液壓支架支護高度測量及調控系統的優化研究

張海軍

（山西煤炭運銷集團錦瑞煤業有限公司， 山西 離石 033000）

引言

作為確保煤礦井下綜采作業安全的核心，液壓支架支護穩定性和準確性直接決定了煤礦綜采作業的安全性，液壓支架的支護高度信息主要為采煤機割煤高度、液壓支架升柱、降柱提供參考，直接決定了液壓支架的支護狀態[1]。在傳統的支護過程中，主要通過人工對液壓支架支護高度進行判斷和調整，存在效率低下、準確性差的缺陷，而前期投入使用的激光測距高度測控系統，在井下惡劣的環境中穩定性嚴重不足，因此本文針對現有液壓支架高度調控系統使用中存在的測量誤差大、調節控制自動化程度差、數據傳輸失真嚴重的問題，提出了一種新的液壓支架支護高度測量和調節控制系統。

1 高度測量及控制系統的整體結構

為了滿足液壓支架在不同支護環境中支護高度測量及調節控制需求，在經過多方案對比并充分考慮傾角傳感器布置和各傳感器通信需求的情況下。本文對測繪高度所需監控的液壓支架的頂梁、四連桿機構等在各方向上的變化趨勢進行分析，最終確定需設置4 組傾角傳感器才能滿足不同條件下液壓支架支護高度的測量要求，其各傳感器的設置如圖1 所示。

由圖1 可知，四組傾角傳感器分布布置在液壓支架的頂梁和底座、四連桿和掩護梁上，由于液壓支架在進行大傾角支護時其掩護梁和四連桿機構均會有超過50°的傾角，因此將設置在掩護梁和四連桿機構上的傾角傳感器需伸出的約50°處設置到液壓支架上，確保傾角傳感器工作時滿足在最優的測角范圍內工作[2]，特別注意的是，需將傾角傳感器固定到液壓支架有掩護的位置，避免傾角傳感器受煤矸石沖擊而失效。

圖中A/B 是用于表示傾角傳感器的接口，用于供電并和其他傳感器連成一個監控系統，其中將1號傾角傳感器作為中心，其他傳感器將監測數據信息傳入1 號傳感器后統一匯總并傳送到液壓支架高度傳感器控制器，用于實現對液壓支架高度的自動測控和調整。

液壓支架控制器根據監測信息對液壓支架支護高度調節的邏輯控制流程如圖2 所示[3]。

圖1 液壓支架傾角傳感器布置結構示意圖

圖2 液壓支架高度調節控制流程

2 高度測量及控制系統信息傳輸的小波分解重構

由于煤礦井下處于高塵、高濕的環境中，空間狹小，各類機電控制系統分布密集，因此空間內的電磁干擾極度復雜。該高度監測調控系統中具有多組傳感器設備，各類傳輸信號復雜，如果無法較好地屏蔽外界干擾則會導致信息傳輸誤差累積大，嚴重影響測高系統的調控準確性，因此本文采用了小波分解重構的信息傳輸方案，確保信號傳輸過程中的精確性。為了驗證小波分解重構信號傳輸在嚴重電磁干擾環境中的準確性，采用MATLAB 仿真分析軟件對其進行仿真分析，結果如圖3 所示。

圖3 小波分解濾波前后的信號傳輸對比分析

由仿真分析結果可知，采用小波分解重構[4]方式進行信號的傳輸時，對外界干擾的屏蔽作用顯著，信號在傳輸過程中基本上不存在波動，因此數據傳輸精度高、可靠性好。

3 高度測量及控制系統的試驗驗證

為了充分驗證該控制系統的精確性和穩定性，本文搭建了專門的試驗驗證平臺，對其調節控制的精確性進行分析，液壓支架測高及調控系統的試驗驗證平臺如圖4 所示。

在該試驗驗證平臺中，將四組傳感器連接到局域監控系統中，通過1 號傳感器將其接入液壓支架高度調節控制中心中，通過不斷調整液壓支架的支護高度并將監測值和實際值進行對比分析，以確定其實際的調節精度，各監測數據統計如表1 所示。

由表1 可知，該液壓支架高度測量和調節控制系統在不同高度情況下的監測調節中，最大偏差量約為26 mm，偏差量約為0.4%，完全滿足井下液壓支架在不同情況下的監測和調節控制要求。

圖4 液壓支架試驗驗平臺

表1 液壓支架支護高度監測數據統計分布表 cm

4 結論

1）用小波分解重構方式進行信號傳輸時，對外界干擾的屏蔽作用顯著，信號在傳輸過程中基本上不存在波動，因此數據傳輸精度高、可靠性好；

2）該液壓支架高度測量和調節控制系統在不同高度情況下的監測調節中，最大偏差量約為26 mm，偏差量約為0.4%，完全滿足井下液壓支架在不同情況下的監測和調節控制要求。