毛建宇

(大同煤礦集團有限責(zé)任公司安全管理監(jiān)察局，山西 大同 037003)

四臺礦井下綜采作業(yè)面地質(zhì)條件復(fù)雜，液壓支架在支護過程中受巷道頂板擾動作用，會使支架的支護姿態(tài)逐漸發(fā)生變化，液壓支架支護姿態(tài)的變化會導(dǎo)致支架的承力部件發(fā)生變化，導(dǎo)致支架的非承力結(jié)構(gòu)受到損壞，甚至?xí)a(chǎn)生液壓支架的傾覆，給煤礦井下的綜采作業(yè)造成了嚴(yán)重的安全隱患[1]。同時在井下綜采作業(yè)期間，液壓支架的支護姿態(tài)變化極易導(dǎo)致頂梁支護傾斜，影響對巷道頂板的支護可靠性，降低整體支護效果。四臺礦現(xiàn)在主要采用安排專人值守的方式，定期對液壓支架支護姿態(tài)進行監(jiān)控和調(diào)整。但隨著綜采作業(yè)效率的不斷提升，目前的姿態(tài)監(jiān)護方式所存在的效率低下、姿態(tài)調(diào)整可靠周期長、作業(yè)危險性大的缺陷逐漸顯現(xiàn)，已經(jīng)無法滿足井下快速掘進、快速支護的要求。針對這種情況，四臺礦提出了一種液壓支架支護姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，對煤礦井下液壓支架支護時的姿態(tài)進行實時監(jiān)控，當(dāng)液壓支架姿態(tài)超過警戒值后系統(tǒng)會自動報警并執(zhí)行調(diào)整。根據(jù)在四臺礦的實際應(yīng)用表明，該液壓支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時對姿態(tài)變化進行識別，在第一時間進行自動調(diào)整并報警，取消了井下專職的值守人員，極大地提升了井下支護安全性。

1 液壓支架支護姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)四臺礦井下液壓支架監(jiān)控的實際需求，本文所提出的液壓支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該監(jiān)測系統(tǒng)主要包括監(jiān)測分站的數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和監(jiān)控主系統(tǒng)三大部分[2]。數(shù)據(jù)采集層主要是由設(shè)置在液壓支架上的傾角傳感器、壓力傳感器等各類傳感器設(shè)備構(gòu)成，對液壓支架工作時的支護姿態(tài)進行不間斷監(jiān)控，在監(jiān)控分站完成對該分站內(nèi)的液壓支架的支護狀態(tài)的判定，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)信息傳遞到監(jiān)控主系統(tǒng)，實現(xiàn)對井下所有監(jiān)測液壓支架的統(tǒng)一控制，當(dāng)需要調(diào)節(jié)時，由監(jiān)控人員下達(dá)調(diào)整指令即可完成對液壓支架支護狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)整。

圖1 液壓支架支護姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 監(jiān)控系統(tǒng)信息傳輸架構(gòu)設(shè)計

該液壓支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的核心在于信息傳輸架構(gòu)的穩(wěn)定性。由于煤礦井下巷道內(nèi)的電磁環(huán)境較為復(fù)雜，傳統(tǒng)的以CAN總線為基礎(chǔ)的信息傳輸架構(gòu)極易被干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)信息傳輸滯后、數(shù)據(jù)丟失等情況。因此經(jīng)過大量試驗后，本文選擇了一種將以太網(wǎng)[3]和SR485通信協(xié)議相結(jié)合的數(shù)據(jù)信息傳輸構(gòu)架。將各傳感器與井下監(jiān)控分站之間的傳輸根據(jù)不同特點分別設(shè)計為無線傳輸、有線傳輸，各個監(jiān)控分站之間的大容量的數(shù)據(jù)交換采用SR485通信協(xié)議[4]，監(jiān)控分站和監(jiān)控主機之間的通信則選擇了以太網(wǎng)通信結(jié)構(gòu)，各個井下分站之間采用串行方式進行連接，通過任何一個端口均能實現(xiàn)對井下所有監(jiān)控分站內(nèi)液壓支架工作狀態(tài)的查詢，從而具有更高的靈活性，便于井下作業(yè)人員的快速巡查作業(yè)。

在對四臺礦進行通信系統(tǒng)改造的過程中，充分考慮了通用性和后續(xù)升級的需求，以井下現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)通訊結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，增加了一條專用的光纖傳輸線路，構(gòu)建以太網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，滿足大容量的數(shù)據(jù)傳輸需要，即節(jié)約了成本也降低了系統(tǒng)升級改造的難度。該以太網(wǎng)和SR485通信協(xié)議相結(jié)合的數(shù)據(jù)信息傳輸構(gòu)架結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在四臺礦的應(yīng)用

為了提高該支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的實際應(yīng)用方便性，結(jié)合四臺礦的實際情況，開發(fā)了一種簡化的支架工作姿態(tài)監(jiān)控界面。該界面能夠?qū)⑷粘１O(jiān)控中所需要的數(shù)據(jù)以表格和曲線圖的形式實時呈現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)主界面上，當(dāng)需要對其他數(shù)據(jù)進行調(diào)用時，只需點擊單獨的視窗即可調(diào)出需要觀察的數(shù)據(jù)界面窗口，其窗口界面主要包括了數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、支架支護姿態(tài)監(jiān)測及參數(shù)設(shè)置。監(jiān)控系統(tǒng)界面結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 數(shù)據(jù)信息傳輸構(gòu)架結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 液壓支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)界面示意圖

4 結(jié)論

（1）提高了巡查工作效率。監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對井下所有監(jiān)測液壓支架的統(tǒng)一控制，當(dāng)需要調(diào)節(jié)時，由監(jiān)控人員下達(dá)調(diào)整指令即可完成對液壓支架支護狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)整，取消了井下液壓支架支護狀態(tài)巡查崗位員工5名，基本上實現(xiàn)了井下液壓支架監(jiān)控的無人值守。

（2）增強了支架支護效果。系統(tǒng)能夠自動識別液壓支架在支護時的偏移量，并通過調(diào)整支柱支護高度、支護阻力等對支架狀態(tài)進行調(diào)整。當(dāng)出現(xiàn)調(diào)整失效的情況下，系統(tǒng)會及時發(fā)出警報給控制中心人員，及時安排對異常支架支護狀態(tài)的人工干預(yù)，液壓支架在支護過程中的支護穩(wěn)定性比優(yōu)化前提升了83%。

（3）縮短了調(diào)整周期。該監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后，井下液壓支架姿態(tài)調(diào)整的周期由最初的2.3h降低到了目前的不足0.1h，調(diào)整實際時間比優(yōu)化前降低了95.7%。