煤礦井下液壓支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的研究

林新元

（陽泉煤業(yè)集團(tuán)翼城東溝煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

由于煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜，為了確保煤炭綜采作業(yè)的安全性，在綜采面需要設(shè)置大量的液壓支架實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的可靠支護(hù)，防止出現(xiàn)頂板垮塌事故，但是由于在各種礦壓波動(dòng)或者綜采作業(yè)擾動(dòng)作用下，會(huì)導(dǎo)致液壓支架的支護(hù)狀態(tài)出現(xiàn)變化，會(huì)對(duì)支護(hù)安全產(chǎn)生一定的影響，目前各煤礦主要采用了人工巡查的方案確保各液壓支架的支護(hù)安全性，但采用人工巡查的方式不僅效率低、巡查質(zhì)量差，而且還存在著較大的危險(xiǎn)性[1]。因此本文分析一種新的液壓支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 液壓支架姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

該液壓支架的姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其主要包括了地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心、榫槽遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、井下綜采監(jiān)控中心和傳感器監(jiān)視模塊[2]。

圖1 液壓支架監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

傳感器監(jiān)視模塊主要包括了慣性測(cè)量系統(tǒng)、傾角傳感器測(cè)量系統(tǒng)、液壓支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及液壓支架姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，利用各類傳感器設(shè)備對(duì)液壓支架工作過程中的位置、傾角和姿態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將監(jiān)測(cè)結(jié)果和理論支護(hù)姿態(tài)進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算出各部位的偏差量，然后通過液壓支架姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)液壓支架的支護(hù)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，使其滿足理論支護(hù)狀態(tài)的支護(hù)要求。液壓支架姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)和地面上的監(jiān)控中心連接，使監(jiān)控中心能夠直觀的監(jiān)控到各液壓支架的支護(hù)狀態(tài)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)井下液壓支架支護(hù)狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。

2 姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器的設(shè)置

液壓支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，各類傳感器設(shè)置位置的合理性直接關(guān)系到對(duì)液壓支架支護(hù)姿態(tài)監(jiān)控的準(zhǔn)確性，在通過多次現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際模擬，最終確認(rèn)了各傳感器安裝位置及安裝注意事項(xiàng)。

傾角傳感器的安裝位置如下頁圖2-1 所示，在液壓支架頂梁的內(nèi)側(cè)、液壓支架底座的前端以及液壓支架后連桿的內(nèi)側(cè)均設(shè)置一個(gè)傾角傳感器，用于測(cè)量傳感器頂梁、機(jī)身以及底座的傾角、起抬高度。由于煤礦井下地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，因此對(duì)各傾角傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果應(yīng)統(tǒng)一為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系（oxyz），其中x軸的方向和液壓支架的移架方向一致，z 軸和液壓支架的支護(hù)高度方向一致，y 軸則垂直于液壓支架移架方向，各個(gè)傳感器的測(cè)量的標(biāo)的x、y、z 方向應(yīng)分別和oxyz 坐標(biāo)系的各軸方向一致[3]。

液壓支架的姿態(tài)慣性監(jiān)測(cè)體系主要依賴于布置在液壓支架上的慣性測(cè)量單元，通過對(duì)液壓支架支護(hù)過程中姿態(tài)變化趨勢(shì)的分析，確定在液壓支架頂梁的內(nèi)側(cè)和液壓支架底座的前側(cè)分別設(shè)置兩組慣性測(cè)量單元，其布置位置如下頁圖2-2 所示，該體系內(nèi)包括了液壓支架的測(cè)量坐標(biāo)系oxbybzb以及參考坐標(biāo)系oxnynzn，測(cè)量坐標(biāo)系隨著由于支架支護(hù)姿態(tài)的變化而變化，而參考坐標(biāo)系以區(qū)域內(nèi)的地心為原點(diǎn)，在整個(gè)過程中不會(huì)發(fā)生改變[4]。

3 液壓支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

圖2 液壓支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器安裝位置示意圖

為了對(duì)該液壓支架支護(hù)姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性進(jìn)行分析，分別選取4 組液壓支架，對(duì)其實(shí)際狀態(tài)、監(jiān)測(cè)狀態(tài)進(jìn)行的差異性進(jìn)行分析，為了確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，每組液壓支架均進(jìn)行3 次測(cè)量[5]，結(jié)果如表1、表2 所示。

由表1 可知，該液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)支架的支護(hù)高度監(jiān)測(cè)精度可達(dá)20 mm，遠(yuǎn)超人工調(diào)節(jié)的精度，完全可滿足對(duì)井下液壓支架自主調(diào)整控制的需求。

由表2 可知，該液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)支架頂梁俯仰角的監(jiān)測(cè)精度可達(dá)0.16°，遠(yuǎn)超人工調(diào)節(jié)的精度，完全可滿足對(duì)井下液壓支架自主調(diào)整控制的需求。

4 結(jié)論

1）該液壓支架的姿態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括了地面遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心、榫槽遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、井下綜采監(jiān)控中心和傳感器監(jiān)視模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤礦井下液壓支架支護(hù)姿態(tài)的精確監(jiān)控；

2）將液壓支架的傾角傳感器分別設(shè)置到液壓支架頂梁的內(nèi)側(cè)、液壓支架底座的前端以及液壓支架后連桿的內(nèi)側(cè)，將慣性測(cè)量單元分別設(shè)置在液壓支架頂梁的內(nèi)側(cè)和液壓支架底座的前側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)液壓支架支護(hù)姿態(tài)的全方位監(jiān)控；

表1 液壓支架支護(hù)高度監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總表

表2 液壓支架頂梁俯仰角監(jiān)測(cè)結(jié)果匯總表

3）液壓支架在高度方向上的監(jiān)測(cè)誤差約為20 mm，對(duì)頂梁俯仰角的監(jiān)測(cè)誤差約為0.16°，完全可以滿足井下液壓支架姿態(tài)精確監(jiān)控的要求，極大提升了煤礦井下的支護(hù)安全性。