液壓支架初撐力控制系統(tǒng)的研究

賀 磊，蘇 琪

（山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

引言

隨著礦井采掘深度的增加，煤炭在回采時受到受液壓支架工作性能、頂板穩(wěn)定性以及強度等方面影響，出現(xiàn)頂板垮落概率有所提升，因此，對液壓支架頂板控制能力提出更高要求[1-2]。現(xiàn)階段礦井采用的液壓支架多是采用人工控制方式調(diào)整支架工作阻力，存在初撐力調(diào)節(jié)精度差、調(diào)整周期長以及安全性不足等問題[3]。為此，在前人研究成果[4-5]基礎(chǔ)上結(jié)合工作經(jīng)驗提出一種液壓支架初撐力控制系統(tǒng)，通過采用傳感器監(jiān)測液壓支架初撐力，可依據(jù)現(xiàn)場需要以及預先設(shè)定初撐力值自動調(diào)整初撐力，可在一定程度上提升液壓支架工作效率。

1 液壓支架初撐力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)液壓支架工作時初撐力設(shè)定需要，文中提出在采面運輸巷操作硐室內(nèi)布置井下主機，通過RS485 方式控制各液壓支架初撐力，具體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖1。主機可實時顯示液壓初撐力變化情況，當某支架存在異常時系統(tǒng)會發(fā)出報警信號并自動標記異常支架編號，從而實現(xiàn)故障的快速排除及定位。液壓支架初撐力控制系統(tǒng)主要對初撐力進行監(jiān)控并以設(shè)定值調(diào)整支架初撐力，并對初撐力監(jiān)測值進行分析。液壓支架初撐力調(diào)整以及支護狀態(tài)調(diào)整主要通過液壓油缸實現(xiàn)，而電液換向閥是實現(xiàn)液壓支架自動控制的關(guān)鍵組件。現(xiàn)階段電液換向閥在液壓支架控制中應用較為普遍，具體控制原理見圖2。

圖1 液壓支架初撐力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 液壓支架電液控制閥工作原路圖

2 液壓支架初撐力控制系統(tǒng)工作原理

初撐力控制系統(tǒng)應根據(jù)現(xiàn)場需要以及設(shè)定值對液壓支架初撐力進行精準控制。為了避免傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)方式存在精度差、控制周期長以及響應速度慢等問題，文中提出將閉環(huán)回路調(diào)節(jié)技術(shù)應用到初撐力調(diào)節(jié)中，具體工作原理為：以執(zhí)行油缸工作壓力作為液壓支架支架初撐力設(shè)定信號，在控制系統(tǒng)中輸入設(shè)定初撐力后，壓力傳感器開始對油缸內(nèi)液壓油壓力進行監(jiān)測，并將壓力監(jiān)測結(jié)果傳輸給液壓支架控制器中，控制器對支架初撐力設(shè)定值與實際值進行比對，并根據(jù)比對結(jié)果對輸出電液控制閥調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)信號，從而調(diào)整支架初撐力，直至將初撐力調(diào)整到滿足初撐力控制需要，具體液壓支架初撐力調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 液壓支架初撐力調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

液壓支架初撐力調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有液壓支架控制器、各類傳感器、電液控制換向閥以及通信系統(tǒng)等。系統(tǒng)核心組件為液壓支架控制器，該控制器可接收并分析安裝在液壓支架上的各類傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行分析，根據(jù)預先設(shè)定初撐力確定初撐力調(diào)整量以及液壓支架姿態(tài)，后將控制信號向電液控制換向閥輸出，實現(xiàn)對液壓支架姿態(tài)、初撐力的調(diào)整。為了確保系統(tǒng)運行可靠性及穩(wěn)定性，初撐力調(diào)節(jié)系統(tǒng)還具備有人工調(diào)節(jié)方式。

3 現(xiàn)場應用實例分析

以山西某礦1506 綜采工作面為工程實例，對液壓支架初撐力控制系統(tǒng)應用效果進行分析。1506 綜采工作面開采的5 號煤層埋深平均450 m，傾角平均5°，頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，采面煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍘r性條件較好。1506 綜采工作面采高平均3.0 m，采面采用的液壓支架型號為ZY10000/26/55，共計135 架。為了實現(xiàn)對采面液壓支架初撐力的實時掌握，并根據(jù)需要對初撐力進行調(diào)整，在該采面構(gòu)建了初撐力控制系統(tǒng)。預先液壓支架執(zhí)行油缸工作壓力為22.5 MPa，具體監(jiān)測獲取到的液壓支架初撐力變化情況見圖4。隨著采面的不斷回采，液壓支架按照“升—降—升—降”循環(huán)工作，執(zhí)行油缸工作壓力隨之發(fā)生變化。

圖4 液壓支架初撐力變化曲線

從圖4 看出，液壓支架在支護過程中執(zhí)行油缸工作壓力呈現(xiàn)波浪形變化，在初撐力控制系統(tǒng)作用下液壓支架初撐力最大變化量在0.3 MPa；同時液壓支架初撐力穩(wěn)定耗時控制在10 s 以內(nèi)，在合理范圍內(nèi)。表明通過以執(zhí)行油缸工作壓力作為調(diào)節(jié)型號可精準地對液壓支架初撐力進行調(diào)整，可滿足井下綜采工作面液壓支架控制需要。

4 結(jié)論

1）液壓支架初撐力控制系統(tǒng)通過采用閉環(huán)調(diào)節(jié)方式可實現(xiàn)液壓支架在工作時初撐力的穩(wěn)定性，并根據(jù)需要對初撐力進行精準調(diào)整。

2）在1506 綜采工作面現(xiàn)場應用表明，液壓支架初撐力控制系統(tǒng)可實現(xiàn)初撐力的精準控制，初撐力調(diào)整時間控制在10 s 以內(nèi)，初撐力最大變化量控制在0.3 MPa 以內(nèi)，取得了顯著的應用成效。