淺析綜采工作面順槽超前支架電液控制系統(tǒng)

宋淼

(山西晉煤集團(tuán)寺河煤礦，山西晉城，048006)

隨著綜采技術(shù)裝備的不斷發(fā)展，工作面開采效率越來越高，為綜采工作面安全高效帶來保障，然而對(duì)于工作面回采巷道而言，許多礦井仍然在使用傳統(tǒng)的單體支護(hù)或超前支架組支護(hù)，其控制系統(tǒng)仍然未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，超前支護(hù)已經(jīng)成為制約工作面安全高效開采的關(guān)鍵問題之一[1-3]。本文以寺河礦53111大采高工作面回風(fēng)順槽為背景，對(duì)工作面超前支架電液控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。

1 分體式邁步超前支護(hù)支架組結(jié)構(gòu)

53111回風(fēng)順槽使用3×ZQL2×5200/20/40WD型邁步分體式超前支架組，共3組6架，單個(gè)支架采用窄型四連桿及窄型頂梁結(jié)構(gòu)，支架對(duì)稱排列于巷道左右兩側(cè)，超前支護(hù)距離為工作面前方30 m，支架組主要技術(shù)參數(shù)如下：

支架型式：分體式；高度范圍：2.0 m～4.0 m；支護(hù)范圍：約30 m；支護(hù)阻力：31 200 kN；支護(hù)強(qiáng)度：不小于0.2 MPa；支護(hù)寬度：3.0 m～6.0 m；移架方式：邁步自移；控制方式：電液控制。

圖1 3×ZQL2×5200/20/40WD型邁步分體式超前支架組

2 支架組控制系統(tǒng)

超前支架組在單架之間分別采用1 臺(tái)控制器，分別布置于單元支架頂梁下方，6臺(tái)控制器共同使用1個(gè)供電電源，單臺(tái)控制器可對(duì)本架前、后立柱、推移千斤頂、調(diào)底千斤頂?shù)冗M(jìn)行控制，各控制器通過總線連接，組成超前支架控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)可以與工作面綜采支架控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)工作面全部支架整體控制。

圖2 超前支架電液控制系統(tǒng)原理圖

3 電液控制系統(tǒng)

電液控制系統(tǒng)的飛速發(fā)展大大提高了液壓支架控制的方便性、可靠性和安全性，并提高支架控制操作的自動(dòng)化程度，為工作面高產(chǎn)高效做出巨大貢獻(xiàn)[4-5]。本文對(duì)超前支架電液控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，以滿足53111回風(fēng)順槽圍巖安全控制要求。

3.1 壓力監(jiān)控設(shè)計(jì)

4201 工作面回風(fēng)順槽超前支架組在實(shí)際伸降過程中頂梁會(huì)與頂板反復(fù)接觸而對(duì)順槽頂板造成一定程度的影響，因此在支架工作阻力應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，當(dāng)超前支架工作阻力過低時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致巷道圍巖變形量增大，巷道維護(hù)困難；當(dāng)工作阻力過高時(shí)支架在反復(fù)支撐過程中會(huì)對(duì)頂板造成破壞。因此在控制器中設(shè)定了壓力監(jiān)控程序，每隔5 min會(huì)自動(dòng)測(cè)定支架立柱壓力，當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)執(zhí)行補(bǔ)壓任務(wù)，可多次補(bǔ)壓，直到壓力達(dá)到規(guī)定值；當(dāng)壓力過高時(shí)，支架組安全閥自動(dòng)開啟進(jìn)行泄壓。支架壓力范圍可根據(jù)不同位置順槽圍巖破壞程度進(jìn)行調(diào)整

3.2 自動(dòng)調(diào)偏系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于大采高工作面回采巷道斷面大，超前支架支護(hù)高度大，生產(chǎn)過程中當(dāng)遇到巷道底板起伏不平或頂板較為破碎時(shí)，超前支架容易造成失穩(wěn)或偏移。基于此，在電液控制系統(tǒng)中引入了支架自動(dòng)調(diào)偏控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中立柱傾角傳感器及推移油缸傾角傳感器與支架控制器相互配合，支架運(yùn)行過程中傾角傳感器會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將其報(bào)送至支架控制器，控制器可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，當(dāng)立柱及推移油缸傾角超過一定范圍為表明支架發(fā)生傾斜和偏移現(xiàn)象，控制器通過調(diào)整防倒千斤頂及推移油缸等對(duì)支架運(yùn)行姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

3.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為保證回風(fēng)順槽作業(yè)空間安全，在超前支架電液控制系統(tǒng)中設(shè)定了順槽環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)中環(huán)境傳感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)順槽溫度、瓦斯?jié)舛取L(fēng)速、風(fēng)量等具體參數(shù)，當(dāng)某一參數(shù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，控制器會(huì)發(fā)出相關(guān)指令，控制聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號(hào)來提醒現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員采取相應(yīng)措施，確保順槽生產(chǎn)安全。

3.4 系統(tǒng)控制方式

超前支架組具有遠(yuǎn)程控制及本地控制功能，采用新型工業(yè)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，傳輸熟速度為100 Mb/s，可將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至工作面井下集中控制系統(tǒng)和地面遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，傳輸數(shù)據(jù)包括數(shù)字、圖像、視頻、語(yǔ)音等，實(shí)現(xiàn)井下及井上數(shù)據(jù)的快速傳輸及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以分析了寺河礦53111 工作面回風(fēng)順槽3×ZQL2×5200/20/40WD 型邁步分體式超前支架組的主要技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上從壓力監(jiān)控、自動(dòng)調(diào)偏、環(huán)境監(jiān)控、控制系統(tǒng)軟件就等方面分析了超前支架電液控制系統(tǒng)，為工作面回風(fēng)順槽超前支架高效便捷支護(hù)提供了參考。