液壓支架電液控制系統研究

胡增強

（汾西礦業中興煤業，山西 交城 030500）

引言

液壓支架是綜采工作面高效回采的重要設備之一，其主要作用是為采面提供安全作用空間[1-2]。電液控制系統是控制液壓支架運行的重要組成單元，電液控制系統運行效率對液壓支架有重要影響[3]。采面正常運行期間液壓支架移架、姿態以及與采煤、刮板輸送機配備等均受電液控制系統控制[4-5]。因此，以山西某礦5602綜采工作面為背景，依據采面實際情況對采用的液壓支架電液控制系統進行研究，以期為采面煤炭安全高效回采創造良好條件。

1 5602綜采工作面以及液壓支架概況

5602綜采工作面開采的6號煤層埋深平均280m，厚度平均1.23 m，采面設計走向、傾向長度分別560 m、180 m。5602采面回采范圍內地質構造簡單，煤層賦存穩定，前期地質勘探探測到采面回采至150 m位置附近會揭露2條斷層，落差均在0.5 m以下，對采面生產影響較小。采面共計布置116架型號為ZY3800/07/16D液壓支架進行支護，具體結構見圖1，液壓支架技術參數見表1。

表1 液壓支架技術參數

圖1 液壓支架結構

2 電液控制系統設計

文中所提電液控制系統集成圖像傳輸、視頻監控、音頻傳輸以及數據高速計算等功能，同時在液壓支架上安裝布置高度、紅外、傾角等傳感器對支架姿態進行監控。

2.1 控制器調整

液壓支架電液控制系統中控制器是主要的組成部件，通過采用先進的控制技術可實現液壓支架運行控制與煤炭開采高效匹配。為了確保電液控制系統可適應綜采工作面復雜工作環境，將影響電液控制系統運行控制的主要參數設定為可變量，根據現場情況對液壓支架運行參數進行調整、修正，從而確保液壓支架整體處于較好的工作狀態。具體電液控制系統運行過程中可變量調整流程見圖2所示。

圖2 電液系統控制參數調整流程

2.2 支架支撐高度測量

由于5602綜采工作面回采的6號煤層厚度平均在1.23 m，采高較小，為了確保采煤機回采過程中采煤機滾筒與液壓支架頂梁間互不干擾，為此在電液控制系統中增加液壓支架支撐高度測量裝置。將液壓支架支撐高度測量裝置布置在支架頂梁上，通過支撐高度測量裝置與支架控制器間相互配合可實現煤層厚度、頂梁高度以及立柱高度等參數監測，且高度測量誤差控制在30 mm以內。

2.3 聲光報警系統

在電液控制系統中增加布置聲光報警系統用以提醒液壓支架運行處于不安全狀態。聲光報警系統報警器布置在支架頂梁或者其他較為醒目位置，并與支架控制器相互配合工作。當液壓支架處于正常工作狀態時，聲光報警系統指示燈顏色為綠色，當液壓支架支撐高度過低、偏斜角度過大或者受力過高等情況發生時，聲光報警裝置會發出預警信號同時指示燈顏色由綠色變成紅色。通過顏色以及聲音等有效區分液壓支架處于安全或者危險狀態。

2.4 液壓支架運行姿態測定及分析

為了實現液壓支架運行姿態的實時監測，在電液控制系統中增加支架運行角度以及姿態報告系統。支架運行角度測量系統通過內置的各類傳感器實現對立柱傾角、頂梁以及底座偏斜角等參數監測，并將監測數據傳輸給支架控制器，控制器依據反饋結果對支架運行姿態進行判定。當頂梁或者底座偏移角超過預先設定值時，控制器通過調整立柱壓力或者四連桿機構來對支架工作姿態進行微調，從而確保支架始終處于較好的運行姿態。

為了便于掌握、分析支架運行姿態，在電液控制系統中增加布置運行姿態分析服務器，服務器采用CAN總線方式與支架控制器連接，并以及支架運行姿態監測數據以圖表形式自動生產分析報告，從而便于作業人員直觀地掌握支架運行姿態并針對性進行人工干預調整。

3 電液控制系統可靠性控制措施

受到采煤工作面空間狹小以及現場作業人員較少等因素限制，綜采設備在運行過程中實際控制人員較少。煤炭回采效率與綜采設備自身的可靠性以及穩定性有較大關聯。為了確保液壓支架運行可靠性，文中提出采取下述控制程序來實現電液控制系統平穩運行。

1）采用以太網網絡以及CAN總線方式進行數據傳輸，當以太網傳輸出現故障時，可通過CAN總線方式實現傳輸，通過傳輸系統的冗余設計，提高數據傳輸安全性。

2）為了確保5602綜采工作面平穩生產，在電液控制系統中設置優先指令程序，其中控制程序中以支架緊急閉鎖指令為最優先級，次優先級為液壓支架成組控制以及鄰架控制，最后控制程序為支架運行遠程控制。

3）綜采工作面內布置有各類的機電設備，電磁干擾嚴重。為了實現電液控制系統以及各子系統平穩運行，電液控制系統中增加布置濾波電路，從而降低作業環境中電磁干擾影響，確保各子系統均可獨立實現各自功能。

4 結論

該系統可實現液壓支架自動化控制且具備的各類安全傳感器可顯著提升液壓支架運行可靠性及安全性。在5602綜采工作面現場應用后，該系統可滿足綜采工作面液壓支架控制需要，為煤炭高效回采創造了良好條件。