SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)在煤礦工作面的應(yīng)用

劉 鵬

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司五人小組管理局， 山西 太原 030053）

引言

隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，采煤技術(shù)設(shè)備也逐漸成熟，煤礦開采過程中開始廣泛應(yīng)用液壓支架電液控制系統(tǒng)。當(dāng)前電液控制系統(tǒng)存在較多類型，回采工作面具備較高的自動化程度。但液壓支架電液控制系統(tǒng)的成本較高，還有待進(jìn)一步研究，在降低成本的基礎(chǔ)上，保證大量引進(jìn)。

1 SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)概述

1.1 SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)工作原理

SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)集成使用了多層次的嵌入式計算機(jī)控制系統(tǒng)，形成了多級的網(wǎng)絡(luò)控制單元，且每個層次與單元均具備自身獨立功能，在承擔(dān)應(yīng)有任務(wù)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮硬件與軟件的配置能力。無論在哪一級配置，液壓支架電液控制系統(tǒng)均可以投入使用，但因其功能各不相同，因此配置層次越高，功能也會越強(qiáng)大，系統(tǒng)實現(xiàn)了可擴(kuò)展式應(yīng)用。

系統(tǒng)最基本的單元為支架上的控制小系統(tǒng)，也被稱為支架控制單元，其核心為一臺支架控制器，可以自動化完成另外檢測與執(zhí)行環(huán)節(jié)，其中檢測環(huán)節(jié)針對傳感器設(shè)備，而執(zhí)行環(huán)節(jié)則由幾個電磁先導(dǎo)閥與液控主閥組成。支架控制器具備內(nèi)嵌操作系統(tǒng)、軟件以及應(yīng)用程序等，工作人員通過按鍵發(fā)出指令，數(shù)據(jù)采集支架的全部工作情況與檢測情況，保證支架控制單元功能的獨立發(fā)揮。SAC 系統(tǒng)包括通信接口、隔離耦合器、連接器等為控制器互聯(lián)配置的必備硬件，也具有控制功能與數(shù)據(jù)通信的相應(yīng)軟件[1]。

在互聯(lián)全部工作面后，工作人員在順槽巷道中設(shè)立井下主控計算機(jī)系統(tǒng)，連接工作面支架控制器單元，并行作為上一級控制器，在提高SAC 系統(tǒng)等級與層次的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展其使用功能。設(shè)置地面監(jiān)控站屬于SAC 系統(tǒng)的最高層次，其通過本安型光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)與井下主控制器實現(xiàn)互聯(lián)，傳遞數(shù)據(jù)信息，以實時觀測地面支架的工作情況，匯總存儲數(shù)據(jù)資料，保證支架控制效果。

1.2 SAC 型液壓支架電液控制系統(tǒng)特點

第一，SAC 電液控制系統(tǒng)由自動化、多功能、高效率的設(shè)備組成，操作簡單且配置靈活，適用于不同采煤工藝與地質(zhì)條件。第二，系統(tǒng)操作界面清晰，功能豐富，可以便捷操作控制器。第三，當(dāng)控制器驅(qū)動器或傳感器出現(xiàn)故障時，只會影響本架動作，不會干擾其他支架的正常運行。第四，控制器安裝了閉鎖與急停按鈕，當(dāng)按下急停時可以立即停止工作面自動動作，擴(kuò)展功能較強(qiáng)，可以靈活調(diào)整工作面架數(shù)。第五，系統(tǒng)采用非主從控制系統(tǒng)，當(dāng)主控計算機(jī)與工作面控制系統(tǒng)電纜連接出現(xiàn)故障時，可以由工作面支架控制器完成所有控制功能，不會影響工作面的控制動作。

2 SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)

液壓支架電液控制系統(tǒng)包括支架人機(jī)操作界面、支架控制器、隔離耦合器、行程傳感器、壓力傳感器、本安電源、采煤機(jī)位置監(jiān)測傳感器以及電磁先導(dǎo)閥等組成設(shè)備，系統(tǒng)組成見下頁圖1 所示。

2.2 系統(tǒng)應(yīng)用功能的實現(xiàn)

2.2.1 單動作控制支架

電液控制系統(tǒng)可以利用隔離耦合器、人機(jī)操作界面以及支架控制器等單動作控制支架，并在任意支架選定左/右鄰架為被控支架，通過操作實現(xiàn)移架、立柱降以及立柱升等動作。

2.2.2 自動移架

整個移架過程包括自動降—移—升流程，以傳感器與控制器檢測的數(shù)據(jù)參數(shù)作為依據(jù)，通過控制程度，實現(xiàn)支架的自動降—移—升動作，并保證其他動作的自動化完成，實現(xiàn)智能控制。

2.2.3 成組動作控制

圖1 SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)

SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)可以通過推溜、拉溜、自動移架以及護(hù)幫板的伸出與收回動作，實現(xiàn)自動控制。在開采工作面使用電液控制系統(tǒng)前采用手動操作模式，每個支架單獨進(jìn)行推溜動作，才可以執(zhí)行推溜動作，之后在進(jìn)行一次復(fù)位操作，增大了勞動強(qiáng)度，也耗費了時間。而應(yīng)用SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)可以進(jìn)行一次性鍵盤操作，將15～20 個支架設(shè)置至開采工作面便可以完成推溜動作，在保證刮板運輸機(jī)受力平衡的基礎(chǔ)上，提高生產(chǎn)效率，延長設(shè)備的使用壽命[2]。

2.2.4 立柱自動補(bǔ)壓

一般情況下，液壓支架電液控制系統(tǒng)會定時檢測支架立柱壓力，在支撐期間若立柱發(fā)生壓力降落問題，降低至一定高度范圍時，系統(tǒng)會自動完成升柱操作，并補(bǔ)壓至標(biāo)準(zhǔn)范圍，且可以多次執(zhí)行，在有效控制工作面頂板的基礎(chǔ)上，提升了支護(hù)質(zhì)量水平。

2.2.5 檢測采煤機(jī)位置與自動化跟機(jī)

SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)可以自動采集采煤機(jī)的具體位置，并監(jiān)測傳感器、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器以及主機(jī)的運行狀態(tài)，在結(jié)合作業(yè)規(guī)程的基礎(chǔ)上，確定采煤機(jī)的位置動作，并通過控制程序自動實現(xiàn)跟機(jī)功能。

2.2.6 顯示、存儲以及上傳信息

煤礦井下監(jiān)控主機(jī)可以集中監(jiān)測開采數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示上傳至地面系統(tǒng)，保證管理人員可以通過辦公室與控制臺了解支架電液控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，在監(jiān)測主機(jī)的基礎(chǔ)上，實時控制工作面情況。

2.2.7 調(diào)架功能

根據(jù)本煤礦開采工作面支架配置與頂板條件，為SAC 系統(tǒng)增加調(diào)架功能。本次開采工作面傾斜長度與走向長度較長，工作面存在5 條斷層，為了保證順利安全開采，應(yīng)實時調(diào)整支架運動位置。研發(fā)人員深入一線開采面進(jìn)行跟班作業(yè)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在移架不齊問題，修改電液控制系統(tǒng)，實現(xiàn)調(diào)架，簡化了操作流程。

2.2.8 軟件更新

SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)可以根據(jù)開采工作面的實際情況更新軟件系統(tǒng)，在開采工作結(jié)束后，工作人員結(jié)合現(xiàn)場使用要求，對系統(tǒng)進(jìn)行2 次程序修改，改進(jìn)成組伸縮梁控制程序，并調(diào)整軟件，保證了系統(tǒng)的實用性。

3 應(yīng)用效果

某煤礦應(yīng)用SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)后實現(xiàn)了自動化開采，為企業(yè)贏得了經(jīng)濟(jì)與社會效益。SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)利用計算機(jī)與檢測技術(shù)實現(xiàn)了對液壓支架工況的信息化監(jiān)控，保證了礦井的安全高效開采。同時，SAC 液壓支架電液控制系統(tǒng)可以成組自動化控制液壓支架，提高了運行速度，減少了操作人員的工作量，提高了生產(chǎn)效率，達(dá)到了減人增效的效果，自使用此系統(tǒng)后，減少12 名操作與維修人員，節(jié)省員工工資費用約80 萬元。另外，電液控制系統(tǒng)可以替代手動液壓控制系統(tǒng)，避免了人工操作的不確定性與隨意性，減慢了配件消耗，自系統(tǒng)投產(chǎn)至結(jié)束，在密封、立柱以及閥門等配件方面的費用節(jié)省約70 萬元。