液压支架自动化集中控制及试验应用

曹 辉

（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿，山西 太原 030206）

引言

液压支架为综采工作面的主要支护设备，其与采煤机、刮板输送机称为工作面的“三机”，“三机”相互配合保证工作面安全、高效地生产。煤矿工作面数量众多且成体系，必须实现对液压支架集中、统一控制才能够最终保证工作面安全支护，快速完成刮板输送机的推溜任务，进而保证采煤机的行走轨道及时就位[1]。因此，实现液压支架高自动化、智能化的集中控制对于保证综采工作面的安全、高效生产具有重要意义。本文重点以某矿351231 工作面为例，对其液压支架自动化集中控制系统进行设计，并对其应用效果进行验证。

1 351231 工作面工程概况

液压支架的自动化及安全性控制效率，不但与液压支架回撤装置的性能相关，而且与工作面顶底板情况相关。本文以351231 工作面为例开展研究，具体所研究液压支架的型号为ZF7000/18/32。351231 工作面的煤层倾角为7°，对应煤层的平均厚度为8 m，煤层最大厚度为8.9 m，最小厚度1.1 m，该工作面的顶底板情况如表1 所示。

表1 351231 工作面顶底板情况

ZF7000/18/32 的工作阻力为7 000 kN，最大支护强度为0.6 MPa，液压支架为四柱支撑掩护式形式。针对351231 工作面的地质条件，本文针对性地完成液压支架自动化集中控制方案。

2 液压支架集中控制系统的设计

液压支架集中控制系统功能实现的基础为液压支架电控系统，同时结合工作面实际情况得出相应的控制指令。本节重点对液压支架电控系统进行设计，并对其集中控制指令进行设计。

2.1 液压支架电控系统的设计

结合当前工作面所配置液压支架电控系统，其主要包括液压支架控制器、电源、传感器以及隔离耦合器等部件。

2.1.1 控制器的选型设计

液压支架控制器为实现其电控功能的核心，其主要直接与液压支架的电磁先导阀连接，接收手动或者自动的控制指令，对液压支架的动作进行驱动控制；同时，液压支架控制器还可对现场传感器所采集的参数信息进行分析汇总，并上传至上位机及其他控制器。结合综采工作面的生产需求，液压支架控制器需具备三种控制功能，包括就地控制、远程控制以及集中控制；考虑到综采工作面相对恶劣的生产环境，要求为液压支架电控系统所配置的控制器应满足在特殊环境下使用的要求，尤其是对高湿度、高瓦斯和粉尘浓度工作环境防护等级为IP67 以上[2]。

综合上述各项因素，针对351231 工作面所选型液压支架控制器的具体型号为ZDYZ-ZA，对应的电路框图下页如图1 所示。

图1 液压支架控制器电控框图

2.1.2 传感器的选型设计

传感器为检测液压支架工作状态和得出控制指令的主要依据。结合液压支架电控系统的需求，为其自动化集中控制系统配置压力传感器、行程传感器以及红外检测器。压力传感器主要对液压支架的支护状态进行检测，其最大检测值为60 MPa，对应的型号为GYD60；行程传感器主要是对液压支架千斤顶、活塞杆的行程进行检测，是对推移刮板输送机是否到位进行检测，对应的型号为GUD960；红外检测器分为红外发射器和接收器，其主要是对采煤机位置进行检测，进而为后续控制指令提供依据；红外发射器型号为FYF5，红外接收器型号为FYS5。

2.2 液压支架集中控制功能的实现

结合实际生产，采煤机一般需完成中间段、斜切进刀和割三角煤三种工作流程[3]。其中，采煤机的斜切进刀为普遍作业流程，本节以斜切进刀为例说明液压支架的集中控制。

所谓斜切进刀指的是液压支架在推溜功能的作用下，将所匹配的刮板输送机推移至工作面煤层相应弯曲状态的形状，为采煤机行走提供轨道，使得采煤机以斜切角度切入煤层，从下一阶段的回采确定纵深。对应的采煤机斜切进刀流程如图2 所示。

图2 采煤机斜切进刀工作流程示意图

在上述斜切进刀作业流程中，液压支架红外传感器监测采煤机的位置，实时对压力传感器和行程传感器的参数进行采集并上传至上位机，在单片机处理分析下液压支架控制器得到相应的集中控制指令，保证液压支架根据距离递增的推溜指令完成斜切进刀支护及推溜任务，保证采煤机能够以一定的角度斜切进入煤层，完成煤层的截割[4]。对应的液压支架斜切进刀工艺流程的集中控制流程如图3所示。

图3 液压支架斜切进刀工艺流程图

结合液压支架的斜切进刀支护及推溜工艺流程，当液压支架控制器得到斜切进刀工艺流程后即开始推溜动作，并且依次退出千斤顶，保证相邻液压支架的推移距离相差0.06 m。根据行程传感器的数据判断是否推溜到位，并对推溜到位的液压支架及时完成支护任务，并通过压力传感器保证是否支护到位。

3 液压支架集中控制系统的应用

根据351231 工作面煤层的生产情况分别完成中间煤和三角煤截割时对应的液压支架的集中控制流程图，并将其应用于实际生产中。在试验监测的2020 年2 月19 日—9 月3 日，液压支架在大方向能够根据实际生产需求完成自动化集中控制功能，在为期将近7 个月的应用中，液压支架自动化集中控制功能累计辅助工作面推进1 473 m，煤炭产出量为153.1 万t。整体上讲，液压支架故障率低、自动化水平高、维修方便等[5]。但是，在实际生产中还有如下问题需改进：

1）由于行程传感器的引线出现短路情况，导致控制器无该项数据的显示，后续需进一步增加行程传感器引线的焊接间距；

2）由于压力传感器内部压变片固定不稳定造成松动，最终导致压力传感器无读数或读数不稳定，后续应考虑更换压力传感器；

3）由于液压支架乳化液泵站提供的乳化液纯度不够导致电磁先导阀出现卡死、串液的问题，后续应考虑加大乳化液的过滤精度，并对出现故障的电磁先导阀进行彻底清理。

4 结语

液压支架为综采工作面与采煤机、刮板输送机相互配合的关键设备，是保证综采工作面安全、高效生产的基础。实现液压支架的自动化集中控制功能，对于提升工作面生产的效率和安全性具有重要意义。本文根据某矿351231 工作面生产情况，完成液压支架电控系统中的关键控制器和相关传感器的选型，并以采煤机斜切进刀工艺为例设计了液压支架对应的集中控制工艺流程。经实践表明，液压支架集中控制功能能够整体上得到发挥，但是行程、压力传感器和电磁先导阀均出现故障，有待进一步改进。