综采工作面液压支架电液控制系统设计研究

刘鲤粽， 沈 栋， 赵建阳

（煤炭科学技术研究院有限公司， 北京 100000）

1 工作面设备概况

某矿井主采煤层为2 号煤，采煤工作面沿2 号煤层走向布置，两巷长度设计为1 733 m，倾向斜长设计为310 m。煤层可采厚度为4.5～5.9 m，平均厚度为5.31 m，煤层赋存倾角为5°～15°，平均倾角8°。两巷顺槽与车场联巷均为矩形断面，设计巷宽4.6 m，巷高3.5 m。

工作面切眼内安装八架型号为ZYG14000/29/42DA（B）型过渡架，198 架ZY17000/27.5/42D 型普通支架，选用SL500 型割煤机，单刀截割深度0.6 m，配备PF6/1142 型前溜刮板输送机，PF6/1542 型后溜刮板输送机，另外，辅助系统配备有转载机、乳化液泵、高压喷雾泵、破碎机等设备，其中切眼内的液压支架和割煤机、运输系统的输送机等设备的控制系统均为电液控制系统。

2 液压循环系统设计

2.1 供液系统选型

为更好地选择设置符合采煤工作面条件的液压供给系统，经过对比选型，选定配备双回路供液系统提供液压支撑，即在液压泵站设置连接一趟直径为DN50 的主供液管，一趟直径为DN63 的主回液管，形成闭合的循环供液回路；另外溜子机道电缆槽内进液管选用DN50，回液管为DN63；架间拉移支架用供液管进回路均选用DN50 高压胶管，且在切眼内每隔30～35 m 对两趟管子并联串液一次。两巷供给生产和喷雾用水主供水管路选用DN50 管，架间喷雾用水管用DN25 管连接。

2.2 管路标准参数确定

1）从液压泵站延伸铺设连接到工作面支架的主供液管路选型为直径DN50 的高压管路，需满足工作期间最大抗压强度达31.5 MPa；主回液管路直径选择DN63，工作抗压强度不低于9 MPa。

2）电缆槽内铺设管路及架间连接主供液管直径为DN50，抗压强度应不低于31.5 MPa，主回液管路直径选择DN63，工作抗压强度不低于9 MPa。

2.3 其他标准要求

制造液压软管时必须严格按照《液压支架用软管及软管总成检验规范》的相关要求进行生产，同时使用快速接头的方式进行组装连接[1-3]。

为了确保油路畅通，进回液压油的品质不受杂质污染，在液压泵站设置一个过滤站，通过加压反向方式实现自动冲洗。筛网过滤精度需要达到25 μm，不小于1 600 L/min 的过滤流量，同时，日常检修期间要注意加强对油质的检查，定期更换筛网和滤片，避免造成油路堵塞。

3 系统设计方案

综采工作面使用电压控制系统主要为了便于更加智能自动化地实现对液压支架的远程控制，其主要系统由智能控制系统和双线通讯系统构成。以此确保在井下复杂环境条件下能够实现通讯信号和信息传输的准确、可靠、快速、高效。具体组成结构有电磁先导阀、主机、液控换向阀、显示器、语音报警系统等安全设施。在实际操作施工中，可实现对相邻支架的动作控制、采煤机的牵引启动控制、自动推溜控制、支架前后立柱升降控制，以及架间自动喷雾控制等。

3.1 适用范围

该类型电液控制系统具有较高的普适性，对于绝大多数国产的掩护式液压支架均具有良好的控制效果，有利于推进采煤工作面实现综合机械化向智能化迈进，为实现智能化的高产高效矿井奠定理论和技术基础。

3.2 结构组成

形成电液控制系统时需要将主机安设在巷道两巷中段的中央控制处，系统服务器安置在工作面端头支架上，且相连接的临近支架均需要安装，服务器主要由控制阀组、位移和压力传感器、无线电远程遥控装置、接触式传感器、支架倾斜传感器等部件组成。为满足远距离传输造成的供电不足，加强对信号的扩增，在工作面支架上每间隔八台支架安装一个防爆馈电电源箱，在割煤机上装有红外发射接收器，便于接受红外信号，远程遥控。支架间电缆要求使用铠装电缆，以提高电缆保护强度，减少磨损故障。系统结构组成如图1 所示。

图1 系统结构组成图

3.3 特性

1）通过智能控制箱可实现对左右支架的动作控制，而显示屏也可清晰观察动作中的支架承受的压力参数值，拉移支架的行动位移量，以及故障时的故障点等实时数据，便于更好地掌控支架运行状况，及时做出调整，当出现异常动作时，激发语音报警装置，可采取手动或自动模式进行紧急制动，避免支架继续动作引发事故发生。智能控制箱如图2 所示。

图2 智能控制箱

2）为提高控制箱的安全性能，其外壳主要由不锈钢钢板制成，具有良好的密封性，可有效防水防潮、防止锈蚀。

3）巷道中部的主控装置主要通过已有设置程序实现远程监控，按照动作程序执行特定操作指令，如割煤机自动制动、支架自动拉移、无线电遥控、红外遥控等，还可改变设置好的数据参数，根据工作面实际条件变化，改变推溜移架的幅度，割煤机制动延时控制、传感器灵敏度等动作。

4）主控制箱可根据工作实际需要，采取并联方式相互连接，可单独安装在一条巷道，也可上下两巷各安设一个主控箱，当工作面断电或单一设备出现故障可能中断系统时，此种方式连接可有效确保工作面的操控系统与两巷控制器脱离后仍可独立运行，传输信号与指令，以此提高系统稳定性，和处理复杂环境下故障的可靠性。

5）在切眼内每个支架进液口侧安装过滤器，实现对经过支架乳化液的有效清洗，保证其质量和净化，有效防止杂质进入液压系统，导致管路堵塞，影响操作。过滤器装置示意图如图3 所示。

图3 过滤器装置示意图（单位：mm）

4 效果分析

通过对工作面电液控制系统的优化改造，实现了液压系统对切眼支架的智能化、自动化管理，提高了采煤效率，创造了良好的安全环境，为企业发展奠定了坚实的技术基础，具有重要的现实意义。在实践中反复论证，取得了显著效果。

1）通过红外遥测及远程控制系统，有效实现工作面的无人化操作，提高采煤系统的高度自动化，逐步减少采煤作业对人力的依赖，通过减员提效降低了职工劳动强度，降低了作业的安全风险。

2）电液控制系统的优化促进工作面工程质量管理的提升，通过系统化的编程操作，可实现支架的带压移架，减少支架损耗，延长使用寿命，同时减少人工拉架可能出现的操作不当，或架间流煤的冒顶风险，增加了安全可靠性。

3）安装各类传感器后，诸如压力传感器、位移传感器等，对支架监测参数实现了可视化，操作人员能够更加直观地观察支架初撑力情况，拉移支架的位移情况等数据，以便更好地随时做出调整，确保安全施工。