綜采液壓支架電液控制系統應用分析

劉萬倉，韋中成

（鄂爾多斯市轉龍灣煤炭有限公司，內蒙古鄂爾多斯 017010）

0 引言

在我國能源結構中，煤炭的地位舉足輕重，其對發展國內社會經濟具有關鍵作用。為了實現煤礦開采效率的提升，需要在綜采中應用液壓支架電液控制系統，從而實現煤礦開采機械自動化水平的提升，確保煤礦開采實現智能化。事實表明，作為一種有效統一監測與控制的新型液壓支架電液控制技術，它能夠很好地監測綜采工作面設備的工作狀態，從而確保煤礦開采的正常開展。

1 液壓支架電液控制系統的設計組成部分

該系統的設計重點涵蓋硬件和軟件兩個方面。

（1）設計硬件系統。電液控制系統需要應用相應的基礎設備，且結合開采煤礦工作要求對連接設備的方式予以確定。其結合CAN（Controller Area Network，控制器局域網絡）總線設計方式，根據操作采煤支架的現狀設置節點，從而互相控制節點間，依次為節點創建采煤支架分布控制系統，完善固有采煤機械設備的缺陷。將一臺子控機設置于各個采煤支架實現控制，且形成一系列的電液控制子系統，在主控機上連接全部的子控機，確保正確地連接總線以及串行通信接口。

（2）設計軟件系統。各種控制設備有不同的控制方式，為此，應各自進行設計，且結合對請求信號的甄別來識別輸入指令?？刂泼詈w動作指令、單元編組、編碼地址，在準確識別各種質量信號的基礎上有效地控制被控單元。設計軟件控制系統的工作比較復雜，重點涵蓋監控模塊、處理命令模塊、接收命令模塊、發送命令模塊等。設計為模塊化的形式，能系統地控制被控單元。液壓支架電液控制系統基本架構如圖1 所示。

圖1 液壓支架電液控制系統基本架構

2 煤礦綜采中液壓支架電液控制系統的具體應用

2.1 選用適宜的設備與工作參數值

通常情況下，各種液壓支架電液控制系統所適宜的工作場所有所不同，例如在壓力敏感性方面，井下煤礦與露天煤礦存在差別，并且在開采煤礦時，也需要科學設置設備工作參數值，從而確保提高控制效果。液壓支架有很多類別，根據煤層傾角，通常劃分為大傾角液壓支架以及一般液壓支架；根據煤層現狀，可以劃分為大采高支架、中厚煤層支架、薄煤層支架；根據采煤方式，可以劃分為一次采全高支架和放頂煤支架。此外，在持續進步的技術影響下，還存在新的超靜定液壓支架等。在開采煤礦時，如果開采煤層的方向是銳角，那么可以應用一般液壓支架，如果開采煤層的方向是鈍角，那么可以應用大傾角液壓支架。在工作參數上，因為相同礦井的實際工作狀態也存在差別，需要結合實際現狀調整參數，例如在開采薄煤層上，液壓壓力需要比開采中厚煤層的小，應結合模擬實驗和長期觀察確定實際參數值。對于煤層上部構造而言，各種構造對開采效率的影響也有所不同，如果其構造是砂石，那么在進行割煤時應調節壓力為較小水平，防止塌方現象的形成；如果頂層構造屬于石質構造，那么液壓壓力需要調整至砂石構造的至少兩倍。工作者在完全掌控采礦區域的條件下，結合模擬實驗確定適宜的參數值，且在系統的智能模塊中設置各種組合方式，并在實際應用過程中結合一系列變化加以調整。

2.2 自動化控制的應用

液壓支架電液控制系統的明顯特點在于自動化控制，在開采煤礦時，設備碰到復雜多變的狀況，憑借人工實施控制有一定的滯后性，難以精確控制調整的程度，但是在自動化控制方式下可以很好地處理上述情況。具體而言，可以應用該系統的智能模塊實現自動化控制，涵蓋行程傳感設備、壓力控制設備、傳感設備等，各設備單獨運行，并且互相保持相應的聯系性。例如在設計壓力控制時，在設備中加裝一個壓力感應器且將其連接到控制中樞。在運行過程中，基于各種運行狀況設備的壓力形成改變，如此的改變一般處在一個安全范圍之內，此范圍的極值是啟動初始值與最大壓力安全值。感應器一個周期的時間是0.2 s，實時感應壓力，如果壓力值在初始值以下或最大壓力值以上，感應器能夠向智能中樞迅速地體現這種狀態，智能中樞可以發出警報和實施調節。在進行調節之后，恢復壓力控制為正常值，從而防止毀壞受其制約的綜采設備構件。現代化工業的發展方向是自動化控制，煤礦開采中的智能化控制顯得非常關鍵，除以上分析的壓力控制之外，它還能自動化控制和處理泄漏瓦斯和頂層松動的現象，從而使煤礦開采的安全性與效率顯著提高。

2.3 監測礦壓與預警瓦斯突出的應用

（1）科學地觀測與分析礦山壓力特點（支架運行阻力、頂板壓力等），有助于開采效率和安全性的提高。而應用液壓支架電液控制系統的立柱壓力傳感器，可以取得相應的壓力信息，然后開發出頂板災害預警以及礦壓監測的功能，將支架壓力的歷史數據信息進行保存和分析，從而有效地預測與監測頂板來壓狀況，并且根據支架的姿態和當前撐力預警，改變礦壓情況下存在的支架失穩現象。

（2）預警瓦斯突出。結合電液控制系統能夠監測瓦斯濃度，從而預警瓦斯突出。具體來講，電液控制系統能夠對工作面整體的參數進行監測，結合此系統中的有關傳感器對瓦斯突出相關的指標（電磁輻射、特定頻率震動、瓦斯涌出量、煤層溫度等）進行監測，并且結合瓦斯突出預警理論以及指標改變情況，能有效預警瓦斯突出，進而避免因瓦斯突出災害形成較大的人身傷害事故和財產損失。

3 煤礦綜采中液壓支架電液控制系統的發展趨勢

（1）應用網絡技術。應用網絡技術可以有效應用所有的傳感器信息和提高各臺支架控制器的運算水平，從而提升各臺控制器的控制決策性能以及降低上位機、端頭主控制器的運行負荷，優化單一的上報數據方式，統籌工作面整體為一個有機的聯系體，進而在有限的計算水平上大大提升智能化與自動化控制能力。當前，在電液控制系統中應用網絡技術可以實現日益完善的統一控制作用，且穩定發展為全面自動化方向。

（2）應用物聯網技術。在電液控制系統中應用物聯網技術可以提高其功能，優化傳輸信息的方式，以及實現傳輸數據過程的簡化和數據采集量的豐富。并且，物聯網技術在電液控制系統中的應用，能夠更加容易地采集牽涉多變量、多設備的復雜狀態檢測的數據；結合傳感器無線傳輸信息的優勢，還能深入匯總搜集的龐大數據信息，從而實現數據處理的智能化，確保工作面設備具備協同運行的性能，進一步實現工作面生產技術的全自動化。另外，在電液控制系統中應用物聯網技術，還可以提供充足的智能化與自動化控制數據。

（3）應用大數據技術。大數據技術在電液控制系統中的應用，即結合大數據技術對液壓設備的運行情況信息進行分析，進而實現此系統中壽命管理模塊性能的提升。這就要求有效統一物聯網技術與大數據技術，即應用物聯網技術收集、檢測、傳輸裝備工作狀態的信息數據，然后結合大數據技術開展分析、處理、融合工作，從而更加有效地服務于系統中的設備。并且，在電液控制系統中應用統一網絡技術、云計算技術、物聯網技術等大數據技術，可以確保電液控制系統切實具備液壓支架全周期壽命管理以及故障預測的能力。這樣不但能提升了檢修和維護液壓設備的效率，延長設備使用年限，還能提升煤礦生產效率和質量，確保礦井工作者的人身安全。

（4）應用智能控制技術。在電液控制系統中應用智能控制技術，即結合智能控制技術優化其控制，這表現為控制過程的很多環節。其中，模糊控制能夠解決控制過程中難以建立液壓支架及其相關控制對象控制模型的問題；神經網絡能夠給控制過程中的不確定性提供比較高的容錯度，并且提高適應變化因素的性能；專家控制可以使控制精度提升，提高診斷故障的性能。總之，結合這一系列的智能控制措施，可以大大提升電液控制系統的自動追機拉架、工作面校直找平等能力，也可以在支架在各種姿態情況下依舊確保一系列動作控制的精確度，進一步提升電液控制系統的自動化水平。

4 結束語

在傳統的煤礦開采工作中，人工操作控制方式占據主導，容易受到各種自然狀況、人為因素的制約，工作效率比較低。而在煤礦綜采中應用液壓支架電液控制系統，其跟傳統的煤礦開采系統相比，具備設備控制、順槽控制、自動控制、智能控制等一系列功能，在煤礦開采資源中，廣泛使用液壓支架電液控制系統不僅可以優化煤礦生產條件，而且還能降低工人的勞動負擔，實現無人化與遠程控制操作，在確保煤礦開采質量和效率的同時，實現理想的煤礦企業效益。