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        液壓支架跟機自動智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

        2022-08-10 08:46:06燕鵬達(dá)
        山東煤炭科技 2022年7期
        關(guān)鍵詞:移架頂板液壓

        燕鵬達(dá)

        (晉能控股煤業(yè)集團王家?guī)X煤業(yè),山西 忻州 036600)

        1 工程概況

        晉能控股煤業(yè)集團王家?guī)X煤礦地處河?xùn)|煤田北部,屬于河保礦區(qū),井田面積34.447 1 km2,批準(zhǔn)開采4#~9#煤層,生產(chǎn)規(guī)模5.0 Mt/a。18102 工作面回采4#煤層,地面標(biāo)高+961.9~ +1 089.7 m,工作面標(biāo)高+601~ +641 m,膠帶順槽長1 602.494 m,回風(fēng)順槽長1 602.499 m,工作面長240 m。4#煤層平均視密度1.44 t/m3,以暗煤為主,亮煤次之,鏡煤呈線理或透鏡體,4#煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般含2~4 層夾矸,主要以炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。煤層全煤厚2.8~7.1 m,平均5.0 m,煤層傾角4°~9°,平均6°。4#煤層采用綜采放頂煤采煤方法,工作面采用液壓支架控頂,全部垮落法管理頂板。

        2 液壓支架的選型

        2.1 支架高度確定

        支架的高度主要包括最大結(jié)構(gòu)高度和最小結(jié)構(gòu)高度,它必須適應(yīng)煤層采高變化所要求的最大和最小支撐高度。支架高度由公式(1)、(2)計算:

        式中:Hmax為支架最大結(jié)構(gòu)高度,m;Mmax為煤層最大采高,取4.0 m;a為偽頂冒落后支架具有初撐力的補償量,取0.4 m;Hmin為支架最小結(jié)構(gòu)高度,m;Mmin為煤層最小采高,取2.9 m;s為頂板最大下沉量,取0.1 m;b為立柱最小可伸縮余量,取0.1 m;c為存留煤矸厚度,取0.1 m。代入數(shù)值計算得到支架最大結(jié)構(gòu)高度Hmax為4.4 m,最小結(jié)構(gòu)高度Hmin為2.6 m。

        2.2 初撐力及工作阻力的確定

        根據(jù)18102 工作面的頂板條件,結(jié)合該礦其他工作面液壓支架的選型經(jīng)驗,確定采用高工作阻力的兩柱掩護式液壓支架,支架中心距1750 mm,計算得支架工作阻力9000 kN/架??紤]液壓支架初撐力與額定工作阻力的比值為0.8,確定選用ZY9000/25/45 型掩護式液壓支架[1-6]。

        3 液壓支架跟機自動化智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計

        3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

        18102 工作面SAC 液壓支架跟機自動化智能化控制系統(tǒng)由北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)公司設(shè)計,其結(jié)構(gòu)如圖1,主要包括紅外接收器、控制器、電磁換向閥組、角度傳感器、傳感器、行程傳感器、電源箱、耦合器、各類計算機、井下交換機、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)變換器等。系統(tǒng)通過各支架控制器之間的數(shù)據(jù)通訊依靠CAN 通訊協(xié)議進(jìn)行實現(xiàn),基于支架服務(wù)器與地面集控中心的計算機實現(xiàn)命令的控制與數(shù)據(jù)傳輸功能。該系統(tǒng)通過調(diào)整工藝參數(shù)滿足18102 工作面全工藝段的自動智能跟機功能。

        圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

        3.2 液壓支架自適性智能化控制

        在18102 工作面液壓支架自動智能跟機的調(diào)試過程當(dāng)中問題頻發(fā),主要問題有:一是支架抬底動作效果不好;二是護幫板支護效果不佳。這兩個問題嚴(yán)重影響到液壓支架自適性智能化控制的過程,必須對相關(guān)的工藝程序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

        18102 工作面液壓支架自動智能跟機動作流程如圖2,主要實現(xiàn)了推溜、移架、伸縮護幫板及噴霧等工作的自動化和智能化操作,對影響成組移架的移架開始時間、暫停范圍、暫停時間、到達(dá)時間、抬底開始時間和抬底到達(dá)時間六個因素進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化設(shè)計,實現(xiàn)移架的合理匹配。

        圖2 液壓支架自動智能跟機動作流程示意圖

        一個截煤作業(yè)循環(huán)進(jìn)程中包含工作面上、下兩端共計2 個三角區(qū),其上、下兩端的截煤工藝流程相同,主要包括4 個階段。三角區(qū)自動跟機移架示意圖如圖3。

        圖3 三角區(qū)自動智能化跟機移架示意圖

        4 應(yīng)用及效果分析

        18102 綜采工作面確定選用ZY9000/25/45 型掩護式液壓支架,同時應(yīng)用設(shè)計SAC 液壓支架跟機自動化智能化控制系統(tǒng),經(jīng)調(diào)試后進(jìn)行了38 架、為期60 d 的井下工業(yè)性試驗,效果理想。后期SAC液壓支架跟機自動化智能化控制系統(tǒng)成功應(yīng)用,實現(xiàn)了全工作面136 架的全面應(yīng)用。

        SAC 液壓支架跟機自動化智能化控制系統(tǒng)在應(yīng)用期間,系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定,操作簡便,自動化和智能化程度高,能完全滿足18102 工作面作業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)需求。該SAC 液壓支架跟機自動化智能化控制系統(tǒng)在工作中,可以實現(xiàn)與采煤機的聯(lián)動,能顯示采煤機、支架工作狀態(tài)、故障情況,具有自動智能跟機操作和成組作業(yè)的操作功能。在液壓支架電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化智能化跟機的基礎(chǔ)上,依靠設(shè)置的液壓支架視頻系統(tǒng),可以在地面集控中心計算機上遠(yuǎn)程對液壓支架進(jìn)行操作,進(jìn)一步依托視頻定位追機系統(tǒng)實現(xiàn)可視化管理。液壓支架上安裝有壓力傳感器,可以實時地對18102 工作面的頂板壓力情況進(jìn)行監(jiān)測,并根據(jù)工作阻力的變化情況及變化趨勢。

        5 結(jié)語

        王家?guī)X煤業(yè)18102 綜采工作面基于智能化工作面的設(shè)置要求,引入了SAC 液壓支架跟機自動化智能化控制系統(tǒng),并應(yīng)用于ZY9000/25/45 型掩護式液壓支架中。該液壓支架跟機自動智能化控制系統(tǒng)可與采煤機、刮板輸送機完成自動智能跟機拉架和成組推移刮板輸送機等動作,液壓支架的協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)了工作面的智能開采。SAC 液壓支架跟機自動化智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用,大大提高了18102 綜采工作面的開采效率,大幅度降低了工人的勞動強度,有效提高了巷道支護質(zhì)量,減少了開采中的安全隱患,為實現(xiàn)18102 綜采工作面智能化開采奠定了基礎(chǔ),安全經(jīng)濟效益顯著。

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