SAC型液压支架电液控制系统在综放工作面的应用

昝 磊 张肖伟 刘永平

(大同煤矿集团有限责任公司马脊梁矿,山西大同 037027)

0 引言

马脊梁矿14-3#层301-2盘区8105 综放工作面煤层结构较复杂,煤层全厚6.62 m,净煤厚5.16 m,含1～5层夹矸,夹矸为0.05 m～1.45 m,平均为0.29 m。局部有2#层煤层赋存,煤厚在0.94 m～2.63 m,平均为1.95 m,3#层与上覆2#层层间距为0.40 m～1.75 m,平均为1.17 m。,倾角1°～8°/3°,属近水平煤层。煤岩类型以暗淡型为主,煤种为气煤。2018年该工作面的液压支架首次采用的是SAC型液压支架电液控制系统,电液控制提供的控制方式[1]的可调性使支架的动作更合理,适应性更强。采用电液控制系统是液压支架提高移架速度的最有效的技术途径,既是实现高产高效的基础,也是实现生产自动化的技术基础,支架电液控制系统已经成为煤矿采煤工作面生产技术水平的重要标志[2]。

1 SAC型液压支架电液控制系统概述

SAC 型液压支架电液控制系统是将电子技术、计算机控制技术和液压技术结合为一体的新技术产品。采用电液控制会加快支架的动作速度,提高自动化程度,减少员工操作劳动量,提高效率,增强安全保障功能。检测技术和计算机技术的应用提高了支架工况和控制过程的信息化程度和监视功能。电液控制取代手动液压控制将减少人工控制的随意性和不准确性,提高控制质量。

2 系统结构组成

SAC型液压支架电液控制系统的核心部件是支架人机操作界面、支架控制器、电液换向阀组、传感器和电源箱等。

系统关键部分的作用如下：

(1)人机操作界面的作用为：1按键作用(选架,发送操作命令；调用菜单)；2 起到安全保障作用(闭锁；急停；停止)；3信息显示(显示控制器状态)。

(2)支架控制器的作用为：1.接受/发送指令；2.执行程序,驱动电磁阀动作；3.数据采集,上报给信号转换器。

(3)电液换向阀组是电液控制系统的执行元件。阀组具有11个工作口,通过5个电磁先导阀(相当于5片操纵阀),完成对主阀的电液控制。主阀除通过电磁先导阀进行控制外,在电磁先导阀上还备有手动控制按钮,以方便支架在维修或电控出现异常时进行操作控制。

(4)传感器的作用为：测压(压力传感器)；测倾角(倾角传感器)；测距离(激光测距仪)；测行程(行程传感器)；发送接收功能(红外)。

(5)电源箱的作用：输入交流电,输出直流电。

(6)隔离耦合器(型号SAC-I)的作用：主要工作是为工作面铺设千兆工业以太环网网络,传输数字视频以及用作支架控制器之间耦合器(可替代原综采自动化系统中F型和B型耦合器)。

(7)监控主机的基本功能：在程序作用下,通过采集各种设备的工作状态信息,并用显示屏幕显示,通作程序软件将有用信息传输到地面计算机。

具体的SAC 型支架电液控制系统配置连接见图1,电液控制系统结构图见图2.

图1 SAC型支架电液控制系统配置连接图

一个支架连接一个红外线接受器,一般固定在支架的立柱上,应和发射器处在同一水平高度,接收器上的LED灯应该竖排。采煤机上固定红外线发射器。

图2 SAC电液控制系统结构图

3 工作原理

支架电液控制系统的核心部件是支架人机操作界面、支架控制器、电磁先导阀和主阀等。操作者在支架人机操作界面实现与系统的互交,通过支架控制器驱动电磁先导阀,由电磁先导阀实现电液信号的转换,最后由主阀控制油缸动作,从而实现支架的动作控制,支架动作过程可以通过压力、行程和角度等传感器进行监测,实现支架的闭环控制。

工作人员通过支架控制器发出指令,指令以电信号传送给电磁阀,电磁阀将电信号转换为磁信号,磁信号控制先导阀换向,先导阀换向后主阀换向,主阀换向后支架液压油缸内的上下腔液进回液发生变化,从而使油缸动作。支架控制器还采用与其相连的传感器信号,传感器接收外界环境变化产生的信号,传给电磁阀,以同样的方式控制支架工作。

该系统利用电液换向阀组替代了普通的手柄操作阀组,通过支架控制器输出操作指令,电磁驱动器将操作指令传递给电液换向阀组,随后电液换向阀组通过打开或关闭进回液口给对应千斤顶供液,完成操作指令所需的动作,其信号传递过程如图3所示。

图3 SAC型液压支架电液控制系统信号传递过

整个过程中,压力传感器、行程传感器随时监测支架前后立柱的压力以及推移千斤顶的行程,并把电信号转换成数字信号传递给支架控制器,支架控制器将数据输出到显示屏上,便于员工观察了解。支架控制器如图4所示.

图4 支架控制器

4 应用效果

SAC 型液压支架电液控制系统在8105 智能化工作面目前已经实现以下功能：

(1)单个支架动作的非自动控制

操作者在任意一个支架上操作,可以通过支架控制器界面上的专用键控制左、右分别4 个相邻支架。本架只能进行推溜和拉后溜动作,有效的提高了工作面工作人员的安全。因而一个支架的支架控制器可以控制9 个支架进行非自动控制动作,安全性与功能性强,控制范围大,便于操作支架。

(2)支架成组动作自动控制

SAC 型液压支架电液控制系统针对8105 工作面为自动降-移-升、推溜、拉后溜、伸缩护帮板和伸缩梁、升降前探梁、放顶煤、喷雾提供了成组自动控制功能。成组自动控制范围为1-10(可调),改善了操作员工的劳动条件,降低了劳动强度,有利于生产效率的提高。

(3)跟机自动化

在采集了采煤机的位置信息后,依据特定的回采工业和作业流程,对采煤机的位置或者前后距离等姿态进行设定,使之能够自动化地完成一些开采动作、自动行走、自动喷雾、自动伸缩护帮板、前探梁等功能,使生产过程更加智能化。

5 SAC型液压支架电液控制系统的不足与解决方案

(1)不足：使用过程中出现支架升立柱时间较长,在正常生产中无法保证初撑力达标。

解决方案：增加本架升前柱、升后柱快捷按键方式,点按开始,点按结束。增加时间优先和压力优先两个选项。压力优先即达到初撑力(24 MPa 以上)后不再动作。时间优先则固定升柱时间(5 分钟内可调),达到时间后立柱将不进行动作。

(2)不足：支架喷雾无法长时间开启,成组喷雾也会被“停止”按钮关闭。

解决方案：增加本架前喷雾、后喷雾快捷按键方式,点按开始,点按结束。

(3)不足：固定抬底时间(5 分钟内可调),达到时间后抬底将不进行动作。

解决方案：增加本架抬底快捷按键方式,点按开始,点按结束。

6 结束语

SAC 型液压支架电液控制系统2018 年在马脊梁矿3#层一盘区8105工作面投入使用。每班节约人力5人,提高工作效率50%,比使用原系统多收益1 000 万元。

采用SAC 型液压支架电液控制系统实现了减人增效,提高了综采工作面的生产效率。实现了邻架目视半自动化操作,条件允许下,还能实现较远距离全自动操作,保证了工作人员的人身安全。SAC 型液压支架电液控制系统操作简单,符合煤矿生产需要,有利于推广应用。