煤礦液壓支架自動化控制系統(tǒng)研究

摘要：針對國內煤礦液壓支架自動化控制系統(tǒng)使用情況進行了簡要的介紹之后，詳細地分析了當前控制系統(tǒng)的背景技術、設計理念、系統(tǒng)組成、產品特點，采用理論和實際相結合的方法開發(fā)出安全實用的新型煤礦綜采液壓支架自動化控制系統(tǒng)。

關鍵詞：煤礦液壓支架；綜采自動化；控制系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)

近年來，煤炭生產集約化要求煤礦裝備向智能化、高可靠性方向發(fā)展。因此，需要發(fā)展適應我國煤礦生產特點的，具有較高可靠性的液壓支架自動化控制系統(tǒng)，從而能夠真正實現(xiàn)減員增效。自動化控制系統(tǒng)能夠降低勞動強度、改善生產條件、全面提高生產效率、減少工作面人員數(shù)量，是綜采工作面三機配套的核心和樞紐，是礦井提高生產和管理水平的必要裝備。

國外液壓支架自動化控制技術已發(fā)展到相當成熟的階段，發(fā)展十分迅速。美國、澳大利亞等國家的煤礦新裝備的綜采工作面幾乎全部采用自動化控制的液壓支架。自動化控制系統(tǒng)為實現(xiàn)自動控制，需要各種類型的傳感器采集工況數(shù)據(jù)，而每只傳感器需要單獨連接一根電纜。這些傳感器和電纜種類多、數(shù)量多，在工作面惡劣的環(huán)境下安裝、維護工作量巨大，使用可靠性差。工作面條件惡劣、工人素質不高，難以完全按照規(guī)程進行使用和維護，導致設備故障率高，無法正常工作。

一、背景技術

目前國內的液壓支架綜采控制方式兩極化嚴重，低端的為傳統(tǒng)人工直接機械操控方式，成本低、需求人員多、勞動強度大、效率低等問題，約占國內市場的70%份額；高端自動化控制系統(tǒng)多為國外廠家所壟斷，價格昂貴、對工人水平要求高、但自動化程度高、生產效率高，約占國內市場的15%份額，國內大部分的煤礦在年產100至1000萬噸/年之間，高端自動化控制系統(tǒng)的高昂成本和對操作工人知識水平的高要求制約著煤礦開采自動化的迅速推廣發(fā)展。

我們經過大量市場調研和理論論證后研發(fā)的新型液壓支架自動化控制系統(tǒng)介于低端傳統(tǒng)機械控制方式和高端自動化控制系統(tǒng)，性價比高且適應能力強，更適合中小型煤礦的使用工況，滿足國內大量客戶的潛在需求，具有廣泛的市場前景。

二、設計理念

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)忽略了人的重要性，最終沒有真正實現(xiàn)自動化、無人化，反而降低了系統(tǒng)的簡潔性、實用性。本系統(tǒng)設計理念為：重視控制系統(tǒng)實際狀況，著重操作人員在工作面的主導性，改變自動化控制系統(tǒng)的自動化無人化的理念，由操作者的觀察和經驗，取代傳感器和自動程序的功能，一切以服務操作人員為宗旨，設計一種專注于人工操作的、具有良好操控性能的控制系統(tǒng)。

采用自動化控制會加快支架的使用效率，較“低端機械控制方式”提高自動化程度，減少操作勞動量，增強安全保障功能。新型系統(tǒng)采用低功耗設計，精簡功能，去除導致“高端自動化控制系統(tǒng)”結構復雜、功耗大、故障率高的傳感器系統(tǒng)和利用率低的自動化控制等功能，重視人的主觀能動性，利用人工干預，實現(xiàn)液壓支架所有動作的近遠程控制。

三、系統(tǒng)組成

液壓支架電磁閥控制系統(tǒng)由電控部分和液壓部分兩個部分組成。

電控部分包括：電源、隔離耦合器、支架控制單元、架間連接器和電源電纜，其中電源可以給工作面若干個支架控制單元供電，不同電源組的控制器之間需要一個通訊耦合器連接，每個電源箱需要配置一個電源耦合器。每個“支架控制單元”包括支架控制器、支架驅動器、架內連接器。

液壓部分包括：電磁先導閥、主閥、安全閥、液控單向閥、單向鎖、雙向鎖、截止閥、過濾元件、輔助閥等組成。

操作者在通過控制器實現(xiàn)與系統(tǒng)的交互，通過驅動器驅動電磁先導閥，由電磁先導閥實現(xiàn)自動化信號的轉換，最后由主閥控制支架油缸的動作，從而實現(xiàn)支架的動作控制。

四、產品特點

自動化控制系統(tǒng)采用模塊化設計，精簡結構，各系統(tǒng)獨立工作互不影響，并可根據(jù)需要靈活地對系統(tǒng)內系統(tǒng)進行增減。可實現(xiàn)鄰架、隔架及遠程控制，相比本架控制安全性大大提高；采用人工控制，更適合井下工作面復雜多變的實際情況，可實現(xiàn)帶壓移架等自動控制技術不易實現(xiàn)的功能，更具實用性；去掉各種傳感器及連接電纜，提高了系統(tǒng)可靠性，減少了維護工作量，降低了配套成本；專注于手動控制功能，控制器全中文界面，操作更方便；具有急停、閉鎖及通信故障實時檢測功能，保證了設備運行的安全性；降低系統(tǒng)功耗，增加了電源的負荷能力，減少了工作面電源數(shù)量；通過總線型擴展接口，使其結構更加緊湊便于在薄煤層支架布置。

五、結束語

系統(tǒng)依托現(xiàn)場工業(yè)總線技術，將控制系統(tǒng)以及用于工作面的多個輔助系統(tǒng)集成在一個系統(tǒng)內，形成以操作人員為核心，信息化為輔助的綜合測控服務系統(tǒng)，解決了各系統(tǒng)分別布置造成的線路繁雜、可靠性差、購置成本高、維護不便等問題。該系統(tǒng)各個元件目前已經通過各項性能測試，且進入中試階段，并正在積極申報安標證書，具有很好的市場開發(fā)優(yōu)勢和推廣應用價值。

參考文獻：

[1]張明敏，夏鵬等.液壓支架電液控制器信號采集系統(tǒng)的設計與試驗研究[J].中國煤炭，2014（5）

[2]鞠文君，付玉凱。我國煤礦巷道支護的難題與對策[J].煤礦開采，2015，20（6）：1-5

作者簡介：謝瑞（1988.02.08）男，單位：巨隆集團蕪湖興隆液壓有限公司，籍貫：安徽省懷寧縣，本科，工程師，研究方向：機械。