液压支架自适应跟机调控

2022-07-07田雅文

机械管理开发 2022年5期

田雅文

（晋能控股煤业集团技师学院，山西大同 037003）

引言

液压支架是一种集机、电、液于一体的井下支护设备，主要用于综采面支护，确保综采作业安全。在综采作业时液压支架沿巷道分布在综采面上，需要根据采煤机综采作业的进行不断调整支架的支护状态和位置，传统的控制方案是依靠专门的作业人员进行调整，效率低、可靠性差，经常出现调整不及时导致的采煤机片帮、支架二级护帮板插入煤壁等异常，严重影响了煤矿井下综采作业效率和安全性。目前部分煤矿已经开始采用液压支架和采煤机联动控制系统，通过自动判断采煤机和液压支架的相对位置，来对支架的支护状态进行调整。但由于控制逻辑复杂，导致控制效率低、精确性差。因此，本文提出了一种新的液压支架自适应跟机调控系统并展开分析。

1 自适应跟机调控需求

液压支架的自适应跟机调控需求应以满足对液压支架和采煤机相对位置状态的精确判断、对液压支架的支护状态进行跟机自动调整为目标，由于在调控过程中涉及的流程多，因此具体的调控需求主要包括以下几个方面[1]：

1）安全作业需求。系统需包含人员定位探测系统，能够实现对接近人员的定位，当出现在危险区域内时，系统对附近的液压支架状态进行锁定，避免自动调整时的伤人事故。

2）姿态监测需求。系统需要能够对各个液压支架的支护状态进行精确判断，满足监测准确性的需求。

3）防片帮及压力监测需求。系统需要能够对支架的护帮板的打开情况进行监测，避免出现片帮现象，当护帮板打开状态异常时需要及时报警。为了避免在连续矿压波动系支架出现损坏，需要对支架的支护压力进行监测，当压力超标时需要自动进行释压，确保支护安全。

4）远程监控需求。系统需要具有远程监测能力，满足在地面对各支架运行情况进行实时监测，能够实时将故障信息显示在监控中心。

2 自适应控制逻辑

针对液压支架控制系统在工作过程中所存在的移架时间、范围配合一致性差，不仅支架的移架时间长而且极易导致二级护帮板在调整过程中插入煤层出现卡死情况。本文对液压支架的自适应控制流程进行了优化，对液压支架调整过程中的移架起始时间、移架过程中暂停移架的范围、移架停止的时间、移架完成、抬架调整时间等进行优化。将原有的先移架到位再抬底的串联工作流程改变为在移架过程中同步开始调整的并联工作流程，有效缩短液压支架的优化调整时间。在整个调整过程中为了确保自动调整的稳定性，需要暂停2～3 次，使支架稳定后再进一步的调整[2]。

在调整的过程中各个液压支架能够根据实际情况进行单独的“降架+抬底”，通过多次调整和循环保证了液压支架组合采煤机之间相对位置的准确性和配合效率，使液压支架随机的距离由最初的距离采煤机8 个支架变成了和采煤机完全对齐，避免在调整过程中出现支护空隙，造成安全事故，各液压支架跟机过程中的动作流程如下页图1 所示。

图1 液压支架跟机流程示意图

为了确保液压支架在跟机过程中的支架自适应调节的稳定性，在液压支架上设置传感器设备对各支架的运行情况进行调整，为了避免液压支架工作时一级护帮二级护帮板运行故障，降低支架运行时的能量消耗，提出了差动调整的方案[3]。利用护帮板在收放过程中产生的液压联动特性，在控制一级护帮板伸出时，能够使二级护帮板处于一种差动状态，自动适应当前煤壁的形态。一级护帮板完成伸出后再对二级护帮板进行加压，完成支护，该方案能够减少护帮板收放过程中的油液的流动，即避免了同时加压支护时二级护帮板极易插入煤壁的难题，又解决了顺序动作时支护时间长的难题。液压支架工作过程中的自适应移架控制流程如图2 所示[4]。

图2 液压支架自适应移架控制流程示意图

3 工作管理优化及应用效果分析

以ZY10800 型液压支架为研究对象，对其控制系统进行改造，通过PM31 型自动监控系统对采煤机、液压支架运行过程中支架的运行状态进行实时监控。在运行过程中液压支架能够精确确定相对采煤机的位置，然后根据预设的控制逻辑进行移架和推溜、收放护帮板作业。液压支架的跟机移动距离由最初的在采煤机身后8 个液压支架的位置提高到了和采煤机工作位置齐平，液压支架护帮板收放作业的位置提高到了液压支架身后2 个支架的位置，显著提升了液压支架的支护严密性。

通过远程控制系统，能够实现对各液压支护状态的远程调控，优化后支架的平均调整时间比优化前降低了26.9%，在运行监测的3 个月内未出现护帮板插入煤壁等异常，调节异常率下降了86.1%，显著提升了液压支架和采煤机运行控制的一致性。液压支架、采煤机协同运行监控如图3 所示。