SAC型液压支架电液控制系统在煤矿综放开采中的应用

袁碧波

（中煤大同能源有限责任公司塔山煤矿，山西 大同 037001）

引言

放顶煤液压支架随综放开采工艺的推广而迅速发展，综放开采工艺中液压支架的手动控制系统操作复杂，对工作面的回采率造成一定影响[1]。根据国家安全监督总局开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动指示，液压支架电液控制系统的应用必然成为提高工作面产量和工效的一种手段，同时也是实现工作面自动化控制的必要途径[2]。SAC型液压支架电液控制系统是对液压支架实施多功能、高效率、自动化控制的成套设备，它可取代手工操作实现液压支架的自动动作，能够有效提高液压支架的动作速度，减轻工人的劳动强度，提高工作的安全系数，对保证经济效益的提高及确保安全生产具有重要意义[3]。

1 SAC型液压支架电液控制系统简介

1.1 SAC型液压支架电液控制系统的硬件构成

SAC型液压支架电液控制系统所用到的硬件设备主要有支架控制器、各种用于控制的传感器（压力、行程以及倾角等）、本安防爆电源箱、隔离耦合器、电液阀组（包括电磁先导阀和液控换向阀）、信号转换器、监控主机和控制电缆等。

1.2 SAC型液压支架电液控制系统主要部件的作用

1）支架控制器是实现对液压支架进行控制的核心部件。在进行控制时，每台支架上都装有一个控制器。控制器内的微控制器用于接收、处理以及执行液压支架的控制指令。控制器在接收到命令后，会控制驱动器上对应的电磁先导阀动作，从而实现对液压支架的状态控制（升或降）等。在实际工作时，控制器有主控模式、从控模式、闭锁模式以及空闲模式等四种模式。

2）电液阀组是单元组合结构，其主要作用是产生相应的吸力来控制液压支架的动作。一个电液阀组单元结构由一个电磁先导阀和一个液控换向阀组成。在运行时，电磁先导阀通电产生吸力，推动先导阀杆运动。

3）支架上安装的各种传感器负责采集液压支架工作过程中的状态信息，为控制液压支架提供一定的参考。主要的传感器有压力传感器、行程传感器、红外传感器、距离传感器以及倾角传感器。

4）隔离耦合器是用来进行不同电源之间的隔离，其主要作用是实现电气隔离。在液压支架工作时采用的是强电，而控制信号是弱电。利用弱电对强电进行控制时，强电会对弱电产生较强的干扰。为了实现可靠的控制，必须采用隔离耦合器。

5）信号转换器在控制系统中的具体作用主要有：实现各种不同的控制信号之间的转换；实现数据交换，将采集来的信号传递到电液控制系统的主机进行数据交换，并将反馈的信号传递到工作面液压支架实现控制；对采煤机的位置进行实时测量；自动存储设备的控制参数，在转换后一些控制参数可以暂时存放在转换器中，以便下一次支架控制过程使用。

6）监控主机是实现液压支架自动控制的载体，其主要功能如下：将液压支架控制器传输来的数据进行存储，并显示在相应的显示屏上可供查阅和控制；监视采煤机的运行过程，并实现控制器与采煤机之间的实时通讯，实现液压支架运行的自动控制；通过计算机网络将采集到的数据传输到地面监控中心主机上，方便实现对液压支架的远程控制。

1.3 SAC型液压支架电液控制系统的主要功能

SAC型电液控制系统的主要功能是实现工作面回采过程中液压支架的自动控制。支架自动控制的实现是通过在系统上编写的支架控制程序。在进行控制时，可以通过控制台上的操作按钮发出液压支架的状态控制指令，也可以由系统自动发出采煤机控制指令。为了使控制系统更好地适应煤层开采的实际情况，用户可以根据需要设置传感器的采集参数。

1.4 SAC型液压支架电液控制系统的工作原理

在工作面进行采煤作业时，传感器可实时采集采煤机的位置和行程。若采煤机的行程达到了预设值，则控制器对相应的液压支架发生移架指令，并自动地降低液压支架的支护阻力。与此同时，可以在操作系统的工作台上手动设定一些参数，从而使液压支架处于稳定运行状态。

2 SAC型液压支架控制系统的现场应用

2.1 控制系统的操作流程

为了保证液压支架控制的安全性，系统保留了一个本架推溜控制。在工作时，只需按下相应的推溜操作快捷键，就可以实现液压支架的推溜。除了本架推溜的功能以外，系统还可以采用指令来控制相邻支架的动作。因此，在进行支架控制时，第一步要做的就是选择要控制的支架，这个过程称为“选架”。具体的操作步骤如下：

1）先用S或T键选架。单架非自动控制必须首先选定支架：S键和T键分别为选择被控架在本架左边或右边的对应键。选择隔架时的操作：先按下S键或T键，再按下“确认”键进入隔架选择模式，在隔架选择模式下按S键，左隔第一架被选中，按两次数字S键，左隔第二架被选中，以此类推可以选择到左/右隔第四架。在按S键选架过程中，每按一次T键被选架都会退一步。

2）发操作命令。用专用功能快捷键发控制命令、调出相应的菜单项用K/M键发命令。用快捷键发命令的操作步骤：选择左或者右邻架/隔架；持续按住快捷键控制被选支架动作，直到动作完成。调出相应的菜单项完成邻架控制的步骤：先选架（邻架或隔架）；使用菜单上下翻动键选择与动作对应的菜单项；持续按住K/M键，直到动作完成。左/右邻架自动移架控制：先用S或T键选择左/右邻架；使用启动键开始单架自动移架动作。

2.2 SAC型液压支架电液控制系统菜单

应用程序的菜单组成有：辅助动作、整体设置、成组动作禁止、服务、缺省参数、系统检测、错误信息、跟机参数、成组移架、成组推溜、成组护帮板、成组拉溜共12个菜单。

2.3 SAC型液压支架电液控制系统的安全保护措施

1）急停按钮：当发现工作面的某个支架处于不正常动作或动作将产生危害时，应就近在某个支架控制器按下急停按钮，全工作面支架正在进行的所有动作将立即停止，并在急停解除前自动功能被禁止。

2）停止按钮：功能同急停按钮，区别在于停止范围由参数决定。

3）闭锁按钮：当对工作面的某个支架进行维修或检修时，应当对本支架控制器实施闭锁（本架硬闭锁，左右邻架实现软闭锁）。被闭锁的三个支架以外的其他支架控制器不受影响，仍可正常工作。

3 应用效果分析

1）事故率低，设备开机率高。整套系统故障率低，支架阀组、控制器等配件消耗少，系统较稳定。设备开机率保持在90%以上，设备可靠性和稳定性进一步提高，较传统工作面比，提高5个百分点。

2）提高了作业安全系数，减轻了工人的劳动强度。支架的操作都是邻架操作、自动操作、甚至远程操作，避免了液管断裂伤人等事故，保证了人员的安全。支架工的操作与以往液压手把操作支架比较，大幅度降低了工人的劳动强度。

3）矿压数据采集全面、及时，分析手段多，顶板管控能力强。用SAC型液压支架电液控制系统自带的矿压分析系统取代传统的数显在线压力监测系统，对工作面支架工作阻力实时动态显示，具有更强大的分析能力，且具有立柱补压功能，更有利于顶板管理。

4）降尘效果好。支架工不需要在本架操作支架，工作环境得到极大改善，同时本系统具有自动喷雾系统，在移架时和放煤时自动开启架前喷雾，可以及时、有效降低开采作业过程中产生的煤尘，保障工人的身体健康。

5）提高了资源回收率。自动化放煤较人工放煤比，更易达到多轮分层顺序放煤的效果，一定程度上减少了含矸率，提高资源回收率近10个百分点。

4 结语

液压支架的控制是煤矿综采技术的核心技术之一。为了提升对液压支架的控制能力，SAC电液控制系统被应用到支架的控制，实现了对液压支架的程序化和自动化控制。SAC型电液控制系统的使用不仅提高了矿井的生产效率，还减少了工作面工人的数量，提高了矿井生产的可靠性和安全性。同时对煤矿实现无人化开采以及智能化开采的发展目标具有重要意义。