液壓支架跟機自動化控制系統研究

武炳楠

（西山煤電（集團）有限責任公司設備租賃分公司， 山西 太原 030053）

引言

隨著我國社會的發展，我國的能源需求也越來越大，許多煤礦的產能大幅度提高，綜采技術也全面發展，井下各類機械設備已經逐步實現了無人化、智能化和信息化。在采煤機行進過程中，液壓支架需要跟隨其前進方向進行移動，人工移架方式雖然比較靈活，但是安全性差，人工操作速度不穩定，采煤機的效率不能得到最大化發揮。液壓支架自動化跟機技術是一種基于控制技術和通信技術的自動化技術，現在國內外液壓支架生產廠家均在朝此技術方向發展，本文對液壓支架自動化跟機技術進行了研究，以期對實際工作有所指導。

1 支架自動跟機

自動化跟機技術指的是液壓支架或刮板輸送機不需要人工操作即可自動地跟隨采煤機行走，完成相應功能和動作的一種自動化控制技術。采煤機的位置信息是自動跟機技術的基礎，工作面回采工藝和采煤作業規程是自動跟機技術的指導原則。

液壓支架自動跟機技術中，不同跟機動作的技術要求不同，在移駕和收護幫板過程中，液壓支架和采煤機之間需要保持足夠的距離以確保安全，推溜的距離需要保持在采煤機后方滾筒15 m，除此安全距離以外，其他安全距離包括移架距離、收護幫板距離和伸護幫板等，上述安全距離需要根據采煤機的具體機械結構和支架中心距確定。

以連續的支架編號作為坐標標準，液壓支架自動跟機距離定義示意圖如圖1 所示。圖中采煤機中心所對應的坐標為26，以此位置作為起點，圖中移架距離為7，表示在采煤機行走過程中，與采煤機距離最近的第7 個支架可以開始進行移架動作。移架范圍為5，表示自所處移架距離的支架后方5 個支架均能夠進行移架動作。與此類似，定義伸收護幫板距離、推溜距離、推溜范圍、伸收護幫板范圍。以采煤機為界，采煤機前方的液壓支架進行收護幫板動作，采煤機后方的液壓支架進行移架、伸護幫板和推溜動作[1-2]。

圖1 液壓支架自動跟機距離定義示意圖

2 跟機速度的影響因素

液壓支架跟機的效率主要取決于跟機速度，為盡可能提高跟機速度，需要對工作面跟機狀況進行分析。

1）支架參數選擇問題。采煤機的切割控制有兩種方式，一種是采煤機司機遙控，另一種是位于順槽的監控室進行遙控，這些控制方式下的采煤機速度忽快忽慢，在采用自動跟機技術時經常不能靈活跟蹤，為了采煤機運行的安全性，技術人員在設置支架參數時會選擇保守數值，供液系統的液體不能得到高效利用，移架的速度受到峰谷時段影響，因此要想提高跟機速度，需要設置合適的支架參數。

2）采高大煤壁片幫問題。煤壁片幫是一種大采高工作面常見的現象，工作面采煤工作完成后，原本充滿煤巖的頂板巖層的壓力加在煤側壁，導致區域內壓力顯著增大，當煤層無法承受壓力時，破碎的煤壁會向采空區垮落，這種現象稱之為片幫。片幫形成的煤塊導致采煤機的移動速度減慢，跟機自動化也無法按照預定流程進行。幫護板動作可以一定程度上減小片幫問題的影響，在采煤機能夠通過的情況下，伸收幫護距離參數越小，越能夠保護煤壁，較少片幫現象發生。

3）抬底堆煤問題。抬底堆煤現象常常出現在地板軟的位置，在支架抬底過程中，軟質底板提供不了足夠的支撐效果，若抬底不徹底，在下一個移架動作中會在液壓支架和刮板輸送機中間產生煤塊或巖石。抬底堆煤現象發生后，可采取加大采煤機割底量、增大降柱行程等措施，提高自動跟機系統的效率。

3 單架跟機動作分析

在綜采工作面中，采煤機行進的方向與煤層厚度與截深一致，在固定運行時間內，采煤機行走速度越快，煤炭的產量就越高，要想提高礦井的產能，提高采煤機的行進速度是十分重要的一個環節。相較于采煤機的行進，支架的行進速度較慢，因此采煤速度受制于移架速度。如果采用人工移架，采用多人多點移架策略能夠提高移架效率，但是在自動跟機系統中，支架的移架動作的前提是獲取了確定的采煤機位置信息，也就是說移架的動作沒有人工操作的預判性，只有采煤機位置確定后才能確定支架的移動動作。

在綜采工作面移架動作中，支架的成組動作由降柱動作、移架動作和升柱動作構成，支架的成組動作很大程度上決定了自動跟機系統的效率。降柱動作的運動范圍最小，背壓對降柱動作的影響效果顯著，在降柱執行中，動作回液流量最小。移架動作的運動范圍最大，運動過程中的動作回液流量最大，因此設計中不適合在移架過程中附加其他動作，以保證單獨執行移架時的液體壓力和流量。升柱動作決定了頂板支護的支護好壞，因此也要保證具有足夠的流量和壓力值[3-4]。

4 架群跟機動作分析

將動作用液較少的動作組合起來一起運動，稱之為架群跟機動作，將各動作重疊進行的架群跟機動作能夠提高用液效率。與降移升組合動作相比，伸收護幫動作用液量相當少，而且在壓力非常小的情況下也能成功動作，所以伸護幫和收護幫單獨執行。與上述所有動作相比，推溜動作的用液量最大，考慮到支架推溜后所有支架須保持在一條直線上，因此選用多支架成組推溜進行。另外，如果兩個相鄰支架同時執行降移升動作，可能導致綜采工作面頂板遭到破壞，所以架群跟機動作中，相鄰支架分別執行降移升動作。

5 應用效果分析

1）液壓系統用液量更加穩定。綜采工作面的液壓系統的特性表現為高流量和高壓力，因此其檢測技術存在一定難度，現在市場上還未見成熟的流量傳感器產品能夠反映支架動作用液情況。由于各種支架動作對液體用量需求不同，在一個穩定的液壓供液系統中，液體的壓力可以一定程度上反應供液量的連續性。通過單機跟機動作和架群跟機動作分析，采用液壓支架自動化控制系統后，供液系統壓力更加平穩。

2）抬底堆煤現象減少。為了改善抬底堆煤現象，液壓支架自動化控制系統的隔架動作代替兩架同時進行動作，兩個相鄰支架不會同時抬底，抬底效果一定程度上提高了，只有在底板較軟的區域偶然發生。

3）片幫現象得到改善。液壓支架跟自動化控制系統考慮了護幫板動作優化，動作進行中的護幫板能夠一定程度上保護支架側面，片幫的影響顯著降低[5-8]。

6 結語

影響液壓支架自動化跟機系統效率的影響因素有支架參數設置、煤壁片幫現象和抬底堆煤現象，本文分析了這些現象并對單架跟機動作和架群跟機動作進行了優化，與人工進行液壓支架跟機操作相比，用液量穩定性、抬底堆煤現象和片幫現象得到改善，液壓支架自動化跟機控制系統減少了井下工作人員，提高了綜采工作面的效率和安全性。