塔山煤礦液壓支架采用電液控制的設計研究

羅 超

（同煤集團塔山煤礦，山西 大同 037000）

1 工程概況

同煤集團塔山煤礦主采2號煤層，工作面布置在2號煤層中，工作面走向斜長1730m，傾斜長度為306m。煤層厚度為4.3～5.7m，平均厚5.28m，煤層傾角為 5°30'～15°20'，平均為 8° 30'，沿走向方向傾角為8°～14°。運輸平巷寬為5.4m，中高為3.5m，回風平巷寬為4.6 m，中高3.5 m，均為矩形斷面。

支架動作順序為機頭端頭架、機頭過渡架、中間普通架，機尾端頭架與中間普通架同步。工作面配套設備及數(shù)量：中間支架，ZY17000/27.5/42D型，1240架；過渡架，ZYG14000/29/42DA（B）型，10架（上、下順槽各5架）；端頭支架，ZYT30000/26/50D型；過濾站，1臺；過濾器，134臺（手動反向沖洗過濾器）；采煤機，SL500型艾克夫采煤機，1臺（截深800m）；前部刮板輸送機，PF6/1142型；后部刮板輸送機，PF6/1542型；轉(zhuǎn)載機、破碎機、乳化液泵（三泵兩箱）、噴霧泵（三泵兩箱），各1臺；控制系統(tǒng)由天瑪公司提供，其中支架、采煤機、輸送機為全自動化電液控制，泵站可根據(jù)流量需要自動控制。

2 液壓支架供回液系統(tǒng)的設計

2.1 供回液系統(tǒng)型號的選擇

對塔山煤礦2號煤綜采工作面液壓支架供回液系統(tǒng)進行如下設計：選用環(huán)形雙供雙回液系統(tǒng)（泵站主進液管DN50，主回液管DN63；輸送機電纜槽內(nèi)環(huán)形進液管路為DN50，回液管路為DN63；架間主進液用DN50膠管，主回液用DN50膠管）。工作面每隔35m兩趟供液和回液管并聯(lián)一次。巷道主供水管采用DN50，噴霧架間管采用DN25，加裝護套管。架間高壓管采用DN50，回液管采用DN50，加裝護套管。

2.2 供回液管參數(shù)的確定

泵站到支架：主供液管公稱直徑DN50，工作壓力31.5MPa；主回液管公稱直徑DN63，工作壓力9MPa。

支架之間：主供液管公稱直徑DN50，工作壓力31.5MPa；主回液管公稱直徑DN50，工作壓力9MPa。

電纜槽內(nèi)：主供液管公稱直徑DN50，工作壓力31.5MPa；主回液管公稱直徑DN50，工作壓力9MPa。

2.3 液壓軟管的制造標準、規(guī)格及連接方法

液壓軟管的制造標準：《液壓支架用軟管及軟管總成檢驗規(guī)范》（MT/T 98-2006）。液壓軟管的規(guī)格：DN系列。液壓軟管的連接方法：快速接頭。

2.4 過濾站的形式和規(guī)格

過濾站的型式：全自動反向自沖洗式。過濾站的規(guī)格：過濾精度為25μm，流量不低于1700 L/min。

3 電液控制系統(tǒng)設計方案

2號煤綜采工作面支架液壓電液控制系統(tǒng)采用雙總線通信體系和智能型的支架控制箱，可以有效保證系統(tǒng)的信息傳輸控制可靠、快速、靈活。控制形式：電子（計算機）-電磁先導閥-液控主換向閥。即左右鄰架動作控制、程序動作控制、成組控制、成組推溜、采煤機制導自動控制（鏈節(jié)記數(shù)、紅外線位置指示）、自動升柱控制、自動噴水控制等。下面針對具體情況進行詳細分析。

3.1 電液控制系統(tǒng)控制對象分析

該液壓支架電液控制系統(tǒng)能實現(xiàn)國產(chǎn)兩柱掩護式液壓支架的完全控制，提高綜采工作面的智能化操作，為實現(xiàn)智能化開采提供了基礎。

3.2 電液控制系統(tǒng)的構(gòu)成和部件

電液控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖1所示。中央計算機安放在巷道中的工作面中央控制臺上，前置主服務器安放在工作面第一臺支架上。

每臺支架上安放：帶有16功能的電液控制閥組；壓力傳感器（立柱中），1件；位移傳感器（推移千斤頂中），l件；接觸傳感器（護幫千斤頂中），1件；無線電遙控裝置1件；傾角傳感器1件；每8臺支架有一個隔爆兼本安型電源；紅外線發(fā)射器安裝在采煤機上。

各電子部件之間用專用的Hirschmann電纜相連，支架間的電纜或易擠碰處的電纜均采用鎧裝電纜。系統(tǒng)以外的數(shù)據(jù)傳輸由前置主服務器的雙總線接口通過光纜或電纜外連接。

3.3 電液控制系統(tǒng)的特點分析

（1）擁有智能型的支架控制箱（圖2），本身可以通過架間通道對左右方向的支架實行支架動作控制、循環(huán)動作控制、手動成組控制。其液晶顯示屏可以顯示運行中支架的壓力參數(shù)、位移參數(shù)、故障點等。同時，設有緊急停止按鈕、支架隔離開關(guān)和警報器。

圖1 電液控制系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 智能型號支架控制箱

（2）支架控制箱外殼由不銹鋼板制成，密封性能好，防水、防潮、防腐蝕。

（3）順槽主控裝置可以對工作面支架進行各種形式的自動控制、采煤機制導自動控制、紅外線自動控制、無線電遙控；顯示和修改工作面運行參數(shù)、支架電磁閥動作時間參數(shù)和傳感器參數(shù)等。通過對軟件的編程設計可以運行各種自動控制動作。

（4）可以同時裝備上下順槽主控制箱，亦可只設一個順槽主控制箱（圖3），也可實現(xiàn)當工作面控制系統(tǒng)與順槽控制器脫離后仍能完成各種操作功能和操作模式設置。即每個支架的控制器采用并聯(lián)連接，均可通過修改程序、調(diào)整參數(shù)，實現(xiàn)對工作面全部支架進行各種形式的自動控制，即所謂的“互為主機”。

圖3 順槽主控制箱架間電纜插頭

（5）設有過濾器和過濾站，用于泵箱的自動反向沖洗過濾站。每架支架進液口都有手動反向沖洗過濾器，精度為25μm，如圖4所示。

圖4 手動反向沖洗過濾器

4 應用效果分析

塔山煤礦液壓支架采用電液控制的設計，并經(jīng)實踐應用，效果理想，主要表現(xiàn)為：

（1）自動化程度提高。工作人員可在地面控制中心遠程對液壓支架的動作進行操作，有效提高液壓支架的移架速度，降低了工作人員的勞動強度。

（2）電液控制的設計實現(xiàn)了集中控制管理操作，煤礦管理水平得到了大幅度的提升，安全事故發(fā)生率降低了。

（3）液壓支架采用電液控制便于實現(xiàn)帶壓移架，減少支架事故延長了液壓支架的使用壽命，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟效益。

（4）壓力傳感器的使用使壓力達到可視化的目的，液壓支架的額定初撐力得到了保證，便于對頂板的管理，減少事故的發(fā)生。

5 結(jié)論

針對塔山煤礦2號煤層工作面液壓支架設計的電液控制系統(tǒng)性能可靠，實踐應用效果良好，有效地提高了工作面支架的移架速度和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)支架控制與管理的集中，現(xiàn)代化管理水平提高了，為實現(xiàn)塔山煤礦高產(chǎn)高效安全開采的目標奠定了基礎。