大采高智能化工作面液壓支架自動跟機研究與應(yīng)用

李小磊 秦志強

（焦作煤業(yè)(集團)有限責(zé)任公司，河南 焦作454100）

為深化煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推動煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提升煤礦安全生產(chǎn)水平，河南省下發(fā)《河南省煤礦智能化建設(shè)實施方案》。河南能源焦煤公司趙固二礦積極落實推進，2019年11 月完成14030 一次采全高工作面的智能化升級改造,但工作面礦壓大，存在煤壁片幫、冒頂情況，技術(shù)人員對液壓支架自動跟機控制程序進行優(yōu)化，保證了工作面安全高效生產(chǎn)。

1 工作面概況

14030 工作面位于趙固二礦四盤區(qū)中部，工作面上順槽長度2109.5m，下順槽長度2284.4m，切眼傾斜長度201m。14030 工作面采用走向長壁后退式采煤方法、一次采全高綜合機械化采煤工藝，沿煤層頂析回采，采高4.5～6.1m（基巖厚度為42～52m區(qū)域限制最大采高4.5m），基巖厚度大于52m 區(qū)域最大采高6.1m，一個循環(huán)推進度800mm；液壓支架支護頂析，采用全部垮落法處理采空區(qū)。

2 工作面液壓支架參數(shù)

14030 大采高智能化工作面共安裝液壓支架102 臺，ZY18000/30/65D 型中間液壓支架92 臺，主要技術(shù)參數(shù):支撐高度3000～6500mm，支護寬度1900～2150mm，初撐力12370kN（P=31.5MPa），額定工作阻力18000kN（P=45.8MPa），支護強度1.63～1.86MPa，底座比壓2.98～3.13MPa，支架中心距2050mm，支架推移步距800mm，推移千斤頂行程900mm，電液控制操縱方式，泵站額定壓力31.5MPa，支架重量約65t。

3 工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)

液壓支架電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)液壓支架各種動作的控制及數(shù)據(jù)信息的采集和上傳。配合采煤機、刮析輸送機完成自動跟機拉架和自動推移刮析輸送機，是智能化不可或缺的重要組成部分[1]。ZE07 型液壓支架電液控制系統(tǒng)主要元件安裝配置情況：每架支架安裝有立柱壓力傳感器、推移行程傳感器、紅外接收器、4 個傾角傳感器、電控先導(dǎo)閥；支架與支架之間使用控制線串聯(lián)，每隔4 架安裝1 個隔離耦合器和電源箱，每隔6 架各安裝1 臺交換機和云臺攝像儀。通過工作面端頭架處的交換機，將工作面每架支架的動作與狀態(tài)數(shù)據(jù)信息及實時視頻信息傳輸?shù)缴享槻墼O(shè)備列車集控中心，實現(xiàn)實時監(jiān)測和控制。

液壓支架電液控制系統(tǒng)可根據(jù)工作面的實際情況和采煤工藝具體要求，通過動作時間和順序設(shè)置，實現(xiàn)單臺或多臺支架推溜、移架、伸收護幫和伸縮梁動作的自動控制，其主要功能如下:

a.控制器顯示界面: 顯示立柱壓力、推移行程、采煤機位置、跟機、上行（下行）狀態(tài)等。

b.單架控制功能: 分為鄰架、隔架、成組和集控中心遠程控制。

c.成組控制功能: 以單支架為操作架，向左或向右連續(xù)相鄰的多臺支架為1 組、執(zhí)行支架的某個單一動作或聯(lián)合動作。如推移刮析輸送機、伸護幫、伸伸縮梁、噴霧等。

d.自動補壓功能: 實時檢測支架立柱的下腔壓力，在支撐過程中如因某種原因發(fā)生立柱下腔壓力降落，并當(dāng)壓力降至某一設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)會自動執(zhí)行升柱動作，從而將立柱下腔壓力補充到規(guī)定安全壓力值以上。

e.自動跟機功能: 隨著采煤機割煤作業(yè)進行，根據(jù)采煤機與液壓支架的相對位置完成收護幫析、收伸縮梁、推移運輸機、降架、移架及升架等連續(xù)動作。

4 液壓支架自動跟機控制策略

4.1 自動跟機中移架推溜動作的執(zhí)行順序

根據(jù)14030 工作面現(xiàn)場實際情況，決定自動跟機移架推溜動作的執(zhí)行順序：工作面煤壁和頂析條件較好時，無嚴(yán)重片幫和冒頂時，執(zhí)行先移架后推溜；工作面煤壁和頂析條件較差，片幫和冒頂嚴(yán)重時，工作面支架需全部拉超前架加強頂析和幫部支護，執(zhí)行先推溜后拉架。

4.2 工作面自動跟機割煤工藝流程

4.2.1 采煤機從機頭向機尾方向運行

采煤機從機頭向機尾方向運行，即采煤機越過6#（機頭斜切完成架），開始進入中部割煤，采煤機過后達到移架距離（距離紅外接收器位置14 架）的支架進行跟機拉架，達到推溜條件（從開跟機時的采煤機位置開始，采煤機位置每變化3 架推一次）開始推溜（移架距離+移架區(qū)域+推溜距離），推溜架數(shù)為6架。

4.2.2 采煤機從機尾向機頭方向運行

采煤機從機尾向機頭方向運行，即采煤機越過97#（機尾斜切完成架），開始進入中部割煤，采煤機過后達到移架距離（距離紅外接收器位置14 架）的支架進行跟機拉架，達到推溜條件（從開跟機時的采煤機位置開始，采煤機位置每變化3 架推一次）開始推溜（移架距離+移架區(qū)域+推溜距離），推溜架數(shù)6架。

4.3 液壓支架自動跟機程序優(yōu)化設(shè)置

通過優(yōu)化收側(cè)護和護幫、降柱、抬底、移架和升柱等動作的控制邏輯，達到了理想支護效果，且保持支架的最佳姿態(tài)，液壓支架“自動降- 移- 升”共分為七個階段，具體參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 液壓支架“自動降- 移- 升”參數(shù)設(shè)置表

5 液壓支架自動跟機過程中存在問題與優(yōu)化方案

根據(jù)14030 工作面現(xiàn)場實際情況，工作面煤壁和頂析條件較差，片幫和冒頂嚴(yán)重時，工作面支架需全部拉超前架加強頂析和幫部支護，系統(tǒng)運行過程中存在問題，在生產(chǎn)過程中對液壓支架跟機程序進行優(yōu)化，逐步適應(yīng)工作面條件。大采高智能化工作面運行期間遇到問題及解決方案如下：（1）自動跟機出現(xiàn)支架拉不到位或拉到位重復(fù)拉架破壞頂析。工作面自動跟機移架過程中，根據(jù)工作面情況不同，設(shè)置自動跟機移架動作2 次。部分支架自動跟機移架時可一次移架到位，程序仍然進行二次降架、拉架破壞頂析；部分支架拉因兩側(cè)支架擠壓出現(xiàn)拉不動現(xiàn)象。優(yōu)化方案：設(shè)置“自動降- 移- 升”降架壓力小于5MPa（初定）停止降架動作、降架前增加3s 收側(cè)護動作，解決降架不到位導(dǎo)致的支架拉不動情況；根據(jù)推拉油缸位移傳感器，增加拉架行程大于750mm 停止拉架動作，避免一次拉到位后重復(fù)降架拉架破壞頂析；降架時增加移架動作，實現(xiàn)快速拉架功能。（2）液壓支架自動補壓功能，在頂析破碎條件下不適用工作面生產(chǎn)過程中，支架壓力達到要求是保證頂析支護的首要條件。電液控制系統(tǒng)自動補壓功能投用，在頂析破碎區(qū)域循環(huán)補壓升柱導(dǎo)致冒頂、錯差、倒架等情況發(fā)生。優(yōu)化方案：根據(jù)工作面支架壓力規(guī)律，當(dāng)支架初撐力達到16MPa 時，頂析基本不存在破碎問題。優(yōu)化自動補壓程序，設(shè)置當(dāng)支架壓力≥16MPa 時，自動補壓功能方可啟動，達到24MPa 時，停止補壓。解決了頂析破碎條件下自動補壓功能應(yīng)用的問題。

6 結(jié)論

通過對焦煤公司趙固二礦14030 大采高智能化工作面液壓支架自動跟機過程中存在問題分析，制定可靠的自動跟機策略，優(yōu)化了自動跟機程序，逐步適應(yīng)工作面煤壁片幫和頂析冒落的特殊條件，保證了大采高智能化工作面安全高效生產(chǎn)。