韓志鑫
(晉能控股集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司, 山西 大同 037003)
液壓支架是煤礦開(kāi)采“三機(jī)”之一,與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)并稱(chēng)為煤礦“三機(jī)”,目前煤礦開(kāi)采使用的液壓支架普遍采用電液控制系統(tǒng)。電液控制液壓支架能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操作、自動(dòng)控制,有利于降低液壓支架安裝工作難度,提高支護(hù)效率,并且自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的科學(xué)支護(hù),改善支護(hù)效果。挖金灣煤礦采用SAC 型電液控制系統(tǒng),在技術(shù)應(yīng)用和常見(jiàn)故障分析方面積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。
挖金灣煤山4 號(hào)一盤(pán)區(qū)8102 工作面為兩巷布置的U 型工作面,工作面走向長(zhǎng)1 464.8 m,可采走向長(zhǎng)度1 424.8 m,傾向長(zhǎng)度230.2 m,煤層厚度為2.90~4.05 m,傾角 2°,平均 3.47 m,采高見(jiàn)頂見(jiàn)底開(kāi)采,容重1.4 t/m3,穩(wěn)定程度為較穩(wěn)定。本工作面選用單一傾向長(zhǎng)壁后退式大采高綜合機(jī)械化開(kāi)采的采煤方法,本工作面采用ZY12000/24/48D 型掩護(hù)試液壓支架 126 架,ZYG12000/24/48D 型過(guò)渡支架 2 架(頭 1 架尾 1 架),ZYT12000/24/48D 中置式端頭支架 7 架(頭4 架尾3 架)支護(hù)頂板,采用 SAC 型電液控制系統(tǒng)對(duì)液壓支架進(jìn)行控制[1-2]。
電液控制系統(tǒng)包含電控和液壓兩部分。液壓部分就是液壓支架的液壓回路中的新型電液閥組。原來(lái)的手動(dòng)操縱閥被電液閥組中大流量主控?fù)Q向閥取代,主控閥為液動(dòng)閥,由電液閥組內(nèi)集成的小流量電磁先導(dǎo)閥驅(qū)動(dòng)控制。系統(tǒng)的最基本的單元是每一支架上的控制單元,它以一臺(tái)支架控制器為核心,配以人機(jī)交互界面,還包含了作為自動(dòng)控制裝置必備的檢測(cè)環(huán)節(jié)(傳感器)和執(zhí)行環(huán)節(jié)(電液閥組)。在全工作面液壓支架控制器互聯(lián)的基礎(chǔ)上,在順槽巷道中設(shè)立井下主控計(jì)算機(jī),并與工作面支架控制器網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接,經(jīng)由信號(hào)轉(zhuǎn)換器使其動(dòng)作。
SAC 型電液控系統(tǒng)配置及構(gòu)成的有關(guān)要點(diǎn)歸納如下:
1)支架控制器和所連接的人機(jī)操作界面、傳感器及電液閥組等為每支架一套。傳感器包括壓力傳感器(測(cè)支柱下腔或其它液壓缸內(nèi)的液壓力),行程傳感器(測(cè)推移或其它千斤頂活塞桿的行程),檢測(cè)采煤機(jī)運(yùn)行位置的裝置,根據(jù)需要還可配備其他傳感器。電液閥組為單元組合型式,同一個(gè)單元的兩個(gè)主控閥一般分別用來(lái)控制同一液壓缸的伸和縮。
2)工作面的支架控制器等所有裝置部件需要專(zhuān)用電源裝置(電源箱)供電。分組的標(biāo)志是每(同一電源)組兩端都有一個(gè)隔離耦合器,它隔斷了組與組間的電氣連接而又通過(guò)光電耦合器溝通數(shù)據(jù)信號(hào)。
圖1 電液換向閥功能分布
電液換向閥組作為電液控制系統(tǒng)的最為關(guān)鍵的組件,電液換向閥有主、副兩個(gè),主電液換向閥18 個(gè)功能,副電液換向閥6 個(gè)功能,其功能分布如圖1 所示。電液換向閥包括閥體、電磁先導(dǎo)閥、電磁先導(dǎo)閥護(hù)罩、先導(dǎo)閥過(guò)濾器、單向閥、DN20 大閥芯、DN10小閥芯。其中先導(dǎo)閥過(guò)濾器主要作用是針對(duì)通過(guò)各立柱、千斤的乳化液提前進(jìn)行過(guò)濾,電磁先導(dǎo)閥通過(guò)控制回液流向?qū)崿F(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)的有效控制。
1)支架控制器界面:包括顯示器、按鍵區(qū)、信號(hào)燈、閉鎖、急停按鈕,如圖2 所示。顯示器主頁(yè)顯示內(nèi)容包括架號(hào)、支架狀態(tài)、前柱壓力、推移行程、后柱壓力、護(hù)幫板壓力、煤機(jī)位置、煤機(jī)運(yùn)行方向;閉鎖、急停按鍵均是按下實(shí)現(xiàn)閉鎖或急停,松開(kāi)則取消閉鎖或急停。
圖2 支架控制器操作界面
2)信號(hào)轉(zhuǎn)換器人機(jī)界:界面組成與控制器相似,包括顯示器、按鍵區(qū)、信號(hào)燈、閉鎖、急停按鈕,作用是實(shí)現(xiàn)工作面信號(hào)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換[3-4]。
1)雙路電源箱:采用隔爆兼本質(zhì)安全型,作為控制器提供電源,輸入電壓127 V,輸出電壓12 V。
2)隔離耦合器:型號(hào)SAC-I 型,作用是隔離電氣連接,耦合數(shù)據(jù)通信。通過(guò)鋪設(shè)以太環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù),作用于支架控制器。
3)紅外接收器及無(wú)線接收器:發(fā)送接收功能,紅外接收器應(yīng)和發(fā)射器處在同一水平高度,均通過(guò)U型卡固定在支架圓架中。
4)壓力傳感器:把連續(xù)變化的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),為升降柱過(guò)程控制提供依據(jù),測(cè)量范圍0~60 MPa,輸出電壓 0.78~4.94 V;置于前立柱、后立柱、護(hù)幫板、尾梁;須插入測(cè)壓孔中,實(shí)時(shí)檢測(cè)立柱下腔內(nèi)的液壓力。
5)接近開(kāi)關(guān)傳感器:安裝在支架前梁上,用于判斷伸縮梁、護(hù)幫板是否到位。
支架控制器操作界面如圖2 所示(下同),本架只能進(jìn)行“推溜”或“拉后溜”動(dòng)作,按下“G”鍵開(kāi)始“推溜”動(dòng)作,再按停止;按下“H”鍵開(kāi)始“拉后溜”動(dòng)作,再按停止。
1)支架選定:鄰架操作時(shí),面對(duì)控制器,根據(jù)鄰架實(shí)際位置按下“S/T”鍵選擇相對(duì)應(yīng)支架;隔架操作時(shí),重復(fù)上述鄰架選架動(dòng)作后,按下“Q”鍵確認(rèn)選擇的方向,再次按下“S/T”選擇欲控制的支架控制器(最多可間隔4 架控制)。
2)選擇動(dòng)作內(nèi)容:支架選定后,按下相應(yīng)快捷鍵執(zhí)行動(dòng)作,松開(kāi)停止。(若要執(zhí)行除快捷鍵外的動(dòng)作,則需按下“P/N”鍵,進(jìn)行輔助動(dòng)作菜單,但進(jìn)入選擇所用界面后,按下“U/O”鍵選擇要執(zhí)行的功能,并使用“K/M”執(zhí)行動(dòng)作)
1)支架選定:面對(duì)控制器,根據(jù)鄰架實(shí)際位置按下支架控制器的“L/R”鍵,選定支架。
2)選定漸進(jìn)順序:支架選定后,按下“S/T”鍵,選定支架動(dòng)作漸進(jìn)順序(例如當(dāng)前位于5#支架操作1#-4#成組動(dòng)作,漸進(jìn)順序?yàn)椋骸癟”4→1 依次動(dòng)作,“S”1→4 依次動(dòng)作)。
3)選擇成組動(dòng)作內(nèi)容:漸進(jìn)順序選擇完畢后,按下相應(yīng)動(dòng)作快捷鍵,并點(diǎn)擊啟動(dòng)鍵,被選中支架響起“蜂鳴聲”預(yù)警(“蜂鳴聲”會(huì)伴隨整個(gè)動(dòng)作過(guò)程),執(zhí)行對(duì)應(yīng)動(dòng)作。
黑色按鍵為閉鎖鍵,按下后,本架顯示本架閉鎖,左右鄰架顯示軟件閉鎖,不執(zhí)行任何形式的電控指令,但其余支架不受影響;灰色按鍵為急停鍵,按下后,工作面其余架顯示支架急停,工作面所有的自動(dòng)功能動(dòng)作都停止[5-7]。
5.1.1 支架控制器操作界面顯示“###”故障
原因:控制器關(guān)于此項(xiàng)監(jiān)測(cè)功能未打開(kāi);控制器接口壞導(dǎo)致信號(hào)傳輸故障。
處理方法:檢查監(jiān)測(cè)功能是否處于開(kāi)啟狀態(tài);更換控制器接口。
5.1.2 支架控制器操作界面顯示“vvv”故障
原因:連接線故障;傳感器未安裝。
處理方法:檢查傳感器線路;檢查傳感器的安裝狀態(tài)。
5.1.3 支架控制器操作界面顯示“***”故障
原因:傳感器損壞。
處理方法:更換傳感器進(jìn)行測(cè)試。
5.1.4 支架控制器操作界面顯示“信息錯(cuò)誤標(biāo)號(hào)16#架總線故障”
原因:標(biāo)號(hào)16 號(hào)架總線信息傳遞故障。網(wǎng)絡(luò)變換器連接問(wèn)題;控制器CAN 信息傳輸通訊問(wèn)題。
處理方法:檢查變換器連接狀態(tài);查找問(wèn)題原件并進(jìn)行更換,可采取用備用件逐一排除的方式。
5.1.5 支架控制器操作界面顯示“標(biāo)號(hào)16#架左鄰架故障”
原因:與左鄰架通訊傳輸故障。鄰架連接器、控制器右鄰架口、左鄰架控制器左鄰架口問(wèn)題;控制器CAN 通訊不暢。
處理方法:檢查各個(gè)連接器、連接口狀態(tài);替代品逐一排除,并進(jìn)行更換。
工作面設(shè)備發(fā)生故障,往往需要再在工作面內(nèi)進(jìn)行作業(yè)維修,作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、空間狹小,并在支架動(dòng)作危險(xiǎn)區(qū)域之內(nèi),危險(xiǎn)性較大,需要對(duì)SAC 電液控系統(tǒng)采取穩(wěn)妥可靠度閉鎖措施,以保障維修工作的安全。采取閉鎖保護(hù)措施主要包括以下情況:在支架動(dòng)作危險(xiǎn)區(qū)域范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間維修工作,須閉鎖維修的支架;刮板輸送機(jī)故障時(shí),須閉鎖本架以及上下相鄰支架;采煤機(jī)故障時(shí),對(duì)采煤機(jī)全長(zhǎng)范圍內(nèi)的所有支架;清理刮板輸送機(jī)端頭浮煤時(shí),應(yīng)對(duì)清理范圍內(nèi)的SAC 電液控系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖;工作面后部運(yùn)輸機(jī)或支架后部進(jìn)行維護(hù)維修時(shí),應(yīng)閉鎖工作區(qū)域內(nèi)全部支架。
液壓支架SAC 型電液控制系統(tǒng)在挖金灣礦8102 工作面應(yīng)用以來(lái),效果顯著,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
1)支護(hù)數(shù)據(jù)可視化壓力傳感器、接近開(kāi)關(guān)傳感器等一系列傳感器的應(yīng)用,使得支架承受壓力、支架位置與采煤機(jī)前后距離等相關(guān)信息數(shù)據(jù)清晰可查,保障了液壓支架初始額定初撐力,有利于改善支護(hù)效果。
2)操作水平自動(dòng)化SAC 型液壓支架電液控制系統(tǒng)針對(duì)挖金灣礦8102 工作面的作業(yè)工序,收回護(hù)幫板→降前探梁→收回前伸梁→降主頂梁→調(diào)整側(cè)護(hù)板→升抬底千斤頂(高度根據(jù)實(shí)際選擇)→移支架→收抬底千斤頂→升主頂梁→升前探梁→伸前伸梁→打開(kāi)護(hù)幫板→推開(kāi)側(cè)推千斤頂形成了一套自動(dòng)控制功能,顯著提高移架速率,實(shí)現(xiàn)移架工作智能化作業(yè)。
3)生產(chǎn)作業(yè)安全化SAC 型電液控制系統(tǒng)采用了自動(dòng)化技術(shù),操作人員可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作,能夠?qū)崿F(xiàn)帶壓操作移架工序,減少移架事故發(fā)生,保障了作業(yè)人員的安全。
液壓支架SAC 型電液控制系統(tǒng)在挖金灣應(yīng)用以來(lái),智能化作業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯體現(xiàn),每班節(jié)省3~4 人,移架效率明顯提高,據(jù)統(tǒng)計(jì)移架速率提高50%~60%,經(jīng)濟(jì)效益顯著。并且該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全化生產(chǎn),液壓支架的支護(hù)效果明顯改善,保證了安全生產(chǎn),社會(huì)效益顯著。