煤矿综采工作面液压支架电液控制技术的发展及应用

煤矿综采工作面液压支架电液控制技术的发展及应用

高国雄

陕煤集团神南产业发展有限公司陕西省神木市719300

摘要：在煤矿综采工作面中，液压支架的电液控制是实现综采工作面全自动控制的关键。液压支架电液控制技术的应用，实现了对煤矿综采工作面的自动控制，并能有效地降低综采工作面的振动，提高工作效率，改善劳动条件，也能更好地促进安全生产。

关键词：煤矿综采工作面；液压支架；电液控制技术；应用

前言

液压支架电液控制系统是现阶段煤矿作业中最为先进的一种支护设备控制方式，其融合了液压、电子、网络通信、计算机以及机械等多种技术，既能提高开采效率，又能保障作业安全。

1液压支架电液系统简析

液压支架电控部分主要分为电源、传感器、支架控制器、监控主机、人机操作界面、电磁先导阀、连接器、过滤元件、辅助器和主阀等多个部分，电源箱均设置电源耦合器，负责向支架单元提供电力支持。在液压支架构成中，每个控制单元都分为传感器、控制电缆、人机操作界面、电磁组阀、辅助缆、主控制阀组以及支架控制器等多个部分。系统结构中，支架控制器均经由电缆连接为一个整体网络，不同支架器之间的通信模式均为全双工串行通信，通过CAN总线通信确保综采数据信息的整理与传递。此外，巷道主机主要用于远程监控液压支架和综采工作面其他相关设备工况。

2支架配备电液控制系统的优势

2.1实现矿压监测预警

采用液压控制系统后可以实现工作面回采过程中顶板压力、支架工作阻力等矿山压力变化情况的实时数据监测、分析，有利于实现提高回采安全性、高产高效的目的。由于布满工作面的液压支架立柱上安设有压力传感器，井下获取的支架压力具有较高的实用价值，可以根据数据开展更有针对性的矿压监测和顶板灾害预防工作。

2.2瓦斯事故预防

矿井瓦斯严重危险井下安全生产，利用液压支架的电液控制系统可以实现对回采工作面瓦斯浓度的全覆盖监测，特别是对采煤机回采割煤期间的瓦斯浓度进行监测，对瓦斯事故进行预警。电液控制系统通过各种传感器的布设可以方便的实现对工作面参数的监测，通过在控制系统中安设相关传感器可以监测与瓦斯突出有关的煤体温度、特定震动频率，电磁辐射强度、根据相关指数变化情况及设定的瓦斯突出预警模型，实现对瓦斯突出的预警能力，预防事故的发生，减少事故造成的人员伤亡和财产损失。但是由于导致瓦斯突出是一个复杂的动力过程，其机理尚未清晰，同时瓦斯突出预警理论也不成熟，导致对瓦斯突出的预警难以做到普遍适用。

2.3实现工作面自动找平

综采工作面三直二平时保证回采工作高效安全进行的基础，可以利用电液控制系统中的位移传感器、应力传感器、超声测距装置、激光传感器等参数信息，准确判断出各个液压支架之间的位置关系、液压支架与刮板输送机、煤壁之间的位置关系，通过中央控制系统进行分析，进而合理确定推溜、移架距离，从而实现液压支架、刮板输送机、煤壁三者之间的校准。工作面顶底板找平功能的实现得益于在电液控制系统中布设角度传感器，原理与前者相似，但由于受到传感器安设及监测数据精度原因，工作面自动找平功能还不够完善。

2.4实现液压支架、采煤机、刮板输送机三机联动

液压支架、采煤机、刮板输送机三机联动功能的实现得益于液压支架的自动控制功能。电液控制系统中的红外传感器探测到采煤机的具体位置，通过支架控制器将位置信息传递给井下中央控制器，中央控制器通过内部处理程序结合红外传感器的位置信息，自行发出相关控制指令，支架控制器接收到指令后完成相关操作。例如：液压支架在采煤机前后自行完成收护帮顶工作，在采煤机完成割煤工作后，液压支架自动完成移架，推溜、喷雾降尘等工作。操作人员只需要在控制主机上完成相关参数的设定，验算无误后，剩余的工作均可由计算机操控完成，实现液压支架自动化工作，提升生产效率，减少工作面现场工作人员数量。但是由于端头要割三角煤，在实际运用中端头的20架支架上安设了自动屏蔽保护装置，即端头的20架支架不受中央控制机移架指令的控制，需要1名支架工进行拉架工作。

3电液控制液压支架应用

3.1系统工作原理及构成

电液控制系统主要是由支架控制结构单元（传感器及电磁阀），控制主机、AC电源及CAN总线网等部分组成，支架控制器通讯的传输选取422方式，整个系统的通讯网络选用CAN总线形式布置，通过CAN总线网络井下电液控制主机可以与支架电液控制系统进行联通，接受来至于液压支架上布置的瓦斯、倾角、位移、红外等传感器探测的液压支架工作状态、采煤机及刮板输送机位置。

3.2电液系统在综采面应用情况

①工作面电液系统概况

山西某矿41502综采工作面开采15号煤层，工作面平均埋藏深度为624m，煤层平均倾角为5°，平均煤厚2.5m，采用综合机械化采煤方法进行回采，全部垮落法管理顶板，41502综采工作面是该矿首个采用电液控制系统工作面，工作面设计的走向长度为2600m，斜长设计180m，41502综采工作面从去年8月份投产，累计推进进尺达到1660m，月平均原煤产量达到12万t，电液控制系统在工作面高效回采中起到了明显的推进作用。

②电液控制系统应用情况分析

A.实现矿压的自动监测。采用电液控制系统可以实现对回采工作面液压支架工作阻力的自动测量监测，有利于实现对顶板来压的有效预测和预防，达到高产高效的目的。在液压支架上按着应力传感器，并通过CAN总线传输到井下控制主机，可以取得较为真实，可靠的监测数据，为有针对性的矿压监测和顶板灾害预防工作提供切实数据支撑。

B.瓦斯事故预防。瓦斯严重影响矿井安全生产，瓦斯事故在我国时有发生，利用布置在液压支架电液控制系统上的瓦斯传感器，可以实现对整个回采工作面瓦斯浓度进行全覆盖测量，预警。特别是在采煤机进行回采时，由于落煤瓦斯涌出量较大，可以实现对瓦斯浓度的实时监测，记录，保证回采工作的安全进行。

C.实现工作面自动找平。工作面三直二平是回采工作高效开展的基础，利用电液系统中的位移、应力等传感器，准备判断出各液压之间的相对位置，液压支架与采煤机、刮板机之间的位置关系，通过控制主机合理的确定推溜，移架时机及距离，实现刮板机、液压支架及煤壁之间的合理位置，保证液压支架、刮板输送机和煤壁的平直。由于电液控制系统中布设有角度传感器，可以实现对工作面顶底板自动找平功能，但是由于传感器安设角度、位置及实时监测数据精度原因，工作面自动找平功能实现还需要进一步完善。

D.实现三机联动。液压支架的自动控制功能是液压支架、采煤机、刮板输送机三机联动功能得以实现的基础，在电液控制系统中安设的红外传感器可以探测出采煤机的位置信息，通过CAN总线网络实现中央控制器对液压支架及采煤机位置的控制，实现液压支架自动移架，实现三机联动。如：液压支架在采煤机前后自行完成收护帮顶工作，在采煤机完成割煤工作后，液压支架自动完成移架，推溜、喷雾降尘等工作。井下工作人员只需要首先设定相关的参数，剩余的工作均可以由计算机辅助完成，实现液压支架自动化工作，提升生产效率，减少工作面现场工作人员数量。

结束语

在煤矿综采工作面中，液压支架是极为重要的一种设备，其电液控制技术也在很大程度上影响煤矿作业效率和生产安全性。为了跳出高价格高成本的现状，改善国内矿井应用适应性较差这一局面，深入研究分析并优化煤矿综采液压支架电液控制系统是极为必要的。随着相关设计领域的逐步深入与国产开发系统的普遍应用，相信煤矿作业安全生产水平也会随之提升。

参考文献：

[1]王东攀.大倾角松软厚煤层大采高综采液压支架关键技术[J].煤矿开采，2017，22（2）：37-39.

[2]尚言明,于志辉,何麟,李麟,亢亮亮.煤矿井下液压支架电液控制系统专利技术综述[J].矿山机械,2015,43(11):1-7.