液压支架电液控制系统在西铭矿的应用

刘锦涛

(西山煤电西铭矿 机电科，山西 太原 030052)

0 引言

液压支架是煤炭机械化的一种关键设备，其支护质量直接关系到综合采煤工作面的采煤工作能否高效、安全、有序进行。西铭矿目前使用的液压支架均是通过本架手动片阀操作来实现支架的动作。这种落后的生产模式有很多弊端：①由于这种操作方式需要工作人员站在动作支架上操作，支架的动作、掉矸、飞矸等都容易对人造成伤害，存在很大的安全隐患；②手动片阀操作费力，既增加了工人的劳动强度，产品也容易损坏；③手动片阀需每一台分别操作，需要井下人员数量多，也从另一方面增加了安全隐患。因此采用更先进的液压支架操作系统对其进行技术改造具有重要意义。以西铭矿49407综采工作面作为实验综采工作面，基于天津华宁公司生产的电液控制系统对支架控制系统进行了技术改造。

1 电液控制系统配置和连接

图1为多台液压支架电液控制装置电气连接图。如图1所示，全工作面上有多个液压支架，每个支架都配置有各自的支架控制器，在各支架控制器之间连接有双路电源和光电隔离耦合器等其他设备，多台液压支架电液控制装置形成了完整的网络结构。图2为单台支架的配置单元结构。

图1 多台液压支架电液控制装置电气连接图

图2 单台液压支架电液控制单元结构

2 电液控制系统的主要设备

2.1 支架控制器

系统采用ZDYZ-Z型支架控制器，这款控制器的核心部件是控制系统专用微机，其具备目前先进水平的软硬件配置。技术人员可以通过安装和卸载不同的应用程序，以适应不同的工作需求。控制器的人机交互界面包括操作键、闭锁与急停按钮、液晶显示屏、LED指示灯和蜂鸣器等，操作人员通过这些界面进行操作和设置。控制器后面是各类型输入输出通信接口和12 V电源接口。

2.2 双路防爆电源箱

为适应系统需求，配置了专用双路防爆电源箱对系统内的各类用电设备供电。电源箱从工作面取交流127 V电源，通过两路独立的整流模块输出两路12 V直流电，经电源隔离耦合器向两侧支架控制器供电。每路额定功率为30 W，最多可带5个控制器负载。此外，电源箱配置了各类电源保护，可应对系统过电压、过电流等故障。图3为双路防爆电源箱的布置和接线图。

图3 双路防爆电源箱的布置和接线图

2.3 隔离耦合器

系统使用ZDYZ-J型隔离耦合器实现两个支架控制器的电气隔离，隔离器的信号通过一个两线双向的数据通道进行传输，其内部集成了3个光电隔离电路。与支架控制器相同，隔离耦合器的供电电源为直流12 V，额定工作电流为30 mA。

2.4 压力传感器

为检测立柱下腔压力，立柱测压孔处安装有压力传感器，向支架控制器提供压力数据以反映支护状态。压力传感器具有温度补偿功能，其内部为电阻应变桥路，将0 MPa～60 MPa的压力转换为电信号，输出0.5 V～4.5 V的电压信号给控制器。

2.5 行程传感器

为检测支架位置，在千斤顶液压缸内装有行程传感器，通过电阻列和干簧管列形成的电位电路，经过活塞杆的移动使干簧管闭合，由此将位置信号转换为电信号，经过电压增强处理，由压力传感器输出0.5 V～4.5 V的电压信号给控制器。

2.6 红外检测器

红外检测器由两部分组成，包括采煤机上的发射器和位于立柱位置的接收器。当接收器接收到发射器产生的红外线后，经内部电路转换为支架控制器能够接收的电压信号，红外检测器的工作电源为12 V直流电。

3 电液控制系统的主要功能与操作

基于传感器反馈的压力、行程、位置等信号和用户设置的具体参数，电液控制系统控制支架的方式有自动控制和手动控制两种。电液控制系统的功能很多，包括单个支架的邻架控制、多个支架的成组控制、工作面所有支架的联动控制，以及自动补液功能、闭锁和紧急停止功能、工作面所有支架编号功能、程序加载功能、故障检测和提示功能、参数设置与修改功能等。下面简单介绍其主要功能与操作方法。

3.1 单个支架邻架控制

选定“左邻架”或“右邻架”为被控支架后，操作人员可使用操作按键来进行单动作或复合连续动作。邻架控制可以分为专用键控制和复合动作控制两种方式。采用专用键控制时，按下操作键后支架进行动作，松手后动作停止。此外，针对“降柱-拉架-升柱”的降拉升组合动作，支架控制程序编制了专用的复合动作控制程序。采用复合动作控制时，按下“降拉升”操作键，系统根据传感器实时数据连续进行3个动作，直到动作完成或操作人员中途再次按下“降拉升”操作键。

3.2 多个支架成组控制

选择一个支架为基准操作架，向左或向右选择数个连续的支架组成支架组，支架组的方向、位置、动作均取决于基准操作架的位置和工作人员编辑的选择命令。成组动作启动后，组内支架会发出声光警示信息，以免附近人员受到伤害，警示结束后支架执行相应预定动作，直至达到预定压力、行程或时间，动作器件如果发生特殊情况需要停止动作，操作人员需按下停止键。

3.3 工作面所有支架联动控制

联动控制是电液控制系统的高级功能，要想实现联动控制，系统必须实时检测采煤机的位置。根据实际综采工作面的作业规程，采煤机将预定动作的相关程序载入系统，然后电液控制系统根据程序自动进行所有支架的动作控制。

4 电液控制系统的特点与效益

与人工手动操作相比，电液控制系统具有多方优势：①移架过程可自动循环进行，速度能够达到8 s/架至10 s/架，配合两台400 L/min的泵使用，能够满足大功率采煤机的采煤速度；②支架支护动作紧跟采煤机动作，顶板支护更加坚固；③通过电磁先导阀或压力传感器，液压支架的额定初撑力能够得到保证；④带压移驾功能使得液压支架所受冲击减少，进而延长了其工作寿命；⑤由于电液控制支架采用推进式工作，切顶线齐整，工作面更加贴近于直线；⑥电液控制能够对液压支架进行远程操作，操作工能够选择合适的站位，远离粉尘，改善了支架操作工的工作环境；⑦通过更改支架操作程序，支护系统能够灵活适应不同工作面和不同支护方式；⑧液压支架和采煤机等设备的工作状态和相关数据共享到控制台和井上控制中心，提高了综采工作面的自动化水平。

综采工作面循环作业拉架过程中，使用传统液压支架本架操作一般需要4名工作人员，而使用电液控制系统后，只需1名～2名工作人员即可。按1名操作工每月收入8 000元计算，1个月可节省16 000元～24 000元，1年可以节省19万元～28.8万元左右。由于移架过程中不需要操作人员站在动作支架下作业，减少了人员碰手碰脚事故的发生，提高了生产安全性，降低了企业安全生产成本。由于电液控制液压支架作业，移架速度快、位置精准，增加了采煤机割煤时长，提高了割煤效率，大大提高了产量。该电液控制系统的使用，为我矿安全生产提供了有力保障，为我矿全面实现智能化矿井建设迈出了历史性的一步。