李寧波

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司，山西 方山 033100 ）

液壓支架作為煤炭生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，其工作的安全性要求較高。電液控制系統(tǒng)作為液壓支架的重要組成部分，直接關(guān)系著煤炭采掘工作能否順利進(jìn)行[1-6]。因此，基于店坪煤礦中ZE07型液壓支架現(xiàn)有電液控制系統(tǒng)，開(kāi)展新的電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究工作具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

店坪煤礦中ZE07型液壓支架中的中間架、過(guò)渡架、端頭架為電液控制，使用的是14功能15出口礦用本安型電液控?fù)Q向閥，實(shí)現(xiàn)液壓支架立柱的升降，平衡千斤頂、側(cè)護(hù)板千斤頂、底調(diào)千斤頂和護(hù)幫板千斤頂?shù)纳炜s、拉架、推溜、抬底和噴霧伸出等動(dòng)作。電控系統(tǒng)要求支架可實(shí)現(xiàn)成組程序自動(dòng)控制，包括成組自動(dòng)移架、成組自動(dòng)推溜、成組自動(dòng)伸護(hù)幫、成組自動(dòng)收護(hù)幫；具有鄰架電控的手動(dòng)、自動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)本架電磁閥按鈕的手動(dòng)操作；配置紅外線發(fā)射、接收裝置，可與工作面采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合自動(dòng)動(dòng)作；設(shè)有聲音報(bào)警、急停、本架閉鎖及故障自診斷顯示功能，并能方便地進(jìn)行人工手動(dòng)操作，能夠在線進(jìn)行參數(shù)調(diào)整設(shè)定；電源為隔爆兼本質(zhì)安全型，供電電壓為 AC 127 V 50 Hz；具有很好的防水防塵和抗干擾能力等。

2 方案設(shè)計(jì)

根據(jù)店坪煤礦中ZE07型液壓支架電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，完成了液壓支架電液控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，如圖1所示。控制系統(tǒng)由地面部分和井下部分組成，地面設(shè)備主要包括監(jiān)控主機(jī)和WEB服務(wù)器等，井下設(shè)備根據(jù)控制系統(tǒng)邏輯關(guān)系包括交換機(jī)、集控順槽主機(jī)、數(shù)據(jù)接口、供電電源、液壓支架控制器及其配套的紅外發(fā)射器、壓力傳感器、位移傳感器、主閥、傾角傳感器等。該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)液壓支架工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程控制的功能，能夠?yàn)楸O(jiān)控人員提供準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，監(jiān)控人員能夠根據(jù)液壓支架實(shí)時(shí)參數(shù)對(duì)液壓支架動(dòng)作進(jìn)行一定的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)井上監(jiān)控人員與井下液壓支架控制器之間的人機(jī)交互的目標(biāo)。

圖1 液壓支架電液控制系統(tǒng)方案

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 布置位置及連接關(guān)系

店坪煤礦中ZE07型液壓支架電液控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作是基于原有控制系統(tǒng)進(jìn)行的，此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)是工作時(shí)液壓支架工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)。液壓支架的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)離不開(kāi)傳感器，作為運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，除了選擇精度合適、環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的傳感器類型之外，傳感器現(xiàn)場(chǎng)布置位置同樣至關(guān)重要。圖2為液壓支架實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使用的各類傳感器的布置位置。液壓支架底板設(shè)置傾角傳感器，用于監(jiān)測(cè)底板隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)的傾斜程度，同時(shí)設(shè)置位移傳感器，監(jiān)測(cè)液壓支架底板工作過(guò)程中的微位移情況；立柱和推托液壓缸位置設(shè)置壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)立柱及推托工作壓力數(shù)值，確保其在安全的工作范圍之內(nèi)；液壓支架電液換向閥組配置電磁閥驅(qū)動(dòng)器及放煤鍵盤(pán)，實(shí)現(xiàn)液壓支架的現(xiàn)場(chǎng)控制和調(diào)整，設(shè)置紅外線接收器，實(shí)現(xiàn)液壓支架的遙控功能；液壓支架尾梁、掩護(hù)梁和頂梁位置分別設(shè)置一個(gè)傾角傳感器，用于監(jiān)測(cè)液壓支架運(yùn)行過(guò)程中各部分的傾角狀態(tài)，確保整個(gè)液壓支架與煤炭頂板之間的緊密接觸，防止液壓支架承受偏載情況。

圖2 液壓支架檢測(cè)元件布置位置及連接關(guān)系

3.2 硬件選型

根據(jù)液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案完成了關(guān)鍵組件的選型，其中地面主機(jī)選擇型號(hào)為E3-1225v5/8GB ECC/1TB的臺(tái)式機(jī)，配置浪潮品牌的WEB服務(wù)器；選擇隔爆兼本質(zhì)安全型交換機(jī)，型號(hào)為KJJ12SKK212；網(wǎng)絡(luò)連接器型號(hào)為ZE0703-43（1000）；隔爆兼本安型穩(wěn)壓電源型號(hào)為CDY03-00；選擇型號(hào)為BKZ0401的支架控制器，配置型號(hào)為ZE0703-11的電磁閥驅(qū)動(dòng)器；液壓支架的14功能15接口電液換向閥型號(hào)為FHDC500（5）/FHD200（10）X，具體結(jié)構(gòu)組成如圖3所示；壓力傳感器型號(hào)為ZE0701-07B；位移傳感器型號(hào)為ZE0701-06CU；傾角傳感器型號(hào)為MQJD；礦用本安型鍵盤(pán)型號(hào)為SJP03-00；紅外線接收器型號(hào)為BCG0902-00；支架無(wú)線遙控器型號(hào)為BYK02-00。

圖3 14功能15接口電液換向閥

4 控制參數(shù)配置

4.1 主菜單參數(shù)

系統(tǒng)控制主控時(shí)間配置為30 s，當(dāng)用戶長(zhǎng)時(shí)間不操作控制器將自動(dòng)返回到主界面；報(bào)警時(shí)間設(shè)置為2 s，控制器需要執(zhí)行自動(dòng)動(dòng)作而又有人控制的狀態(tài)下會(huì)發(fā)出主控提醒；急停架數(shù)配置為360架，也就是控制系統(tǒng)支持的最大急停架數(shù)；閉鎖架數(shù)設(shè)置為2架，即控制系統(tǒng)支持的最大閉鎖架數(shù)；成組架數(shù)設(shè)置為5架，即控制系統(tǒng)支持的最大成組架數(shù)；遠(yuǎn)控架數(shù)設(shè)置為5架，即控制系統(tǒng)鄰架控制的最遠(yuǎn)架數(shù)；本架類型設(shè)置為基本架、端頭架、過(guò)渡架等，默認(rèn)是基本架；調(diào)直目標(biāo)默認(rèn)為0，調(diào)整范圍為0～1100 mm，即主機(jī)發(fā)送給控制器的推移位移量；電源組架數(shù)默認(rèn)3架，即一個(gè)電源組的控制器數(shù)量。

4.2 自動(dòng)補(bǔ)壓參數(shù)

分別設(shè)置前柱和后柱補(bǔ)壓開(kāi)關(guān)，起開(kāi)啟和關(guān)閉立柱補(bǔ)壓回路的作用；最小壓力設(shè)置為30 bar，低于此壓力不執(zhí)行升柱動(dòng)作；降柱持續(xù)時(shí)間默認(rèn)值設(shè)置為5 s，即手動(dòng)控制模式下，降柱持續(xù)時(shí)間為5 s；動(dòng)作壓力默認(rèn)值為240 bar，低于此壓力值并且大于最小壓力值時(shí)執(zhí)行升柱動(dòng)作；目標(biāo)壓力值默認(rèn)為280 bar，即補(bǔ)壓需要達(dá)到的壓力值，補(bǔ)壓偏差值為±10 bar；補(bǔ)壓動(dòng)作執(zhí)行時(shí)間和兩次補(bǔ)壓動(dòng)作執(zhí)行間隔時(shí)間均為10 s，補(bǔ)壓次數(shù)默認(rèn)3次，即自動(dòng)補(bǔ)壓過(guò)程規(guī)定的補(bǔ)壓最大次數(shù)，當(dāng)一個(gè)補(bǔ)壓過(guò)程中補(bǔ)壓次數(shù)大于此值則認(rèn)為立柱泄漏等嚴(yán)重事故；補(bǔ)壓周期為10 min，啟動(dòng)自動(dòng)補(bǔ)壓后一段規(guī)定的時(shí)間，若在此時(shí)間內(nèi)補(bǔ)壓不成功，但是次效未超過(guò)則認(rèn)為補(bǔ)壓失?。唤嵌葯z測(cè)開(kāi)關(guān)默認(rèn)關(guān)閉，底座和頂梁的相對(duì)角度偏差默認(rèn)3°，保證支架處于正常姿態(tài)的調(diào)整持續(xù)時(shí)間為3 s；具有開(kāi)啟和關(guān)閉自動(dòng)補(bǔ)壓動(dòng)作顯示的功能。

4.3 自然放煤參數(shù)

配置放煤允許和禁止的開(kāi)關(guān)，能夠選擇手動(dòng)模式還是自動(dòng)模式，能夠判定在自動(dòng)啟動(dòng)方式下，可自動(dòng)啟動(dòng)的采煤機(jī)區(qū)域和架號(hào)，包括起始架號(hào)和終止架號(hào)；自動(dòng)放煤?jiǎn)?dòng)方向，即從小號(hào)到大號(hào)，還是大號(hào)到小號(hào)或者大小大及小大小，默認(rèn)模式為由小號(hào)至大號(hào)；自動(dòng)放煤的段數(shù)默認(rèn)值為1，輪數(shù)默認(rèn)值為3，配置支架放煤順序模式，如同時(shí)放煤或間斷順序放煤，默認(rèn)狀態(tài)關(guān)閉；每一分區(qū)正在放煤的支架與本次這一區(qū)域后續(xù)要放煤的支架間隔的架數(shù)默認(rèn)值為0，設(shè)置了選擇間隔放煤開(kāi)關(guān)，默認(rèn)狀態(tài)關(guān)閉，同時(shí)放煤口的數(shù)量默認(rèn)為1。

5 應(yīng)用效果

液壓支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了液壓支架工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程控制的目標(biāo)；相較于液壓支架原有控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用減少了液壓支架監(jiān)測(cè)人員2～3名，降低了液壓支架近8%的故障排查時(shí)間，節(jié)約了煤炭掘進(jìn)成本，提高了煤礦井下工作面的安全，預(yù)計(jì)為煤炭企業(yè)新增經(jīng)濟(jì)效益近100萬(wàn)/年，取得了很好的應(yīng)用效果。