楊書明

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團(tuán)燕家河煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042100）

0 引言

綜采工作面?zhèn)鹘y(tǒng)人工移架推溜過程中，由于液壓支架之間錯動較大會導(dǎo)致頂板碎石、矸石冒落，很容易出現(xiàn)砸傷工作人員的安全事故，同時綜采面采煤作業(yè)時煤塵較大，支架工跟機(jī)作業(yè)時很容易吸入大量煤塵影響身體健康及生命安全。通過設(shè)計液壓支架的遠(yuǎn)程控制技術(shù)，實現(xiàn)智能化無人化移架工序，能夠很好的解決這類問題的發(fā)生。而且液壓支架遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用，也極大促進(jìn)了綜采工作面的高產(chǎn)高效生產(chǎn)，為煤礦企業(yè)智能化發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

1 液壓支架遠(yuǎn)程控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

基于傳統(tǒng)人工移架安全系數(shù)較低，移架效率不高的現(xiàn)狀，近年來各試驗研究平臺的研究人員對液壓支架控制系統(tǒng)做出了大量探索及科研工作?，F(xiàn)階段液壓支架的遠(yuǎn)程控制技術(shù)基本可以做到隨采煤機(jī)設(shè)備自動進(jìn)行跟機(jī)移架操作，同時還可根據(jù)CAN 總線通信對液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，利用TCP/IP 通信協(xié)議進(jìn)行遠(yuǎn)程液壓支架運行狀態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸工作。上述液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)雖可實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控效果，但對液壓支架成組監(jiān)控管理效果較差，沒有一種自動化監(jiān)控軟件對液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程界面顯示控制。為實現(xiàn)這一目的，本文以某礦3202 綜采工作面為背景對液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計，提高該工作面跟機(jī)移架作業(yè)的安全性和可靠性，為綜采工作面的智能化無人化發(fā)展提供一定的借鑒意義。

2 液壓支架遠(yuǎn)程控制技術(shù)設(shè)計

2.1 電液控制系統(tǒng)設(shè)計

液壓支架作為綜采工作面進(jìn)行煤炭資源開采過程中重要的生產(chǎn)設(shè)備，利用主控計算機(jī)的遠(yuǎn)程智能化控制程序來模擬傳統(tǒng)人工移架推溜工序，可實現(xiàn)液壓支架的自動化控制效果，從而達(dá)到對綜采工作面液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的目的。液壓支架電液控制系統(tǒng)組成主要包括就地控制、集中控制器以及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)三部分，如圖1 所示，三者可以實現(xiàn)對液壓支架進(jìn)行就地操控、遠(yuǎn)端控制以及自動控制效果。

圖1 綜采工作面液壓支架電液控系統(tǒng)組成示意圖

2.1.1 就地控制系統(tǒng)

通過安裝于液壓支架機(jī)體的就地控制器來對綜采工作面的液壓支架進(jìn)行指令下達(dá)控制，每臺支架對應(yīng)安裝一部就地控制器，就地控制器內(nèi)部布設(shè)有壓力、位移傳感器以及電磁先導(dǎo)閥等數(shù)據(jù)采集以及執(zhí)行單元，可通過壓力傳感器以及位移傳感器對液壓支架的運行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，驅(qū)動電磁先導(dǎo)閥來控制液壓支架進(jìn)行推溜移架或升降架等工序，控制指令由就地控制器直接下達(dá)執(zhí)行。

2.1.2 集中控制系統(tǒng)

集中控制是就地控制與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)之間連接的橋梁，其位置通常要根據(jù)液壓支架的推移情況確定，一側(cè)與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)連接，另一側(cè)連接至液壓支架上的就地控制器。集中控制系統(tǒng)的功能也就是對液壓支架上的就地控制器下達(dá)操作指令，對液壓支架的運行動作進(jìn)行控制?？梢詫崿F(xiàn)遠(yuǎn)程操控綜采工作面液壓支架進(jìn)行跟機(jī)協(xié)同控制效果，控制液壓支架進(jìn)行護(hù)幫板回收、升降架以及推架等工序控制，并通過壓力傳感器、位移傳感器采集到的液壓支架運行參數(shù)向遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)傳輸液壓支架的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，傳輸?shù)降囊簤褐Ъ苓\行參數(shù)等可向遠(yuǎn)程界面進(jìn)行顯示或做為液壓支架設(shè)備的維護(hù)依據(jù)進(jìn)行使用。

2.1.3 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可在監(jiān)控主機(jī)的遠(yuǎn)程控制下實現(xiàn)由順槽或地面對綜采工作面液壓支架設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測控制，根據(jù)液壓支架的運行參數(shù)來實時操控設(shè)備進(jìn)行推溜移架、停機(jī)立柱等工序控制。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)相連，布設(shè)位置在順槽控制中心，通過遠(yuǎn)程控制液壓支架結(jié)合綜采工作面采煤機(jī)設(shè)備進(jìn)行單架或成組運行。同時可通過對液壓支架的實時運行參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄，為人工作業(yè)或設(shè)備維護(hù)工作提供參考數(shù)據(jù)[1]。

2.2 遠(yuǎn)程界面顯示

液壓支架的遠(yuǎn)程控制技術(shù)依賴于主控計算機(jī)的智能化控制系統(tǒng)，通過對液壓支架電液控系統(tǒng)實現(xiàn)智能化操作，實現(xiàn)綜采工作面液壓支架自動化、無人化控制，其中遠(yuǎn)程界面顯示可通過分層顯示的方式將液壓支架的作業(yè)工序、參數(shù)數(shù)據(jù)顯示在操控界面上。遠(yuǎn)程界面顯示可以實現(xiàn)對綜采工作面液壓支架的升降架、移架推溜以及支架停機(jī)閉鎖等工序進(jìn)行實時顯示，也可以實現(xiàn)對這些工序的具體壓力、位移參數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示記錄，可以做到順槽遠(yuǎn)程監(jiān)控中心或地面調(diào)度中心對液壓支架的單架、成組控制效果。在進(jìn)行液壓支架單架成組控制過程中，通過通信系統(tǒng)來對液壓支架進(jìn)行定位或下達(dá)控制指令，這些控制指令會通過通信線路傳輸至液壓支架，從而實現(xiàn)對綜采工作面液壓之間的遠(yuǎn)程控制效果。

2.3 通信技術(shù)

以太網(wǎng)通信技術(shù)是煤礦井下常用的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，該技術(shù)較為成熟，經(jīng)各大煤礦使用效果可靠，而EtherNet/IP 通信技術(shù)在物理層以及數(shù)據(jù)鏈線路上均采用以太網(wǎng)技術(shù)，可以確保對綜采工作面運用以太網(wǎng)技術(shù)的液壓支架進(jìn)行連接控制。EtherNet/IP 通信技術(shù)在傳輸速率及通信效率上都比較高，可以減少液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的反應(yīng)時間，具備更高的失效性，同時該通信技術(shù)設(shè)計簡單便于維護(hù)，使用成本較低，具體通信架構(gòu)如圖2 所示[2]。

圖2 液壓支架控制系統(tǒng)通信技術(shù)結(jié)構(gòu)

該綜采工作面液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用EtherNet/IP 通信協(xié)議實現(xiàn)液壓支架的通信功能，對液壓支架的運行參數(shù)以及各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)可按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)接收傳輸，具備一定的實時性，實現(xiàn)了綜采工作面液壓之間的遠(yuǎn)程操控效果。同時通過對其它設(shè)備的端口以及協(xié)議進(jìn)行改造，由統(tǒng)一EtherNet/IP智能網(wǎng)關(guān)安裝控制，傳輸數(shù)據(jù)均按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采集傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化信息化采集處理以及存儲應(yīng)用[3]。

3 實際應(yīng)用效果分析

將設(shè)計完成的綜采工作面液壓支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)應(yīng)用于某礦3202 工作面進(jìn)行試運行，對液壓支架的遠(yuǎn)程操控、自動化跟機(jī)移架以及對支架的運行參數(shù)姿態(tài)顯示功能進(jìn)行測試。液壓支架的遠(yuǎn)程控制中心分別位于回風(fēng)順槽以及地面調(diào)度中心，液壓支架的跟機(jī)移架作業(yè)是在采煤機(jī)牽引速度4 m/min 左右條件下進(jìn)行，通過測定液壓支架的跟機(jī)性能來測試遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)是否能夠滿足液壓支架跟機(jī)移架推溜功能。經(jīng)現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，跟機(jī)監(jiān)測數(shù)據(jù)均在設(shè)定范圍之內(nèi)，液壓支架的跟機(jī)效果較為穩(wěn)定，在采煤機(jī)牽引速度達(dá)到10 m/min 時，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)下達(dá)分組移架指令時仍能夠做到相應(yīng)動作。

在液壓支架上布設(shè)的位移傳感器以及壓力傳感器可對液壓支架承受壓力、液壓支架升降架高度以及距離采煤機(jī)滾筒搖臂的距離等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，與采煤機(jī)設(shè)備之間的防干涉識別可通過在可視化界面進(jìn)行彈窗警告或發(fā)出報警信號進(jìn)行預(yù)警。同時在液壓支架的遠(yuǎn)程控制上還可通過無線遙控器來對綜采工作面液壓支架進(jìn)行單架或成組的一鍵控制。

4 結(jié)語

通過利用電液控制技術(shù)對綜采工作面液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計，依據(jù)傳統(tǒng)人工移架存在安全隱患以及移架效率較低的現(xiàn)狀提出智能化移架控制方案，實現(xiàn)了綜采工作面液壓支架的跟機(jī)自移以及單架、成組控制效果。通過現(xiàn)場應(yīng)用測試發(fā)現(xiàn)，該遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對液壓支架運行狀態(tài)的全面監(jiān)控以及遠(yuǎn)程操控，實現(xiàn)了液壓支架的單架、成組跟機(jī)自移效果，保證了液壓支架的移架速度以及穩(wěn)定可靠性，降低了井下工人的勞動量，確保了綜采工作面煤炭資源的安全高效開采。