陳有力 張子明 王海彬

（遼寧通用重型機械股份有限公司，遼寧 調(diào)兵山 112700）

1 引言

液壓支架的初撐力是指在泵站工作壓力作用下，支架立柱全部升起，頂梁與頂板接緊時，支架對頂板的支撐力。由于工作面開采擾動使頂板壓力超前，并從工作面向巷道方向呈遞減式分布。采用非等強支護技術(shù)，對不同相對位置超前支護液壓支架進行非等強支護自動控制，使立柱下腔供液壓力能夠根據(jù)巷道頂板條件和壓力分布情況進行調(diào)整，實現(xiàn)非等強支護，減小人為操作對頂板自然狀態(tài)的破壞，有利于加強巷道頂板安全科學(xué)管理，有力保障安全生產(chǎn)。

2 理論依據(jù)

液壓支架初撐力與乳化液泵站壓力和立柱下腔有效作用面積有關(guān)，即：

立柱初撐力計算公式：

式中：P為立柱的初撐力 ，kN；q為支架的初撐力，kN；D為立柱缸體內(nèi)徑或活塞直徑，mm；m為泵站工作壓力 ，MPa；n為每臺支架的立柱數(shù)；k為支護效率。

3 技術(shù)原理

3.1 煤礦超前支護液壓支架在巷道布置方式

煤礦超前支護液壓支架布置在臨近工作面巷道兩幫，左右兩列布置，每列3 架或多架。每列液壓支架的1#、2#及2#、3#間縱向使用移架千斤頂連接，左右兩列超前支護液壓支架使用防倒千斤頂連接，長度能夠根據(jù)現(xiàn)場條件進行調(diào)節(jié)，增加液壓支架的穩(wěn)定性。超前支護液壓支架在巷道內(nèi)布置方式如圖1。

圖1 超前支護液壓支架在巷道內(nèi)布置方式

3.2 裝置液壓系統(tǒng)

煤礦超前支護液壓支架非等強支護自動控制裝置液壓系統(tǒng)由減壓閥、先導(dǎo)式電液換向閥、過濾器、單向閥、液控單向閥、安全閥和立柱組成。超前支護液壓支架非等強支護自動控制裝置液壓系統(tǒng)原理圖如圖2。

圖2 裝置液壓系統(tǒng)原理圖

3.3 裝置電氣系統(tǒng)

超前支護液壓支架非等強支護自動控制裝置電氣系統(tǒng)由礦用隔爆兼本質(zhì)安全型電氣控制箱（PLC）[1-2]、礦用隔爆型液晶顯示屏、礦用隔爆兼本安型報警音箱、礦用本安型壓力變送器、礦用隔爆型控制按鈕、礦用隔爆型接線箱、礦用本安電路用接線盒和礦用控制電纜等組成。超前支護液壓支架非等強支護自動控制裝置電氣原理框圖如圖3。

圖3 裝置電氣原理框圖

3.4 工作原理

運用控制液壓支架立柱下腔壓力的方法控制初撐力。立柱下腔壓力由乳化液泵站供液壓力經(jīng)減壓閥減壓后得到，立柱下腔壓力（或初撐力及工作阻力）通過液晶顯示屏進行顯示。

保持超前支護液壓支架整體結(jié)構(gòu)不變，增設(shè)減壓閥和先導(dǎo)式電液換向閥，采用控制按鈕操作立柱升降并單獨對液壓支架上升段立柱下腔壓力進行控制，根據(jù)超前支護液壓支架在巷道的相對位置確定支護強度，預(yù)先調(diào)定減壓閥出口壓力，支架的其他執(zhí)行機構(gòu)及功能不受影響。乳化液泵站供液經(jīng)減壓閥減壓后進入先導(dǎo)式電液換向閥，先導(dǎo)式電液換向閥的出液口與立柱供液管連接，將手動操縱閥出液口封堵。壓力變送器安裝在立柱下腔供液口，用于采集支架立柱下腔壓力信號，經(jīng)可編程序控制器PLC 運算處理后由液晶顯示屏顯示立柱下腔壓力、初撐力和工作阻力。立柱升降控制按鈕安裝在原手動操縱閥上方，用于對支架立柱升降進行控制。

當操作控制按鈕控制液壓支架上升時，先導(dǎo)式電液換向閥得電動作為立柱下腔供液，立柱及頂梁上升，壓力變送器實時采集立柱下腔壓力信號并輸入可編程序控制器PLC，液晶顯示屏顯示立柱下腔壓力及支撐力。頂梁接頂后停止立柱上升操作，電液換向閥斷電，立柱下腔壓力為減壓閥出口壓力，液控單向閥鎖住立柱下腔壓力，液壓支架保持該下腔壓力產(chǎn)生的初撐力，保證頂板完整狀態(tài)不被破壞。由于頂板活動使支架工作阻力增大時，液控單向閥處于閉鎖狀態(tài)，達到額定工作阻力時立柱安全閥卸載。

初撐力參數(shù)設(shè)置：設(shè)備調(diào)試時按液晶顯示屏顯示的減壓閥出口壓力值，設(shè)定初撐力保護壓力值略大于減壓閥出口壓力值。按鈕操作升架過程中，如果立柱下腔壓力大于減壓閥出口壓力10%時，經(jīng)PLC 運算處理輸出報警信號，報警音箱發(fā)出語音報警，提示更換減壓閥或重新調(diào)定減壓閥出口壓力值。

當需要液壓支架按正常初撐力進行支護時，將立柱供液管改回原手動操縱閥接口位置，使用手動操縱閥操作，同時將先導(dǎo)式電液換向閥接口封堵，使超前支護液壓支架具備兩種初撐力支護模式，滿足不同工況支護要求。

4 實施方法

（1）每架超前支護液壓支架分別增設(shè)減壓閥和先導(dǎo)式電液換向閥，安裝在原手動操縱閥后面合適位置，以不影響支架正常操作及動作為宜。出液接口與立柱升降管路連接，手動控制立柱操縱閥的出液口用光堵封堵。

（2）1#超前支護液壓支架位于采煤工作面遠端，設(shè)置支護強度最低，減壓閥出口壓力設(shè)定為乳化液泵站額定壓力的30%；2#超前支護液壓支架位于中間，減壓閥出口壓力設(shè)定為乳化液泵站額定壓力的60%；3#超前支護液壓支架臨近采煤工作面，減壓閥出口壓力設(shè)定為乳化液泵站額定壓力的90%，或根據(jù)現(xiàn)場巷道實際條件設(shè)定。每架超前支護液壓支架分別增設(shè)減壓閥和先導(dǎo)式電液換向閥能夠縮短立柱進液和回液膠管長度，盡量減少壓力損失，同時有利于綜采工作面現(xiàn)場標準化管理。

（3）控制電纜接線箱安裝在每臺超前支護液壓支架合適位置，以不影響支架正常操作及動作為宜。分出的控制電纜分別連接本架的控制按鈕、壓力變送器和先導(dǎo)式電液換向閥。

（4）立柱升降控制按鈕安裝在原手動操縱閥上方。

（5）壓力變送器安裝在立柱下腔進液口。

（6）左右兩列各3 組超前支護液壓支架的減壓閥、先導(dǎo)式電液換向閥、控制按鈕、壓力變送器、控制電纜和接線箱安裝位置和安裝方式相同，控制電纜布線方式相同，布局合理美觀。

（7）礦用隔爆兼本安型電氣控制箱就近安裝在串車合適位置，礦用隔爆型液晶顯示屏和礦用隔爆兼本安型音箱布置在左側(cè)或右側(cè)中間架上，便于觀察超前支護液壓支架立柱下腔壓力和初撐力數(shù)值。

5 結(jié)語

通過對煤礦超前支護液壓支護初撐力進行合理控制，從而實現(xiàn)巷道不同相對位置超前支護液壓支架非等強支護。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，具有受控或手動兩種工作模式，最大限度保證巷道頂板完整穩(wěn)定。自動控制系統(tǒng)能夠精確控制立柱下腔壓力從而控制超前支護液壓支架初撐力，減少直接供液對巷道頂板的破壞，降低巷道維護成本，能夠有效提高采煤工作面回采效率和現(xiàn)場標準化管理水平，消除安全隱患，有利于煤礦安全生產(chǎn)。