SAC型液壓支架電液控制系統在煤礦綜放開采中的應用

袁碧波

（中煤大同能源有限責任公司塔山煤礦，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展，綜放開采工藝中液壓支架的手動控制系統操作復雜，對工作面的回采率造成一定影響[1]。根據國家安全監督總局開展“機械化換人、自動化減人”科技強安專項行動指示，液壓支架電液控制系統的應用必然成為提高工作面產量和工效的一種手段，同時也是實現工作面自動化控制的必要途徑[2]。SAC型液壓支架電液控制系統是對液壓支架實施多功能、高效率、自動化控制的成套設備，它可取代手工操作實現液壓支架的自動動作，能夠有效提高液壓支架的動作速度，減輕工人的勞動強度，提高工作的安全系數，對保證經濟效益的提高及確保安全生產具有重要意義[3]。

1 SAC型液壓支架電液控制系統簡介

1.1 SAC型液壓支架電液控制系統的硬件構成

SAC型液壓支架電液控制系統所用到的硬件設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（包括電磁先導閥和液控換向閥）、信號轉換器、監控主機和控制電纜等。

1.2 SAC型液壓支架電液控制系統主要部件的作用

1）支架控制器是實現對液壓支架進行控制的核心部件。在進行控制時，每臺支架上都裝有一個控制器。控制器內的微控制器用于接收、處理以及執行液壓支架的控制指令。控制器在接收到命令后，會控制驅動器上對應的電磁先導閥動作，從而實現對液壓支架的狀態控制（升或降）等。在實際工作時，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構，其主要作用是產生相應的吸力來控制液壓支架的動作。一個電液閥組單元結構由一個電磁先導閥和一個液控換向閥組成。在運行時，電磁先導閥通電產生吸力，推動先導閥桿運動。

3）支架上安裝的各種傳感器負責采集液壓支架工作過程中的狀態信息，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行不同電源之間的隔離，其主要作用是實現電氣隔離。在液壓支架工作時采用的是強電，而控制信號是弱電。利用弱電對強電進行控制時，強電會對弱電產生較強的干擾。為了實現可靠的控制，必須采用隔離耦合器。

5）信號轉換器在控制系統中的具體作用主要有：實現各種不同的控制信號之間的轉換；實現數據交換，將采集來的信號傳遞到電液控制系統的主機進行數據交換，并將反饋的信號傳遞到工作面液壓支架實現控制；對采煤機的位置進行實時測量；自動存儲設備的控制參數，在轉換后一些控制參數可以暫時存放在轉換器中，以便下一次支架控制過程使用。

6）監控主機是實現液壓支架自動控制的載體，其主要功能如下：將液壓支架控制器傳輸來的數據進行存儲，并顯示在相應的顯示屏上可供查閱和控制；監視采煤機的運行過程，并實現控制器與采煤機之間的實時通訊，實現液壓支架運行的自動控制；通過計算機網絡將采集到的數據傳輸到地面監控中心主機上，方便實現對液壓支架的遠程控制。

1.3 SAC型液壓支架電液控制系統的主要功能

SAC型電液控制系統的主要功能是實現工作面回采過程中液壓支架的自動控制。支架自動控制的實現是通過在系統上編寫的支架控制程序。在進行控制時，可以通過控制臺上的操作按鈕發出液壓支架的狀態控制指令，也可以由系統自動發出采煤機控制指令。為了使控制系統更好地適應煤層開采的實際情況，用戶可以根據需要設置傳感器的采集參數。

1.4 SAC型液壓支架電液控制系統的工作原理

在工作面進行采煤作業時，傳感器可實時采集采煤機的位置和行程。若采煤機的行程達到了預設值，則控制器對相應的液壓支架發生移架指令，并自動地降低液壓支架的支護阻力。與此同時，可以在操作系統的工作臺上手動設定一些參數，從而使液壓支架處于穩定運行狀態。

2 SAC型液壓支架控制系統的現場應用

2.1 控制系統的操作流程

為了保證液壓支架控制的安全性，系統保留了一個本架推溜控制。在工作時，只需按下相應的推溜操作快捷鍵，就可以實現液壓支架的推溜。除了本架推溜的功能以外，系統還可以采用指令來控制相鄰支架的動作。因此，在進行支架控制時，第一步要做的就是選擇要控制的支架，這個過程稱為“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應鍵。選擇隔架時的操作：先按下S鍵或T鍵，再按下“確認”鍵進入隔架選擇模式，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鍵被選架都會退一步。

2）發操作命令。用專用功能快捷鍵發控制命令、調出相應的菜單項用K/M鍵發命令。用快捷鍵發命令的操作步驟：選擇左或者右鄰架/隔架；持續按住快捷鍵控制被選支架動作，直到動作完成。調出相應的菜單項完成鄰架控制的步驟：先選架（鄰架或隔架）；使用菜單上下翻動鍵選擇與動作對應的菜單項；持續按住K/M鍵，直到動作完成。左/右鄰架自動移架控制：先用S或T鍵選擇左/右鄰架；使用啟動鍵開始單架自動移架動作。

2.2 SAC型液壓支架電液控制系統菜單

應用程序的菜單組成有：輔助動作、整體設置、成組動作禁止、服務、缺省參數、系統檢測、錯誤信息、跟機參數、成組移架、成組推溜、成組護幫板、成組拉溜共12個菜單。

2.3 SAC型液壓支架電液控制系統的安全保護措施

1）急停按鈕：當發現工作面的某個支架處于不正常動作或動作將產生危害時，應就近在某個支架控制器按下急停按鈕，全工作面支架正在進行的所有動作將立即停止，并在急停解除前自動功能被禁止。

2）停止按鈕：功能同急停按鈕，區別在于停止范圍由參數決定。

3）閉鎖按鈕：當對工作面的某個支架進行維修或檢修時，應當對本支架控制器實施閉鎖（本架硬閉鎖，左右鄰架實現軟閉鎖）。被閉鎖的三個支架以外的其他支架控制器不受影響，仍可正常工作。

3 應用效果分析

1）事故率低，設備開機率高。整套系統故障率低，支架閥組、控制器等配件消耗少，系統較穩定。設備開機率保持在90%以上，設備可靠性和穩定性進一步提高，較傳統工作面比，提高5個百分點。

2）提高了作業安全系數，減輕了工人的勞動強度。支架的操作都是鄰架操作、自動操作、甚至遠程操作，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強度。

3）礦壓數據采集全面、及時，分析手段多，頂板管控能力強。用SAC型液壓支架電液控制系統自帶的礦壓分析系統取代傳統的數顯在線壓力監測系統，對工作面支架工作阻力實時動態顯示，具有更強大的分析能力，且具有立柱補壓功能，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，工作環境得到極大改善，同時本系統具有自動噴霧系統，在移架時和放煤時自動開啟架前噴霧，可以及時、有效降低開采作業過程中產生的煤塵，保障工人的身體健康。

5）提高了資源回收率。自動化放煤較人工放煤比，更易達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個百分點。

4 結語

液壓支架的控制是煤礦綜采技術的核心技術之一。為了提升對液壓支架的控制能力，SAC電液控制系統被應用到支架的控制，實現了對液壓支架的程序化和自動化控制。SAC型電液控制系統的使用不僅提高了礦井的生產效率，還減少了工作面工人的數量，提高了礦井生產的可靠性和安全性。同時對煤礦實現無人化開采以及智能化開采的發展目標具有重要意義。