液壓支架采高測(cè)量裝置研究及應(yīng)用

張寶軍

液壓支架采高測(cè)量裝置研究及應(yīng)用

張寶軍

在KJ327無線型礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分站原有的基礎(chǔ)上增加一個(gè)測(cè)量采高的位移傳感器，采用位移傳感器對(duì)液壓支架立柱下縮量的支撐高度進(jìn)行測(cè)量、記錄和計(jì)算機(jī)分析，并與礦壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相結(jié)合，形成在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。

煤礦開采；礦山壓力監(jiān)測(cè)；液壓支架采高測(cè)量裝置；液壓支架立柱縮量?jī)x

1 綜采工作面采高測(cè)量裝置的作用及采高測(cè)量現(xiàn)狀

采高是綜采工作面控制的主要參數(shù)［1］。為了保持工作面采煤高度適應(yīng)頂?shù)装鍎?dòng)態(tài)變化，支架接頂狀況良好和確保初撐力的供給，同時(shí)掌握頂板活動(dòng)規(guī)律，需要有詳實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。之前大同煤礦集團(tuán)公司四臺(tái)礦綜采隊(duì)使用的是卷尺測(cè)量采高，只是瞬時(shí)測(cè)量，不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和掌握實(shí)際采高的變化情況。因此，迫切需要檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)礦壓、采高等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、顯示與分析，并且獲得如下數(shù)據(jù)。

（1）液壓支架活柱下縮量結(jié)合來壓期間支架工作阻力、初撐力與末阻力間的變化、時(shí)間間隔、層間距變化等數(shù)據(jù)可分析來壓強(qiáng)度。通過壓力值的增加或減小，可反映工作面老頂隨著層間距變化與頂板破碎程度的變化關(guān)系。

（2）通過位移傳感器測(cè)量活柱下縮量計(jì)算出采高，在壓力分站上及時(shí)顯示采高值，能夠及時(shí)控制支架接頂和采高的變化，使支架保持接頂嚴(yán)實(shí)，初撐力保持在規(guī)定范圍內(nèi)，即可分析頂板周期來壓等情況。

（3）綜采工作面支護(hù)中及時(shí)掌握支架工作阻力和采高的變化情況對(duì)生產(chǎn)有積極的指導(dǎo)作用，依據(jù)數(shù)據(jù)和圖表趨勢(shì)作出預(yù)判，采取有效措施加強(qiáng)頂板管理，從而保障綜采工作面的開采安全。

2 液壓支架采高測(cè)量裝置設(shè)計(jì)方案

在KJ327無線型礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分站原有的基礎(chǔ)上增加一個(gè)位移傳感器，采用當(dāng)前新型無線發(fā)射/接收電子芯片和ARM數(shù)字處理芯片，和多CPU同步處理技術(shù)，同時(shí)在分站屏幕上顯示支架工作阻力、活柱下縮量和測(cè)量采高等多組實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。采高測(cè)量是通過測(cè)量活柱下縮量計(jì)算出采煤高度值，將其數(shù)據(jù)上傳到地面的計(jì)算機(jī)，用分析軟件實(shí)時(shí)呈現(xiàn)出工作面支架的工作狀態(tài)（顯示初撐力、工作阻力）、活柱下縮量、頂板壓力變化和采高變化數(shù)據(jù)及圖表。

將活柱下縮量位移傳感器連接在KJ327型礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分站上，并利用工作面2.4 GHz無線電波傳遞礦壓數(shù)據(jù)信息技術(shù)［2]，將所采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)中。即取消信號(hào)通訊電纜，徹底解決了因頻繁推拉支架或過斷層時(shí)放炮而損壞通訊電纜事故的問題，極大提高了系統(tǒng)通訊穩(wěn)定性，降低了系統(tǒng)運(yùn)行成本。

用于活柱下縮量的測(cè)量，準(zhǔn)確有效地測(cè)量數(shù)據(jù)將在分機(jī)顯示屏上顯示，同時(shí)顯示初撐力、工作阻力、活柱下縮量（計(jì)算出的采高值）。其顯著的特點(diǎn)是測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)便、顯示直觀、數(shù)值變化速度快、敏捷度高、無線傳送數(shù)據(jù)針對(duì)性強(qiáng)等。由電腦軟件控制，配有LCD顯示，并可記錄、打印；而且可對(duì)支架支護(hù)阻力、活柱下縮量、采高不同的數(shù)值變化進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)顯示明了，給現(xiàn)場(chǎng)員工了解工作面采高變化帶來極大的方便，提高了工作效率。

分析軟件采用數(shù)據(jù)庫(kù)、OPC技術(shù)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，兼容性強(qiáng)；三通道分站使用一組本安電池供電，供電時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)兩年，從根本上解決了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定供電問題和井下設(shè)備失爆問題，安裝簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，每一通道可與任意電阻應(yīng)變式傳感器兼容使用；主站安裝有U盤，做到礦壓數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信、U盤存儲(chǔ)雙備份；通過采高測(cè)量還能夠進(jìn)行支架運(yùn)行狀況二次分析，能夠進(jìn)行支架適應(yīng)性多元化評(píng)估，并對(duì)各采煤循環(huán)的頂板壓力值、活柱下縮量、采高等信息變化情況作出評(píng)估，起到了綜合分析的作用。

3 液壓支架采高測(cè)量裝置硬件組成及安裝

3.1 硬件組成

圖1 液壓支架采高測(cè)量裝置實(shí)物

液壓支架采高測(cè)量裝置由立柱下縮量位移傳感器和KJ327型礦山壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分站，以及數(shù)據(jù)電纜等硬件組成，實(shí)物見圖1。 a，在程序中輸入液壓支架頂梁的厚度b和液壓支架支柱固定部分和底座的高度之和c，軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算出工作面采高：H=a+b+c。

圖2 液壓支架采高測(cè)量裝置安裝位置示意

3.2 安裝

（1）將監(jiān)測(cè)分站安裝到頂梁下部合適位置，固定牢固。

（2）用抱箍將立柱伸縮量傳感器固定在立柱缸體外側(cè)。

（3）傳感器鋼絲系在頂梁頂部合適處（見圖2）。

4 液壓支架采高測(cè)量裝置工作原理及功能

4.1 工作原理

活柱的伸縮引起鋼絲長(zhǎng)短變化［3］（見圖2），傳感器將液壓支架活柱縮量的位移轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再傳輸給分站進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和分析及顯示，使液壓支架活柱縮量成為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)并計(jì)算出采煤高度，從而得出頂板運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

4.2 計(jì)算采高的原理

利用位移傳感器自動(dòng)測(cè)量出液壓支架活柱伸縮量

4.3 主要功能

（1）采用2.4 GHz無線電波傳送礦壓數(shù)據(jù)（支架初撐力、工作阻力、活柱下縮量、采高測(cè)量值）；

（2）每分站具有3個(gè)通道，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)每架2個(gè)立柱（四柱式支架測(cè)前柱后柱，兩柱式支架測(cè)左柱右柱）實(shí)時(shí)壓力和1個(gè)位移監(jiān)測(cè)（測(cè)液壓支架活柱下縮量），同時(shí)顯示所測(cè)量的3個(gè)通道的數(shù)據(jù)；

（3）下縮量直讀、記憶、生成圖形、RS-232C/ RS485傳輸，測(cè)量精度可達(dá)0.5%，符合國(guó)家計(jì)量高精度等級(jí)；

（4）采集速率可實(shí)現(xiàn)5 s/遍～10 h/遍，任意可調(diào)，便于監(jiān)測(cè)使用；

（5）因其采集速率高，所以曲線呈現(xiàn)的初撐力、末阻力、活柱下縮量、采高情況及時(shí)、真實(shí)、準(zhǔn)確；

（6）活柱下縮量的量程大（壓力60 MPa+20%超量程，位移500 mm）、靈敏度高（壓力0.1 MPa，有特殊要求可提高至0.01 MPa；位移0.1 mm，有特殊要求可提高至0.01 mm）。

5 結(jié)語

該裝置于2013年11月首次在四臺(tái)礦井下投入使用。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次試驗(yàn)、觀察和測(cè)量表明，其性能穩(wěn)定，顯示直觀、數(shù)值變化速度快、敏捷性好，測(cè)量精度高，可隨時(shí)查看、操作簡(jiǎn)便。

壓力分機(jī)同時(shí)顯示工作阻力、活柱下縮量和采煤高度，減少了人員測(cè)量采高的誤差，提高了工作效率。

綜采工作面采高測(cè)量?jī)x具有獨(dú)特的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在工作效率的提高，提升了頂板管理的手段。特別是采用先進(jìn)的位移傳感器測(cè)量活柱下縮量計(jì)算出采高值，通過采高測(cè)量還能夠進(jìn)行支架運(yùn)行狀況二次分析與評(píng)估，能夠獲得多元評(píng)估信息，如各采煤循環(huán)采高與支架的支護(hù)阻力值的比對(duì)，得到采場(chǎng)動(dòng)態(tài)礦壓顯現(xiàn)規(guī)律等，具有綜合分析能力，從而為安全生產(chǎn)起到指導(dǎo)作用，對(duì)安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的行為規(guī)范操作起到了很大的促進(jìn)作用。

［1］國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局.煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化考核評(píng)級(jí)辦法［M］.北京：中國(guó)煤炭科技出版社，2013.

［2］閔茹，李靜，王軍.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位技術(shù)及其應(yīng)用[J].河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2006(06)：65.

［3］李曉豁，謝錫純.煤礦機(jī)械與設(shè)備［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2005.

作者筒介

張寶軍，男，1965年出生，畢業(yè)于北岳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，現(xiàn)在大同煤礦集團(tuán)公司四臺(tái)礦工作。

Research and Application of Measurement Device of Hydraulic SupportMining Height

Zhang Baojun

The substation of KJ327 wirelessmine pressure monitoring system is increased a displacement sensor ofmeasuring mining height,measuring,recording and computer analyzing drop-off support height of hydraulic support pillar are carried on by using displacement sensor,and combined with mine pressure monitoring system,on-line monitoring system and data sharing platform are formed.

coalmining;mine pressuremonitoring;measurement device of hydraulic supportmining height;pillar drop-off instrumentof hydraulic support

TD355+.4

B

1000-4866（2015）01-0034-03

2014－11－21