱。單體液壓支柱主要分為懸浮式、雙伸縮懸浮式、DN內注式以及玻璃鋼單體液壓支柱。
基本介紹
- 中文名：單體液壓支柱
- 外文名：single hydraulic prop
- 類型：一種新環保型的支護裝備
- 特點：可靠性高重量輕
- 要求：傾角小於25度--35度
- 領域：礦業
原理,用途,分類,特點,管理,型號含義,
原理
單體液壓支柱是由缸體、活柱、閥等零件組成的。其中三用閥是外注式單體液壓支柱的心臟，它由單向閥、卸載閥和安全閥王部分組成。單向閥供單體液壓支柱供液用，卸載閥供單體液壓支柱卸載回柱用，安全閥保證單體液壓支柱具有恆阻特性。現以外注式單體液壓為例介紹其結構和工作原理。
升柱時，操作注液槍把手，高壓液體經三用閥內的單向閥、閥筒上的徑向孔進入支柱下腔，活柱升高。當支柱頂蓋使金屬頂梁緊貼工作面頂板，活柱不再升高時，鬆開注液槍把手，注液槍即切斷島壓液流，這時支柱下腔壓力為泵站壓力，使支柱給予頂板一定的初撐力，完成升柱——初撐階段。
隨著支護時間的延長，工作面頂板作用在支柱上的載荷增加，當頂板壓力超過支柱額定工作阻力時，支柱內腔的高壓液體將三用閥中的安全閥打開，液體從右閥管與安全閥套之間的間隙外溢，支柱內腔壓力降低，支柱下縮。當支柱內腔壓力低於安全閥彈簧力時，安全閥關閉，支柱內腔壓力液體停止外溢，支柱不再下縮。
回柱時，將卸載手把插入三用閥筒卸載孔中，轉動卸載手把(或扳動卸載裝設)、迫使安令閥軸向移動，從而打開卸載閥。支柱內腔乳化液經卸載閥、右閥管與注液閥體之間的間隙噴到工作面採空區，活柱在自重和復位彈簧作用下回縮，達到回柱目的。
用途
單體液壓支柱簡稱為單柱，在結構上與液壓支架不同。它與金屬鉸接頂梁配套，供普通機械化採煤工作面支護使用；也可供綜采工作面局部地區，如端頭或臨時支護使用。單柱沒有推移裝置、整體底座和頂梁，但柱體本身的結構較液壓支架上的支柱複雜。單柱也是恆阻工作式的支柱。
單體液壓支柱適用於傾角小於250的水平或緩傾斜煤層(當採用可靠的安全措施時，也可在25°～35°的煤層中使用)，並且要求底板不宜過軟，頂板周期壓力明顯，直接頂易於垮落的圍岩條件，在底板過軟、地質條件複雜或分層的工作面使用單柱時，應採取相應的措施。
單體液壓支柱不準在下列條件下使用：
(1)淋水過大的工作面。
(2)使用其它性能支柱的工作面。
(3)使用木頂梁的工作面。
(4)有嚴重酸鹼性淋水的工作面。
(5)暫不適用炮采工作面。
分類
由缸、活柱、閥等零件組成。以專用油或高含水液壓液(含乳化液)等為工作液，供礦山支護用的單根支柱稱為單體液壓支柱。
單體液壓支柱按其供液方式不同，分為外供液式(簡稱外注式)和內供液式(簡稱內注式)支柱。按工作行程不同，支柱分為單伸縮(單行程)支柱和雙伸縮(雙行程)支柱。按使用材質不同，支柱分為鋼質支柱和輕合金支柱。
一、活塞式單體液壓支柱
(一)內注式單體液壓是柱
內注式單體液壓支柱在人力作用下靠支柱內部液體循環達到支撐頂板的目的。其主要由頂蓋、通氣閥、安全閥、活柱體、油缸體、支柱活塞、曲柄滑塊機構等零件組成。
內注式單體液壓支柱包括升柱與仞撐、承載、卸載回柱三個過程。但由於支柱結構複雜，維護維修費用高，勞動強度大，生產成本高，使用量在逐步減少。
(二)外注式單體液壓支柱
外注式單體液壓支柱是往工作面乳化液泵站提供的壓力液體作用下達到支撐頂板目的的，也包括升柱與初撐、承載、卸載回柱三個過程。
外注式單體液壓支柱結構主要由頂蓋、加長段、圓弧焊縫、三用閥、柱頭、圓弧焊縫、手把體、活柱、油缸、復位彈簧、活塞、底座等組成。
二、懸浮式單體液壓支柱
懸浮式單體液壓支柱是20世紀末研發出的新型外注式單體液壓支柱，其克服了活塞式單體液壓支柱存在的焊縫斷裂、內泄漏、操作不便等缺陷，實現了無焊縫、無柱頭、無活塞的結構，具有工作行程大、使用範圍廣、抗偏載能力強、使用安全可靠等特點，在生產實踐中得到了良好的套用效果。懸浮式單體液壓支柱分為單伸縮和雙伸縮支柱兩大類。
(一)單伸縮懸浮式單體液壓支柱
單伸縮懸浮式單體液壓支柱結構主要由頂蓋、懸浮蓋、活柱、手把閥體、油缸、復位彈簧、底座、三用閥等零部件組成。包括升柱和初撐、承載、卸載回柱式個過程，支柱的控制由三用閥完成。
(二)雙伸縮懸浮式單體液壓支柱
雙伸縮懸浮式單體液壓支柱主要由頂蓋、懸浮蓋、活柱、套缸、手把閥體、油缸、中缸、復位彈簧、底座、三用閥等零部件組成。
特點
內、外注式單體液壓支柱的工作原理、性能和回柱方式均相同，而結構、工作介質等有所不同，其各自的特點如下：
1)內、外注式單體液壓支柱區別
(1)外注式單體液壓支柱的工作液為乳化液，回柱時乳化液排至採空區。內注式單體液壓支柱的工作液為液壓油，回柱時油缸中的液壓油流回活柱內腔形成閉式循環。
(2)外注式單體液壓支柱用的乳化液由設在巷道中的泵站經高壓膠管、注液槍供給，並給予支柱的一定初撐力，初撐力由泵站壓力保證。內注式單體液壓支柱是靠支柱本身手搖泵來獲得初撐力，所以初撐力是根據操作力的大小來確定的。
(3)外注式單體液壓支柱是靠活柱體自重和復位彈簧降柱。內注式單體液壓支柱僅靠自重降柱。
(4)內注式單體液壓支柱在升降柱時，需要進氣、排氣，要求設有通氣裝置。外注式則不需要。
(5)外注式單體液壓支柱的活柱升到最大高度時依靠限位裝置限位。內注式單體液壓支柱的活柱升到最大高度時則依靠活柱體內裝油量的多少來限位。
(6)外注式單體液壓支柱上的所有閥都裝在一起，便於井下更換和井上維修。內注式單體液壓支柱的安全閥、單向閥和卸載閥分別裝在不同的位置上，在井下無法更換。
2)外注式單體液壓支柱的優點
(1)結構簡單。除三用閥外，支柱內腔零件少（不像內注式單體液壓支柱裝有一個手搖泵以及通風裝置等），因此加工容易、成本低。
(2)維護方便。支柱一般故障大多發生在三用閥上，在井下更換一個好的三用閥後，支柱即可投入使用，無需整體升井，因此零件發生故障的可能性少（而內注式單體液壓支柱的任何內部零件的損壞都需支柱升井解體，維修工作量大）。
(3)升柱速度快。一般外注式單體液壓支柱的升柱速度為70~ 80mm/s。泵站壓力越高，升柱速度也就越高（內注式單體液壓支柱靠人工來完成，每搖一次手把，升柱行程一般只有20~30mm）。在升柱行程相同的情況下，外注式比內注式支柱的升柱速度快4~5倍。
(4)工作行程大，適應煤層變化範圍大。外注式單柱行程不受升柱限制，可設計得大些，因而適應煤層變化的範圍大（內注式單柱因手工操作升柱，每次行程又小，所以支柱行程不可能設計得太大，否則將影響工人操作）。
(5)質量較輕。外注式單柱零件少，所以質量輕。同一高度的內、外注式單柱的質量相差3—5kg。
3)外注式單體液壓支柱的缺點
(1)增加一套泵站和管路系統，系統多、環節多、管理較複雜（內注式單柱就不需要這些設備，在沒有電源和泵站的地方也可套用，靈活性強，管理較簡單，對工作面生產的影響也小）。
(2)消耗乳化液，噸煤成本略有提高。外注式單柱在回柱時，將單柱內腔乳化液排至採空區，不能回收復用（內注式單柱回柱時，其液壓油流回活柱內腔，實現支柱本身液壓油閉路循環，所以液壓油的消耗量少）。
(3)外注式單柱是開式系統，單向閥、卸載閥暴露在外表，容易受污染而失效（內注式單柱的閥全部裝在支柱內腔，受外界污染的可能性小，所以可靠性較高）。
(4)勞動條件較差。外注式單柱在注液前要衝洗注液嘴，操作不當就容易弄濕工作服（內注式單柱的液壓系統為閉式系統，油液不易外漏，所以勞動條件好些）。
因外注式單體支柱有很多優點，大多數煤礦都用外注式單體支柱。
管理
單體液壓支柱之所以能獲得廣泛的套用，與它的工作性能分不開。然而，要使每根柱子始終保持良好的工作性能，確定各階段嚴格、正確的管理措施又是十分必要的。
1．使用前的管理
①對於擬使用單體液壓支柱的工作面，首先要根據工作面的地質條件和必要的監測結果正確選型。只有選型合適，才能充分發揮支柱的作用，管理好頂板。
②根據工作面的生產方式編制支護方案、技術措施及安全作業規程，並報經主管部門批准後進行實施。
③根據工作面建立台賬。其內容一般包括：下井日期、數量、型號、折損量、維修時間及根次，支柱技術性能測定數據等。
④不論新、舊支柱，下井前必須逐根檢驗，合格者方能下井。另外，支柱運輸過程中要注意保護，防止與其他硬物品碰、撞、砸、壓，造成意外的機械損傷。
⑤對操作者進行上崗前的培訓，合格者上崗，杜絕無證操作。
2．操作中的管理
①單體支柱工作面，不準與不同性質、不同規格的支柱混合使用。即使是同一類型同一規格的支柱，也要注意在操作時儘量使其工作性能一致，升柱時要保證每根柱子都達到其初撐力。這是管好工作面頂板的關鍵。
②嚴格按支護規程操作，確保架設質量。要柱、排距均勻，做到橫成排，豎成行。支柱要垂直頂、底板支設，要有迎山角且角度要合適。
③工作面立柱和鉸接頂梁要編號管理，對號入座；對於支柱工應採用分段承包架設和管理。根據有關規定，機械化工作面一般不準放炮；非放不可時應採取有效的保護措施，防止損壞支柱。工作面出現“死柱”時，嚴禁用炮崩，不允許用絞車拔柱，應打好臨時支柱，採取局部挑頂、臥底將其取出。
④給支柱注液時，要注意=三用閥注液口處是否清潔，一般應先沖洗後再插槍注液。
⑤嚴格管理乳化液，保證其各項性能指標參數複合要求。
3．維修管理
①建立維修管理制度。在井下支護過程中，要注意單體液壓支柱的損壞情況，當支柱出現自動卸載降柱、卸載閥失效、支柱表面有明顯的機械變形或機械擦傷而影響動作等情況，都要及時升井修理。支柱在井下連續使用6～8個月後（多為一個工作面采完後）或井下存放時間較長，應升井檢修。
②凡檢修後的支柱均須進行測試，其內容一般包括操作試驗，承載試驗，高、低壓密封試驗等。
型號含義
支柱型號主要由“產品類型代號”、“第一特徵代號”、“第二特徵代號”和“主參數代號”表示，如按此劃分仍不能區分不同產品時，允許增加“補充特徵代號”和“修改序號”以示區別。
(1)“產品類型代號”表明產品類別，支柱用漢語拼音大寫字母D表示。
(2)“第一特徵代號”表明支柱按供液方式和工作液不同的分類，內注式支柱用漢語拼音大寫字母N表示，外注式支柱用漢語拼音大寫字母W表示；“第二特徵代號”表明支柱按行程不同的分類，雙伸縮支柱用漢語拼音大寫字母S表示，無字母代表單伸縮支柱。
(3)“主參數代號”依次用支柱的最大高度、額定工作阻力和油缸內徑三個參數表明，三個參數均用阿拉伯數字表示，參數之間分別用“-”“/”符號隔開，最大I島度的單位為分米(dm)，額定工作阻力的單位為千牛，油缸內徑的單位為毫米。
(4)“補充特徵代號”用於區分材質、結構等不同的產品，用漢語拼音大寫字母表示，如Q代喪輕合金。
(5)“修改序號”表明產品結構釘承大修改時作識別之用，用帶括弧的大寫英文字母(A)、(B)、(C)…依次表示。
