Технічні науки / 3. Галузеве машинобудування

удк 622.284.54

К.т.н. Эренбург В.И., Эренбург А.В.

Государственный Макеевский научно-исследовательский институт

по безопасности работ в горной промышленности (МакНИИ)

Донецкий национальный университет

Диагностика работоспособности гидравлической

стойки двойной раздвижности

Аннотация

Рассмотрен способ повышения эксплуатационной надежности шахтных гидравлических механизированных крепей с помощью устройства диагностики работоспособности обратного клапана, а также конструкция и принцип работы устройства для его осуществления, основанные на разработанной физико-математической модели, позволяющей с помощью современных персональных компьютеров смоделировать процесс работы гидравлической стойки с неработоспособным клапаном второй ступени. Приведены результаты промышленных испытаний экспериментальной партии устройств диагностики состояния клапана второй ступени гидравлической стойки Сформулированы цели и направления дальнейших исследований и разработок в области повышения уровня безопасности очистных работ в комплексно-механизированных забоях.

Сегодня перед угольной отраслью очень остро стоит задача повышения добычи угля. Добыча угля является один из самых сложных и опасных технологических процессов в человеческой деятельности. Наиболее прогрессивный способ решения данной задачи это повышение производительности труда, интенсификация процесса добычи. Внедрение достижений передовой науки в угольной отрасли позволило создать на рубеже тысячелетий совершенно новое высокопроизводительное оборудование для добычи угля из очистных забоев. Таким оборудованием являются угледобывающие механизированные комплексы, которые в общем случае состоят из гидравлической механизированной крепи, очистного комбайна и забойного скребкового конвейера. Однако интенсификация работ в очистном забое ведет к увеличению вероятности роста травматизма. В связи с этим перед современной наукой и научно-техническим прогрессом стоит задача разрешить названное противоречие.

При эксплуатации механизированного комплекса, одним из основных факторов, определяющих безопасность ведения работ, является работоспособность механизированной гидравлической крепи, которая в процессе добычи угля является средством механизации, предназначенным, прежде всего для обеспечения безопасности работ в забое, путем поддержания кровли пласта и защиты рабочего пространства от проникновения пород в рабочую зону. Работоспособность механизированной крепи в основном определяют ее силовые параметры, зависящие от надежности и несущей способности, гидравлических стоек, на которые опирается верхнее перекрытие, взаимодействующее с кровлей пласта. Эксплуатация механизированной крепи с потерявшими работоспособность гидравлическими стойками негативным образом влияет на взаимодействие крепи с кровлей, что является одной из основных причин повышения травматизма, несчастных случаев и аварий, происходивших в комплексно-механизированных забоях в связи с обрушением кровли.

Согласно имеющимся данным за период с 1991 по 2000 годы при эксплуатации машин и механизмов произошло 10722 аварии, что составляет 46 % от общего числа аварий [1]. При этом удельный вес травматизма, связанного с эксплуатацией механизированных крепей, составляет 10 %.

Изменение смертельного травматизма за период 1990-2004 гг. по фактору «механизированные крепи» представлено на рисунке 1.

Наиболее частыми отказами, возникающими в процессе эксплуатации механизированных крепей, являются полная или частичная потеря гидравлическими стойками несущей способности [2]. Продолжительная эксплуатация механизированных крепей с утратившими работоспособность гидравлическими стойками приводит к ухудшению состояния кровли пласта: нарушению сплошности, образованию заколов, обрушению пород кровли в рабочее пространство лавы, что снижает уровня безопасности ведения работ в очистном забое, приводит к необходимости выполнения дополнительных работ, направленных на устранение предаварийных ситуаций и т.п. В ряде случаев происходит зажатие секций крепи «на жестко», что влечет за собой простои лавы и необходимость демонтажа и капитального ремонта секций и в итоге ухудшение технико-экономических показателей работы очистных забоев.

К нарушению герметичности гидравлических стоек, а, следовательно, к перетокам, утечкам рабочей жидкости, как известно, приводит выход из строя какого-либо элемента гидравлической системы стойки (предохранительного клапана, обратного клапана, уплотнений и т.п.), возникающий в процессе ее эксплуатации. Немаловажным фактором, определяющим работоспособность телескопических гидравлических стоек двойной раздвижности, является степень герметичности обратного клапана ее второй ступени, так как в случае его отказа сопротивление гидростойки снижается в 2 – 2,5 раза от номинального значения. Такие неисправности характеризуются трудностью диагностирования, так как их внешние проявления зачастую отсутствуют.

Авторами проанализированы существующие технические решения, направленные на решение задачи выявления всех видов отказов гидравлических стоек [3] и установлено, что шахтные механизированные крепи как производства Украины, так и зарубежные не имеют диагностических устройств, дающих объективную информацию о герметичности обратного клапана второй ступени гидравлических стоек двойной раздвижности. В тоже время требования нормативно-правовых актов по охране труда и промышленной безопасности, действующие в Украине [4,5] предусматривают необходимость непрерывного контроля давления в каждой гидравлической стойке секции механизированной крепи.

Для выявления стоек, утративших несущую способность, из отечественной и зарубежной практики известны методы и средства контроля, основанные на применении переносной аппаратуры и индивидуальных измерительных приборов – индикаторов давления, которыми оснащается каждая стойка, или манометров. Современные механизированные крепи оснащаются индикаторами давления (типа ИД13, ИД3), позволяющими измерять давление в момент наблюдения (текущее) и максимальное давления за некоторый контрольный период времени. Применение индикаторов данного типа позволяет однозначно судить о герметичности поршневой полости только первой ступени и не может информировать о работоспособности обратного клапана второй ступени раздвижности, так как индикаторы соединены только с поршневой полостью первой ступени гидростойки. Поэтому гидростойки с разгерметизированным обратным клапаном могут продолжительное время эксплуатироваться и негативным образом влиять на взаимодействие крепи с кровлей.

Для решения задачи диагностирования герметичности второй ступени раздвижности гидравлической стойки авторами был предложен способ получения информации и разработано устройство диагностики [6], позволяющие улучшить качество контроля и оперативность адресной информации о возникновении отказов гидравлической стойки.

Устройство диагностики ДУ1 (фото 1) предназначено для работы в составе механизированных крепей КД90 и КД80 с целью выявления не герметичности донного клапана гидравлических стоек и представляет собой диск, который устанавливается на ее шток.

Фото 1 – Устройство диагностики ДУ1.

Диск фиксируется на штоке с помощью пружинных элементов и имеет возможность перемещаться по штоку под действием внешней силы. По периметру диска установлены упоры, выполненные с возможностью их контакта с торцевой поверхностью цилиндра. В диске имеются отверстия, в которых установлены стержни-индикаторы. Конструкция стержня предусматривает возможность контакта его нижней части с торцевой поверхностью плунжера и перемещения в отверстиях диска под действием внешней силы.

Принцип действия устройства основан на фиксировании взаимных перемещений выдвижных элементов стойки.

Диск устройства диагностики устанавливается на шток гидростойки и фиксируется на при помощи пружинных элементов на некотором расстоянии от торцевой поверхности плунжера. Стержни-индикаторы утапливаются (в направлении сверху вниз) в отверстиях диска. После чего устройство готово к контрольным функциям.

В штатном режиме работы крепи поршневая полость стойки после окончания распора замыкается клапанами стоечного блока. Складывание стойки при работе крепи происходит под действием внешних сил. При не работоспособном обратном клапане и выдвинутом плунжере складывание штока (зачастую визуально неопределимое) из-за разницы диаметров происходить раньше, чем плунжера. Диагностическое устройство, закрепленное на штоке, опускается вместе с ним до возникновения контакта нижней части стержней-индикаторов с торцевой поверхностью плунжера, после чего стержни начнут перемещаться в отверстиях диска и фиксироваться в поднятом положении, что будет доступно для визуального наблюдения. Производя визуальные наблюдения за положением стержней-индикаторов, оператор, обслуживающий крепь, может сделать однозначный вывод об исправности обратного клапана второй ступени гидравлической стойки.

После проведения предварительных испытаний в ноябре-декабре 2006г. в механических мастерских шахты им. Калинина, подтвердивших правильность конструкторских решений, МакНИИ и фирмой «НТТ, лтд» была разработана и изготовлена экспериментальная партия устройств диагностики ДУ1 в количестве 10 штук [6].

Испытания экспериментальной партии устройств проводились в период с 19.04.07г. по 28.04.07г. в условиях 2-й восточной лавы ЦПУ пласта h₁₀ добычного участка № 9 ОП «Шахта им. Калинина» ГП «ДУЭК». Лава оборудована механизированным комплексом 2МКД90 с крепью механизированной 2КД90, изготовленной ОАО «Дружковский машиностроительный завод». Комплекс 2МКД90 был смонтирован в монтажной камере 2-й восточной лавы ЦПУ пласта h₁₀ и запущен в работу в декабре в 2001г.

Основной целью проведения шахтных приемочных испытаний являлось получение объективной информации об эффективности работы устройства при выявлении негерметичности донного клапана гидравлических стоек двойной раздвижности в условиях эксплуатации.

В ходе испытаний диагностические устройства устанавливались на гидравлических стойках крепи в общей сложности 76 раз. Позитивный результат, т.е. наличие выдвинутых индикаторов спустя сутки эксплуатации получен в 61 случае. При этом установлено, что из 140 гидравлических стоек, находившихся под наблюдением в ходе испытаний, 39 (или около 28%) имели негерметичные донные клапаны плунжеров.

Выводы

Таким образом, результаты промышленных испытаний устройств диагностики ДУ1 подтвердили правильность выбора способа диагностики и конструктивных решений, на основе которых разработано устройство для диагностики, а также простоту метода диагностирования.

Применение устройств не требует изменения конструкции гидравлических стоек, находящихся в эксплуатации на шахтах, и выпускаемых машиностроительными заводами.

Для получения объективной информации о герметичности обратных клапанов гидравлических стоек двойной раздвижности в режиме реального времени, т.е. не позднее 1 суток после возникновения отказа, а также для обеспечения возможности систематического наблюдения за их состоянием диагностические устройства типа ДУ1 должны устанавливаться на всех стойках крепи.

Повышение качества работ по поддержанию работоспособности гидравлических стоек позволит сохранять номинальное сопротивление механизированных крепей в течение всего срока эксплуатации и положительно повлияет на повышение безопасности работ в очистных забоях и производительности.

Шахтные испытания способа диагностики и диагностического устройства контроля состояния обратного клапана второй ступени гидростойки двойной раздвижности равного сопротивления подтвердили необходимость его диагностики, а также необходимость последующей корректировки требований нормативных документов по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Левкин Н.Б. Предотвращение аварий и травматизма в угольных шахтах Украины.-Макеевка-Донбасс, 2002.- С. 64-65.

2. Инструкция по контролю несущей способности механизированных крепей с помощью индикаторов давления ИД13.–М.: ИГД им А.А.Скочинского, 1978.

3. Акимов В.Р., Лукьянов М.О., Мнухин А.Г., Пилецкий В.Г., Эренбург В.И. Диагностирование технического состояния гидрофицированных шахтных крепей двойной раздвижности.//Уголь Украины, №10-2007-с.32-34.

4. Нормативы по безопасности забойных машин, комплексов и агрегатов.–Макеевка: МакНИИ.–1990.

5. НПАОП 10.0-1.01-05. Правила безопасности в угольных шахтах.– К.: Відлуння, 2005.–399с.

6. Патент на винахід № 81476 від 10. 01.2008р. «Спосіб діагностики стану клапану другого ступеня гідравлічної стійки подвійної розсувності рівного опору і пристрій для його здійснення».