固體充填液壓支架自動(dòng)控制系統(tǒng)分析

程 翔

（唐山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063020）

毋庸置疑，煤炭的開采極大地破壞了我國(guó)的地表生態(tài)環(huán)境，讓很多被開采過的農(nóng)田無(wú)法恢復(fù)種植功能。甚至由于地面塌陷的出現(xiàn)，造成大面積的水體流失，嚴(yán)重影響到周邊居民的日常生活。因此，煤炭開采區(qū)的土地整治、生態(tài)保護(hù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等工作，就顯得十分重要。

1 固體充填液壓支架

在采煤礦區(qū)所使用的固體充填液壓支架，是一種有效的實(shí)現(xiàn)固體充填采煤技術(shù)的重要機(jī)械設(shè)備。在實(shí)際使用中，不僅可以有效發(fā)揮支撐頂板的作用，同時(shí)也為工作人員的施工作業(yè)，提供了一個(gè)安全的區(qū)域。另外，在采煤過程中出現(xiàn)的大量煤矸和其他類型的材料，可以將其當(dāng)做重要的充填物，回填到采礦區(qū)當(dāng)中。因此，在使用固體充填液壓支架的過程中，也就將采煤與充填完成了同步的操作[1]。

固體充填液壓支架可以有效的讓刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)保持較高的聯(lián)動(dòng)性，這樣就極大地提升了采煤的整體效率。而一旦對(duì)充填液壓支架實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，可以降低井下工作人員的整體工作量，推動(dòng)了井下無(wú)人作業(yè)的施工作業(yè)。在實(shí)際控制中，可以實(shí)現(xiàn)充填液壓支架的自動(dòng)跟機(jī)、自動(dòng)推移以及自動(dòng)充填操作。

這種自動(dòng)化的遠(yuǎn)程操控，需要建立起一套完整的固體充填液壓支架自動(dòng)控制系統(tǒng)，以此有效地降低井下作業(yè)的工作人員數(shù)量。再由操控系統(tǒng)來推進(jìn)的采煤工作，由于實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化作業(yè)，極大地提升了工作效率和工作安全性，不再需要在一些危險(xiǎn)性較高的區(qū)域安排工作人員。這樣在保障了作業(yè)安全性的前提下，也控制了人工成本的投入，是一種保障經(jīng)濟(jì)效益的重要技術(shù)方式。對(duì)于一些原本人工作業(yè)需要休息而發(fā)生的作業(yè)間斷問題，采用了這種自動(dòng)化系統(tǒng)之后，可以實(shí)現(xiàn)全天自動(dòng)化的持續(xù)性作業(yè)。因此這樣的施工作業(yè)方式，不僅僅有效地提升了煤礦資源開采的利用率，同時(shí)也讓一些原本人工無(wú)法進(jìn)行開采的煤炭資源，實(shí)現(xiàn)高效率的自動(dòng)化開采，提升煤炭資源的整體利用率[2]。

2 固體充填開采工藝分析

在充填采煤工作面之上，需要保障采煤作業(yè)與充填作業(yè)同時(shí)開展，但是還要保持一定的獨(dú)立性，以此避免對(duì)工作造成嚴(yán)重的影響。在采煤機(jī)進(jìn)行采煤的時(shí)候，往往是在充填液壓支架的后方，進(jìn)行充填作業(yè)。這樣的充填作業(yè)的效率，就可以得到有效的保障。但是，由于不同割煤機(jī)在采煤的時(shí)候其方向不同，因此需要充填的位置也不同。在當(dāng)下割煤機(jī)的實(shí)際運(yùn)行中，主要分為兩種不同的充填方式。第一種是基于后置刮板輸送機(jī)的機(jī)尾位置開始填充作業(yè)，一直到刮板輸送機(jī)的機(jī)頭位置，完成填充作業(yè)。第二種則是一種貫穿機(jī)頭到機(jī)尾的充填方式。使用哪種充填方式，主要還是基于采煤機(jī)的位置進(jìn)行合理選擇。

3 固體充填液壓支架自動(dòng)控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在充填采煤的進(jìn)程中，其自動(dòng)化控制系統(tǒng)的作用，主要體現(xiàn)在集合監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程修改以及參與等方面的設(shè)置。因此，為了實(shí)現(xiàn)這樣的功能，就需要使用電源、支架控制系統(tǒng)、井上中央控制主機(jī)、井下中央控制主機(jī)[3]。對(duì)于構(gòu)建出的自動(dòng)控制系統(tǒng)而言，在上位機(jī)上可以顯示出井下充填液壓支架在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的參數(shù)。另外，還可以在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)參數(shù)方面的自動(dòng)存儲(chǔ)。這樣就可以讓工作人員在巡檢的過程中，實(shí)現(xiàn)歷史記錄的查看。中央控制裝置的使用，是一種由支架控制器與中央控制主機(jī)所構(gòu)成的裝置設(shè)備。而其中支架控制器在使用中，能夠?qū)腆w充填液壓支架進(jìn)行有效的控制。而井下中央控制主機(jī)，則是對(duì)于機(jī)械設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中各項(xiàng)傳輸數(shù)據(jù)方便的記錄以及保存。

3.2 井上中央控制主機(jī)

在整個(gè)液壓支架控制系統(tǒng)當(dāng)中，井上中央控制主機(jī)起到了關(guān)鍵性的作用。在運(yùn)行中，主要負(fù)責(zé)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中的一些情況，或者對(duì)一些重要數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示。這樣就可以對(duì)其顯示的眾多參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以此實(shí)現(xiàn)充填液壓支架的整體控制，并實(shí)現(xiàn)對(duì)井下企業(yè)機(jī)械設(shè)備的控制。對(duì)于這種井上中央控制器的使用，實(shí)現(xiàn)了各種機(jī)械設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中所形成的眾多關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并將其完整的記錄下來，經(jīng)過中央處理器的數(shù)據(jù)分析之后，形成對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)變化曲線。同時(shí)，中央控制主機(jī)也有著一定的報(bào)警機(jī)制。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一旦監(jiān)測(cè)到個(gè)別數(shù)據(jù)出現(xiàn)了異常情況，其報(bào)警系統(tǒng)就被觸發(fā)，以此向工作人員發(fā)出告警信息，指導(dǎo)工作人員對(duì)相應(yīng)位置進(jìn)行查看。這樣的報(bào)警系統(tǒng)在運(yùn)行中，也會(huì)完整的記錄出現(xiàn)故障時(shí)該位置的參數(shù)變化，通過故障報(bào)表的形式形成故障記錄。

3.3 井下中央控制主機(jī)

對(duì)于井下中央控制主機(jī)的工作功能而言，是一種有效對(duì)固體充填液壓支架進(jìn)行的監(jiān)測(cè)設(shè)備，可以完整的記錄其支架在運(yùn)行當(dāng)中的具體運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)還會(huì)與支架控制器保持著信息溝通。在井下中央控制主機(jī)的運(yùn)行中，其重要的功能在于可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷、遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)查詢以及上傳數(shù)據(jù)等功能。

在井下中央控制主機(jī)的運(yùn)行中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全部井下傳感器的數(shù)據(jù)采集，之后再將采集到的數(shù)據(jù)信息，利用總線傳輸?shù)缴衔粰C(jī)當(dāng)中。一旦在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，一些井下機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)了故障，就可以很好的基于這種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)問題的準(zhǔn)確分析和定位，并在顯示器當(dāng)中清晰顯示出來，幫助工作人員發(fā)現(xiàn)問題，以此開展及時(shí)的維護(hù)工作。同時(shí)，對(duì)于這種井下中央控制主機(jī)而言，還有著對(duì)數(shù)據(jù)信息的儲(chǔ)存功能。在接收到傳感器所采集的信息，或者一些其他設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息之后，就可以有效對(duì)其數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。而在得到了系統(tǒng)權(quán)限之后，工作人員才可以進(jìn)入到系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)其數(shù)據(jù)信息查閱和調(diào)用。

3.4 支架控制系統(tǒng)

系統(tǒng)當(dāng)中的支架控制系統(tǒng)，是一種起到對(duì)固體充填液壓支架進(jìn)行動(dòng)作控制的重要系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中，可以有效利用上位機(jī)進(jìn)行指令方面的下達(dá)，進(jìn)而能夠有效利用電磁先導(dǎo)閥，進(jìn)行主控閥的整體設(shè)計(jì)。另外，主控閥還可以有效實(shí)現(xiàn)油缸方面的伸縮控制，這樣就可以讓充填液壓支架滿足動(dòng)作方面的控制需求。在構(gòu)成支架控制系統(tǒng)方面，主要由支架控制器、電磁先導(dǎo)閥、電磁閥等設(shè)備所構(gòu)成。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)行，還會(huì)涉及到各種通信電纜和傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)方面的傳輸和采集[4]。

對(duì)于這種支架控制器來說，是整個(gè)液壓支架自動(dòng)控制系統(tǒng)的重要構(gòu)件。這是因?yàn)槠淇刂破鞯脑O(shè)置起到了對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的自動(dòng)控制功能。而在上位機(jī)下達(dá)了控制指令之后，就可以讓其支架控制系統(tǒng)基于下達(dá)的指令內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)具體的控制操作。而在與上位機(jī)發(fā)生通信終端的情況下，由于無(wú)法得到控制指令，就可以有效利用支架控制系統(tǒng)的控制面板，實(shí)現(xiàn)對(duì)填充液壓支架方面的控制。

控制面板的使用，承擔(dān)起人機(jī)交互的重要載體。在構(gòu)成上，為工作人員提供一個(gè)可以進(jìn)行操作的顯示屏，不僅僅可以有效對(duì)液壓支架提供控制功能以外，還可以很好對(duì)充填液壓支架的各種參數(shù)，進(jìn)行詳細(xì)的顯示。另一方面，在充填液壓支架出現(xiàn)了故障問題之后，或者在其他的位置出現(xiàn)了故障問題，都能夠得到完全的顯示。而在支架控制系統(tǒng)的運(yùn)行中，還可以利用控制充填液壓支架的方式，實(shí)現(xiàn)千斤頂?shù)纳炜s操作。這樣在系統(tǒng)的運(yùn)行中，便實(shí)現(xiàn)了對(duì)支架升柱、降柱、移架以及推壓密實(shí)方面的具體操作。

3.5 固體充填液壓支架控制

在當(dāng)下的固體充填過程中，要基于采煤工藝的實(shí)際需求，以此合理選擇一種固體充填液壓支架的控制方式，這樣便可以實(shí)現(xiàn)良好的控制功能。在充填液壓支架的運(yùn)行中，往往下達(dá)指令發(fā)生動(dòng)作，并對(duì)傳感器當(dāng)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，且使用電磁先導(dǎo)閥進(jìn)行有效控制。其后，還要能夠有效控制液壓支架當(dāng)中的液壓油缸，以此完成填充液壓支架的動(dòng)作控制。

為此，在完成了固體充填液壓支架之后，還要基于原本設(shè)定的程序，并結(jié)合當(dāng)下作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)其充填液壓下達(dá)接下來的動(dòng)作指令。液壓支架不僅僅可以在系統(tǒng)當(dāng)中承擔(dān)起對(duì)工作面的支撐作用，同時(shí)也可以獨(dú)立完成推溜、移架等方面的操作。在當(dāng)下施工作業(yè)當(dāng)中，對(duì)于充填采煤技術(shù)方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在固體傳統(tǒng)液壓支架的運(yùn)行中，需要采用順序移架的方式，以此在采煤機(jī)與液壓支架有著一定距離之后，才可以進(jìn)行充填作業(yè)。因此，在充填液壓支架完成了移架之后，就可以讓相關(guān)設(shè)備就位，以此完成相應(yīng)的充填作業(yè)。

其次，在固體充填液壓支架的系統(tǒng)當(dāng)中，還要配置大量的傳感器。相比較傳統(tǒng)的支架結(jié)構(gòu)，添加了充填結(jié)構(gòu)，為此就要在充填位置處，安裝一定的傳感器。在支架的運(yùn)行中，傳感器起到了推動(dòng)密實(shí)機(jī)進(jìn)行密實(shí)作業(yè)的作用，并對(duì)作業(yè)過程中的傾角值進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，在推壓裝置上還安裝了壓力傳感器，以此就可以有效對(duì)推壓力實(shí)現(xiàn)大小的檢測(cè)。另一方面，還可以很好的起到控制推壓密實(shí)機(jī)運(yùn)行程度的效果，這樣最大程度上控制與后置刮板之間所出現(xiàn)的一定程度碰撞，甚至出現(xiàn)一定的危險(xiǎn)。而在落料高度傳感器的使用上，起到對(duì)落料方面的堆積高度檢測(cè)作用。在檢測(cè)到達(dá)指定的高度之后，就馬上關(guān)閉卸料口，以此開展推壓密實(shí)方面的操作。

4 總結(jié)

綜上所述，本文從軟件與操作方式方面著手，詳細(xì)分析了固體充填液壓支架自動(dòng)控制系統(tǒng)。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)可以起到自動(dòng)化、高效率的作業(yè)效果，值得大面積的推廣應(yīng)用，以最大限度地避免采煤之后對(duì)于環(huán)境的破壞。