综放工作面液压支架升级改造实践

王瑞鹏，张 取，张 龙

(陕西陕煤彬长矿业有限公司生产服务中心，陕西 咸阳 713602)

0 引言

在全国大力推进采煤智能化工作面建设的大背景下，彬长矿业公司在综放工作面陆续进行智能化改造升级的同时，结合各矿井下环境复杂、灾害繁多的实际条件，有针对性的对智能化工作面设备升级改造进行系统性研究。目前，山东、山西、内蒙古等省份越来越多的煤矿已陆续建成智能化工作面并投入使用，其中液压支架电液控技术、智能化采煤机、变频驱动技术、煤流监测、远程控制等技术已较为成熟[1-4]，并且各家科研院所、科技公司在大力研究和开发机器人巡检、透明工作面建设、快速掘进装备等新技术和新产品，少人、无人将是智能化工作面的发展趋势[5-8]。彬长矿区地质条件复杂，灾害繁多，还需要结合彬长矿区多元灾害环境，通过综放设备智能化升级改造技术应用研究，以实现矿井灾害的有效监控和智慧化生产信息系统的有机融合，形成多元灾害环境智能化综放工作面建设、运行、维护的企业技术标准和规范。

1 工程背景

在2020年以前，彬长矿业公司各矿井采用综采放顶煤采煤工艺，生产设备技术标准均为2010—2013年的标准，采煤机、液压支架、刮板机不具备智能化控制能力，设备的驱动系统效率低、联接方式复杂、故障率高等问题制约着生产效率的提高[9-13]。自2020年起，彬长矿业公司积极引进先进智能化控制技术，电液控液压支架、智能化采煤机和刮板机、高压泵站等各类先进智能化技术在综采工作面设备上得到应用。为了降低吨煤成本，减少新设备采购，彬长矿业公司依托其生产服务中心的技术和装备优势，采取“维修+改造”的设备升级模式，陆续对下属5对矿井的综放工作面进行智能化升级改造。

针对大佛寺煤矿40111工作面和文家坡煤矿4105工作面的综放设备智能化升级改造进行对比研究，揭示综放工作面液压支架升级改造不同的技术方案对生产过程的影响，分析不同配置的传感器和不同流量的液压阀在液压支架改造后的使用情况，及其与采煤机、刮板机联动配合的运行机制，揭示综放工作面液压支架智能化改造升级不同的技术方案对生产过程的影响，以提高综放工作面的综合生产效率，保证矿井安全生产。

2 液压支架升级改造技术方案

大佛寺煤矿40111工作面和文家坡煤矿4105工作面的综放设备均在彬长矿业公司生产服务中心以“维修+改造”的升级模式进行了设备升级改造，2套设备型号、配置均相同，除液压支架外，其余设备整体改造技术方案是一致的，以下主要对液压支架技术改造进行研究、对比。

2.1 大佛寺煤矿40111工作面改造方案

2.1.1 基本参数

大佛寺煤矿40111工作面液压支架型号为ZF13000/21/40，为四柱双伸缩放顶煤液压支架。原厂配置手动400L/200L换向阀和流量为900L的反冲洗过滤器，推移行程为960 mm。

2.1.2 改造方案

主换向阀更换为电液控换向阀，功能数为18+6，并配套SAC型电液控制系统，能够完成支架要求电控的各种动作。过滤器更换为流量1 000 L的自动反冲洗过滤器，流量比原过滤器增加100 L，并具有自动定时反向冲洗功能。推移千斤埋设行程传感器，实现支架推移位置监测。护帮增设压力传感器和接近开关，实现电控移架、护帮工况监测。尾梁和底座增设倾角传感器，顶梁增设测高传感器，实现支架姿态监测。立柱增设压力传感器和红外线接收器，以实现支架压力和位置监测。支架原液压系统中的辅阀规格不变。

2.2 文家坡煤矿4105工作面改造方案

文家坡煤矿4105工作面液压支架与上述大佛寺煤矿液压支架型号、配置一致。主换向阀更换为电液控换向阀，功能数为16+6，并配套SAC型电液控制系统，能够完成支架要求电控的各种动作。过滤器更换为流量1 600 L的自动反冲洗过滤器，流量比原过滤器增加700 L，并具有自动定时反向冲洗功能。推移千斤埋设行程传感器，实现支架推移位置监测。立柱增设压力传感器和红外线接收器，以实现支架压力和位置监测。支架液压系统中的各类辅阀全部换新，流量增大一个等级。

3 改造方案对比

3.1 技术方法的区别

对比大佛寺煤矿与文家坡煤矿2套设备的改造技术方法，液压支架的改造方案差异较大，见表1。2套液压支架改造技术方案主要区别在于阀的流量和姿态监控的传感器配置不同。文家坡煤矿的支架阀流量普遍增大，大佛寺煤矿的支架辅阀使用原厂配置型号的阀；大佛寺煤矿的支架上除推移行程、立柱压力监测外，还有支架整体姿态的传感器监测，包括支架高度、尾梁倾角、底座倾角和护帮板收回状态等，而文家坡煤矿的支架只有推移行程、立柱压力监测等基础的传感器监测。

表1 2套设备技术方法对比

3.2 实际使用情况

在设备入井使用3个月后，分别入井对2套设备进行实地调研，分析不同的技术改造方案对设备实际使用的影响。

3.2.1 2个工作面设备共性

2套设备的顺槽监控中心，都可对设备进行(采煤机、液压支架、泵站控制、运输机、转载机、破碎机)“一键”启停控制和远程干预操控，同时具有设备故障诊断报警、设备工况监测、工作面视频系统等。工作面生产以采煤机记忆截割为主，采煤机具有位置定位、姿态定位、远程控制、数据上传、自动截割等功能。液压支架与采煤机配合，可实现成组程序自动控制，包括成组自动移架、成组自动推溜、成组自动伸收护帮、成组自动喷雾等。

3.2.2 2个工作面设备区别

大佛寺煤矿40111工作面液压支架监测数据齐全，在顺槽监控中心可对液压支架的高度、尾梁和底座的角度等动作姿态进行实时监测，并有立柱和护帮千斤顶的实时压力数据，护帮板上的接近开关可为采煤机提供护帮板是否收回的状态信号，以避免采煤机与护帮板发生碰撞，设备的安全运行得到有效保障。文家坡煤矿4105工作面缺少以上监测数据。

相比于大佛寺煤矿40111工作面，文家坡煤矿4105工作面液压支架采用了大流量辅阀，各类立柱千斤的控制锁流量均普遍增大，液压支架在跟机移架时动作快，成组动作最大可实现5台支架同时动作，有效提高了工作面生产效率，且安全阀泄压速度快，可有效保障支架结构件不受损坏。

3.3 综合分析

2套工作面设备的改造方案不同带来了不同的使用效果，主要区别在以下2方面。一方面，支架各类传感器配置不同，导致支架在使用过程中的各项监测数据区别较大，传感器配置齐全的可有效监测到支架的姿态、护帮板动作状态，可及时有效掌握设备运行状况。另一方面，辅阀的流量不同影响到支架动作速度，智能化工作面要求液压支架实现成组移架、降架等动作，以达到一定的跟机率，保证工作面高效生产。2套液压支架均为原厂手动控制改造为电液控制，原厂的各类阀的流量按手动控制设计，难以满足电液控液压支架的需求。

4 结语

大佛寺煤矿40111工作面和文家坡煤矿4105工作面是彬长公司最先进行的工作面改造，针对2个工作面在实际使用中的智能化设备升级改造情况进行了分析，得出液压支架电液控改造的技术标准框架，即液压支架配合采煤机达到高效、安全的生产目标，除常规的推移行程监测、红外线定位、压力监控和支架程序化自动控制外，还要增加测高、倾角、护帮收回等姿态监测，以全面掌握支架的工况。另外，建议更换为大流量辅阀，以提高支架跟机移架速度，提高生产效率。在矿井智能化工作面改造过程中，对不同矿井灾害环境的特点，有针对性地将激光熔覆、缸筒内壁熔铜等防腐技术不断应用，并积极探索工作面惯导调偏、智能开采透明地质信息保障系统、架后煤矸识别等新技术的应用方式，有助于不断提高煤矿综采工作面的生产效率，实现以智能化建设赋能助推企业高质量发展。