液压支架电液控制系统在薄煤开采中的应用

2020-03-07王丹

工程建设与设计 2020年2期

王丹

（冀中能源股份有限公司设备管理中心，河北邢台054000）

1 引言

据相关研究数据表明，我国的薄煤层资源较为丰富，且具有分布广，储量大的特征。其中，约20%的薄煤层深度为1.3m，约85%的矿井区含有薄煤层，国内煤矿中的薄煤层含量达到6×109t。目前，即使污染较少甚至无污染的新能源仍在不断开发，我国煤炭资源的重要性仍然占据前列。煤矿资源相对丰富的地区包括山西大同、陕西神木、河北邢台等区域，由于近年来的不断开采，使煤矿资源逐年减少，薄煤层逐渐脱颖而出。相较于中煤层和厚煤层，薄煤层不具备开采条件要求低，收益大的特征，因此，煤矿企业会优先选择中煤层与厚煤层进行开采，导致煤矿资源的消耗与开采过程具有不平衡性。一旦煤矿业开采失衡，政府部门会进行干预与宏观调控，相关政策的颁布使我国煤炭行业将工作重点逐渐转移到薄煤层与超薄煤层的开采中，该工作重点的转移有助于煤炭行业恢复平衡，使煤矿资源缺失的区域与煤矿资源开采过度的区域相互弥补，促使社会各领域合理利用煤炭资源[1]。

另外，煤炭资源的过度开采对地层表面是一种较大的伤害，容易使地表产生移位或受损。对于薄煤层，其深度较浅，表面的基础岩石比较稀疏，在煤矿开采过程中容易发生地面下陷的问题。因此，保持薄煤层高效率的开采与地面表层受损最小化是当前煤炭开采工作研究的主要内容。

2 液压支架电液控制系统简介

19世纪80年代，我国开始了对液压支架电液控制系统的研究与探索。在19世纪90年代后期，国内第一套液压支架电液控制系统在北京煤机厂研发成功，接下来的一年，正式进入了试用期阶段。试用期结束后，全国各地开始了液压支架电液控制系统的积极研发，通过十多年的时间，煤矿行业将国外先进的开采设备与探井设备引入国内，我国虽然在煤矿开采方面和国外有一定的差距，但是与前些年相比，煤矿行业的发展已经有了巨大的进步。但是，国内在开采设备零件加工方面的研发依然处于相对缓慢的阶段，在开采核心技术的探索反面与国外还存在一定的差距。

目前，国内针对液压支架电液控制系统的分类主要有3种：（1）人工临时支架法。该方法元件与胶管选取的是国内生产标准，技术上具备一定的稳定性，性价比较高。但也存在一定的缺点，如管路内容庞杂，胶管的过架较复杂，整个支架占用的面积较大，对支架的高度有一定的干扰，同时，影响人的正常通行，在实际进行操作阀的过程中较为费力。（2）液压优先导入法。该方法使用的是多芯管原理，精度较为准确，但是质量没有保障，成本较高，在后续维护的过程中存在一定的难度。（3）电液管理模式，使用电液管理方法，可以将程序控制单价化，无人操作，一键智能化在煤矿业实际应用[2]。

3 液压支架电液控制系统的原理及应用

液压支架电液控制系统是以计算机编程为基础的电子信号传送与操作，可替代传统的人工手动控制操作方法。液压支架的每个位置传感器会以信号的方式将工作场景与情况传递给控制器，控制器系统会根据不同的作业环境与标准使程序内提前编好的电液阀控制信号程序按照流程运行，以便控制工作面中的相关设备。该系统的控制是不同层次相互集合的镶入式计算机控制系统，也可称为多元化网络控制器，不同的单元与层别都有各自独特的功能与作用。层别越高，作用越大，整个系统还可以进行扩张。

支架上的每个控制单元是系统的基本单元，主要以控制器为基准，涵盖检测与执行环节。控制器内包含软件、系统与程序。控制单元的独立作用体现在人机操作界面进行命令的发送，以便对动作与具体数据进行收集。将每个控制器相互连接形成一个网络体系，通过总线手段将数据进行传送，使用计算机的优势，将不同任务进行调整，使其在网络体系中相互控制，使个体单元之间实现自动控制，紧急特殊情况下自动停止，对电路进行实时监测，发生故障时信息及时显示，可以使电液控制实际操作时更加便捷灵敏，实现自动化与多支架相互配合的密切关联网络体系[3]。

以控制器相互连接为基础，设定计算机与控制器连接可以一并对上一层级进行控制。计算机通过软件的运行将搜集到的信息与数据进行融合，并根据相关参数对支架的工作状态进行调整，主要控制器计算机对参数进行设置并且可以发出具体的命令，与此同时，可检测采煤机的具体位置，并以此为依据进行支架自动化控制，可以担任工作范围内的相关检测，具有计算机与不同级别通信接口连接的优势。液压支架电液控制系统的较高级别即为地面计算机的设立，可以将其与井下控制器通过光纤网进行通信连接，对数据进行传送以达到资料存储，支架调控的目的。

4 薄煤层开采引入液压支架电液控制系统的优势

薄煤层开采采用压夜支架电液控制系统，具有以下几方面的优势：（1）通过先进技术的引进，可以将人工操作转化为机械化控制操作，如液压支架的降落、拉架、升架等动作，同时，可以将采煤机与液压支架电液系统进行结合，加快采煤工作的效率；（2）将自动化与液压支架电液控制系统相结合，减少人工作业量，提高人工作业环境，平衡煤矿行业生产跟不上需求的现象，降低生产过程安全隐患较大的问题；（3）有效处理特殊地理位置的条件下生产工艺问题，如薄煤层作业人员在作业面难以进行有效作业的环境下，通过机械化作业即无人作业方式替代人工作业；（4）运输传递机器可以同时同步进行推进，可以确保作业面的整体性，将作业面的工作任务进行有效推进，顶板平衡与防止顶岗现象降低；（5）可以进行无人监视补压动作，同时，可以维持作业面的整体水平；（6）液压支架电液控制系统可以将人工作业的主观情绪因素排除，可以保证操作的效率与质量；（7）该系统可以发挥自己的最高水准，可以通过设定参数化调整采煤的整体效率，降低人工作业强度，对作业的安全系数提出了保障，同时，还减少了预算。