綜采工作面液壓支架遠程控制技術(shù)研究及應用

楊書明

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團燕家河煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042100）

0 引言

綜采工作面?zhèn)鹘y(tǒng)人工移架推溜過程中，由于液壓支架之間錯動較大會導致頂板碎石、矸石冒落，很容易出現(xiàn)砸傷工作人員的安全事故，同時綜采面采煤作業(yè)時煤塵較大，支架工跟機作業(yè)時很容易吸入大量煤塵影響身體健康及生命安全。通過設計液壓支架的遠程控制技術(shù)，實現(xiàn)智能化無人化移架工序，能夠很好的解決這類問題的發(fā)生。而且液壓支架遠程控制技術(shù)的應用，也極大促進了綜采工作面的高產(chǎn)高效生產(chǎn)，為煤礦企業(yè)智能化發(fā)展提供了技術(shù)支撐。

1 液壓支架遠程控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

基于傳統(tǒng)人工移架安全系數(shù)較低，移架效率不高的現(xiàn)狀，近年來各試驗研究平臺的研究人員對液壓支架控制系統(tǒng)做出了大量探索及科研工作。現(xiàn)階段液壓支架的遠程控制技術(shù)基本可以做到隨采煤機設備自動進行跟機移架操作，同時還可根據(jù)CAN 總線通信對液壓支架進行遠程控制，利用TCP/IP 通信協(xié)議進行遠程液壓支架運行狀態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)傳輸工作。上述液壓支架遠程控制系統(tǒng)雖可實現(xiàn)遠程操控效果，但對液壓支架成組監(jiān)控管理效果較差，沒有一種自動化監(jiān)控軟件對液壓支架進行遠程界面顯示控制。為實現(xiàn)這一目的，本文以某礦3202 綜采工作面為背景對液壓支架進行遠程控制系統(tǒng)設計，提高該工作面跟機移架作業(yè)的安全性和可靠性，為綜采工作面的智能化無人化發(fā)展提供一定的借鑒意義。

2 液壓支架遠程控制技術(shù)設計

2.1 電液控制系統(tǒng)設計

液壓支架作為綜采工作面進行煤炭資源開采過程中重要的生產(chǎn)設備，利用主控計算機的遠程智能化控制程序來模擬傳統(tǒng)人工移架推溜工序，可實現(xiàn)液壓支架的自動化控制效果，從而達到對綜采工作面液壓支架進行遠程控制的目的。液壓支架電液控制系統(tǒng)組成主要包括就地控制、集中控制器以及遠程控制系統(tǒng)三部分，如圖1 所示，三者可以實現(xiàn)對液壓支架進行就地操控、遠端控制以及自動控制效果。

圖1 綜采工作面液壓支架電液控系統(tǒng)組成示意圖

2.1.1 就地控制系統(tǒng)

通過安裝于液壓支架機體的就地控制器來對綜采工作面的液壓支架進行指令下達控制，每臺支架對應安裝一部就地控制器，就地控制器內(nèi)部布設有壓力、位移傳感器以及電磁先導閥等數(shù)據(jù)采集以及執(zhí)行單元，可通過壓力傳感器以及位移傳感器對液壓支架的運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)采集，驅(qū)動電磁先導閥來控制液壓支架進行推溜移架或升降架等工序，控制指令由就地控制器直接下達執(zhí)行。

2.1.2 集中控制系統(tǒng)

集中控制是就地控制與遠程控制系統(tǒng)之間連接的橋梁，其位置通常要根據(jù)液壓支架的推移情況確定，一側(cè)與遠程控制系統(tǒng)連接，另一側(cè)連接至液壓支架上的就地控制器。集中控制系統(tǒng)的功能也就是對液壓支架上的就地控制器下達操作指令，對液壓支架的運行動作進行控制?？梢詫崿F(xiàn)遠程操控綜采工作面液壓支架進行跟機協(xié)同控制效果，控制液壓支架進行護幫板回收、升降架以及推架等工序控制，并通過壓力傳感器、位移傳感器采集到的液壓支架運行參數(shù)向遠程控制系統(tǒng)傳輸液壓支架的運行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息，傳輸?shù)降囊簤褐Ъ苓\行參數(shù)等可向遠程界面進行顯示或做為液壓支架設備的維護依據(jù)進行使用。

2.1.3 遠程控制系統(tǒng)

遠程監(jiān)控系統(tǒng)可在監(jiān)控主機的遠程控制下實現(xiàn)由順槽或地面對綜采工作面液壓支架設備進行遠程監(jiān)測控制，根據(jù)液壓支架的運行參數(shù)來實時操控設備進行推溜移架、停機立柱等工序控制。遠程控制系統(tǒng)與集中控制系統(tǒng)相連，布設位置在順槽控制中心，通過遠程控制液壓支架結(jié)合綜采工作面采煤機設備進行單架或成組運行。同時可通過對液壓支架的實時運行參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集記錄，為人工作業(yè)或設備維護工作提供參考數(shù)據(jù)[1]。

2.2 遠程界面顯示

液壓支架的遠程控制技術(shù)依賴于主控計算機的智能化控制系統(tǒng)，通過對液壓支架電液控系統(tǒng)實現(xiàn)智能化操作，實現(xiàn)綜采工作面液壓支架自動化、無人化控制，其中遠程界面顯示可通過分層顯示的方式將液壓支架的作業(yè)工序、參數(shù)數(shù)據(jù)顯示在操控界面上。遠程界面顯示可以實現(xiàn)對綜采工作面液壓支架的升降架、移架推溜以及支架停機閉鎖等工序進行實時顯示，也可以實現(xiàn)對這些工序的具體壓力、位移參數(shù)等數(shù)據(jù)進行顯示記錄，可以做到順槽遠程監(jiān)控中心或地面調(diào)度中心對液壓支架的單架、成組控制效果。在進行液壓支架單架成組控制過程中，通過通信系統(tǒng)來對液壓支架進行定位或下達控制指令，這些控制指令會通過通信線路傳輸至液壓支架，從而實現(xiàn)對綜采工作面液壓之間的遠程控制效果。

2.3 通信技術(shù)

以太網(wǎng)通信技術(shù)是煤礦井下常用的網(wǎng)絡通信技術(shù)，該技術(shù)較為成熟，經(jīng)各大煤礦使用效果可靠，而EtherNet/IP 通信技術(shù)在物理層以及數(shù)據(jù)鏈線路上均采用以太網(wǎng)技術(shù)，可以確保對綜采工作面運用以太網(wǎng)技術(shù)的液壓支架進行連接控制。EtherNet/IP 通信技術(shù)在傳輸速率及通信效率上都比較高，可以減少液壓支架遠程控制系統(tǒng)的反應時間，具備更高的失效性，同時該通信技術(shù)設計簡單便于維護，使用成本較低，具體通信架構(gòu)如圖2 所示[2]。

圖2 液壓支架控制系統(tǒng)通信技術(shù)結(jié)構(gòu)

該綜采工作面液壓支架遠程控制系統(tǒng)應用EtherNet/IP 通信協(xié)議實現(xiàn)液壓支架的通信功能，對液壓支架的運行參數(shù)以及各傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)可按統(tǒng)一標準進行數(shù)據(jù)接收傳輸，具備一定的實時性，實現(xiàn)了綜采工作面液壓之間的遠程操控效果。同時通過對其它設備的端口以及協(xié)議進行改造，由統(tǒng)一EtherNet/IP智能網(wǎng)關(guān)安裝控制，傳輸數(shù)據(jù)均按照統(tǒng)一標準進行采集傳輸，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化信息化采集處理以及存儲應用[3]。

3 實際應用效果分析

將設計完成的綜采工作面液壓支架遠程控制系統(tǒng)應用于某礦3202 工作面進行試運行，對液壓支架的遠程操控、自動化跟機移架以及對支架的運行參數(shù)姿態(tài)顯示功能進行測試。液壓支架的遠程控制中心分別位于回風順槽以及地面調(diào)度中心，液壓支架的跟機移架作業(yè)是在采煤機牽引速度4 m/min 左右條件下進行，通過測定液壓支架的跟機性能來測試遠程操控系統(tǒng)是否能夠滿足液壓支架跟機移架推溜功能。經(jīng)現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)，跟機監(jiān)測數(shù)據(jù)均在設定范圍之內(nèi)，液壓支架的跟機效果較為穩(wěn)定，在采煤機牽引速度達到10 m/min 時，遠程控制系統(tǒng)下達分組移架指令時仍能夠做到相應動作。

在液壓支架上布設的位移傳感器以及壓力傳感器可對液壓支架承受壓力、液壓支架升降架高度以及距離采煤機滾筒搖臂的距離等參數(shù)進行數(shù)據(jù)采集，與采煤機設備之間的防干涉識別可通過在可視化界面進行彈窗警告或發(fā)出報警信號進行預警。同時在液壓支架的遠程控制上還可通過無線遙控器來對綜采工作面液壓支架進行單架或成組的一鍵控制。

4 結(jié)語

通過利用電液控制技術(shù)對綜采工作面液壓支架進行遠程控制系統(tǒng)設計，依據(jù)傳統(tǒng)人工移架存在安全隱患以及移架效率較低的現(xiàn)狀提出智能化移架控制方案，實現(xiàn)了綜采工作面液壓支架的跟機自移以及單架、成組控制效果。通過現(xiàn)場應用測試發(fā)現(xiàn)，該遠程控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對液壓支架運行狀態(tài)的全面監(jiān)控以及遠程操控，實現(xiàn)了液壓支架的單架、成組跟機自移效果，保證了液壓支架的移架速度以及穩(wěn)定可靠性，降低了井下工人的勞動量，確保了綜采工作面煤炭資源的安全高效開采。