煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用綜述

李天春

摘要：為打破國外壟斷和提高控制性能，對液壓支架控制系統(tǒng)的組成及原理進(jìn)行了詳細(xì)介紹與分析，并在此基礎(chǔ)上說明了煤礦用液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用，對液壓支架電控系統(tǒng)在煤礦中的實際應(yīng)用具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：液壓支架;電液控制系統(tǒng);軟件;硬件

引言：在傳統(tǒng)的煤礦開采工作中，人工操作控制方式占據(jù)主導(dǎo)，容易受到各種自然狀況、人為因素的制約，工作效率比較低。而在煤礦綜采中應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)，其跟傳統(tǒng)的煤礦開采系統(tǒng)相比，具備設(shè)備控制、順槽控制、自動控制、智能控制等一系列功能，在煤礦開采資源中，廣泛使用液壓支架電液控制系統(tǒng)不僅可以優(yōu)化煤礦生產(chǎn)條件，而且還能降低工人的勞動負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)無人化與遠(yuǎn)程控制操作，在確保煤礦開采質(zhì)量和效率的同時，實現(xiàn)理想的煤礦企業(yè)效益。

1液壓支架電液控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在煤礦企業(yè)的機(jī)械化發(fā)展下，煤礦液壓支架的電液控制系統(tǒng)是企業(yè)開采智能化發(fā)展的重要技術(shù)之一，其主要涉及到液壓支架部分、控制部分和網(wǎng)絡(luò)管理部分。在液壓支架構(gòu)成上，需要由一系列的支架控制單元件構(gòu)成，其核心在于借助傳感器進(jìn)行檢測，通過液壓控制閥與電磁先導(dǎo)閥組成，實現(xiàn)后續(xù)控制的命令執(zhí)行。在控制部分上，主要借助液壓控住閥構(gòu)成系統(tǒng)的控制部分，其實際的應(yīng)用具備操作簡易操作性，并且在自動化控制上，能夠安全可靠，實現(xiàn)支架群的配合協(xié)調(diào)。在網(wǎng)絡(luò)管理上，所有支架控制器通過總線技術(shù)構(gòu)成一個通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，各項任務(wù)的管理與實時調(diào)度通過內(nèi)嵌操作系統(tǒng)來完成，利用檢測裝置定位采煤機(jī)，使工作面支架及時跟隨，實現(xiàn)自動化控制。工作面支架電液控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理是由網(wǎng)絡(luò)變換器來實現(xiàn)的，它既可以管理工作面數(shù)據(jù)，又可以將工作面數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器傳入主控計算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的集中監(jiān)測監(jiān)控，主控計算機(jī)再通過井下交換機(jī)將電液控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳入地面計算機(jī)，從而完成對對井下數(shù)據(jù)的監(jiān)測、分析和網(wǎng)絡(luò)發(fā)布[1]。

2工作原理

整個電液控制系統(tǒng)由電控與液壓兩部分組成。電控部分是一種多級控制系統(tǒng)，因此由多個層級構(gòu)成的系統(tǒng)具備多個功能與良好的可擴(kuò)展性，隨著層級的增加，其功能也更為強(qiáng)大。電液閥組中采用主動換向閥取代了傳統(tǒng)的手控閥，可通過電磁先導(dǎo)閥對換向閥進(jìn)行控制。因此，電液控制系統(tǒng)可利用電磁先導(dǎo)閥實現(xiàn)對液壓部分的控制。支架控制器通過電纜連接成整體通信網(wǎng)，系統(tǒng)利用CAN總線通信技術(shù)實現(xiàn)采煤數(shù)據(jù)的傳輸。監(jiān)控計算機(jī)可接收并儲存?zhèn)鞲衅鞑杉牟擅涸O(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以實現(xiàn)支架的實時狀態(tài)監(jiān)測，并發(fā)出控制信號調(diào)節(jié)支架工況[2]。圖1為電液控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖。

3應(yīng)用現(xiàn)狀分析

雖然我國的液壓支架電液控制系統(tǒng)在20世紀(jì)90年代初進(jìn)行研發(fā)，由北京煤機(jī)廠和鄭州煤機(jī)廠分別研制出了支架電液控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了井下工業(yè)性實驗，但是在實際的煤礦機(jī)械化中沒有得到運用發(fā)展。直到我國煤炭科學(xué)研究總院太原分院，在1996年研制液壓支架電液控制系統(tǒng)，且進(jìn)行了全套面向井下工作性實驗。在2005年，我國研發(fā)企業(yè)能夠自主研發(fā)煤礦液壓支架電液控制系統(tǒng)，在實際的應(yīng)用中卻依賴于國外機(jī)械設(shè)備，導(dǎo)致自主研制的液壓支架電液控制系統(tǒng)沒有得到良好推廣應(yīng)用，造成我國煤礦的生產(chǎn)自動化目前還是主要依賴于進(jìn)口產(chǎn)品。

4煤礦用液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1液壓支架電液控制系統(tǒng)

在超前支護(hù)中的應(yīng)用采煤工作面的超前巷道是受采煤設(shè)備影響比較嚴(yán)重的區(qū)域，不僅各種設(shè)備眾多，而且是人員和物料的必經(jīng)之處，我國對回采工作面的支護(hù)規(guī)定為至少20m。某煤礦井下超前支護(hù)方式為：液壓單體支柱配π型鉸接頂梁和柱鞋支護(hù)。在實際工作中，人工單體支柱的支護(hù)方式雖然應(yīng)用靈活，但是存在強(qiáng)度不足、壓力不勻等缺點，容易造成綜采工作面端頭和頂板的事故率較高，因此采用電液控制的超前支護(hù)技術(shù)。為基于電液控制的遙控支架超前支護(hù)技術(shù)原理圖，它由電液控主機(jī)、支架遠(yuǎn)程操作臺、信號轉(zhuǎn)換器、超前支架控制器（1～n）、支架控制器（1#～n#）和CAN總線、RS-232總線等組成。虛線框內(nèi)為超前支架控制系統(tǒng)的設(shè)備示意圖，包括壓力傳感器、行程傳感器、人機(jī)交互界面、電磁驅(qū)動器和電磁控?fù)Q向閥等。超前支架控制系統(tǒng)原理為：電液控主機(jī)通過RS-232與支架遠(yuǎn)程操作臺通信，實現(xiàn)操作過程的狀態(tài)監(jiān)控，支架遠(yuǎn)程操作臺輸入支架操作指令后，通過CAN總線與信號轉(zhuǎn)換器連接，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后再由CAN總線送出。支架控制器（包括工作面控制器1#～n#、超前支架控制器1～n）接收操作指令后，分別對超前支架和工作面支架進(jìn)行相關(guān)控制。支架控制器的執(zhí)行元件為電磁驅(qū)動器，其本質(zhì)是一個驅(qū)動線圈，電磁控?fù)Q向閥的開閉由驅(qū)動器線圈驅(qū)動，液壓缸作為執(zhí)行元件直接控制支架的動作，以達(dá)到理想的支護(hù)姿態(tài)，為其他機(jī)械的移動提供安全的作業(yè)空間。電磁換向閥由先導(dǎo)閥和換向主閥組成，先導(dǎo)閥的作用是將電信號轉(zhuǎn)換為液壓信號，實現(xiàn)裝置驅(qū)動的作用。超前支架具有多種姿態(tài)控制，包括前后立柱的升降、推移、伸縮，前梁、伸縮梁、側(cè)幫、頂梁的伸縮。超前支架與工作面支架采用了同樣的電液控制系統(tǒng)，兩套電液控制系統(tǒng)在通信方式上相同，這樣就形成了統(tǒng)一平臺的電液控制系統(tǒng)，所有的支架具備了協(xié)同調(diào)度的條件，工作人員只需通過按鍵即可實現(xiàn)拉架和移架，使得煤礦綜采工作面的支護(hù)安全水平顯著提升[3]。

4.2監(jiān)測礦壓與預(yù)警瓦斯突出的應(yīng)用

（1）合理有效的觀察和研究礦山壓力的特征，主要包含支架運轉(zhuǎn)阻力與頂板壓力，能夠提升礦井施工效果與安全性。但是使用液壓支架電液管控體系中的立柱壓力傳感設(shè)備，能夠收集到有關(guān)的壓力數(shù)據(jù)，同時研發(fā)頂板事故警示與礦壓監(jiān)管的貢獻(xiàn)，針對支架壓力之前的信息展開存儲與研究。進(jìn)而良好的預(yù)估和監(jiān)管頂板的承壓情況，同時依據(jù)支架的狀態(tài)與現(xiàn)階段的撐力警示，增強(qiáng)礦壓作用下支架的穩(wěn)固性能。（2）瓦斯涌出警示。依據(jù)電液控制體系中查看瓦斯含量的功能，進(jìn)而進(jìn)行瓦斯涌出警示。電液管控體系可以針對工作面的數(shù)據(jù)展開測量，依據(jù)裝置內(nèi)部相關(guān)傳感設(shè)備針對瓦斯涌出有關(guān)參數(shù)開展監(jiān)管，譬如電磁輻射、制定頻率波動、瓦斯涌出數(shù)量以及礦層溫度等，溶蝕依據(jù)瓦斯涌出警示相關(guān)知識和參數(shù)變動狀況，可以良好的對瓦斯涌出現(xiàn)象做出警示，從而防止由于瓦斯涌出危害而出現(xiàn)較為嚴(yán)重的安全問題。

5結(jié)束語

液壓支架是礦井采煤工作面的關(guān)鍵設(shè)備，其電液控制系統(tǒng)對礦井的生產(chǎn)效率與工人人身安全具有重要意義。為打破國外壟斷和提高控制性能，本文對液壓支架電控系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對該系統(tǒng)的硬件與軟件進(jìn)行了設(shè)計。隨著電控系統(tǒng)在國內(nèi)煤礦逐步得到推廣使用，國內(nèi)煤礦的生產(chǎn)效率與人身安全會得到顯著提高。

參考文獻(xiàn)

[1]閆明.基于無線通信和CAN總線的液壓支架電液控制系統(tǒng)研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2018.

[2]寧宇.綜采工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，37（1）：1-3.

[3]梁璐超.液壓支架電液控制系統(tǒng)在煤礦采煤工作面中的應(yīng)用[J].自動化應(yīng)用，2019（01）：41-42.