SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)在煤礦綜放開采中的應(yīng)用

袁碧波

（中煤大同能源有限責(zé)任公司塔山煤礦，山西 大同 037001）

引言

放頂煤液壓支架隨綜放開采工藝的推廣而迅速發(fā)展，綜放開采工藝中液壓支架的手動(dòng)控制系統(tǒng)操作復(fù)雜，對(duì)工作面的回采率造成一定影響[1]。根據(jù)國家安全監(jiān)督總局開展“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”科技強(qiáng)安專項(xiàng)行動(dòng)指示，液壓支架電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用必然成為提高工作面產(chǎn)量和工效的一種手段，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化控制的必要途徑[2]。SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)是對(duì)液壓支架實(shí)施多功能、高效率、自動(dòng)化控制的成套設(shè)備，它可取代手工操作實(shí)現(xiàn)液壓支架的自動(dòng)動(dòng)作，能夠有效提高液壓支架的動(dòng)作速度，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作的安全系數(shù)，對(duì)保證經(jīng)濟(jì)效益的提高及確保安全生產(chǎn)具有重要意義[3]。

1 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1.1 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)所用到的硬件設(shè)備主要有支架控制器、各種用于控制的傳感器（壓力、行程以及傾角等）、本安防爆電源箱、隔離耦合器、電液閥組（包括電磁先導(dǎo)閥和液控?fù)Q向閥）、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、監(jiān)控主機(jī)和控制電纜等。

1.2 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)主要部件的作用

1）支架控制器是實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架進(jìn)行控制的核心部件。在進(jìn)行控制時(shí)，每臺(tái)支架上都裝有一個(gè)控制器?？刂破鲀?nèi)的微控制器用于接收、處理以及執(zhí)行液壓支架的控制指令。控制器在接收到命令后，會(huì)控制驅(qū)動(dòng)器上對(duì)應(yīng)的電磁先導(dǎo)閥動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的狀態(tài)控制（升或降）等。在實(shí)際工作時(shí)，控制器有主控模式、從控模式、閉鎖模式以及空閑模式等四種模式。

2）電液閥組是單元組合結(jié)構(gòu)，其主要作用是產(chǎn)生相應(yīng)的吸力來控制液壓支架的動(dòng)作。一個(gè)電液閥組單元結(jié)構(gòu)由一個(gè)電磁先導(dǎo)閥和一個(gè)液控?fù)Q向閥組成。在運(yùn)行時(shí)，電磁先導(dǎo)閥通電產(chǎn)生吸力，推動(dòng)先導(dǎo)閥桿運(yùn)動(dòng)。

3）支架上安裝的各種傳感器負(fù)責(zé)采集液壓支架工作過程中的狀態(tài)信息，為控制液壓支架提供一定的參考。主要的傳感器有壓力傳感器、行程傳感器、紅外傳感器、距離傳感器以及傾角傳感器。

4）隔離耦合器是用來進(jìn)行不同電源之間的隔離，其主要作用是實(shí)現(xiàn)電氣隔離。在液壓支架工作時(shí)采用的是強(qiáng)電，而控制信號(hào)是弱電。利用弱電對(duì)強(qiáng)電進(jìn)行控制時(shí)，強(qiáng)電會(huì)對(duì)弱電產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。為了實(shí)現(xiàn)可靠的控制，必須采用隔離耦合器。

5）信號(hào)轉(zhuǎn)換器在控制系統(tǒng)中的具體作用主要有：實(shí)現(xiàn)各種不同的控制信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，將采集來的信號(hào)傳遞到電液控制系統(tǒng)的主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，并將反饋的信號(hào)傳遞到工作面液壓支架實(shí)現(xiàn)控制；對(duì)采煤機(jī)的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量；自動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的控制參數(shù)，在轉(zhuǎn)換后一些控制參數(shù)可以暫時(shí)存放在轉(zhuǎn)換器中，以便下一次支架控制過程使用。

6）監(jiān)控主機(jī)是實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)控制的載體，其主要功能如下：將液壓支架控制器傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并顯示在相應(yīng)的顯示屏上可供查閱和控制；監(jiān)視采煤機(jī)的運(yùn)行過程，并實(shí)現(xiàn)控制器與采煤機(jī)之間的實(shí)時(shí)通訊，實(shí)現(xiàn)液壓支架運(yùn)行的自動(dòng)控制；通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控中心主機(jī)上，方便實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程控制。

1.3 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)的主要功能

SAC型電液控制系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)工作面回采過程中液壓支架的自動(dòng)控制。支架自動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)是通過在系統(tǒng)上編寫的支架控制程序。在進(jìn)行控制時(shí)，可以通過控制臺(tái)上的操作按鈕發(fā)出液壓支架的狀態(tài)控制指令，也可以由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出采煤機(jī)控制指令。為了使控制系統(tǒng)更好地適應(yīng)煤層開采的實(shí)際情況，用戶可以根據(jù)需要設(shè)置傳感器的采集參數(shù)。

1.4 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)的工作原理

在工作面進(jìn)行采煤作業(yè)時(shí)，傳感器可實(shí)時(shí)采集采煤機(jī)的位置和行程。若采煤機(jī)的行程達(dá)到了預(yù)設(shè)值，則控制器對(duì)相應(yīng)的液壓支架發(fā)生移架指令，并自動(dòng)地降低液壓支架的支護(hù)阻力。與此同時(shí)，可以在操作系統(tǒng)的工作臺(tái)上手動(dòng)設(shè)定一些參數(shù)，從而使液壓支架處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

2 SAC型液壓支架控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 控制系統(tǒng)的操作流程

為了保證液壓支架控制的安全性，系統(tǒng)保留了一個(gè)本架推溜控制。在工作時(shí)，只需按下相應(yīng)的推溜操作快捷鍵，就可以實(shí)現(xiàn)液壓支架的推溜。除了本架推溜的功能以外，系統(tǒng)還可以采用指令來控制相鄰支架的動(dòng)作。因此，在進(jìn)行支架控制時(shí)，第一步要做的就是選擇要控制的支架，這個(gè)過程稱為“選架”。具體的操作步驟如下：

1）先用S或T鍵選架。單架非自動(dòng)控制必須首先選定支架：S鍵和T鍵分別為選擇被控架在本架左邊或右邊的對(duì)應(yīng)鍵。選擇隔架時(shí)的操作：先按下S鍵或T鍵，再按下“確認(rèn)”鍵進(jìn)入隔架選擇模式，在隔架選擇模式下按S鍵，左隔第一架被選中，按兩次數(shù)字S鍵，左隔第二架被選中，以此類推可以選擇到左/右隔第四架。在按S鍵選架過程中，每按一次T鍵被選架都會(huì)退一步。

2）發(fā)操作命令。用專用功能快捷鍵發(fā)控制命令、調(diào)出相應(yīng)的菜單項(xiàng)用K/M鍵發(fā)命令。用快捷鍵發(fā)命令的操作步驟：選擇左或者右鄰架/隔架；持續(xù)按住快捷鍵控制被選支架動(dòng)作，直到動(dòng)作完成。調(diào)出相應(yīng)的菜單項(xiàng)完成鄰架控制的步驟：先選架（鄰架或隔架）；使用菜單上下翻動(dòng)鍵選擇與動(dòng)作對(duì)應(yīng)的菜單項(xiàng)；持續(xù)按住K/M鍵，直到動(dòng)作完成。左/右鄰架自動(dòng)移架控制：先用S或T鍵選擇左/右鄰架；使用啟動(dòng)鍵開始單架自動(dòng)移架動(dòng)作。

2.2 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)菜單

應(yīng)用程序的菜單組成有：輔助動(dòng)作、整體設(shè)置、成組動(dòng)作禁止、服務(wù)、缺省參數(shù)、系統(tǒng)檢測(cè)、錯(cuò)誤信息、跟機(jī)參數(shù)、成組移架、成組推溜、成組護(hù)幫板、成組拉溜共12個(gè)菜單。

2.3 SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)的安全保護(hù)措施

1）急停按鈕：當(dāng)發(fā)現(xiàn)工作面的某個(gè)支架處于不正常動(dòng)作或動(dòng)作將產(chǎn)生危害時(shí)，應(yīng)就近在某個(gè)支架控制器按下急停按鈕，全工作面支架正在進(jìn)行的所有動(dòng)作將立即停止，并在急停解除前自動(dòng)功能被禁止。

2）停止按鈕：功能同急停按鈕，區(qū)別在于停止范圍由參數(shù)決定。

3）閉鎖按鈕：當(dāng)對(duì)工作面的某個(gè)支架進(jìn)行維修或檢修時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)本支架控制器實(shí)施閉鎖（本架硬閉鎖，左右鄰架實(shí)現(xiàn)軟閉鎖）。被閉鎖的三個(gè)支架以外的其他支架控制器不受影響，仍可正常工作。

3 應(yīng)用效果分析

1）事故率低，設(shè)備開機(jī)率高。整套系統(tǒng)故障率低，支架閥組、控制器等配件消耗少，系統(tǒng)較穩(wěn)定。設(shè)備開機(jī)率保持在90%以上，設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性進(jìn)一步提高，較傳統(tǒng)工作面比，提高5個(gè)百分點(diǎn)。

2）提高了作業(yè)安全系數(shù)，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。支架的操作都是鄰架操作、自動(dòng)操作、甚至遠(yuǎn)程操作，避免了液管斷裂傷人等事故，保證了人員的安全。支架工的操作與以往液壓手把操作支架比較，大幅度降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3）礦壓數(shù)據(jù)采集全面、及時(shí)，分析手段多，頂板管控能力強(qiáng)。用SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)自帶的礦壓分析系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的數(shù)顯在線壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)工作面支架工作阻力實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，具有更強(qiáng)大的分析能力，且具有立柱補(bǔ)壓功能，更有利于頂板管理。

4）降塵效果好。支架工不需要在本架操作支架，工作環(huán)境得到極大改善，同時(shí)本系統(tǒng)具有自動(dòng)噴霧系統(tǒng)，在移架時(shí)和放煤時(shí)自動(dòng)開啟架前噴霧，可以及時(shí)、有效降低開采作業(yè)過程中產(chǎn)生的煤塵，保障工人的身體健康。

5）提高了資源回收率。自動(dòng)化放煤較人工放煤比，更易達(dá)到多輪分層順序放煤的效果，一定程度上減少了含矸率，提高資源回收率近10個(gè)百分點(diǎn)。

4 結(jié)語

液壓支架的控制是煤礦綜采技術(shù)的核心技術(shù)之一。為了提升對(duì)液壓支架的控制能力，SAC電液控制系統(tǒng)被應(yīng)用到支架的控制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液壓支架的程序化和自動(dòng)化控制。SAC型電液控制系統(tǒng)的使用不僅提高了礦井的生產(chǎn)效率，還減少了工作面工人的數(shù)量，提高了礦井生產(chǎn)的可靠性和安全性。同時(shí)對(duì)煤礦實(shí)現(xiàn)無人化開采以及智能化開采的發(fā)展目標(biāo)具有重要意義。