綜放工作面液壓支架設計與電液控制系統研究

李道民

（長治職業技術學院， 山西 長治 046000）

引言

我國厚煤層賦存比較豐富，厚煤層綜采工作面開采為高產高效的形成提供了前提基礎[1-2]。目前對于厚煤層而言，煤礦地下開采普遍使用大采高或放頂煤工藝，取得了良好的應用效果，對于大采高綜采工作面而言，采煤、運輸或支護設備體積大，所占空間大，運輸相對困難，對于前期已經規劃設和施工完成的礦井而言，存在大采高綜采裝備在運輸過程中相對困難的問題[3-6]。因此對于部分中小型礦井而言，回采厚煤層采用綜采放頂煤工藝，其中將底部一部分煤層按照較小的采高采出，剩余上部分利用采動壓力放出。采用放頂煤工藝回采時，工作面液壓支架支護范圍較小，支護高度較低，因此可以滿足較小尺寸巷道的運輸要求。本文結合放頂煤實際工藝和工程地質條件，對工作面支架進行了分析，實現了工作面的安全支護。

1 綜放工作面地質條件

3 號煤層厚度5.01～6.36 m，平均6.23 m，煤層頂板為泥巖及砂質泥巖，平均厚度為5.2 m，底板為泥巖，平均厚度為4.18 m。3203 工作面位于二盤區南側，工作面實際長為216 m，推進長度為1875 m，綜放工藝后退式回采，采煤機割煤高度為2.6 m，上部煤層通過放煤口放出。

2 液壓支架設計

3 號煤層采煤機的實際開采厚度為2.6 m，為實現機采高度范圍內的安全空間的有效支護，研發了ZF7000/16/30D 型綜放支架，支架設計工作阻力為7000 kN，安全閥設定的壓力為38.7 MPa，初始（乳化液泵31.5 MPa）條件下初撐力為5696 MPa，支架支護高度為1.6～3.0 m，支護強度不低于0.8 MPa。支架主要參數如表1 所示。

表1 支架主要參數

支架設計為低位放煤，具有伸縮梁，可實時進行支護，頂梁為整體式，設計有側向護幫機構，帶有可拆卸式的護幫板，具有前面為雙向結構，后面為單向結構的連桿機構，底座為凹型整體式結構，中間為凹進去的開口整體結構，底座的前部設計了抬底式機構，支架的拉移千斤頂為倒裝式機構，內部設計了單向鎖結構，防止了刮板輸送機的向后移動。

3 支架電液控制系統及特征

支架電液控制系統有控制器、中繼器、驅動器和各類壓力、位移、傾角等監測的傳感器組成，各個元件之間相互配合，可以滿足工作面承載、卸載、移架、實時監測等作業，滿足工作面控制要求。

電液控制系統具有人機交互界面，控制器外殼材質具有較好的防塵、防水、防腐蝕及抗砸能力。控制器外加裝防護罩，防止沖洗支架時強壓水沖刷及飛濺，具有較好的防塵、防水、防腐蝕及抗砸能力。

可單架依次控制或3 架一組成組共同控制，同時具有單架自動護幫及一組3 架同時自動護幫，自動推移底座前方的刮板運輸機，自動噴射水霧降塵等功能。

電液控制系統具有遠程無線遙控功能，實現無線遙控支架動作和放煤，主要包括單架支架動作和支架成組動作，一組支架共用一臺遠程無線紅外發送遙控器。

具有自動和手動控制雙向功能，單個支架之間具有紅外發射和接收的相關傳感器，液壓支架與采煤機、刮板輸送機可以聯合控制，實現采煤機割煤過程的位置監測與定位，根據割煤位置進行自動控制移架。支架的電控系統設計有快速支護功能，可以實現支架的快速升柱、降柱以及快速移架的功能。

能夠實現對立柱壓力、頂梁偏移角度、立柱傾角、推移油缸行程以及工作姿態等參數的實時監測，在井下自動化主機上能夠對上述信息進行顯示和存儲，能將數據傳輸至地面調度中心并顯示。每組支架共用一臺隔爆型礦用電源，電壓為127 V，頻率為50 Hz。

支架電液控制系統各個元件可以進行有效的隔水和防塵，可以適應煤礦井下綜采工作面實際生產和應用環境，整個電液控制系統具有良好的抗干擾能力，保障信號的的順利傳輸，確保執行指令準確地發送，并能準確地執行動作。

實時壓力監測系統具有數據實時監測與傳輸、保存功能，具有實時數據的監測和數據分析的能力，根據壓力數據，當壓力達到安全峰值時會發生自動報警。具有對工作面前的作業人員進行監測與定位功能，當井下作業人員進入危險區域時，會發出預警指令，進行提醒。

工作面液壓支架電控系統的換向閥結構為整體式，采用不銹鋼，換向閥的型式為插裝型式，單個液壓支架均配置有位移傳感器，監測推移行程，配合電控調速閥實現支架精準推溜。每臺支架均安裝有手動放煤鍵盤，電液控制系統可以實現記憶放煤、一鍵放煤、隔架自動放煤等多組可選的放煤功能，具有帶壓移架功能。支架電控系統具有與工作面順槽集中自動化控制系統的雙向信號傳輸和通信，支架的各個監測數據和信號可以傳輸到順槽集中控制系統。

液壓支架電液控制系統配備有紅外接收裝置、調速閥、安全警示燈、自動過濾器、放煤鍵盤和區域定位傳感器，可以實現立柱應力監測、支架推移行程監測、支架高度監測、頂底板姿態監測、護幫姿態監測、支架尾梁姿態監測、煤機實時監測、動作監測以及精準推移刮板機等操作功能。

4 應用效果

所研制的ZF7000/16/30D 型支架已用于井下工作面，開采期間支架整體結構保持完整、穩定，沒有受到沖擊破壞，支架支護強度可以很好地滿足工作面支護要求，支架整體運行姿態良好，支架與采煤機、刮板輸送機等裝備具有良好的匹配關系，基本實現了智能化的控制要求，為后期工作面裝備的智能化升級技術打下了堅實的基礎。

5 結語

液壓支架是為綜采工作面提供作業空間的安全結構，對工作面安全推進具有重要意義。根據實際地質條件及綜采放頂煤開采工藝，對工作面中部ZF7000/16/30D 型支撐掩護式液壓支架的結構特征、主要技術參數以及電控系統的設計方案進行分析，為綜采工作面的安全開采和支架的設計提供了參考。支架電液控制系統與采煤機及刮板輸送機控制系統聯動運行，實現了工作面“三機”聯動控制，以及整個工作面的集中化智能升級，為綜采工作面智能化發展奠定基礎。