呂 明

（晉能控股煤業(yè)集團公司晉華宮礦，山西 大同 037000）

引言

隨著煤礦井下總作業(yè)技術的不斷進步，綜采面的綜采效率獲得了大幅的提升，因此對液壓支架組的支護安全性和支護效率也提出了更高的要求。液壓支架組在工作時不僅需要根據頂板礦壓波動情況及時調節(jié)初撐力，而且還需要根據采煤機的截割作業(yè)情況不斷進行收放護幫板、收架、移架等動作。傳統(tǒng)的液壓支架組控制邏輯中采用了單組控制方式，也就是每個支架單獨對采煤機的位置狀態(tài)進行判斷，然后根據判斷結果調整自己的支護狀態(tài)，該控制模式雖然穩(wěn)定性高，一個支架的損壞不影響其他支架的正常工作，但控制效率和調節(jié)精度較差，難以滿足快速截割作用下的高效支護作業(yè)需求。結合采煤機和液壓支架的相互關系，并根據井下的實際控制需求，本文提出了一種新的液壓支架組智能控制系統(tǒng)，其利用支架控制對綜采面上的支架支護情況進行監(jiān)測和調整，實現(xiàn)了統(tǒng)一的調節(jié)控制。

1 支架組智能控制系統(tǒng)

由于煤礦井下綜采面上的液壓支架數量通常達到100臺左右，考慮到控制一致性和支架狀態(tài)調節(jié)的可靠性，提出了分組調節(jié)控制的模式，每三個支架為一個控制小組，通過一個支架控制器進行控制，相鄰的兩組液壓支架可以相互控制，從而實現(xiàn)利用一個控制中心對所有支架進行控制的需求，為了確?？刂频目煽啃裕械目刂凭€路采用了雙回路模式，避免線路故障導致的支架組控制失效情況。該支架組智能控制系統(tǒng)整體結構如圖1所示[1]。

圖1 支架組智能控制系統(tǒng)結構示意圖

由圖1可知，該支架組控制系統(tǒng)主要包括了控制層、信息匯總層及監(jiān)測層三個部分?？刂茖又饕筛鱾€支架傳感器構成，主要作用是對各個支架的支護狀態(tài)進行監(jiān)測并將監(jiān)測信息傳遞給信息匯總層，同時還兼具著接受監(jiān)測層傳來的控制信息并控制支架運行的功能，支架控制器最終全部接入到CAN數據總線上，完成數據信息的接收和傳遞。

支架的信息匯總層是指端頭支架控制器，主要用于接收各個支架控制器的數據信息，并對各個支架的運行狀態(tài)進行判斷，將數據進行處理后傳遞給地面上的監(jiān)測層，同時將地面監(jiān)測層傳遞過來的調整信息轉換后發(fā)給指定的支架控制器。

監(jiān)測層位于地面，主要用將各個支架的支護狀態(tài)信息顯示到監(jiān)控終端上，便于監(jiān)測人員的觀測，同時能夠根據井下的實際情況，發(fā)出調整控制指令，實現(xiàn)對各支架狀態(tài)的遠程調控，滿足在特殊環(huán)境下的“越級”控制需求，確保井下的支護安全。

該支架組控制系統(tǒng)，整體結構相對簡單，利用CAN數據總線作為信息傳遞中心，能夠滿足數據傳遞快速性和安全性的需求，可有效提升對支架組控制的安全性和及時性。

2 支架控制器終端的設計

液壓支架的終端控制器是控制層的核心，其通過各類傳感器設備實現(xiàn)對液壓支架運行狀態(tài)、支架和采煤機相對位置的監(jiān)控，為支架調整提供基礎數據。為了滿足控制需求，該支架控制器終端需要具備便捷的人機交互界面，便于控制人員在井下直接對支架的運行狀態(tài)進行監(jiān)控和調整。終端控制器還需要具備可靠的聲光報警系統(tǒng)，一旦監(jiān)測到支架運行故障，系統(tǒng)將自動發(fā)出報警信號，從而便于通知人員進行及時的維修，保證支架支護的安全性。液壓支架控制器終端硬件結構如圖2所示[2]。

圖2 支架控制器硬件結構示意圖

3 液壓支架控制系統(tǒng)邏輯

該支架組控制系統(tǒng)主要是通過對液壓支架和采煤機相對位置的監(jiān)測，推算出液壓支架所應滿足的支護狀態(tài)并及時發(fā)出控制指令，實現(xiàn)液壓支架和采煤機的協(xié)同運行，以確保井下綜采作業(yè)的效率和安全性，該支架組控制流程如圖3所示[3]。

在該控制系統(tǒng)中，首先會對液壓支架組上各個液壓支架進行編號，根據調控指令和動作執(zhí)行流程，設定每個支架完成動作所需的時間，從發(fā)出控制指令后開始計時，若超過設定時間支架還沒有完成規(guī)定的動作，則系統(tǒng)判定支架調整出現(xiàn)異常，發(fā)出聲光報警信號，提醒工作人員注意和調整。

液壓支架組控制系統(tǒng)在工作時需要對多個液壓支架進行調節(jié)，其調節(jié)基礎是對各個液壓支架相對于采煤機的位置狀態(tài)的判斷，根據判斷結果發(fā)出調控指令，完成調節(jié)控制后系統(tǒng)會對寄存的信息進行清除，從而為執(zhí)行下一階段的調控任務做好準備[4]。

圖3 液壓支架組控制邏輯示意圖

4 應用效果

為了對該支架組控制系統(tǒng)的實際應用效果進行分析，對優(yōu)化前后的工作情況進行監(jiān)測，結果表明：優(yōu)化后支架組調整的異常數量由最初的62次/月，降低到了目前的6次/月，降低了約90%，由此可知該控制系統(tǒng)能夠顯著提升對井下調控的可靠性，為實現(xiàn)井下無人綜采作業(yè)奠定了基礎。