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【摘 要】单体液压支柱柱头阀孔锈蚀后，通过依次进行的车槽—焊补—车削—滚压等工序，一次性完成对柱头阀孔密封面上多处锈蚀部位的修复工作，节约修复时间，提高修复效率，降低支柱维修成本和工人劳动强度。
【关键词】柱头；密封面；修复；车槽；焊补；车削
矿用单体液压支柱（以下简称支柱）是矿山开采中必不可少的支护设备之一，在我国已有三十多年的使用历史。支柱作业时，必须在柱头阀孔上安装三用阀，三用阀和支柱柱头阀孔之间必须保持密封，才能在支柱内形成密封腔，通过密封腔液体的增减实现支柱注液、支撑和卸载。柱头阀孔作为密封面暴露在井下潮湿并带有酸性的气体中，随着支柱在井下使用时间的延长，环形密封表面出现锈蚀、麻点、表面粗糙，致使密封失效，液体慢渗，支柱下缩，出现虚顶，甚至支柱倾倒，发生安全事故。所以柱头阀孔锈蚀后，支柱升井维修时便不能重复利用，整棵活柱就要报废，造成很大浪费。本课题是针对因柱头阀孔的环状点蚀，致使密封失效而报废活柱研究的，目的是通过柱头阀孔修复后，将已报废的活柱重新投入使用。
一、单体支柱密封面修复技术市场调研
（一）密封面镶不锈钢套的修复工艺
经过市场调研，支柱油缸内孔的修复当前已有相当成熟的镶不锈钢套的修复工艺。是按照制作不锈钢套筒—粗镗油缸--焊接--滚压--车削端头的工艺流程进行的。镶嵌材料选用奥氏体不锈钢，同时解决了油缸内孔表面处理问题。这种修复工艺对于油缸密封面的修复效果非常好。
这种工艺不适用于柱头阀孔密封面的修复。油缸镶嵌的不锈钢套筒与基体接口部位都在密封腔外部，密封腔的液体全部在套筒内部，是一个整体，支柱打高压时不会渗漏。而柱头阀孔（如图）密封面是两部分，中间不相连，不锈钢套筒与柱头基体的接口部位有一端必须在密封腔内部，支柱打高压时容易在接口处渗漏，甚至液体渗入不锈钢层与基体之间，将不锈钢层从基体上剥离，修复效果不理想。
（二）密封面焊补修复工艺
有的大修厂采用直接焊补锈蚀的密封部位然后加工的修复方法。该方法实施过程中通常是采用氩弧焊焊补密封面上的凹坑或麻点，焊补完成后将焊补部位加工至规定的尺寸和粗糙度。然而这种修补过程中是通过点焊的方式对凹坑或麻点等锈蚀部位逐一进行焊补，只能人工操作，不能实现自动化，不但操作繁琐，工作效率较低，而且修补完成后，其他的未修补部位仍然会产生锈蚀，导致修补后的液压支柱使用寿命较短，修补效果较差。
二、柱头阀孔密封面修复新技术研究
（一）柱头阀孔密封面分析
柱头阀孔（如图），直径42mm，宽14mm的两个部位为密封面。
实际工作中，O型圈一般都在密封面的中间，呈线性密封，若密封线处无凹坑麻点，密封效果就好。所以当前的问题只是在密封面圆周上宽度较小的范围内保持较高的粗糙度即可。
（二）密封面修复的构想
于是我们设想通过车槽—焊补—车削—滚压的工艺流程。在柱头阀孔的两个环形密封面上均居中车削出环状沟槽，采用焊丝对所述环状沟槽焊补填满，再将焊补位置车削滚压至与三用阀相适配的尺寸。使得对柱头阀孔密封面上多处锈蚀部位的修复工作能够一次性完成，大大节约修复时间，提高修复效率，避免了因重复的点焊修补造成的操作繁琐的问题。同时，对环形密封面上的多处点状锈蚀部位统一修复，能够提高修复后工件之间的装配精度，避免因修复不同步造成的使用过程中的局部损坏，从而有效提高修复效果。
（三）密封面修复的实施
1、车槽
在单体液压支柱柱头阀孔的环形密封面上居中车削出环状沟槽。在柱头阀孔的两个环形密封面即直径42mm、宽14mm的尺寸位置上居中车削出环状沟槽，考虑到使用过程中出现的各锈蚀部位的锈蚀程度不同，不同三用阀上密封位置的误差，阀孔中直径42mm的尺寸两侧直径都大于42mm，为保证焊补工序的实施，保证修复效果达到最好，车出的环状沟槽宽8毫米，深1毫米。
2、焊补
采用不锈钢焊丝将上述环状沟槽焊补填满。由于不锈钢材料更加耐磨损耐腐蚀，所以采用不锈钢焊丝进行焊补操作能够有效延长修复完成后的工件的使用寿命，使得修复效果更好。
焊补过程具体采用二氧化碳保护焊，通过自动焊实现焊补操作，把人为的容易出现的气孔、夹渣等缺陷减少到最低，进一步提高修复效率。
焊补过程完成后的焊缝高出于环状沟槽，有利于后续工序对修补位置的进一步加工完善。在实际操作过程中，通常情况下使上述焊缝高出与三用阀适配尺寸1～2毫米，即内孔达到φ38mm-φ40mm。
3、车削
将焊补位置车削至φ42-0.15-0.3mm，并保证阀孔两边的φ42-0.15-0.3mm的同轴度，以便与三用阀相匹配，满足支柱的整体装配需要。
4、滚压
采用滚压头将焊补位置的尺寸滚压至至φ42+0.0620mm与三用阀相适配，以满足装配需要；同时使其粗糙度满足装配完成后的密封需要。
（四）密封面修复效果试验
1、试验方式
在强度试验架上对5棵修复柱头阀孔的活柱进行密封试验。
2、试验标准
MT112.1-2006《矿用单体液压支柱第1部分 通用要求》
3、试验经过
1）对阀孔两端和活柱φ80孔端密封，向活柱内腔注液2MPa，稳压2min。结果：无压降、无渗漏；稳压4h，结果：无压降、无渗漏；2）对阀孔两端和活柱φ80孔端密封，向活柱内腔注液至额定工作液压，即38.2MPa，稳压2min。结果：无压降、无渗漏；稳压4h，结果：无压降、无渗漏；3）对阀孔两端和活柱φ80孔端密封，向活柱内腔注液至额定工作液压的1.5倍，即58MPa，稳压2min。结果：无压降、无渗漏。
4、试验结论
5棵活柱密封面修复效果均达到新活柱标准，符合MT112.1-2006《矿用单体液压支柱第1部分 通用要求》标准的规定。
（五）密封面修复效益分析
采用这种车槽---焊补---车削---滚压技术，修复一棵支柱的柱头阀孔需不锈钢焊丝约为0.033kg，约为7元左右，加工费15元，各种水电气折旧等费用10元，整棵活柱柱头阀孔修理费用32元左右，费用低廉。采用这种不锈钢焊丝焊补技术，密封面不再轻易锈蚀，活柱的使用寿命延长3～5年，大大降低了报废率，有较高的经济效益。
结束语
单体液压支柱是煤矿安全生产的重要设备，担负着重要的支护任务，研发一种切实可行的单体支柱密封面修复技术是我们的责任和义务。油缸镶套技术适合大面积密封面的修复，而这种车槽---焊补---车削---滚压的柱头阀孔密封面修复技术更适用于较小直径的小面积密封面的修复。大批量修复实践证明这种修复方式是效率较高的、修复效果较好的工艺，是经济的、切实可行的，符合國家能源战略的一种修复工艺。
【关键词】柱头；密封面；修复；车槽；焊补；车削
矿用单体液压支柱（以下简称支柱）是矿山开采中必不可少的支护设备之一，在我国已有三十多年的使用历史。支柱作业时，必须在柱头阀孔上安装三用阀，三用阀和支柱柱头阀孔之间必须保持密封，才能在支柱内形成密封腔，通过密封腔液体的增减实现支柱注液、支撑和卸载。柱头阀孔作为密封面暴露在井下潮湿并带有酸性的气体中，随着支柱在井下使用时间的延长，环形密封表面出现锈蚀、麻点、表面粗糙，致使密封失效，液体慢渗，支柱下缩，出现虚顶，甚至支柱倾倒，发生安全事故。所以柱头阀孔锈蚀后，支柱升井维修时便不能重复利用，整棵活柱就要报废，造成很大浪费。本课题是针对因柱头阀孔的环状点蚀，致使密封失效而报废活柱研究的，目的是通过柱头阀孔修复后，将已报废的活柱重新投入使用。
一、单体支柱密封面修复技术市场调研
（一）密封面镶不锈钢套的修复工艺
经过市场调研，支柱油缸内孔的修复当前已有相当成熟的镶不锈钢套的修复工艺。是按照制作不锈钢套筒—粗镗油缸--焊接--滚压--车削端头的工艺流程进行的。镶嵌材料选用奥氏体不锈钢，同时解决了油缸内孔表面处理问题。这种修复工艺对于油缸密封面的修复效果非常好。
这种工艺不适用于柱头阀孔密封面的修复。油缸镶嵌的不锈钢套筒与基体接口部位都在密封腔外部，密封腔的液体全部在套筒内部，是一个整体，支柱打高压时不会渗漏。而柱头阀孔（如图）密封面是两部分，中间不相连，不锈钢套筒与柱头基体的接口部位有一端必须在密封腔内部，支柱打高压时容易在接口处渗漏，甚至液体渗入不锈钢层与基体之间，将不锈钢层从基体上剥离，修复效果不理想。
（二）密封面焊补修复工艺
有的大修厂采用直接焊补锈蚀的密封部位然后加工的修复方法。该方法实施过程中通常是采用氩弧焊焊补密封面上的凹坑或麻点，焊补完成后将焊补部位加工至规定的尺寸和粗糙度。然而这种修补过程中是通过点焊的方式对凹坑或麻点等锈蚀部位逐一进行焊补，只能人工操作，不能实现自动化，不但操作繁琐，工作效率较低，而且修补完成后，其他的未修补部位仍然会产生锈蚀，导致修补后的液压支柱使用寿命较短，修补效果较差。
二、柱头阀孔密封面修复新技术研究
（一）柱头阀孔密封面分析
柱头阀孔（如图），直径42mm，宽14mm的两个部位为密封面。
实际工作中，O型圈一般都在密封面的中间，呈线性密封，若密封线处无凹坑麻点，密封效果就好。所以当前的问题只是在密封面圆周上宽度较小的范围内保持较高的粗糙度即可。
（二）密封面修复的构想
于是我们设想通过车槽—焊补—车削—滚压的工艺流程。在柱头阀孔的两个环形密封面上均居中车削出环状沟槽，采用焊丝对所述环状沟槽焊补填满，再将焊补位置车削滚压至与三用阀相适配的尺寸。使得对柱头阀孔密封面上多处锈蚀部位的修复工作能够一次性完成，大大节约修复时间，提高修复效率，避免了因重复的点焊修补造成的操作繁琐的问题。同时，对环形密封面上的多处点状锈蚀部位统一修复，能够提高修复后工件之间的装配精度，避免因修复不同步造成的使用过程中的局部损坏，从而有效提高修复效果。
（三）密封面修复的实施
1、车槽
在单体液压支柱柱头阀孔的环形密封面上居中车削出环状沟槽。在柱头阀孔的两个环形密封面即直径42mm、宽14mm的尺寸位置上居中车削出环状沟槽，考虑到使用过程中出现的各锈蚀部位的锈蚀程度不同，不同三用阀上密封位置的误差，阀孔中直径42mm的尺寸两侧直径都大于42mm，为保证焊补工序的实施，保证修复效果达到最好，车出的环状沟槽宽8毫米，深1毫米。
2、焊补
采用不锈钢焊丝将上述环状沟槽焊补填满。由于不锈钢材料更加耐磨损耐腐蚀，所以采用不锈钢焊丝进行焊补操作能够有效延长修复完成后的工件的使用寿命，使得修复效果更好。
焊补过程具体采用二氧化碳保护焊，通过自动焊实现焊补操作，把人为的容易出现的气孔、夹渣等缺陷减少到最低，进一步提高修复效率。
焊补过程完成后的焊缝高出于环状沟槽，有利于后续工序对修补位置的进一步加工完善。在实际操作过程中，通常情况下使上述焊缝高出与三用阀适配尺寸1～2毫米，即内孔达到φ38mm-φ40mm。
3、车削
将焊补位置车削至φ42-0.15-0.3mm，并保证阀孔两边的φ42-0.15-0.3mm的同轴度，以便与三用阀相匹配，满足支柱的整体装配需要。
4、滚压
采用滚压头将焊补位置的尺寸滚压至至φ42+0.0620mm与三用阀相适配，以满足装配需要；同时使其粗糙度满足装配完成后的密封需要。
（四）密封面修复效果试验
1、试验方式
在强度试验架上对5棵修复柱头阀孔的活柱进行密封试验。
2、试验标准
MT112.1-2006《矿用单体液压支柱第1部分 通用要求》
3、试验经过
1）对阀孔两端和活柱φ80孔端密封，向活柱内腔注液2MPa，稳压2min。结果：无压降、无渗漏；稳压4h，结果：无压降、无渗漏；2）对阀孔两端和活柱φ80孔端密封，向活柱内腔注液至额定工作液压，即38.2MPa，稳压2min。结果：无压降、无渗漏；稳压4h，结果：无压降、无渗漏；3）对阀孔两端和活柱φ80孔端密封，向活柱内腔注液至额定工作液压的1.5倍，即58MPa，稳压2min。结果：无压降、无渗漏。
4、试验结论
5棵活柱密封面修复效果均达到新活柱标准，符合MT112.1-2006《矿用单体液压支柱第1部分 通用要求》标准的规定。
（五）密封面修复效益分析
采用这种车槽---焊补---车削---滚压技术，修复一棵支柱的柱头阀孔需不锈钢焊丝约为0.033kg，约为7元左右，加工费15元，各种水电气折旧等费用10元，整棵活柱柱头阀孔修理费用32元左右，费用低廉。采用这种不锈钢焊丝焊补技术，密封面不再轻易锈蚀，活柱的使用寿命延长3～5年，大大降低了报废率，有较高的经济效益。
结束语
单体液压支柱是煤矿安全生产的重要设备，担负着重要的支护任务，研发一种切实可行的单体支柱密封面修复技术是我们的责任和义务。油缸镶套技术适合大面积密封面的修复，而这种车槽---焊补---车削---滚压的柱头阀孔密封面修复技术更适用于较小直径的小面积密封面的修复。大批量修复实践证明这种修复方式是效率较高的、修复效果较好的工艺，是经济的、切实可行的，符合國家能源战略的一种修复工艺。