店坪煤礦ZE07型液壓支架電液控制系統(tǒng)的設計及應用

李寧波

（霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司，山西 方山 033100 ）

液壓支架作為煤炭生產的重要設備之一，其工作的安全性要求較高。電液控制系統(tǒng)作為液壓支架的重要組成部分，直接關系著煤炭采掘工作能否順利進行[1-6]。因此，基于店坪煤礦中ZE07型液壓支架現有電液控制系統(tǒng)，開展新的電液控制系統(tǒng)的設計及應用研究工作具有現實意義。

1 系統(tǒng)設計要求

店坪煤礦中ZE07型液壓支架中的中間架、過渡架、端頭架為電液控制，使用的是14功能15出口礦用本安型電液控換向閥，實現液壓支架立柱的升降，平衡千斤頂、側護板千斤頂、底調千斤頂和護幫板千斤頂的伸縮、拉架、推溜、抬底和噴霧伸出等動作。電控系統(tǒng)要求支架可實現成組程序自動控制，包括成組自動移架、成組自動推溜、成組自動伸護幫、成組自動收護幫；具有鄰架電控的手動、自動操作，實現本架電磁閥按鈕的手動操作；配置紅外線發(fā)射、接收裝置，可與工作面采煤機實現聯(lián)合自動動作；設有聲音報警、急停、本架閉鎖及故障自診斷顯示功能，并能方便地進行人工手動操作，能夠在線進行參數調整設定；電源為隔爆兼本質安全型，供電電壓為 AC 127 V 50 Hz；具有很好的防水防塵和抗干擾能力等。

2 方案設計

根據店坪煤礦中ZE07型液壓支架電液控制系統(tǒng)的設計要求，完成了液壓支架電液控制系統(tǒng)方案設計，如圖1所示?？刂葡到y(tǒng)由地面部分和井下部分組成，地面設備主要包括監(jiān)控主機和WEB服務器等，井下設備根據控制系統(tǒng)邏輯關系包括交換機、集控順槽主機、數據接口、供電電源、液壓支架控制器及其配套的紅外發(fā)射器、壓力傳感器、位移傳感器、主閥、傾角傳感器等。該控制系統(tǒng)實現液壓支架工作狀態(tài)實時監(jiān)測與遠程控制的功能，能夠為監(jiān)控人員提供準確的實時數據，監(jiān)控人員能夠根據液壓支架實時參數對液壓支架動作進行一定的調整，實現井上監(jiān)控人員與井下液壓支架控制器之間的人機交互的目標。

圖1 液壓支架電液控制系統(tǒng)方案

3 系統(tǒng)設計

3.1 布置位置及連接關系

店坪煤礦中ZE07型液壓支架電液控制系統(tǒng)的設計工作是基于原有控制系統(tǒng)進行的，此次設計的重點和難點是工作時液壓支架工作狀態(tài)實時監(jiān)測功能的實現。液壓支架的實時監(jiān)測離不開傳感器，作為運行參數實時監(jiān)測功能得以實現的基礎，除了選擇精度合適、環(huán)境適應性較強的傳感器類型之外，傳感器現場布置位置同樣至關重要。圖2為液壓支架實時監(jiān)測使用的各類傳感器的布置位置。液壓支架底板設置傾角傳感器，用于監(jiān)測底板隨著時間的推移出現的傾斜程度，同時設置位移傳感器，監(jiān)測液壓支架底板工作過程中的微位移情況；立柱和推托液壓缸位置設置壓力傳感器，實時監(jiān)測立柱及推托工作壓力數值，確保其在安全的工作范圍之內；液壓支架電液換向閥組配置電磁閥驅動器及放煤鍵盤，實現液壓支架的現場控制和調整，設置紅外線接收器，實現液壓支架的遙控功能；液壓支架尾梁、掩護梁和頂梁位置分別設置一個傾角傳感器，用于監(jiān)測液壓支架運行過程中各部分的傾角狀態(tài)，確保整個液壓支架與煤炭頂板之間的緊密接觸，防止液壓支架承受偏載情況。

圖2 液壓支架檢測元件布置位置及連接關系

3.2 硬件選型

根據液壓支架電液控制系統(tǒng)設計方案完成了關鍵組件的選型，其中地面主機選擇型號為E3-1225v5/8GB ECC/1TB的臺式機，配置浪潮品牌的WEB服務器；選擇隔爆兼本質安全型交換機，型號為KJJ12SKK212；網絡連接器型號為ZE0703-43（1000）；隔爆兼本安型穩(wěn)壓電源型號為CDY03-00；選擇型號為BKZ0401的支架控制器，配置型號為ZE0703-11的電磁閥驅動器；液壓支架的14功能15接口電液換向閥型號為FHDC500（5）/FHD200（10）X，具體結構組成如圖3所示；壓力傳感器型號為ZE0701-07B；位移傳感器型號為ZE0701-06CU；傾角傳感器型號為MQJD；礦用本安型鍵盤型號為SJP03-00；紅外線接收器型號為BCG0902-00；支架無線遙控器型號為BYK02-00。

圖3 14功能15接口電液換向閥

4 控制參數配置

4.1 主菜單參數

系統(tǒng)控制主控時間配置為30 s，當用戶長時間不操作控制器將自動返回到主界面；報警時間設置為2 s，控制器需要執(zhí)行自動動作而又有人控制的狀態(tài)下會發(fā)出主控提醒；急停架數配置為360架，也就是控制系統(tǒng)支持的最大急停架數；閉鎖架數設置為2架，即控制系統(tǒng)支持的最大閉鎖架數；成組架數設置為5架，即控制系統(tǒng)支持的最大成組架數；遠控架數設置為5架，即控制系統(tǒng)鄰架控制的最遠架數；本架類型設置為基本架、端頭架、過渡架等，默認是基本架；調直目標默認為0，調整范圍為0～1100 mm，即主機發(fā)送給控制器的推移位移量；電源組架數默認3架，即一個電源組的控制器數量。

4.2 自動補壓參數

分別設置前柱和后柱補壓開關，起開啟和關閉立柱補壓回路的作用；最小壓力設置為30 bar，低于此壓力不執(zhí)行升柱動作；降柱持續(xù)時間默認值設置為5 s，即手動控制模式下，降柱持續(xù)時間為5 s；動作壓力默認值為240 bar，低于此壓力值并且大于最小壓力值時執(zhí)行升柱動作；目標壓力值默認為280 bar，即補壓需要達到的壓力值，補壓偏差值為±10 bar；補壓動作執(zhí)行時間和兩次補壓動作執(zhí)行間隔時間均為10 s，補壓次數默認3次，即自動補壓過程規(guī)定的補壓最大次數，當一個補壓過程中補壓次數大于此值則認為立柱泄漏等嚴重事故；補壓周期為10 min，啟動自動補壓后一段規(guī)定的時間，若在此時間內補壓不成功，但是次效未超過則認為補壓失??；角度檢測開關默認關閉，底座和頂梁的相對角度偏差默認3°，保證支架處于正常姿態(tài)的調整持續(xù)時間為3 s；具有開啟和關閉自動補壓動作顯示的功能。

4.3 自然放煤參數

配置放煤允許和禁止的開關，能夠選擇手動模式還是自動模式，能夠判定在自動啟動方式下，可自動啟動的采煤機區(qū)域和架號，包括起始架號和終止架號；自動放煤啟動方向，即從小號到大號，還是大號到小號或者大小大及小大小，默認模式為由小號至大號；自動放煤的段數默認值為1，輪數默認值為3，配置支架放煤順序模式，如同時放煤或間斷順序放煤，默認狀態(tài)關閉；每一分區(qū)正在放煤的支架與本次這一區(qū)域后續(xù)要放煤的支架間隔的架數默認值為0，設置了選擇間隔放煤開關，默認狀態(tài)關閉，同時放煤口的數量默認為1。

5 應用效果

液壓支架電液控制系統(tǒng)應用過程中穩(wěn)定可靠，實現了液壓支架工作狀態(tài)實時監(jiān)測與遠程控制的目標；相較于液壓支架原有控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應用減少了液壓支架監(jiān)測人員2～3名，降低了液壓支架近8%的故障排查時間，節(jié)約了煤炭掘進成本，提高了煤礦井下工作面的安全，預計為煤炭企業(yè)新增經濟效益近100萬/年，取得了很好的應用效果。