胡增強(qiáng)

（汾西礦業(yè)中興煤業(yè)，山西 交城 030500）

引言

液壓支架是綜采工作面高效回采的重要設(shè)備之一，其主要作用是為采面提供安全作用空間[1-2]。電液控制系統(tǒng)是控制液壓支架運(yùn)行的重要組成單元，電液控制系統(tǒng)運(yùn)行效率對(duì)液壓支架有重要影響[3]。采面正常運(yùn)行期間液壓支架移架、姿態(tài)以及與采煤、刮板輸送機(jī)配備等均受電液控制系統(tǒng)控制[4-5]。因此，以山西某礦5602綜采工作面為背景，依據(jù)采面實(shí)際情況對(duì)采用的液壓支架電液控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，以期為采面煤炭安全高效回采創(chuàng)造良好條件。

1 5602綜采工作面以及液壓支架概況

5602綜采工作面開采的6號(hào)煤層埋深平均280m，厚度平均1.23 m，采面設(shè)計(jì)走向、傾向長(zhǎng)度分別560 m、180 m。5602采面回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存穩(wěn)定，前期地質(zhì)勘探探測(cè)到采面回采至150 m位置附近會(huì)揭露2條斷層，落差均在0.5 m以下，對(duì)采面生產(chǎn)影響較小。采面共計(jì)布置116架型號(hào)為ZY3800/07/16D液壓支架進(jìn)行支護(hù)，具體結(jié)構(gòu)見圖1，液壓支架技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 液壓支架技術(shù)參數(shù)

圖1 液壓支架結(jié)構(gòu)

2 電液控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

文中所提電液控制系統(tǒng)集成圖像傳輸、視頻監(jiān)控、音頻傳輸以及數(shù)據(jù)高速計(jì)算等功能，同時(shí)在液壓支架上安裝布置高度、紅外、傾角等傳感器對(duì)支架姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

2.1 控制器調(diào)整

液壓支架電液控制系統(tǒng)中控制器是主要的組成部件，通過采用先進(jìn)的控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)液壓支架運(yùn)行控制與煤炭開采高效匹配。為了確保電液控制系統(tǒng)可適應(yīng)綜采工作面復(fù)雜工作環(huán)境，將影響電液控制系統(tǒng)運(yùn)行控制的主要參數(shù)設(shè)定為可變量，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)液壓支架運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、修正，從而確保液壓支架整體處于較好的工作狀態(tài)。具體電液控制系統(tǒng)運(yùn)行過程中可變量調(diào)整流程見圖2所示。

圖2 電液系統(tǒng)控制參數(shù)調(diào)整流程

2.2 支架支撐高度測(cè)量

由于5602綜采工作面回采的6號(hào)煤層厚度平均在1.23 m，采高較小，為了確保采煤機(jī)回采過程中采煤機(jī)滾筒與液壓支架頂梁間互不干擾，為此在電液控制系統(tǒng)中增加液壓支架支撐高度測(cè)量裝置。將液壓支架支撐高度測(cè)量裝置布置在支架頂梁上，通過支撐高度測(cè)量裝置與支架控制器間相互配合可實(shí)現(xiàn)煤層厚度、頂梁高度以及立柱高度等參數(shù)監(jiān)測(cè)，且高度測(cè)量誤差控制在30 mm以內(nèi)。

2.3 聲光報(bào)警系統(tǒng)

在電液控制系統(tǒng)中增加布置聲光報(bào)警系統(tǒng)用以提醒液壓支架運(yùn)行處于不安全狀態(tài)。聲光報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警器布置在支架頂梁或者其他較為醒目位置，并與支架控制器相互配合工作。當(dāng)液壓支架處于正常工作狀態(tài)時(shí)，聲光報(bào)警系統(tǒng)指示燈顏色為綠色，當(dāng)液壓支架支撐高度過低、偏斜角度過大或者受力過高等情況發(fā)生時(shí)，聲光報(bào)警裝置會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)同時(shí)指示燈顏色由綠色變成紅色。通過顏色以及聲音等有效區(qū)分液壓支架處于安全或者危險(xiǎn)狀態(tài)。

2.4 液壓支架運(yùn)行姿態(tài)測(cè)定及分析

為了實(shí)現(xiàn)液壓支架運(yùn)行姿態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在電液控制系統(tǒng)中增加支架運(yùn)行角度以及姿態(tài)報(bào)告系統(tǒng)。支架運(yùn)行角度測(cè)量系統(tǒng)通過內(nèi)置的各類傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)立柱傾角、頂梁以及底座偏斜角等參數(shù)監(jiān)測(cè)，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給支架控制器，控制器依據(jù)反饋結(jié)果對(duì)支架運(yùn)行姿態(tài)進(jìn)行判定。當(dāng)頂梁或者底座偏移角超過預(yù)先設(shè)定值時(shí)，控制器通過調(diào)整立柱壓力或者四連桿機(jī)構(gòu)來對(duì)支架工作姿態(tài)進(jìn)行微調(diào)，從而確保支架始終處于較好的運(yùn)行姿態(tài)。

為了便于掌握、分析支架運(yùn)行姿態(tài)，在電液控制系統(tǒng)中增加布置運(yùn)行姿態(tài)分析服務(wù)器，服務(wù)器采用CAN總線方式與支架控制器連接，并以及支架運(yùn)行姿態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以圖表形式自動(dòng)生產(chǎn)分析報(bào)告，從而便于作業(yè)人員直觀地掌握支架運(yùn)行姿態(tài)并針對(duì)性進(jìn)行人工干預(yù)調(diào)整。

3 電液控制系統(tǒng)可靠性控制措施

受到采煤工作面空間狹小以及現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員較少等因素限制，綜采設(shè)備在運(yùn)行過程中實(shí)際控制人員較少。煤炭回采效率與綜采設(shè)備自身的可靠性以及穩(wěn)定性有較大關(guān)聯(lián)。為了確保液壓支架運(yùn)行可靠性，文中提出采取下述控制程序來實(shí)現(xiàn)電液控制系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

1）采用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)以及CAN總線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)以太網(wǎng)傳輸出現(xiàn)故障時(shí)，可通過CAN總線方式實(shí)現(xiàn)傳輸，通過傳輸系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)，提高數(shù)據(jù)傳輸安全性。

2）為了確保5602綜采工作面平穩(wěn)生產(chǎn)，在電液控制系統(tǒng)中設(shè)置優(yōu)先指令程序，其中控制程序中以支架緊急閉鎖指令為最優(yōu)先級(jí)，次優(yōu)先級(jí)為液壓支架成組控制以及鄰架控制，最后控制程序?yàn)橹Ъ苓\(yùn)行遠(yuǎn)程控制。

3）綜采工作面內(nèi)布置有各類的機(jī)電設(shè)備，電磁干擾嚴(yán)重。為了實(shí)現(xiàn)電液控制系統(tǒng)以及各子系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行，電液控制系統(tǒng)中增加布置濾波電路，從而降低作業(yè)環(huán)境中電磁干擾影響，確保各子系統(tǒng)均可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)各自功能。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)化控制且具備的各類安全傳感器可顯著提升液壓支架運(yùn)行可靠性及安全性。在5602綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，該系統(tǒng)可滿足綜采工作面液壓支架控制需要，為煤炭高效回采創(chuàng)造了良好條件。