液壓支架SAC 型電液控制系統在挖金灣礦的應用

韓志鑫

（晉能控股集團挖金灣煤業公司， 山西 大同 037003）

引言

液壓支架是煤礦開采“三機”之一，與采煤機、刮板輸送機并稱為煤礦“三機”，目前煤礦開采使用的液壓支架普遍采用電液控制系統。電液控制液壓支架能夠實現遠程操作、自動控制，有利于降低液壓支架安裝工作難度，提高支護效率，并且自動化控制系統實現對頂板的科學支護，改善支護效果。挖金灣煤礦采用SAC 型電液控制系統，在技術應用和常見故障分析方面積累了大量的經驗。

1 工作面應用概況

挖金灣煤山4 號一盤區8102 工作面為兩巷布置的U 型工作面，工作面走向長1 464.8 m，可采走向長度1 424.8 m，傾向長度230.2 m，煤層厚度為2.90～4.05 m，傾角 2°，平均 3.47 m，采高見頂見底開采，容重1.4 t/m3，穩定程度為較穩定。本工作面選用單一傾向長壁后退式大采高綜合機械化開采的采煤方法，本工作面采用ZY12000/24/48D 型掩護試液壓支架 126 架，ZYG12000/24/48D 型過渡支架 2 架（頭 1 架尾 1 架），ZYT12000/24/48D 中置式端頭支架 7 架（頭4 架尾3 架）支護頂板，采用 SAC 型電液控制系統對液壓支架進行控制[1-2]。

2 SAC 型電液控制系統簡介

電液控制系統包含電控和液壓兩部分。液壓部分就是液壓支架的液壓回路中的新型電液閥組。原來的手動操縱閥被電液閥組中大流量主控換向閥取代，主控閥為液動閥，由電液閥組內集成的小流量電磁先導閥驅動控制。系統的最基本的單元是每一支架上的控制單元，它以一臺支架控制器為核心，配以人機交互界面，還包含了作為自動控制裝置必備的檢測環節（傳感器）和執行環節（電液閥組）。在全工作面液壓支架控制器互聯的基礎上，在順槽巷道中設立井下主控計算機，并與工作面支架控制器網絡聯接，經由信號轉換器使其動作。

3 SAC 型電液控系統組成

SAC 型電液控系統配置及構成的有關要點歸納如下：

1)支架控制器和所連接的人機操作界面、傳感器及電液閥組等為每支架一套。傳感器包括壓力傳感器（測支柱下腔或其它液壓缸內的液壓力），行程傳感器（測推移或其它千斤頂活塞桿的行程），檢測采煤機運行位置的裝置，根據需要還可配備其他傳感器。電液閥組為單元組合型式，同一個單元的兩個主控閥一般分別用來控制同一液壓缸的伸和縮。

2)工作面的支架控制器等所有裝置部件需要專用電源裝置（電源箱）供電。分組的標志是每（同一電源）組兩端都有一個隔離耦合器，它隔斷了組與組間的電氣連接而又通過光電耦合器溝通數據信號。

3.1 電液換向閥

圖1 電液換向閥功能分布

電液換向閥組作為電液控制系統的最為關鍵的組件，電液換向閥有主、副兩個，主電液換向閥18 個功能，副電液換向閥6 個功能，其功能分布如圖1 所示。電液換向閥包括閥體、電磁先導閥、電磁先導閥護罩、先導閥過濾器、單向閥、DN20 大閥芯、DN10小閥芯。其中先導閥過濾器主要作用是針對通過各立柱、千斤的乳化液提前進行過濾，電磁先導閥通過控制回液流向實現對液壓系統的有效控制。

3.2 人機轉換控制界面

1）支架控制器界面：包括顯示器、按鍵區、信號燈、閉鎖、急停按鈕，如圖2 所示。顯示器主頁顯示內容包括架號、支架狀態、前柱壓力、推移行程、后柱壓力、護幫板壓力、煤機位置、煤機運行方向；閉鎖、急停按鍵均是按下實現閉鎖或急停，松開則取消閉鎖或急停。

圖2 支架控制器操作界面

2）信號轉換器人機界：界面組成與控制器相似，包括顯示器、按鍵區、信號燈、閉鎖、急停按鈕，作用是實現工作面信號數據的轉換[3-4]。

3.3 其他組件

1）雙路電源箱：采用隔爆兼本質安全型，作為控制器提供電源，輸入電壓127 V，輸出電壓12 V。

2）隔離耦合器：型號SAC-I 型，作用是隔離電氣連接，耦合數據通信。通過鋪設以太環網網絡傳輸數據，作用于支架控制器。

3）紅外接收器及無線接收器：發送接收功能，紅外接收器應和發射器處在同一水平高度，均通過U型卡固定在支架圓架中。

4）壓力傳感器：把連續變化的壓力信號轉換成電信號，為升降柱過程控制提供依據，測量范圍0～60 MPa，輸出電壓 0.78～4.94 V；置于前立柱、后立柱、護幫板、尾梁；須插入測壓孔中，實時檢測立柱下腔內的液壓力。

5）接近開關傳感器：安裝在支架前梁上，用于判斷伸縮梁、護幫板是否到位。

4 SAC 型電液控系統操作步驟

4.1 本架操作

支架控制器操作界面如圖2 所示（下同），本架只能進行“推溜”或“拉后溜”動作，按下“G”鍵開始“推溜”動作，再按停止；按下“H”鍵開始“拉后溜”動作，再按停止。

4.2 鄰架/隔架操作

1）支架選定：鄰架操作時，面對控制器，根據鄰架實際位置按下“S/T”鍵選擇相對應支架；隔架操作時，重復上述鄰架選架動作后，按下“Q”鍵確認選擇的方向，再次按下“S/T”選擇欲控制的支架控制器（最多可間隔4 架控制）。

2）選擇動作內容：支架選定后，按下相應快捷鍵執行動作，松開停止。（若要執行除快捷鍵外的動作，則需按下“P/N”鍵，進行輔助動作菜單，但進入選擇所用界面后，按下“U/O”鍵選擇要執行的功能，并使用“K/M”執行動作）

4.3 成組操作

1）支架選定：面對控制器，根據鄰架實際位置按下支架控制器的“L/R”鍵，選定支架。

2）選定漸進順序：支架選定后，按下“S/T”鍵，選定支架動作漸進順序（例如當前位于5#支架操作1#-4#成組動作，漸進順序為：“T”4→1 依次動作，“S”1→4 依次動作）。

3）選擇成組動作內容：漸進順序選擇完畢后，按下相應動作快捷鍵，并點擊啟動鍵，被選中支架響起“蜂鳴聲”預警（“蜂鳴聲”會伴隨整個動作過程），執行對應動作。

4.4 閉鎖/急停操作

黑色按鍵為閉鎖鍵，按下后，本架顯示本架閉鎖，左右鄰架顯示軟件閉鎖，不執行任何形式的電控指令，但其余支架不受影響；灰色按鍵為急停鍵，按下后，工作面其余架顯示支架急停，工作面所有的自動功能動作都停止[5-7]。

5 SAC 電液控系統常見故障及閉鎖注意事項

5.1 常見故障分析

5.1.1 支架控制器操作界面顯示“###”故障

原因：控制器關于此項監測功能未打開；控制器接口壞導致信號傳輸故障。

處理方法：檢查監測功能是否處于開啟狀態；更換控制器接口。

5.1.2 支架控制器操作界面顯示“vvv”故障

原因：連接線故障；傳感器未安裝。

處理方法：檢查傳感器線路；檢查傳感器的安裝狀態。

5.1.3 支架控制器操作界面顯示“***”故障

原因：傳感器損壞。

處理方法：更換傳感器進行測試。

5.1.4 支架控制器操作界面顯示“信息錯誤標號16#架總線故障”

原因：標號16 號架總線信息傳遞故障。網絡變換器連接問題；控制器CAN 信息傳輸通訊問題。

處理方法：檢查變換器連接狀態；查找問題原件并進行更換，可采取用備用件逐一排除的方式。

5.1.5 支架控制器操作界面顯示“標號16#架左鄰架故障”

原因：與左鄰架通訊傳輸故障。鄰架連接器、控制器右鄰架口、左鄰架控制器左鄰架口問題；控制器CAN 通訊不暢。

處理方法：檢查各個連接器、連接口狀態；替代品逐一排除，并進行更換。

5.2 閉鎖注意事項

工作面設備發生故障，往往需要再在工作面內進行作業維修，作業時間長、空間狹小，并在支架動作危險區域之內，危險性較大，需要對SAC 電液控系統采取穩妥可靠度閉鎖措施，以保障維修工作的安全。采取閉鎖保護措施主要包括以下情況：在支架動作危險區域范圍內長時間維修工作，須閉鎖維修的支架；刮板輸送機故障時，須閉鎖本架以及上下相鄰支架；采煤機故障時，對采煤機全長范圍內的所有支架；清理刮板輸送機端頭浮煤時，應對清理范圍內的SAC 電液控系統進行閉鎖；工作面后部運輸機或支架后部進行維護維修時，應閉鎖工作區域內全部支架。

6 應用效果

液壓支架SAC 型電液控制系統在挖金灣礦8102 工作面應用以來，效果顯著，主要體現在以下幾個方面：

1）支護數據可視化壓力傳感器、接近開關傳感器等一系列傳感器的應用，使得支架承受壓力、支架位置與采煤機前后距離等相關信息數據清晰可查，保障了液壓支架初始額定初撐力，有利于改善支護效果。

2）操作水平自動化SAC 型液壓支架電液控制系統針對挖金灣礦8102 工作面的作業工序，收回護幫板→降前探梁→收回前伸梁→降主頂梁→調整側護板→升抬底千斤頂（高度根據實際選擇）→移支架→收抬底千斤頂→升主頂梁→升前探梁→伸前伸梁→打開護幫板→推開側推千斤頂形成了一套自動控制功能，顯著提高移架速率，實現移架工作智能化作業。

3）生產作業安全化SAC 型電液控制系統采用了自動化技術，操作人員可以實現遠程遙控操作，能夠實現帶壓操作移架工序，減少移架事故發生，保障了作業人員的安全。

7 結語

液壓支架SAC 型電液控制系統在挖金灣應用以來，智能化作業優勢明顯體現，每班節省3～4 人，移架效率明顯提高，據統計移架速率提高50%～60%，經濟效益顯著。并且該技術實現了本質安全化生產，液壓支架的支護效果明顯改善，保證了安全生產，社會效益顯著。