煤礦液壓支架自動化系統的應用

趙博文

（河南龍宇能源股份有限公司，河南商丘 476600）

0 引言

隨著市場經濟的快速發展，技術成為帶動行業轉型發展的重要因素。傳統的煤礦生產中，自動化程度相對較低，人工生產效率低下且生產的安全性難以得到保障。技術的進步使得煤礦行業逐步突破了傳統的技術限制，機械化作業成為煤礦生產的主要方式，各種新型機械設備的應用提升了煤礦企業的生產水平。而自動化技術與機械作業的結合有效實現了采煤自動化，液壓支架自動化系統作為整個生產系統的重要組成部分，在很多煤礦企業得到了廣泛應用，未來還將具有廣闊的發展空間。

1 液壓支架自動化系統的應用意義

1.1 提高開采效率，改善工作條件

在煤礦的生產過程中，引入液壓支架自動化系統能用機械生產取代傳統的人工勞動，大大降低采煤作業人員的工作強度和投入。自動化系統以計算機技術為核心，能夠在采煤作業過程中自動鏈接其他生產工序與機械設備，達到多個液壓支架的協同控制，大大提高開采的效率，為采煤作業人員創造相對安全的工作環境[1]。

1.2 強化開采面的支護條件，提高安全系數

液壓支架自動化系統能夠實現對采煤作業面的實時監測，這樣相關人員能根據監測結果來詳細掌握作業面頂板壓力的變化情況。同時，它還能夠自動進行這些監測數據的分析與處理，當相關數據處于異常變動狀態時，系統可以直接進行支護作用力的調整，達到自動控制的目的，最大限度預防頂板事故。此外，液壓支架自動化系統的自動化程度較高，能夠突破時間、地域的限制，達到遠程控制的目的，避免粉塵等不利因素對系統可靠性的干擾，提高生產的安全性。

1.3 提升煤礦企業的經濟效益

傳統的煤礦生產作業多數是由人工來完成的，有人員密集的特點。隨著技術的進步，尤其是自動化、智能化技術的應用，無人化采煤將是當前及未來發展的重點方向。液壓支架自動化系統的應用改變了傳統的人工作業方式，減少了采煤作業中的人力投入，尤其是煤礦企業的人工費用大大降低，對于提升企業的經濟效益具有重要意義。此外，液壓支架自動化系統的應用避免了人為操作的隨意性，減少了煤礦機械設備不必要的磨損，節約了設備維護費用，同樣可以提升企業的經濟效益。

1.4 提升煤礦企業的社會效益

液壓支架自動化系統的應用，使得生產系統具有操作簡單、可靠性高、安全系數高的特點，實現了多種先進技術的融合，保障了采煤作業的安全性，減少了煤礦作業中各類安全事故的發生，有助于煤礦企業社會效益的實現。

2 液壓支架自動化系統構成

從當前煤礦企業液壓支架的總體構成來看，自動化系統主要包含了主機、支架控制器、CAN（Controller Area Network，控制器局域網絡）總線網絡。在系統運行中，支架控制器配置有傳感器，該傳感器可以隨時監測和感應系統中液壓支架的工作狀態。而CAN 總線網絡的存在能夠傳輸系統運行中的指令與信息，當這些指令與信息傳輸到主機以后，自動化控制得以實現。

液壓支架自動化系統的構成較為復雜，支架控制器、人機操作界面、傳感器等都是其重要組成部分。在液壓支架自動化系統的運行過程中，各個不同部分承擔著不同的任務，通過各個部分的緊密配合與協調，有效保障了系統的可靠運行，使得液壓支架的運行、輸送機的前后推動等更為科學。

（1）支架控制器。支架控制器是液壓支架自動化系統的核心構件，它在系統運行中相當于一臺微型計算機，能夠控制軟件完成各類指令的接收、執行、操作等，實現液壓支架良好的控制作用。

（2）人機操作界面。人機操作界面主要是為后臺人員的操作與管理提供便捷。作為顯示、接收操作者指令的工作界面，人機操作界面上能夠顯示參數、故障信息、狀態信號等，操作者獲得這些信息以后，能夠根據系統需求進行參數的修改與調整[2]。

（3）傳感器。在液壓支架自動化系統內有多種類型傳感器，它們的作用與人體的神經系統相類似，分布在液壓支架的不同位置，用來監測生產系統運行中各個參數。在煤礦自動化系統內，傳感器主要有壓力、位置、行程等傳感器，它們將感應到的信息傳輸給支架控制器，而支架控制器在獲得這些信息以后進行相應的分析與處理，為液壓支架自動化系統的控制提供可靠的依據[3]。

（4）電液閥組。電液控制系統是液壓支架自動化系統最重要的體現，電液閥組是液壓支架自動化控制系統的重要構成，每一套電液閥組都包含液控換向閥、電磁先導閥：遵循電磁感應原理，系統運行過程中電磁吸力推動電磁先導閥的運行，電磁先導閥可以呈現出各種的控制動作，進而達到對液壓支架系統的控制作用（圖1）。

（5）電源箱。電源箱能夠實現電源電壓的轉變，保障電壓能夠有效輸出給支架控制器。為了保障液壓支架自動化系統運行的可靠性與安全性，所采用的電源箱多為防爆型電源箱。

（6）隔離耦合器。在液壓支架自動化系統中，隔離耦合器使得相鄰支架控制器之間達到電氣隔離，有重要作用。通常情況下，為保障系統的安全運行，隔離耦合器與被隔離支架控制器之間要盡量避開同一電源[4]。在隔離耦合器內部，為實現雙向通信的功能，需要設置相應的光電耦合器。

（7）網絡變換器。網絡變換器是為了收集與監控系統運行中的各種數據，并根據數據的監控情況，對自動化系統進行檢查。比如，監控數據的傳輸情況、支架控制單元與傳感器設備運行情況等的檢查。

（8）監控主機。在煤礦作業中，監控主機一般安裝于運輸巷控制中心，能夠統一管理數據，用數據管理來實現對整個系統的控制。

（9）乳化液。液壓支架對乳化液的依賴性較大，只有規范使用乳化液，才能夠最大限度保障液壓支架的支撐效果，達到安全生產的目的。

圖1 液壓支架電液控制系統的基本結構

3 液壓支架自動化系統的應用

3.1 自動化控制

煤礦液壓支架自動化系統的優勢主要體現在自動化控制方面。在煤礦開采作業中，各種機械設備可能存在諸多的不確定性，人工往往難以對其進行控制，而自動化控制系統則能夠實現對各類設備的可靠控制，保障正常的采煤作業。

液壓支架自動化控制系統內的傳感裝置、壓力控制裝置、行程傳感裝置等都屬于自動化、智能化控制模塊，在系統運行過程中這些裝置雖然有一定的獨立性，但也存在著緊密的聯系[5]。以壓力控制為例，在設備內設置一個壓力感應器，并將其與整個控制中樞相聯系。由于采煤作業中工況不斷變化，壓力很難保持穩定的狀態，不過正常生產作業下此壓力變化將處于安全區域內。隨著采煤作業的進行，當壓力超出了安全范圍以后，壓力感應器會提前感應到這種情況，進而將有關的異常情況反饋給控制中樞，智能中樞系統則根據異常情況進行相應的調節與警報，最大限度避免由于壓力過高或過低而引發的安全事故[6]。

3.2 選擇合適的設備和運行參數

由于煤礦生產作業環境的特殊性，應用液壓支架自動化系統時應結合作業環境等因素來加以設計。當前，液壓支架自動化控制系統的種類較多，不同的類型在環境適應性方面也有所差異，如露天與井下煤礦的壓力敏感性不同等。液壓支架自動化系統的應用，能夠使煤礦企業根據生產作業環境、系統運行需求等來選擇設備、合理設計運行參數。比如：煤層開采方向為銳角的，可以選擇一般的液壓支架；如果開采方向為鈍角，則選用大傾角液壓支架。采煤作業中，所選用的各類設備相對較多，只有保障設備參數設計的合理性，才能最大限度保證設備的可靠運行。相關人員需結合工況條件來設置設備參數，例如薄煤層開采中，液壓壓力一般小于中厚煤層。在自動化系統的運行中，系統可以根據礦井工況來進行相關設備運行參數的自動調整，保持相關設備最佳的運行狀態。

3.3 加強綜采設備的控制

在運行中，液壓支架自動化控制系統相關參數的設置能夠大大提升其工作性能，而自動化系統中各個子系統的參數設定則能提升系統的自動化控制能力。在煤礦采煤作業中，開采與運輸往往是同步進行的，而割煤與運輸的一體化主要是由綜采設備來完成的，液壓支架作為重要的綜采設備，自動化系統能夠提升綜采設備的自動化、智能化控制水平，保持相關設備的穩定、可靠運行，進而保障采煤的效率與質量。

4 結束語

近年來，各個煤礦企業逐步實現了轉型發展，為促進采煤作業的現代化，煤礦企業需要加強液壓支架自動化系統的應用，發揮其在頂板支撐與管理方面的作用，進一步提高采煤的安全性。