液压支架电液控制系统故障诊断与处置

李志翔

（汾西矿业集团物流贸易有限责任公司， 山西 介休 032000）

引言

液压支架作为煤矿开采工作的主要设备之一，其一直工作在采煤工作的最前沿，对于保障安全生产及高效采煤工作至关重要。由于工作环境恶劣，液压支架工作的可靠性受到较严重的挑战，尤其是实施自动化控制的液压支架，由于其电液控制系统结构复杂，涵盖了液压、电气、监控、通信等技术，液压、电气等元件数量众多，故障率也随之升高，而且这些元件较难进行快速排查及定位，故障处置起来难度较大，容易导致液压支架电控系统不同程度的失效，影响液压支架功能发挥，对安全生产不利[1-4]。基于汾西矿业集团某矿使用的ZDYZ 型液压支架电液控制系统，根据其在井下实际使用过程中的故障发生情况，对其电液控制系统故障因素进行分析，然后重点对其液压系统及电气系统故障进行统计分析，从而为故障快速排除工作提供指导，保障液压支架电液控制系统的稳定运行及矿井安全生产。

1 电液控制系统原理及故障处置现状分析

ZDYZ 型液压支架电液控制系统是一种允许在瓦斯、煤尘爆炸危险环境中使用的矿用隔爆兼本质安全的自动控制系统，能够用于煤矿综采工作面的自动化开采，进行工作面液压支架的自动操作。整个系统的中枢是控制器，使用隔爆和本质安全的直流稳压电源，电源适配器和隔爆耦合器用于电源与信号的传输。通过总线连接技术，整个电液控制系统将安装于各个支架上的单个设备进行有机连接，彼此之间可以进行数据传输和通信，设备上安装各类传感器，例如压力传感器、位移传感器、红外接收发射传感器等，可对液压支架的液压信息、千斤顶行程等数据进行监测，形成数据信息进行传递。而电液控制的基本原理就是使用电磁阀驱动器对电磁阀的通断操作进行控制，从而实现液压支架的升、降、移等动作，使支架达到预先设定的姿态，为采煤机提供一个具有进给和跟随功能的工作空间，实现煤矿井下工作面综合机械化采煤[5]。

ZDYZ 型液压支架电液控制系统的基本原理如图1 所示。在总线通信协议下，一个支架与左邻架、右邻架均可通信，ZDYZ 型液压支架安设压力传感器、行程传感器、倾角传感器、红外传感器等，对工作面回采过程中的支架参数、生产参数、地质参数等进行搜集并上传，传至控制中心（CPU）后进行数据处理，基于数据库分析后进行判断和生成相应指令，从而实现液压支架的自动控制。

图1 ZDYZ 型液压支架电液控制系统工作原理示意图

2 电液控制系统故障因素分析

井下生产过程中，电液控制系统常会因各类故障而失效，导致液压支架控制失灵，可能出现液压支架升降过缓、支撑压力不足、动作精度差等问题，甚至支架无法动作，危及顶板支护，导致安全生产受到影响。对液压支架电液控制系统的故障因素进行分析，主要有以下几类：因素一是液压系统的故障因素，这类故障最为常见，主要包括压力不足、内泄外漏、密封失效、油液污染等；因素二是电气系统的故障因素，包括通信线路物理损伤、通信故障、数据丢失、电磁干扰等，甚至包括控制中心程序紊乱、控制失效等；因素三是供电电路的故障，包括因井下恶劣工况引起的电路短路、漏电、传感器失联、数据采集失败等；因素四是生产地质因素导致的故障，如底板遇水软化导致支架钻底、顶板破碎导致支架接顶不实、煤层倾角变大导致支架歪斜，甚至工作面冲击来压导致支架立柱压死、油缸损坏、控制系统物理损坏等。

上述种种因素叠加（见图2），往往会造成支架拉移等操作困难、支架工作阻力不足、支架工作姿态不佳、故障频发等，对安全生产极为不利，需要对这些故障进行合理控制，保障支架的有效控制和支护。

图2 电液控制系统故障因素分析示意图

3 电液控制系统故障快速排除技术

电液控制系统故障因素较多，但常见的主要有两大类，一是液压系统故障，二是电气系统故障，对这两类故障进行重点分析，并针对性地进行故障排除技术研究。

3.1 电液控制系统故障

3.1.1 液压系统故障

液压系统的故障最为常见，也是造成液压支架支护作用失效的最主要原因。通常情况来讲，当泵站压力不足、供液管路泄露等故障发生时，就会导致液压系统的供液流量较小，支架表现为动作缓慢、支撑能力不足，甚至操作失灵，对顶板的支护效果变差等；当液压支架的单向阀、止逆阀等阀组发生损坏或其他故障，各类密封件损坏泄露，油缸过度磨损需要更换等情况下，就很容易导致液压支架发生内泄、外漏等故障，尤其是内泄故障，不仅故障的诊断、定位及排除难度较大，而且容易引发其他连锁故障，对安全威胁较大；当液压支架的各类安全阀发生故障时，会使液压支架各类千斤顶内部未达到额定值时就提前动作，开启后导致千斤顶压力不足，无法进行正常伸缩，从而使支架控制失灵或精度较差；当液压系统内部的电磁阀发生故障时，也会导致支架动作失灵，或者无法执行控制中心的相应指令，无法实施支架的有效控制。

3.1.2 电气系统故障

电气系统故障出现的频率也较高，而且排查处置难度较大，首先容易发生的是总线通信过程中的各类失效情况，包括总线通信电缆的传输故障、通信电缆受潮或受外力造成的电缆及设备损坏、数据过流造成的线路堵塞、电磁干扰造成的线路故障等；其次是相邻液压支架间的通信发生故障，包括架间通信电缆故障、电缆或设备损坏故障、电磁干扰故障等，操作键盘故障包括键盘受潮或元件受潮、键盘物理损坏、电磁干扰等；最后是容易发生的各类传感器故障，包括传感器线路或探头故障、传感器灵敏度调整、传感器电路零点漂移、传感器监测信息失准故障等。

3.2 电液控制系统故障快速诊断技术

电液控制系统的故障诊断基于日常的技术积累，形成较为全面及准确的数据库，当故障发生时，通过采集故障数据并上传分析，与数据库的故障信息进行比对后，即可实现故障的快速诊断及处置指令的发出。具体为：对于通信系统的故障情况，通信作为系统的基础，一旦出现故障就会造成系统不工作，必须加强和传输线路故障检测报告，方法是在每个通信收发电路中周期性发送通信检测指令，应按收发情况进行信号故障自动检测的判据，并由监控中心总结故障情况和报警；对于各监控分站、控制中心来说，各控制站和监测变电所的信号采集、分析、故障识别和处理均可通过信号转换器进行；对于液压支架各部件执行电液控制系统的指令方面，首先是对电磁阀的执行指令进行检测，形成回路对电磁阀进行检测，可以实现检测短路、开路、泄漏等故障，还能够对液压元件、管道、千斤顶等故障进行检测，可识别各类内泄、外漏故障，进行精确定位，发出警报及处置指令，指导进行故障的快速排除。

4 结语

液压支架电液控制系统对于实现液压支架操作的自动化及工作安全高效生产至关重要，然而，由于当前井工煤矿生产条件依然不佳，机电设备的工况保障难度依然较大，如何保障液压支架电液控制系统的长期稳定运行面临较大考验。对于ZDYZ 型液压支架电液控制系统，笔者认为其故障诊断及排除必须基于系统自身，使系统在较差的工况条件下保持稳定性和可靠性，更好地适应具体的地质生产条件，其次还应建立起庞大的故障信息数据库，当故障发生时，通过采集故障数据并上传分析，与数据库的故障信息进行比对后，即可实现故障的快速诊断及处置指令的发出。同时加强液压支架及控制系统的日检工作及常规维护，故障及时处理，防止因维护检修不及时造成设备损坏、生产停滞、安全风险造成更大的损失，从而更好地保障支架系统可靠性，保障工作面安全生产。