液壓支架采高測量裝置研究及應用

張寶軍

液壓支架采高測量裝置研究及應用

張寶軍

在KJ327無線型礦山壓力監測系統分站原有的基礎上增加一個測量采高的位移傳感器，采用位移傳感器對液壓支架立柱下縮量的支撐高度進行測量、記錄和計算機分析，并與礦壓監測系統相結合，形成在線監測系統和數據共享平臺。

煤礦開采；礦山壓力監測；液壓支架采高測量裝置；液壓支架立柱縮量儀

1 綜采工作面采高測量裝置的作用及采高測量現狀

采高是綜采工作面控制的主要參數［1］。為了保持工作面采煤高度適應頂底板動態變化，支架接頂狀況良好和確保初撐力的供給，同時掌握頂板活動規律，需要有詳實的現場實測數據。之前大同煤礦集團公司四臺礦綜采隊使用的是卷尺測量采高，只是瞬時測量，不能實時監測和掌握實際采高的變化情況。因此，迫切需要檢測系統對礦壓、采高等參數進行實時監測、顯示與分析，并且獲得如下數據。

（1）液壓支架活柱下縮量結合來壓期間支架工作阻力、初撐力與末阻力間的變化、時間間隔、層間距變化等數據可分析來壓強度。通過壓力值的增加或減小，可反映工作面老頂隨著層間距變化與頂板破碎程度的變化關系。

（2）通過位移傳感器測量活柱下縮量計算出采高，在壓力分站上及時顯示采高值，能夠及時控制支架接頂和采高的變化，使支架保持接頂嚴實，初撐力保持在規定范圍內，即可分析頂板周期來壓等情況。

（3）綜采工作面支護中及時掌握支架工作阻力和采高的變化情況對生產有積極的指導作用，依據數據和圖表趨勢作出預判，采取有效措施加強頂板管理，從而保障綜采工作面的開采安全。

2 液壓支架采高測量裝置設計方案

在KJ327無線型礦山壓力監測系統分站原有的基礎上增加一個位移傳感器，采用當前新型無線發射/接收電子芯片和ARM數字處理芯片，和多CPU同步處理技術，同時在分站屏幕上顯示支架工作阻力、活柱下縮量和測量采高等多組實時監測數據。采高測量是通過測量活柱下縮量計算出采煤高度值，將其數據上傳到地面的計算機，用分析軟件實時呈現出工作面支架的工作狀態（顯示初撐力、工作阻力）、活柱下縮量、頂板壓力變化和采高變化數據及圖表。

將活柱下縮量位移傳感器連接在KJ327型礦山壓力監測系統分站上，并利用工作面2.4 GHz無線電波傳遞礦壓數據信息技術［2]，將所采集到的實時數據傳輸到系統中。即取消信號通訊電纜，徹底解決了因頻繁推拉支架或過斷層時放炮而損壞通訊電纜事故的問題，極大提高了系統通訊穩定性，降低了系統運行成本。

用于活柱下縮量的測量，準確有效地測量數據將在分機顯示屏上顯示，同時顯示初撐力、工作阻力、活柱下縮量（計算出的采高值）。其顯著的特點是測量精度高、操作簡便、顯示直觀、數值變化速度快、敏捷度高、無線傳送數據針對性強等。由電腦軟件控制，配有LCD顯示，并可記錄、打印；而且可對支架支護阻力、活柱下縮量、采高不同的數值變化進行同時監測，數據顯示明了，給現場員工了解工作面采高變化帶來極大的方便，提高了工作效率。

分析軟件采用數據庫、OPC技術，系統運行穩定可靠，兼容性強；三通道分站使用一組本安電池供電，供電時間可長達兩年，從根本上解決了監測系統的穩定供電問題和井下設備失爆問題，安裝簡單，運行可靠，每一通道可與任意電阻應變式傳感器兼容使用；主站安裝有U盤，做到礦壓數據實時通信、U盤存儲雙備份；通過采高測量還能夠進行支架運行狀況二次分析，能夠進行支架適應性多元化評估，并對各采煤循環的頂板壓力值、活柱下縮量、采高等信息變化情況作出評估，起到了綜合分析的作用。

3 液壓支架采高測量裝置硬件組成及安裝

3.1 硬件組成

圖1 液壓支架采高測量裝置實物

液壓支架采高測量裝置由立柱下縮量位移傳感器和KJ327型礦山壓力監測系統分站，以及數據電纜等硬件組成，實物見圖1。 a，在程序中輸入液壓支架頂梁的厚度b和液壓支架支柱固定部分和底座的高度之和c，軟件會自動計算出工作面采高：H=a+b+c。

圖2 液壓支架采高測量裝置安裝位置示意

3.2 安裝

（1）將監測分站安裝到頂梁下部合適位置，固定牢固。

（2）用抱箍將立柱伸縮量傳感器固定在立柱缸體外側。

（3）傳感器鋼絲系在頂梁頂部合適處（見圖2）。

4 液壓支架采高測量裝置工作原理及功能

4.1 工作原理

活柱的伸縮引起鋼絲長短變化［3］（見圖2），傳感器將液壓支架活柱縮量的位移轉化為電信號，再傳輸給分站進行數據記錄和分析及顯示，使液壓支架活柱縮量成為實時監測信號并計算出采煤高度，從而得出頂板運動規律。

4.2 計算采高的原理

利用位移傳感器自動測量出液壓支架活柱伸縮量

4.3 主要功能

（1）采用2.4 GHz無線電波傳送礦壓數據（支架初撐力、工作阻力、活柱下縮量、采高測量值）；

（2）每分站具有3個通道，可以同時監測每架2個立柱（四柱式支架測前柱后柱，兩柱式支架測左柱右柱）實時壓力和1個位移監測（測液壓支架活柱下縮量），同時顯示所測量的3個通道的數據；

（3）下縮量直讀、記憶、生成圖形、RS-232C/ RS485傳輸，測量精度可達0.5%，符合國家計量高精度等級；

（4）采集速率可實現5 s/遍～10 h/遍，任意可調，便于監測使用；

（5）因其采集速率高，所以曲線呈現的初撐力、末阻力、活柱下縮量、采高情況及時、真實、準確；

（6）活柱下縮量的量程大（壓力60 MPa+20%超量程，位移500 mm）、靈敏度高（壓力0.1 MPa，有特殊要求可提高至0.01 MPa；位移0.1 mm，有特殊要求可提高至0.01 mm）。

5 結語

該裝置于2013年11月首次在四臺礦井下投入使用。經過現場多次試驗、觀察和測量表明，其性能穩定，顯示直觀、數值變化速度快、敏捷性好，測量精度高，可隨時查看、操作簡便。

壓力分機同時顯示工作阻力、活柱下縮量和采煤高度，減少了人員測量采高的誤差，提高了工作效率。

綜采工作面采高測量儀具有獨特的優越性，主要表現在工作效率的提高，提升了頂板管理的手段。特別是采用先進的位移傳感器測量活柱下縮量計算出采高值，通過采高測量還能夠進行支架運行狀況二次分析與評估，能夠獲得多元評估信息，如各采煤循環采高與支架的支護阻力值的比對，得到采場動態礦壓顯現規律等，具有綜合分析能力，從而為安全生產起到指導作用，對安全質量標準化的行為規范操作起到了很大的促進作用。

［1］國家煤礦安全監察局.煤礦安全質量標準化考核評級辦法［M］.北京：中國煤炭科技出版社，2013.

［2］閔茹，李靜，王軍.無線傳感器網絡定位技術及其應用[J].河南機電高等專科學校學報,2006(06)：65.

［3］李曉豁，謝錫純.煤礦機械與設備［M］.徐州：中國礦業大學出版社,2005.

作者筒介

張寶軍，男，1965年出生，畢業于北岳職業技術學院，現在大同煤礦集團公司四臺礦工作。

Research and Application of Measurement Device of Hydraulic SupportMining Height

Zhang Baojun

The substation of KJ327 wirelessmine pressure monitoring system is increased a displacement sensor ofmeasuring mining height,measuring,recording and computer analyzing drop-off support height of hydraulic support pillar are carried on by using displacement sensor,and combined with mine pressure monitoring system,on-line monitoring system and data sharing platform are formed.

coalmining;mine pressuremonitoring;measurement device of hydraulic supportmining height;pillar drop-off instrumentof hydraulic support

TD355+.4

B

1000-4866（2015）01-0034-03

2014－11－21