煤礦液壓支架自動(dòng)化控制系統(tǒng)研究

摘要：針對(duì)國(guó)內(nèi)煤礦液壓支架自動(dòng)化控制系統(tǒng)使用情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹之后，詳細(xì)地分析了當(dāng)前控制系統(tǒng)的背景技術(shù)、設(shè)計(jì)理念、系統(tǒng)組成、產(chǎn)品特點(diǎn)，采用理論和實(shí)際相結(jié)合的方法開發(fā)出安全實(shí)用的新型煤礦綜采液壓支架自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：煤礦液壓支架；綜采自動(dòng)化；控制系統(tǒng)；液壓系統(tǒng)

近年來(lái)，煤炭生產(chǎn)集約化要求煤礦裝備向智能化、高可靠性方向發(fā)展。因此，需要發(fā)展適應(yīng)我國(guó)煤礦生產(chǎn)特點(diǎn)的，具有較高可靠性的液壓支架自動(dòng)化控制系統(tǒng)，從而能夠真正實(shí)現(xiàn)減員增效。自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠降低勞動(dòng)強(qiáng)度、改善生產(chǎn)條件、全面提高生產(chǎn)效率、減少工作面人員數(shù)量，是綜采工作面三機(jī)配套的核心和樞紐，是礦井提高生產(chǎn)和管理水平的必要裝備。

國(guó)外液壓支架自動(dòng)化控制技術(shù)已發(fā)展到相當(dāng)成熟的階段，發(fā)展十分迅速。美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家的煤礦新裝備的綜采工作面幾乎全部采用自動(dòng)化控制的液壓支架。自動(dòng)化控制系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，需要各種類型的傳感器采集工況數(shù)據(jù)，而每只傳感器需要單獨(dú)連接一根電纜。這些傳感器和電纜種類多、數(shù)量多，在工作面惡劣的環(huán)境下安裝、維護(hù)工作量巨大，使用可靠性差。工作面條件惡劣、工人素質(zhì)不高，難以完全按照規(guī)程進(jìn)行使用和維護(hù)，導(dǎo)致設(shè)備故障率高，無(wú)法正常工作。

一、背景技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)的液壓支架綜采控制方式兩極化嚴(yán)重，低端的為傳統(tǒng)人工直接機(jī)械操控方式，成本低、需求人員多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等問(wèn)題，約占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的70%份額；高端自動(dòng)化控制系統(tǒng)多為國(guó)外廠家所壟斷，價(jià)格昂貴、對(duì)工人水平要求高、但自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高，約占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的15%份額，國(guó)內(nèi)大部分的煤礦在年產(chǎn)100至1000萬(wàn)噸/年之間，高端自動(dòng)化控制系統(tǒng)的高昂成本和對(duì)操作工人知識(shí)水平的高要求制約著煤礦開采自動(dòng)化的迅速推廣發(fā)展。

我們經(jīng)過(guò)大量市場(chǎng)調(diào)研和理論論證后研發(fā)的新型液壓支架自動(dòng)化控制系統(tǒng)介于低端傳統(tǒng)機(jī)械控制方式和高端自動(dòng)化控制系統(tǒng)，性價(jià)比高且適應(yīng)能力強(qiáng)，更適合中小型煤礦的使用工況，滿足國(guó)內(nèi)大量客戶的潛在需求，具有廣泛的市場(chǎng)前景。

二、設(shè)計(jì)理念

傳統(tǒng)控制系統(tǒng)忽略了人的重要性，最終沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、無(wú)人化，反而降低了系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔性、實(shí)用性。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念為：重視控制系統(tǒng)實(shí)際狀況，著重操作人員在工作面的主導(dǎo)性，改變自動(dòng)化控制系統(tǒng)的自動(dòng)化無(wú)人化的理念，由操作者的觀察和經(jīng)驗(yàn)，取代傳感器和自動(dòng)程序的功能，一切以服務(wù)操作人員為宗旨，設(shè)計(jì)一種專注于人工操作的、具有良好操控性能的控制系統(tǒng)。

采用自動(dòng)化控制會(huì)加快支架的使用效率，較“低端機(jī)械控制方式”提高自動(dòng)化程度，減少操作勞動(dòng)量，增強(qiáng)安全保障功能。新型系統(tǒng)采用低功耗設(shè)計(jì)，精簡(jiǎn)功能，去除導(dǎo)致“高端自動(dòng)化控制系統(tǒng)”結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功耗大、故障率高的傳感器系統(tǒng)和利用率低的自動(dòng)化控制等功能，重視人的主觀能動(dòng)性，利用人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)液壓支架所有動(dòng)作的近遠(yuǎn)程控制。

三、系統(tǒng)組成

液壓支架電磁閥控制系統(tǒng)由電控部分和液壓部分兩個(gè)部分組成。

電控部分包括：電源、隔離耦合器、支架控制單元、架間連接器和電源電纜，其中電源可以給工作面若干個(gè)支架控制單元供電，不同電源組的控制器之間需要一個(gè)通訊耦合器連接，每個(gè)電源箱需要配置一個(gè)電源耦合器。每個(gè)“支架控制單元”包括支架控制器、支架驅(qū)動(dòng)器、架內(nèi)連接器。

液壓部分包括：電磁先導(dǎo)閥、主閥、安全閥、液控單向閥、單向鎖、雙向鎖、截止閥、過(guò)濾元件、輔助閥等組成。

操作者在通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的交互，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電磁先導(dǎo)閥，由電磁先導(dǎo)閥實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最后由主閥控制支架油缸的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)支架的動(dòng)作控制。

四、產(chǎn)品特點(diǎn)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，精簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)，各系統(tǒng)獨(dú)立工作互不影響，并可根據(jù)需要靈活地對(duì)系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行增減?？蓪?shí)現(xiàn)鄰架、隔架及遠(yuǎn)程控制，相比本架控制安全性大大提高；采用人工控制，更適合井下工作面復(fù)雜多變的實(shí)際情況，可實(shí)現(xiàn)帶壓移架等自動(dòng)控制技術(shù)不易實(shí)現(xiàn)的功能，更具實(shí)用性；去掉各種傳感器及連接電纜，提高了系統(tǒng)可靠性，減少了維護(hù)工作量，降低了配套成本；專注于手動(dòng)控制功能，控制器全中文界面，操作更方便；具有急停、閉鎖及通信故障實(shí)時(shí)檢測(cè)功能，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全性；降低系統(tǒng)功耗，增加了電源的負(fù)荷能力，減少了工作面電源數(shù)量；通過(guò)總線型擴(kuò)展接口，使其結(jié)構(gòu)更加緊湊便于在薄煤層支架布置。

五、結(jié)束語(yǔ)

系統(tǒng)依托現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線技術(shù)，將控制系統(tǒng)以及用于工作面的多個(gè)輔助系統(tǒng)集成在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)，形成以操作人員為核心，信息化為輔助的綜合測(cè)控服務(wù)系統(tǒng)，解決了各系統(tǒng)分別布置造成的線路繁雜、可靠性差、購(gòu)置成本高、維護(hù)不便等問(wèn)題。該系統(tǒng)各個(gè)元件目前已經(jīng)通過(guò)各項(xiàng)性能測(cè)試，且進(jìn)入中試階段，并正在積極申報(bào)安標(biāo)證書，具有很好的市場(chǎng)開發(fā)優(yōu)勢(shì)和推廣應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]張明敏，夏鵬等.液壓支架電液控制器信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[J].中國(guó)煤炭，2014（5）

[2]鞠文君，付玉凱。我國(guó)煤礦巷道支護(hù)的難題與對(duì)策[J].煤礦開采，2015，20（6）：1-5

作者簡(jiǎn)介：謝瑞（1988.02.08）男，單位：巨隆集團(tuán)蕪湖興隆液壓有限公司，籍貫：安徽省懷寧縣，本科，工程師，研究方向：機(jī)械。