液压支架电液控制系统研究

胡增强

（汾西矿业中兴煤业，山西 交城 030500）

引言

液压支架是综采工作面高效回采的重要设备之一，其主要作用是为采面提供安全作用空间[1-2]。电液控制系统是控制液压支架运行的重要组成单元，电液控制系统运行效率对液压支架有重要影响[3]。采面正常运行期间液压支架移架、姿态以及与采煤、刮板输送机配备等均受电液控制系统控制[4-5]。因此，以山西某矿5602综采工作面为背景，依据采面实际情况对采用的液压支架电液控制系统进行研究，以期为采面煤炭安全高效回采创造良好条件。

1 5602综采工作面以及液压支架概况

5602综采工作面开采的6号煤层埋深平均280m，厚度平均1.23 m，采面设计走向、倾向长度分别560 m、180 m。5602采面回采范围内地质构造简单，煤层赋存稳定，前期地质勘探探测到采面回采至150 m位置附近会揭露2条断层，落差均在0.5 m以下，对采面生产影响较小。采面共计布置116架型号为ZY3800/07/16D液压支架进行支护，具体结构见图1，液压支架技术参数见表1。

表1 液压支架技术参数

图1 液压支架结构

2 电液控制系统设计

文中所提电液控制系统集成图像传输、视频监控、音频传输以及数据高速计算等功能，同时在液压支架上安装布置高度、红外、倾角等传感器对支架姿态进行监控。

2.1 控制器调整

液压支架电液控制系统中控制器是主要的组成部件，通过采用先进的控制技术可实现液压支架运行控制与煤炭开采高效匹配。为了确保电液控制系统可适应综采工作面复杂工作环境，将影响电液控制系统运行控制的主要参数设定为可变量，根据现场情况对液压支架运行参数进行调整、修正，从而确保液压支架整体处于较好的工作状态。具体电液控制系统运行过程中可变量调整流程见图2所示。

图2 电液系统控制参数调整流程

2.2 支架支撑高度测量

由于5602综采工作面回采的6号煤层厚度平均在1.23 m，采高较小，为了确保采煤机回采过程中采煤机滚筒与液压支架顶梁间互不干扰，为此在电液控制系统中增加液压支架支撑高度测量装置。将液压支架支撑高度测量装置布置在支架顶梁上，通过支撑高度测量装置与支架控制器间相互配合可实现煤层厚度、顶梁高度以及立柱高度等参数监测，且高度测量误差控制在30 mm以内。

2.3 声光报警系统

在电液控制系统中增加布置声光报警系统用以提醒液压支架运行处于不安全状态。声光报警系统报警器布置在支架顶梁或者其他较为醒目位置，并与支架控制器相互配合工作。当液压支架处于正常工作状态时，声光报警系统指示灯颜色为绿色，当液压支架支撑高度过低、偏斜角度过大或者受力过高等情况发生时，声光报警装置会发出预警信号同时指示灯颜色由绿色变成红色。通过颜色以及声音等有效区分液压支架处于安全或者危险状态。

2.4 液压支架运行姿态测定及分析

为了实现液压支架运行姿态的实时监测，在电液控制系统中增加支架运行角度以及姿态报告系统。支架运行角度测量系统通过内置的各类传感器实现对立柱倾角、顶梁以及底座偏斜角等参数监测，并将监测数据传输给支架控制器，控制器依据反馈结果对支架运行姿态进行判定。当顶梁或者底座偏移角超过预先设定值时，控制器通过调整立柱压力或者四连杆机构来对支架工作姿态进行微调，从而确保支架始终处于较好的运行姿态。

为了便于掌握、分析支架运行姿态，在电液控制系统中增加布置运行姿态分析服务器，服务器采用CAN总线方式与支架控制器连接，并以及支架运行姿态监测数据以图表形式自动生产分析报告，从而便于作业人员直观地掌握支架运行姿态并针对性进行人工干预调整。

3 电液控制系统可靠性控制措施

受到采煤工作面空间狭小以及现场作业人员较少等因素限制，综采设备在运行过程中实际控制人员较少。煤炭回采效率与综采设备自身的可靠性以及稳定性有较大关联。为了确保液压支架运行可靠性，文中提出采取下述控制程序来实现电液控制系统平稳运行。

1）采用以太网网络以及CAN总线方式进行数据传输，当以太网传输出现故障时，可通过CAN总线方式实现传输，通过传输系统的冗余设计，提高数据传输安全性。

2）为了确保5602综采工作面平稳生产，在电液控制系统中设置优先指令程序，其中控制程序中以支架紧急闭锁指令为最优先级，次优先级为液压支架成组控制以及邻架控制，最后控制程序为支架运行远程控制。

3）综采工作面内布置有各类的机电设备，电磁干扰严重。为了实现电液控制系统以及各子系统平稳运行，电液控制系统中增加布置滤波电路，从而降低作业环境中电磁干扰影响，确保各子系统均可独立实现各自功能。

4 结论

该系统可实现液压支架自动化控制且具备的各类安全传感器可显著提升液压支架运行可靠性及安全性。在5602综采工作面现场应用后，该系统可满足综采工作面液压支架控制需要，为煤炭高效回采创造了良好条件。