綜放工作面液壓支架升級(jí)改造實(shí)踐

王瑞鵬，張 取，張 龍

(陜西陜煤彬長(zhǎng)礦業(yè)有限公司生產(chǎn)服務(wù)中心，陜西 咸陽(yáng) 713602)

0 引言

在全國(guó)大力推進(jìn)采煤智能化工作面建設(shè)的大背景下，彬長(zhǎng)礦業(yè)公司在綜放工作面陸續(xù)進(jìn)行智能化改造升級(jí)的同時(shí)，結(jié)合各礦井下環(huán)境復(fù)雜、災(zāi)害繁多的實(shí)際條件，有針對(duì)性的對(duì)智能化工作面設(shè)備升級(jí)改造進(jìn)行系統(tǒng)性研究。目前，山東、山西、內(nèi)蒙古等省份越來(lái)越多的煤礦已陸續(xù)建成智能化工作面并投入使用，其中液壓支架電液控技術(shù)、智能化采煤機(jī)、變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)、煤流監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)已較為成熟[1-4]，并且各家科研院所、科技公司在大力研究和開(kāi)發(fā)機(jī)器人巡檢、透明工作面建設(shè)、快速掘進(jìn)裝備等新技術(shù)和新產(chǎn)品，少人、無(wú)人將是智能化工作面的發(fā)展趨勢(shì)[5-8]。彬長(zhǎng)礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，災(zāi)害繁多，還需要結(jié)合彬長(zhǎng)礦區(qū)多元災(zāi)害環(huán)境，通過(guò)綜放設(shè)備智能化升級(jí)改造技術(shù)應(yīng)用研究，以實(shí)現(xiàn)礦井災(zāi)害的有效監(jiān)控和智慧化生產(chǎn)信息系統(tǒng)的有機(jī)融合，形成多元災(zāi)害環(huán)境智能化綜放工作面建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)的企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

1 工程背景

在2020年以前，彬長(zhǎng)礦業(yè)公司各礦井采用綜采放頂煤采煤工藝，生產(chǎn)設(shè)備技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均為2010—2013年的標(biāo)準(zhǔn)，采煤機(jī)、液壓支架、刮板機(jī)不具備智能化控制能力，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)效率低、聯(lián)接方式復(fù)雜、故障率高等問(wèn)題制約著生產(chǎn)效率的提高[9-13]。自2020年起，彬長(zhǎng)礦業(yè)公司積極引進(jìn)先進(jìn)智能化控制技術(shù)，電液控液壓支架、智能化采煤機(jī)和刮板機(jī)、高壓泵站等各類(lèi)先進(jìn)智能化技術(shù)在綜采工作面設(shè)備上得到應(yīng)用。為了降低噸煤成本，減少新設(shè)備采購(gòu)，彬長(zhǎng)礦業(yè)公司依托其生產(chǎn)服務(wù)中心的技術(shù)和裝備優(yōu)勢(shì)，采取“維修+改造”的設(shè)備升級(jí)模式，陸續(xù)對(duì)下屬5對(duì)礦井的綜放工作面進(jìn)行智能化升級(jí)改造。

針對(duì)大佛寺煤礦40111工作面和文家坡煤礦4105工作面的綜放設(shè)備智能化升級(jí)改造進(jìn)行對(duì)比研究，揭示綜放工作面液壓支架升級(jí)改造不同的技術(shù)方案對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響，分析不同配置的傳感器和不同流量的液壓閥在液壓支架改造后的使用情況，及其與采煤機(jī)、刮板機(jī)聯(lián)動(dòng)配合的運(yùn)行機(jī)制，揭示綜放工作面液壓支架智能化改造升級(jí)不同的技術(shù)方案對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響，以提高綜放工作面的綜合生產(chǎn)效率，保證礦井安全生產(chǎn)。

2 液壓支架升級(jí)改造技術(shù)方案

大佛寺煤礦40111工作面和文家坡煤礦4105工作面的綜放設(shè)備均在彬長(zhǎng)礦業(yè)公司生產(chǎn)服務(wù)中心以“維修+改造”的升級(jí)模式進(jìn)行了設(shè)備升級(jí)改造，2套設(shè)備型號(hào)、配置均相同，除液壓支架外，其余設(shè)備整體改造技術(shù)方案是一致的，以下主要對(duì)液壓支架技術(shù)改造進(jìn)行研究、對(duì)比。

2.1 大佛寺煤礦40111工作面改造方案

2.1.1 基本參數(shù)

大佛寺煤礦40111工作面液壓支架型號(hào)為ZF13000/21/40，為四柱雙伸縮放頂煤液壓支架。原廠配置手動(dòng)400L/200L換向閥和流量為900L的反沖洗過(guò)濾器，推移行程為960 mm。

2.1.2 改造方案

主換向閥更換為電液控?fù)Q向閥，功能數(shù)為18+6，并配套SAC型電液控制系統(tǒng)，能夠完成支架要求電控的各種動(dòng)作。過(guò)濾器更換為流量1 000 L的自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，流量比原過(guò)濾器增加100 L，并具有自動(dòng)定時(shí)反向沖洗功能。推移千斤埋設(shè)行程傳感器，實(shí)現(xiàn)支架推移位置監(jiān)測(cè)。護(hù)幫增設(shè)壓力傳感器和接近開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)電控移架、護(hù)幫工況監(jiān)測(cè)。尾梁和底座增設(shè)傾角傳感器，頂梁增設(shè)測(cè)高傳感器，實(shí)現(xiàn)支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)。立柱增設(shè)壓力傳感器和紅外線接收器，以實(shí)現(xiàn)支架壓力和位置監(jiān)測(cè)。支架原液壓系統(tǒng)中的輔閥規(guī)格不變。

2.2 文家坡煤礦4105工作面改造方案

文家坡煤礦4105工作面液壓支架與上述大佛寺煤礦液壓支架型號(hào)、配置一致。主換向閥更換為電液控?fù)Q向閥，功能數(shù)為16+6，并配套SAC型電液控制系統(tǒng)，能夠完成支架要求電控的各種動(dòng)作。過(guò)濾器更換為流量1 600 L的自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，流量比原過(guò)濾器增加700 L，并具有自動(dòng)定時(shí)反向沖洗功能。推移千斤埋設(shè)行程傳感器，實(shí)現(xiàn)支架推移位置監(jiān)測(cè)。立柱增設(shè)壓力傳感器和紅外線接收器，以實(shí)現(xiàn)支架壓力和位置監(jiān)測(cè)。支架液壓系統(tǒng)中的各類(lèi)輔閥全部換新，流量增大一個(gè)等級(jí)。

3 改造方案對(duì)比

3.1 技術(shù)方法的區(qū)別

對(duì)比大佛寺煤礦與文家坡煤礦2套設(shè)備的改造技術(shù)方法，液壓支架的改造方案差異較大，見(jiàn)表1。2套液壓支架改造技術(shù)方案主要區(qū)別在于閥的流量和姿態(tài)監(jiān)控的傳感器配置不同。文家坡煤礦的支架閥流量普遍增大，大佛寺煤礦的支架輔閥使用原廠配置型號(hào)的閥；大佛寺煤礦的支架上除推移行程、立柱壓力監(jiān)測(cè)外，還有支架整體姿態(tài)的傳感器監(jiān)測(cè)，包括支架高度、尾梁傾角、底座傾角和護(hù)幫板收回狀態(tài)等，而文家坡煤礦的支架只有推移行程、立柱壓力監(jiān)測(cè)等基礎(chǔ)的傳感器監(jiān)測(cè)。

表1 2套設(shè)備技術(shù)方法對(duì)比

3.2 實(shí)際使用情況

在設(shè)備入井使用3個(gè)月后，分別入井對(duì)2套設(shè)備進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，分析不同的技術(shù)改造方案對(duì)設(shè)備實(shí)際使用的影響。

3.2.1 2個(gè)工作面設(shè)備共性

2套設(shè)備的順槽監(jiān)控中心，都可對(duì)設(shè)備進(jìn)行(采煤機(jī)、液壓支架、泵站控制、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī))“一鍵”啟?？刂坪瓦h(yuǎn)程干預(yù)操控，同時(shí)具有設(shè)備故障診斷報(bào)警、設(shè)備工況監(jiān)測(cè)、工作面視頻系統(tǒng)等。工作面生產(chǎn)以采煤機(jī)記憶截割為主，采煤機(jī)具有位置定位、姿態(tài)定位、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)上傳、自動(dòng)截割等功能。液壓支架與采煤機(jī)配合，可實(shí)現(xiàn)成組程序自動(dòng)控制，包括成組自動(dòng)移架、成組自動(dòng)推溜、成組自動(dòng)伸收護(hù)幫、成組自動(dòng)噴霧等。

3.2.2 2個(gè)工作面設(shè)備區(qū)別

大佛寺煤礦40111工作面液壓支架監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)齊全，在順槽監(jiān)控中心可對(duì)液壓支架的高度、尾梁和底座的角度等動(dòng)作姿態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并有立柱和護(hù)幫千斤頂?shù)膶?shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)，護(hù)幫板上的接近開(kāi)關(guān)可為采煤機(jī)提供護(hù)幫板是否收回的狀態(tài)信號(hào)，以避免采煤機(jī)與護(hù)幫板發(fā)生碰撞，設(shè)備的安全運(yùn)行得到有效保障。文家坡煤礦4105工作面缺少以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

相比于大佛寺煤礦40111工作面，文家坡煤礦4105工作面液壓支架采用了大流量輔閥，各類(lèi)立柱千斤的控制鎖流量均普遍增大，液壓支架在跟機(jī)移架時(shí)動(dòng)作快，成組動(dòng)作最大可實(shí)現(xiàn)5臺(tái)支架同時(shí)動(dòng)作，有效提高了工作面生產(chǎn)效率，且安全閥泄壓速度快，可有效保障支架結(jié)構(gòu)件不受損壞。

3.3 綜合分析

2套工作面設(shè)備的改造方案不同帶來(lái)了不同的使用效果，主要區(qū)別在以下2方面。一方面，支架各類(lèi)傳感器配置不同，導(dǎo)致支架在使用過(guò)程中的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)區(qū)別較大，傳感器配置齊全的可有效監(jiān)測(cè)到支架的姿態(tài)、護(hù)幫板動(dòng)作狀態(tài)，可及時(shí)有效掌握設(shè)備運(yùn)行狀況。另一方面，輔閥的流量不同影響到支架動(dòng)作速度，智能化工作面要求液壓支架實(shí)現(xiàn)成組移架、降架等動(dòng)作，以達(dá)到一定的跟機(jī)率，保證工作面高效生產(chǎn)。2套液壓支架均為原廠手動(dòng)控制改造為電液控制，原廠的各類(lèi)閥的流量按手動(dòng)控制設(shè)計(jì)，難以滿足電液控液壓支架的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

大佛寺煤礦40111工作面和文家坡煤礦4105工作面是彬長(zhǎng)公司最先進(jìn)行的工作面改造，針對(duì)2個(gè)工作面在實(shí)際使用中的智能化設(shè)備升級(jí)改造情況進(jìn)行了分析，得出液壓支架電液控改造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)框架，即液壓支架配合采煤機(jī)達(dá)到高效、安全的生產(chǎn)目標(biāo)，除常規(guī)的推移行程監(jiān)測(cè)、紅外線定位、壓力監(jiān)控和支架程序化自動(dòng)控制外，還要增加測(cè)高、傾角、護(hù)幫收回等姿態(tài)監(jiān)測(cè)，以全面掌握支架的工況。另外，建議更換為大流量輔閥，以提高支架跟機(jī)移架速度，提高生產(chǎn)效率。在礦井智能化工作面改造過(guò)程中，對(duì)不同礦井災(zāi)害環(huán)境的特點(diǎn)，有針對(duì)性地將激光熔覆、缸筒內(nèi)壁熔銅等防腐技術(shù)不斷應(yīng)用，并積極探索工作面慣導(dǎo)調(diào)偏、智能開(kāi)采透明地質(zhì)信息保障系統(tǒng)、架后煤矸識(shí)別等新技術(shù)的應(yīng)用方式，有助于不斷提高煤礦綜采工作面的生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)以智能化建設(shè)賦能助推企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。