ZF8500/22/42型液壓支架電液控系統(tǒng)設(shè)計

許 秀

(晉能控股裝備制造集團(tuán) 煤炭技術(shù)裝備公司，山西 長治 046204)

液壓支架是綜采工作面安全支護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備，與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)配套使用，俗稱“綜采三機(jī)配套”，實現(xiàn)綜采工作面機(jī)械化割煤、支護(hù)、運(yùn)輸工序[1]。高河能源為響應(yīng)集團(tuán)公司集約高效生產(chǎn)新模式和“人少安全、無人安全”理念，推進(jìn)智能化礦山建設(shè)，E2308工作面最終選定北京天瑪公司電液控及自動化技術(shù)，通過配套綜放工作面自動化集中控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對綜放工作面設(shè)備自動控制、實時監(jiān)測功能，并將工作面所有關(guān)鍵設(shè)備信息在井下集中控制并傳輸?shù)较锏兰刂行暮偷孛嬲{(diào)度中心，最終實現(xiàn)“機(jī)械化換人、自動化減人”的目標(biāo)。

1 液壓支架電液控配置及功能

1.1 電液控制系統(tǒng)配置

E2308智能化綜放工作面煤層標(biāo)高460～520 m，煤層厚度6.2～7.5 m，平均厚6.38 m，屬穩(wěn)定性煤層，地質(zhì)構(gòu)造相對簡單，適合布置綜放自動化工作面，該工作面布置中間支架為ZF8500/22/42D型四柱地位放頂煤液壓支架，數(shù)量224架，過渡支架型號為ZFG10800/23/38D型四柱放頂煤過渡支架，數(shù)量8架。ZF8500/22/42D型液壓支架結(jié)構(gòu)如圖1所示：頂梁前端采用鉸接式前梁帶三箱型結(jié)構(gòu)伸縮梁和鉸接護(hù)幫板機(jī)構(gòu)，能翻轉(zhuǎn)度數(shù)不小于180°，掩護(hù)梁尾部帶尾梁、插板低位放煤機(jī)構(gòu)，電液控系統(tǒng)單架配置見表1。

圖1 液壓支架結(jié)構(gòu)

表1 電液控系統(tǒng)單架配置

1.2 電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)功能

綜合以上配置，電液控制連接方式如圖2所示。本套支架電液控制系統(tǒng)應(yīng)用程序可以實現(xiàn)“自動控制為主、人工干預(yù)為輔”的液壓支架鄰架單獨控制、成組控制、自動跟機(jī)控制、自動噴霧控制、初撐力自動補(bǔ)壓、自動反沖洗、成組帶壓移架、單架或成組自動放煤[2]，通過支架控制器采集各類傳感器的壓力、位移、紅外、角度、視頻信號數(shù)據(jù)，傳輸?shù)较锏乐鳈C(jī)進(jìn)行分析，檢測出液壓支架的工作狀態(tài)，并能對支架工作高度、護(hù)幫板及尾梁狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測以及系統(tǒng)故障診斷，從而進(jìn)行支架姿態(tài)的調(diào)整，通過配套視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)工作面可視化管理，支架電液控制系統(tǒng)各種信息能夠通過井上下數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上傳到地面。同時配置工作面液壓支架遙控器實現(xiàn)工作面液壓支架的遠(yuǎn)距離遙控操作，進(jìn)一步增強(qiáng)液壓支架控制器的控制功能。最大限度地滿足煤礦綜采工作面自動化控制的需求，主要技術(shù)性能指標(biāo)能達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

圖2 電液控制連接方式

2 液壓支架電液控系統(tǒng)設(shè)計關(guān)鍵點

2.1 護(hù)幫板姿態(tài)監(jiān)控配置

采煤機(jī)與液壓支架護(hù)幫板的相對位置判斷較為困難，護(hù)幫板必須處于收回狀態(tài)時，采煤機(jī)才能進(jìn)行割煤動作，否則容易碰撞護(hù)幫板，損壞設(shè)備。當(dāng)前不同電液控廠家對護(hù)幫板狀態(tài)檢測選用不同的傳感器，有傾角傳感器、壓力傳感器、行程傳感器和機(jī)械式接近開關(guān)。

壓力傳感器通過檢測護(hù)幫千斤頂下腔壓力來判斷護(hù)幫板是否收回，容易誤判；行程傳感器安裝在護(hù)幫千斤頂活塞桿里面，通過檢測護(hù)幫活塞桿行程判定護(hù)幫板是否收回，但是護(hù)幫千斤頂缸徑D100 mm、桿徑D70 mm，行程傳感器磁環(huán)最小直徑D28 mm以及預(yù)留其它安裝固定尺寸，極大減弱了護(hù)幫千斤頂強(qiáng)度；傾角傳感器的測量度數(shù)為0～180°，安裝于護(hù)幫板上需要底面平整，本次護(hù)幫板翻轉(zhuǎn)度數(shù)超過了180°，最終選擇機(jī)械式接近開關(guān)，如圖3所示。

圖3 機(jī)械式接近開關(guān)

機(jī)械式接近開關(guān)內(nèi)部有常開和常閉的觸點，主要靠觸桿運(yùn)動帶動開關(guān)的觸點動作，使閉合的觸點斷開或者斷開的觸點閉合，進(jìn)而觸發(fā)電信號。其優(yōu)點為：不論任何材質(zhì)，只要接觸觸桿的力達(dá)到一定值，就會觸發(fā)開關(guān)，不受相鄰傳感器的影響，輸出穩(wěn)定。本支架機(jī)械式接近開關(guān)安裝在液壓支架前梁上，只有伸縮梁、護(hù)幫板全部收回，護(hù)幫板才能接觸接近開關(guān)觸桿，觸發(fā)電信號，該種方法穩(wěn)定可靠。

2.2 視頻監(jiān)控配置

為了滿足自動化工作面視頻監(jiān)控需求，本次配置雙攝像頭，呈90°夾角方向布置。一種礦用本質(zhì)安全型攝像儀每3架布置1臺，安裝于頂梁上兩個前立柱中間，照射煤壁，采集煤墻和采煤機(jī)位置信號；另一種礦用本安型云臺攝像儀每6架布置1臺，安裝于頂梁上兩個前、后立柱中間，照射液壓支架行人通道，采集液壓支架工作狀態(tài)信號，同時具有數(shù)據(jù)上傳功能。

2.3 尾梁姿態(tài)監(jiān)控配置

各種電液控制系統(tǒng)，由于不能準(zhǔn)確地進(jìn)行煤層和矸石的識別，放煤功能沒有完美的解決方案，本支架配置傾角傳感器和放煤鍵盤。傾角傳感器及時檢測人工放煤時尾梁角度并進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，編制放煤程序，通過放煤鍵盤可以實現(xiàn)尾梁、插板單獨動作，也可以實現(xiàn)程序動作一鍵放煤、成組放煤功能?；緦崿F(xiàn)放煤功能的“手自一體化”操作。

2.4 電液閥布置和輔助閥選型

2.4.1 電液閥布置

ZF8500/22/42D型電液控液壓支架，主閥16功能16出口、副閥8功能8出口，為了有效保護(hù)電液先導(dǎo)閥不被磕碰損壞、兼顧液壓支架控制器連接線的長度限制，如圖4所示，ZF8500/22/42D型電液控支架主、副閥和液壓支架控制器采用層狀布置，上下一共3層，橫向布置在支架后立柱中間，側(cè)面通過閥架板連接緊固，不影響行人通道空間。在液壓支架運(yùn)輸時，液壓支架控制器不安裝，方便液壓支架最低高度運(yùn)輸。井下正常采煤時，安裝合適的液壓支架控制器到底座踏板高度約1.2 m，方便人員操作。

圖4 電液主、副閥布置結(jié)構(gòu)

2.4.2 輔助閥選型變更

為了減少人工操作頻率，最大功能實現(xiàn)自動控制，輔助閥選型發(fā)生如下改變：一是雙控噴霧閥更換為單控噴霧閥，由程序控制噴霧開啟和關(guān)閉時間，更好地適應(yīng)井下工作面噴霧降塵；二是手動反沖洗過濾器更換為自動反沖洗過濾器，程序控制反沖洗過濾器開啟時間和反沖洗時間，避免了人員偷懶，保證濾芯的清潔度；三是推移千斤頂控制單向鎖增加移升邏輯移閥，通過控制流量大小，有效控制推移千斤頂行程精度范圍在5 mm以內(nèi)。

3 結(jié) 語

液壓支架電液控制技術(shù)是綜采自動化的核心技術(shù)，是采煤技術(shù)發(fā)展的方向之一，ZF8500/22/42D電液控液壓支架配置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、功能較完善，可滿足井下不同條件的采煤工作面。 E2308智能化綜采工作面實現(xiàn)了從智能化設(shè)備升級到各環(huán)節(jié)的集成互聯(lián)，也順利通過了上級專家組的驗收，已投入使用。隨著集團(tuán)公司不斷增強(qiáng)創(chuàng)新投入，智能化設(shè)備與井下工作面條件深度融合，液壓支架電液控技術(shù)的應(yīng)用，將進(jìn)一步提升集團(tuán)公司綜采液壓支架電液控向自動化轉(zhuǎn)化水平。