基于新型邏輯閥控制的支架精準推移技術研究

張光輝

（晉能控股煤業集團沁秀公司， 山西 晉城 048006）

引言

液壓支架是煤礦工作面的主要支護設備之一。當前煤礦開采工藝較為復雜，液壓支架必須與采煤機、刮板輸送機、破碎機等設備協同操作，才能實現高效回采。但受工作面頂底板煤層條件和人工控制閥組水平差異的影響，液壓支架推移時很難按規定路線直線推移[1]。隨著礦井自動化、智能化裝備的不斷普及，液壓支架電液控制系統已被應用于各大礦井工作面中，其具有操作便捷、維護工作量小、自動化協同程度高等優點。電液控制系統已成為判斷煤礦智能工作面自動化程度的重要指標[2]。但由于電液控制系統存在一定滯后性，再加上工作面粉塵、乳化液濃度等的影響，支架推移時無法保持步調一致，無法快速達到“三直一平”的要求，需要人工進一步調整[3]。因此，有必要對液壓支架精準推移技術進行研究，促進工作面少人化、無人化開采快速實施。

1 現場概況

岳城煤礦為晉能控股煤業集團下屬主力礦井，其4034（上）工作面長度210 m 左右，配套支架類型為ZY 8600/20/40D（153 架），該支架的質量為27 t，尺寸為6 850 mm×1 860 mm×4 000 mm。現場配套使用SAC 型支架電液控制系統，其液壓支架與推桿底部連接如圖1 所示。

如圖1 所示，A 點、B 點分別為推移千斤頂與液壓支架和活塞與推桿的連接位置，其連接采用銷軸連接方式，銷孔和銷軸之間存在一定的間隙。推移液壓支架時，由于間隙的存在，每次推移存在一定的余量。隨著支架電液控制系統的不斷操作，各支架的推移量出現不同的變化，形成了不同的累計誤差[4]。

圖1 支架推桿工作示意圖

目前，施工現場主要存在以下問題：高頻次的推移步距導致銷軸間隙存在較大累計誤差，支架間推移步距協同度差；閥控液壓系統能效低，導致電液控制精度不高，最終影響工作面支架的平直度。

2 精準控制方案

在支架推移千斤頂動作時，支架與刮板輸送機之間存在銷軸滑動軌道。推溜時，銷將銷軸推至滑動軌道推溜點，使刮板輸送機前傾并與工作面底板接觸，實現推移動作。推移控制流程如圖2 所示。

圖2 推移控制流程

支架電液控制系統工作時，是將活塞桿的動作量傳遞給控制器，由控制器對動作量和設定量進行邏輯比較，當兩者相等時，控制器發出推移控制信號[5]。因此，針對上述流程，重新設計了推移控制邏輯閥，對流程進行了優化改進。

2.1 邏輯閥設計

針對上述問題，擬設計一種推移控制邏輯閥，如下頁圖3 所示。該邏輯閥主要用于不同工況環境下對內部節流孔徑進行控制，其工作原理如下頁圖4所示。

圖3 邏輯閥結構示意圖

如圖4 所示，正常狀態下，工作閥口A 和B 正常連通，此時電液控制無動作，支架推移控制單元與液壓系統均處于正常狀態。當支架換向閥動作時，乳化液以高壓形態進入邏輯閥口C，使進液閥開關動作。此時，執行彈簧壓縮，工作閥口A 和B 由連通狀態逐漸變為銷孔工作狀態，推移千斤頂在高壓乳化液的作用下開始動作，實現移架控制[6]。此時，通過改變節流孔徑即可實現對移架精度的控制。

圖4 邏輯閥工作原理

2.2 流程改進

為了配合邏輯閥動作，對支架電液控制系統自動推移精準控制的流程進行改進，具體流程如圖5所示。

如圖5 所示，支架移架前，先確定立柱降柱工作完成，設定移架目標行程閾值。移架時，先正常移架，當行程達到目標閾值時，執行噴霧動作，配合控制邏輯閥和移架實現精準控制，逐步減小滯后控制誤差。移架完成后開始執行立柱升柱動作，升柱完成后推溜和噴霧協同動作，逐步消除銷軸間隙，達到精準推溜的目的。

圖5 電液控制系統自動推移精準控制流程改進

3 現場應用

項目于2020 年4—8 月在岳城煤礦進行了為期4 個月的工業性試驗。選取工作面支架統一推移千斤頂進行推移控制邏輯閥測試，結果如表1 所示。

由表1 數據可知，安裝推移控制邏輯閥后，推移千斤頂單位時間內的位移均值明顯降低，降幅達到50.3%以上，說明控制速度明顯降低，且節流孔徑越小，控制速度越慢；推移千斤頂位移方差也出現了明顯降低，降幅達到88.1%，說明安裝推移控制邏輯閥后，推移千斤頂精度顯著提升，且節流孔徑越小，系統精度越高。結合現場支架尺寸，選擇3.5 mm 的節流孔徑。

表1 不同節流孔徑下推移效果 mm

4 結語

針對原支架電液控制系統存在的邏輯控制缺陷，在工作面原電液控制系統上安裝推移控制邏輯閥，工作面移架速度和推移控制精度均有了很大提升，說明電液控制系統動態響應特性提升明顯。結合現場支架尺寸，建議選擇3.5 mm 的節流孔徑。此次改進對原電液控制系統的改動較小，改造成本低，具有很好的實踐意義。