液壓支架的自適應調節控制系統的研究

邵 龍

（山西省晉能控股煤業集團四臺礦，山西 大同 037000）

引言

隨著煤礦井下自動化綜采技術的不斷發展，以采煤機、液壓支架、刮板輸送機協同作業為核心的“無人化”綜采技術已經成為目前發展的趨勢，其核心是采煤機和液壓支架的協同控制技術，由于綜采面上液壓支架數量多、能見度低下、地質條件也相對復雜，因此在綜采作業過程中主要通過人工控制的方式來保證采煤機和液壓支架作業的協調性，不僅需要在井下配備多人進行不間斷的巡查和調整而且極依賴于操作人員的工作責任心，調整效率低、安全性不足，因此限制了井下綜采作業效率的進一步提升。

結合煤礦井下“無人化”綜采作業的需求，本文在對井下液壓支架跟機控制工藝進行優化的基礎上，提出了一種新的液壓支架自適應跟機調節控制系統，對提升井下綜采作業效率和安全性具有十分重要的意義。

1 跟機控制工藝優化

在傳統綜采作業中，采煤機和液壓支架易出現協調動作失效的階段在于對三角區進行割煤，因此為了滿足井下支架組合采煤機自適應協調控制的需求，本文首先對三角區域的割煤工藝流程進行優化[1]。將該過程拆分為四個工藝階段。首先采煤機從綜采面中間位置以斜切進刀的方式先切入煤層，然后沿著掘進方向進行截割作業，直到達到采煤機機頭的位置。在第二個階段，采煤機從機頭位置以空刀的方式運行到刮板輸送機對應的回轉位置，從此位置下刀沿著采煤機機尾的位置割煤，同時后側的支架組開始進行推溜和移架作業。在第三個階段，采煤機從綜采面中間位置向著掘進方向進行反刀空轉，采煤機后側的支架開始進行自移作業。在第四個階段，采煤機從機尾位置進行返空刀作業時，系統控制支架進行跟機推溜作業。巷道掘進過程中自動跟機控制流程如圖1 所示[2]。

圖1 智能跟機控制流程示意圖

通過對采煤機的截割和跟機控制流程優化，解決了傳統綜采作業流程在截割三角煤區域支架易失穩、控制一致性差的難題，為實現自動跟機控制奠定了基礎。

由圖1 可知滿載該跟機控制流程中，對采煤機位置、支架和采煤機之間相對位置的判斷均是以采煤機的中心為基準。液壓支架組的收放護幫板范圍是指在采煤機前面7 個支架處開始收護幫板，避免采煤機作業過程中和護幫板產生干涉。移架范圍是指采煤機后側7 個支架處開始進行支架的移架，以確保截割作業過程中支護的連續性和穩定性。

2 自適應調節控制裝置

在對綜采作業過程中跟機控制流程優化的基礎上，本文所提出的液壓支架自適應調節控制系統主要包括監測模塊、數據分析模塊以及支架控制模塊三個部分，其整體結構如下頁圖2 所示[3]。

圖2 支架組自適應控制系統結構示意圖

支架控制模塊是該系統的執行單元，主要包括了支架控制器、液壓控制閥組、各類傳感器等，主要是接收控制終端傳遞過來的控制指令，然后控制支架的液壓系統進行相應的調整，調整完成后利用各類傳感器設備對其調整狀態進行確認，系統根據確認結果再次想支架控制模塊發出調控指令，實現閉環調節控制，確保整個調整過程的精確性。

監測模塊，主要包括視頻監控模塊、采煤機位置監測模塊、采煤機與液壓支架相對位置監測模塊，以及液壓支架支護姿態監測模塊等，主要是對液壓支架的支護狀態進行監測，并將監測信息傳遞給數據控制中心，為自適應調節控制系統的調控提供基礎數據信息。

數據分析模塊，主要包括PLC 控制中心、監控終端等，用于接收監測模塊所傳遞的監測信息，對各類數據信息綜合分析后，以采煤機的位置為基礎，通過跟機控制邏輯所設定的各個支架相對采煤機的動作要求來發出控制指令，實現液壓支架組隨著采煤機運行的智能動態調節。該數據分析模塊還具有單向控制功能，監控人員能夠在監控終端直接向指定的液壓支架或采煤機發出調節指令，從而滿足在緊急情況下的調節控制需求[4]。

3 數據傳遞

為了確保在井下復雜環境下數據傳遞安全性的需求。系統采用了CAN 數據總線技術，具由數據容量大、抗干擾能力強的優點，保證自適應控制系統數據傳輸安全性和可靠性的需求。

4 應用效果

優化后的綜采面上支架組的維護調整人員數量由6 人減少到了3 人，人員數量減少了50%，采煤機綜采作業的日進給量由最初的8.1 m/d，提升到了目前的8.74 m/d，效率提升了7.9%，極大地提升了煤礦井下綜采作業的效率和安全性。

5 結論

1）通過對采煤機的截割和跟機控制流程優化，解決了傳統綜采作業流程在截割三角煤區域支架易失穩、控制一致性差的難題，為實現自動跟機控制奠定了基礎；

2）液壓支架自適應調節控制系統主要包括監測模塊、數據分析模塊以及支架控制模塊三個部分，模塊化程度高，穩定性好；

3）新的控制系統能夠實現液壓支架組和采煤機的智能化協同作業，將支架控制人員數量減少3 人，將綜采作業效率提升7.9%，為實現“無人化”綜采作業奠定了基礎。