電液控制系統在綜采面液壓支架中的應用分析

郭 兵

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦 ，山西 興縣 033602）

隨著國家科學技術的不斷前進，礦用設備也得到了長足進步，綜采設備在煤礦得到了廣泛應用。電液控制支架作為綜采工作面的高端液壓支架，近些年來在高端支架市場上廣受歡迎[1]，并在神華集體，平煤集團、晉煤集團取得了良好的應用效果。在煤礦的綜采工作面，液壓支架的電液控制是整個綜采工作實現自動化控制的關鍵所在[2]，液壓支架的電液控制技術的應用實現了煤礦綜采工作面自動化控制，能有效降低煤礦井下工作人員的勞動強度，提高工作效率，改善工作條件，同時也能更好的促進安全生產。基于此，筆者對電液控制技術在綜采面液壓支架中使用進行分析，以期更好的促進電液控制技術的推廣使用。

1 電液控制系統原理

綜采工作面電液支架控制系統由電源、供液系統提供動能，通過鍵盤急停/閉鎖裝置發出運行控制指令，通過電磁鐵頂桿來對先導閥閥芯進行動作，進而控制主閥對液壓支架油缸進行開啟工作，從而控制液壓支架的工作狀態。在液壓支架工作期間，通過傳感器檢測液壓支架的工作狀態，各個部件之間銜接配合工作[3～4]。

2 現場應用及系統構成

2.1 工作面概況

山西某礦21201工作面位于2水平中東部，工作面走向長度2875m，傾斜長度為210m，煤層傾角為 7～10°，平均 8°，煤層厚度在 2.2～3m，平均厚度2.5m，為該礦的首個采用電液控制支架綜采工作面，采用走向長壁式布置，全部垮落管理頂板，從今年1月份正式投入生產以來，累計推進進尺達到1260m，月平均原煤產量達到15萬t。

電液控制系統設備主要由智能乳化液泵站，電液控制系統，液壓支架及采煤機等構成，具體型號及廠家見表1。

表1 21201工作面主要設備構成及型號

2.2 電液控制系統構成

在綜采工作面中，液壓支架電液控制系統起到遠程控制、監控，遠程參數修改的作用[5]，設備主要包括井上地面的監控中心、防爆交換機、井下防爆計算機、通信網絡及供電系統。液壓支架電液控制系統可以實現對液壓支架運行工作狀態的在線監測、監控、記錄，同時可以實現對數據監測結果分析和查閱的功能。電液控制系統由于具備RS485及SPI通信接口，可以與井下工作的主機進行通信數據的實時采集，并能對實時采集的數據進行分析處理，為井下事故分析提供可借鑒的最新資料。井下中央控制裝置主要有井下中央控制器及支架控制器，支架控制器可以通過液壓閥組對井下支架運行狀態進行控制。

圖2 電液控制系統組成

單個液壓支架系統結構運行如圖3所示，從圖中可以看出，單個液壓支架的控制系統是以支架液壓控制器為核心構成的，上位機通過支架控制器接收壓力、行程、紅外、超聲波等傳感器信息，判斷支架工作狀態，做出相關指令后，通過向支架控制器傳輸指令控制液壓直接相關動作[6]。

圖3 單液壓控制系統框圖

3 支架配備電液控制系統的優勢

3.1 實現礦壓監測預警

采用液壓控制系統后可以實現工作面回采過程中頂板壓力、支架工作阻力等礦山壓力變化情況的實時數據監測、分析，有利于實現提高回采安全性、高產高效的目的。由于布滿工作面的液壓支架立柱上安設有壓力傳感器，井下獲取的支架壓力具有較高的實用價值，可以根據數據開展更有針對性的礦壓監測和頂板災害預防工作。

3.2 瓦斯事故預防

礦井瓦斯嚴重危險井下安全生產，利用液壓支架的電液控制系統可以實現對回采工作面瓦斯濃度的全覆蓋監測，特別是對采煤機回采割煤期間的瓦斯濃度進行監測，對瓦斯事故進行預警。

電液控制系統通過各種傳感器的布設可以方便的實現對工作面參數的監測，通過在控制系統中安設相關傳感器可以監測與瓦斯突出有關的煤體溫度、特定震動頻率，電磁輻射強度、根據相關指數變化情況及設定的瓦斯突出預警模型，實現對瓦斯突出的預警能力，預防事故的發生，減少事故造成的人員傷亡和財產損失。但是由于導致瓦斯突出是一個復雜的動力過程，其機理尚未清晰，同時瓦斯突出預警理論也不成熟，導致對瓦斯突出的預警難以做到普遍適用。

3.3 實現工作面自動找平

綜采工作面三直二平時保證回采工作高效安全進行的基礎，可以利用電液控制系統中的位移傳感器、應力傳感器、超聲測距裝置、激光傳感器等參數信息，準確判斷出各個液壓支架之間的位置關系、液壓支架與刮板輸送機、煤壁之間的位置關系，通過中央控制系統進行分析，進而合理確定推溜、移架距離，從而實現液壓支架、刮板輸送機、煤壁三者之間的校準。工作面頂底板找平功能的實現得益于在電液控制系統中布設角度傳感器，原理與前者相似，但由于受到傳感器安設及監測數據精度原因，工作面自動找平功能還不夠完善。

3.4 實現液壓支架、采煤機、刮板輸送機三機聯動

液壓支架、采煤機、刮板輸送機三機聯動功能的實現得益于液壓支架的自動控制功能。具體參數見表2。

表2 參數設定值

電液控制系統中的紅外傳感器探測到采煤機的具體位置，通過支架控制器將位置信息傳遞給井下中央控制器，中央控制器通過內部處理程序結合紅外傳感器的位置信息，自行發出相關控制指令，支架控制器接收到指令后完成相關操作。例如：液壓支架在采煤機前后自行完成收護幫頂工作，在采煤機完成割煤工作后，液壓支架自動完成移架，推溜、噴霧降塵等工作。操作人員只需要在控制主機上完成相關參數的設定，驗算無誤后，剩余的工作均可由計算機操控完成，實現液壓支架自動化工作，提升生產效率，減少工作面現場工作人員數量。但是由于端頭要割三角煤，在實際運用中端頭的20架支架上安設了自動屏蔽保護裝置，即端頭的20架支架不受中央控制機移架指令的控制，需要1名支架工進行拉架工作。

4 總結

綜采工作面液壓支架電液控制系統現階段是煤礦綜采工作面實現高產高效的重要手段，在礦業中的應用也日趨廣泛，本文在分析電液控制系統原理的基礎上，以山西某礦21201工作面為例對該綜采工作面主要配套設備、電液控制系統組成以及電液控制系統在實踐中應用的優勢進行了分析，以期更好的促進液壓支架電液控制系統在綜采工作面的應用。