劉錦濤
(西山煤電西銘礦 機(jī)電科,山西 太原 030052)
液壓支架是煤炭機(jī)械化的一種關(guān)鍵設(shè)備,其支護(hù)質(zhì)量直接關(guān)系到綜合采煤工作面的采煤工作能否高效、安全、有序進(jìn)行。西銘礦目前使用的液壓支架均是通過(guò)本架手動(dòng)片閥操作來(lái)實(shí)現(xiàn)支架的動(dòng)作。這種落后的生產(chǎn)模式有很多弊端:①由于這種操作方式需要工作人員站在動(dòng)作支架上操作,支架的動(dòng)作、掉矸、飛矸等都容易對(duì)人造成傷害,存在很大的安全隱患;②手動(dòng)片閥操作費(fèi)力,既增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,產(chǎn)品也容易損壞;③手動(dòng)片閥需每一臺(tái)分別操作,需要井下人員數(shù)量多,也從另一方面增加了安全隱患。因此采用更先進(jìn)的液壓支架操作系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造具有重要意義。以西銘礦49407綜采工作面作為實(shí)驗(yàn)綜采工作面,基于天津華寧公司生產(chǎn)的電液控制系統(tǒng)對(duì)支架控制系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造。
圖1為多臺(tái)液壓支架電液控制裝置電氣連接圖。如圖1所示,全工作面上有多個(gè)液壓支架,每個(gè)支架都配置有各自的支架控制器,在各支架控制器之間連接有雙路電源和光電隔離耦合器等其他設(shè)備,多臺(tái)液壓支架電液控制裝置形成了完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖2為單臺(tái)支架的配置單元結(jié)構(gòu)。
圖1 多臺(tái)液壓支架電液控制裝置電氣連接圖
圖2 單臺(tái)液壓支架電液控制單元結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用ZDYZ-Z型支架控制器,這款控制器的核心部件是控制系統(tǒng)專用微機(jī),其具備目前先進(jìn)水平的軟硬件配置。技術(shù)人員可以通過(guò)安裝和卸載不同的應(yīng)用程序,以適應(yīng)不同的工作需求??刂破鞯娜藱C(jī)交互界面包括操作鍵、閉鎖與急停按鈕、液晶顯示屏、LED指示燈和蜂鳴器等,操作人員通過(guò)這些界面進(jìn)行操作和設(shè)置??刂破骱竺媸歉黝愋洼斎胼敵鐾ㄐ沤涌诤?2 V電源接口。
為適應(yīng)系統(tǒng)需求,配置了專用雙路防爆電源箱對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的各類用電設(shè)備供電。電源箱從工作面取交流127 V電源,通過(guò)兩路獨(dú)立的整流模塊輸出兩路12 V直流電,經(jīng)電源隔離耦合器向兩側(cè)支架控制器供電。每路額定功率為30 W,最多可帶5個(gè)控制器負(fù)載。此外,電源箱配置了各類電源保護(hù),可應(yīng)對(duì)系統(tǒng)過(guò)電壓、過(guò)電流等故障。圖3為雙路防爆電源箱的布置和接線圖。
圖3 雙路防爆電源箱的布置和接線圖
系統(tǒng)使用ZDYZ-J型隔離耦合器實(shí)現(xiàn)兩個(gè)支架控制器的電氣隔離,隔離器的信號(hào)通過(guò)一個(gè)兩線雙向的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行傳輸,其內(nèi)部集成了3個(gè)光電隔離電路。與支架控制器相同,隔離耦合器的供電電源為直流12 V,額定工作電流為30 mA。
為檢測(cè)立柱下腔壓力,立柱測(cè)壓孔處安裝有壓力傳感器,向支架控制器提供壓力數(shù)據(jù)以反映支護(hù)狀態(tài)。壓力傳感器具有溫度補(bǔ)償功能,其內(nèi)部為電阻應(yīng)變橋路,將0 MPa~60 MPa的壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào),輸出0.5 V~4.5 V的電壓信號(hào)給控制器。
為檢測(cè)支架位置,在千斤頂液壓缸內(nèi)裝有行程傳感器,通過(guò)電阻列和干簧管列形成的電位電路,經(jīng)過(guò)活塞桿的移動(dòng)使干簧管閉合,由此將位置信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)過(guò)電壓增強(qiáng)處理,由壓力傳感器輸出0.5 V~4.5 V的電壓信號(hào)給控制器。
紅外檢測(cè)器由兩部分組成,包括采煤機(jī)上的發(fā)射器和位于立柱位置的接收器。當(dāng)接收器接收到發(fā)射器產(chǎn)生的紅外線后,經(jīng)內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換為支架控制器能夠接收的電壓信號(hào),紅外檢測(cè)器的工作電源為12 V直流電。
基于傳感器反饋的壓力、行程、位置等信號(hào)和用戶設(shè)置的具體參數(shù),電液控制系統(tǒng)控制支架的方式有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種。電液控制系統(tǒng)的功能很多,包括單個(gè)支架的鄰架控制、多個(gè)支架的成組控制、工作面所有支架的聯(lián)動(dòng)控制,以及自動(dòng)補(bǔ)液功能、閉鎖和緊急停止功能、工作面所有支架編號(hào)功能、程序加載功能、故障檢測(cè)和提示功能、參數(shù)設(shè)置與修改功能等。下面簡(jiǎn)單介紹其主要功能與操作方法。
選定“左鄰架”或“右鄰架”為被控支架后,操作人員可使用操作按鍵來(lái)進(jìn)行單動(dòng)作或復(fù)合連續(xù)動(dòng)作。鄰架控制可以分為專用鍵控制和復(fù)合動(dòng)作控制兩種方式。采用專用鍵控制時(shí),按下操作鍵后支架進(jìn)行動(dòng)作,松手后動(dòng)作停止。此外,針對(duì)“降柱-拉架-升柱”的降拉升組合動(dòng)作,支架控制程序編制了專用的復(fù)合動(dòng)作控制程序。采用復(fù)合動(dòng)作控制時(shí),按下“降拉升”操作鍵,系統(tǒng)根據(jù)傳感器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)連續(xù)進(jìn)行3個(gè)動(dòng)作,直到動(dòng)作完成或操作人員中途再次按下“降拉升”操作鍵。
選擇一個(gè)支架為基準(zhǔn)操作架,向左或向右選擇數(shù)個(gè)連續(xù)的支架組成支架組,支架組的方向、位置、動(dòng)作均取決于基準(zhǔn)操作架的位置和工作人員編輯的選擇命令。成組動(dòng)作啟動(dòng)后,組內(nèi)支架會(huì)發(fā)出聲光警示信息,以免附近人員受到傷害,警示結(jié)束后支架執(zhí)行相應(yīng)預(yù)定動(dòng)作,直至達(dá)到預(yù)定壓力、行程或時(shí)間,動(dòng)作器件如果發(fā)生特殊情況需要停止動(dòng)作,操作人員需按下停止鍵。
聯(lián)動(dòng)控制是電液控制系統(tǒng)的高級(jí)功能,要想實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制,系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)檢測(cè)采煤機(jī)的位置。根據(jù)實(shí)際綜采工作面的作業(yè)規(guī)程,采煤機(jī)將預(yù)定動(dòng)作的相關(guān)程序載入系統(tǒng),然后電液控制系統(tǒng)根據(jù)程序自動(dòng)進(jìn)行所有支架的動(dòng)作控制。
與人工手動(dòng)操作相比,電液控制系統(tǒng)具有多方優(yōu)勢(shì):①移架過(guò)程可自動(dòng)循環(huán)進(jìn)行,速度能夠達(dá)到8 s/架至10 s/架,配合兩臺(tái)400 L/min的泵使用,能夠滿足大功率采煤機(jī)的采煤速度;②支架支護(hù)動(dòng)作緊跟采煤機(jī)動(dòng)作,頂板支護(hù)更加堅(jiān)固;③通過(guò)電磁先導(dǎo)閥或壓力傳感器,液壓支架的額定初撐力能夠得到保證;④帶壓移駕功能使得液壓支架所受沖擊減少,進(jìn)而延長(zhǎng)了其工作壽命;⑤由于電液控制支架采用推進(jìn)式工作,切頂線齊整,工作面更加貼近于直線;⑥電液控制能夠?qū)σ簤褐Ъ苓M(jìn)行遠(yuǎn)程操作,操作工能夠選擇合適的站位,遠(yuǎn)離粉塵,改善了支架操作工的工作環(huán)境;⑦通過(guò)更改支架操作程序,支護(hù)系統(tǒng)能夠靈活適應(yīng)不同工作面和不同支護(hù)方式;⑧液壓支架和采煤機(jī)等設(shè)備的工作狀態(tài)和相關(guān)數(shù)據(jù)共享到控制臺(tái)和井上控制中心,提高了綜采工作面的自動(dòng)化水平。
綜采工作面循環(huán)作業(yè)拉架過(guò)程中,使用傳統(tǒng)液壓支架本架操作一般需要4名工作人員,而使用電液控制系統(tǒng)后,只需1名~2名工作人員即可。按1名操作工每月收入8 000元計(jì)算,1個(gè)月可節(jié)省16 000元~24 000元,1年可以節(jié)省19萬(wàn)元~28.8萬(wàn)元左右。由于移架過(guò)程中不需要操作人員站在動(dòng)作支架下作業(yè),減少了人員碰手碰腳事故的發(fā)生,提高了生產(chǎn)安全性,降低了企業(yè)安全生產(chǎn)成本。由于電液控制液壓支架作業(yè),移架速度快、位置精準(zhǔn),增加了采煤機(jī)割煤時(shí)長(zhǎng),提高了割煤效率,大大提高了產(chǎn)量。該電液控制系統(tǒng)的使用,為我礦安全生產(chǎn)提供了有力保障,為我礦全面實(shí)現(xiàn)智能化礦井建設(shè)邁出了歷史性的一步。