液壓支架自適應(yīng)跟機(jī)調(diào)控

田雅文

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)技師學(xué)院， 山西 大同 037003）

引言

液壓支架是一種集機(jī)、電、液于一體的井下支護(hù)設(shè)備，主要用于綜采面支護(hù)，確保綜采作業(yè)安全。在綜采作業(yè)時液壓支架沿巷道分布在綜采面上，需要根據(jù)采煤機(jī)綜采作業(yè)的進(jìn)行不斷調(diào)整支架的支護(hù)狀態(tài)和位置，傳統(tǒng)的控制方案是依靠專門的作業(yè)人員進(jìn)行調(diào)整，效率低、可靠性差，經(jīng)常出現(xiàn)調(diào)整不及時導(dǎo)致的采煤機(jī)片幫、支架二級護(hù)幫板插入煤壁等異常，嚴(yán)重影響了煤礦井下綜采作業(yè)效率和安全性。目前部分煤礦已經(jīng)開始采用液壓支架和采煤機(jī)聯(lián)動控制系統(tǒng)，通過自動判斷采煤機(jī)和液壓支架的相對位置，來對支架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。但由于控制邏輯復(fù)雜，導(dǎo)致控制效率低、精確性差。因此，本文提出了一種新的液壓支架自適應(yīng)跟機(jī)調(diào)控系統(tǒng)并展開分析。

1 自適應(yīng)跟機(jī)調(diào)控需求

液壓支架的自適應(yīng)跟機(jī)調(diào)控需求應(yīng)以滿足對液壓支架和采煤機(jī)相對位置狀態(tài)的精確判斷、對液壓支架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行跟機(jī)自動調(diào)整為目標(biāo)，由于在調(diào)控過程中涉及的流程多，因此具體的調(diào)控需求主要包括以下幾個方面[1]：

1）安全作業(yè)需求。系統(tǒng)需包含人員定位探測系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對接近人員的定位，當(dāng)出現(xiàn)在危險區(qū)域內(nèi)時，系統(tǒng)對附近的液壓支架狀態(tài)進(jìn)行鎖定，避免自動調(diào)整時的傷人事故。

2）姿態(tài)監(jiān)測需求。系統(tǒng)需要能夠?qū)Ω鱾€液壓支架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行精確判斷，滿足監(jiān)測準(zhǔn)確性的需求。

3）防片幫及壓力監(jiān)測需求。系統(tǒng)需要能夠?qū)χЪ艿淖o(hù)幫板的打開情況進(jìn)行監(jiān)測，避免出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，當(dāng)護(hù)幫板打開狀態(tài)異常時需要及時報警。為了避免在連續(xù)礦壓波動系支架出現(xiàn)損壞，需要對支架的支護(hù)壓力進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)壓力超標(biāo)時需要自動進(jìn)行釋壓，確保支護(hù)安全。

4）遠(yuǎn)程監(jiān)控需求。系統(tǒng)需要具有遠(yuǎn)程監(jiān)測能力，滿足在地面對各支架運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，能夠?qū)崟r將故障信息顯示在監(jiān)控中心。

2 自適應(yīng)控制邏輯

針對液壓支架控制系統(tǒng)在工作過程中所存在的移架時間、范圍配合一致性差，不僅支架的移架時間長而且極易導(dǎo)致二級護(hù)幫板在調(diào)整過程中插入煤層出現(xiàn)卡死情況。本文對液壓支架的自適應(yīng)控制流程進(jìn)行了優(yōu)化，對液壓支架調(diào)整過程中的移架起始時間、移架過程中暫停移架的范圍、移架停止的時間、移架完成、抬架調(diào)整時間等進(jìn)行優(yōu)化。將原有的先移架到位再抬底的串聯(lián)工作流程改變?yōu)樵谝萍苓^程中同步開始調(diào)整的并聯(lián)工作流程，有效縮短液壓支架的優(yōu)化調(diào)整時間。在整個調(diào)整過程中為了確保自動調(diào)整的穩(wěn)定性，需要暫停2～3 次，使支架穩(wěn)定后再進(jìn)一步的調(diào)整[2]。

在調(diào)整的過程中各個液壓支架能夠根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行單獨(dú)的“降架+抬底”，通過多次調(diào)整和循環(huán)保證了液壓支架組合采煤機(jī)之間相對位置的準(zhǔn)確性和配合效率，使液壓支架隨機(jī)的距離由最初的距離采煤機(jī)8 個支架變成了和采煤機(jī)完全對齊，避免在調(diào)整過程中出現(xiàn)支護(hù)空隙，造成安全事故，各液壓支架跟機(jī)過程中的動作流程如下頁圖1 所示。

圖1 液壓支架跟機(jī)流程示意圖

為了確保液壓支架在跟機(jī)過程中的支架自適應(yīng)調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性，在液壓支架上設(shè)置傳感器設(shè)備對各支架的運(yùn)行情況進(jìn)行調(diào)整，為了避免液壓支架工作時一級護(hù)幫二級護(hù)幫板運(yùn)行故障，降低支架運(yùn)行時的能量消耗，提出了差動調(diào)整的方案[3]。利用護(hù)幫板在收放過程中產(chǎn)生的液壓聯(lián)動特性，在控制一級護(hù)幫板伸出時，能夠使二級護(hù)幫板處于一種差動狀態(tài)，自動適應(yīng)當(dāng)前煤壁的形態(tài)。一級護(hù)幫板完成伸出后再對二級護(hù)幫板進(jìn)行加壓，完成支護(hù)，該方案能夠減少護(hù)幫板收放過程中的油液的流動，即避免了同時加壓支護(hù)時二級護(hù)幫板極易插入煤壁的難題，又解決了順序動作時支護(hù)時間長的難題。液壓支架工作過程中的自適應(yīng)移架控制流程如圖2 所示[4]。

圖2 液壓支架自適應(yīng)移架控制流程示意圖

3 工作管理優(yōu)化及應(yīng)用效果分析

以ZY10800 型液壓支架為研究對象，對其控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過PM31 型自動監(jiān)控系統(tǒng)對采煤機(jī)、液壓支架運(yùn)行過程中支架的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。在運(yùn)行過程中液壓支架能夠精確確定相對采煤機(jī)的位置，然后根據(jù)預(yù)設(shè)的控制邏輯進(jìn)行移架和推溜、收放護(hù)幫板作業(yè)。液壓支架的跟機(jī)移動距離由最初的在采煤機(jī)身后8 個液壓支架的位置提高到了和采煤機(jī)工作位置齊平，液壓支架護(hù)幫板收放作業(yè)的位置提高到了液壓支架身后2 個支架的位置，顯著提升了液壓支架的支護(hù)嚴(yán)密性。

通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對各液壓支護(hù)狀態(tài)的遠(yuǎn)程調(diào)控，優(yōu)化后支架的平均調(diào)整時間比優(yōu)化前降低了26.9%，在運(yùn)行監(jiān)測的3 個月內(nèi)未出現(xiàn)護(hù)幫板插入煤壁等異常，調(diào)節(jié)異常率下降了86.1%，顯著提升了液壓支架和采煤機(jī)運(yùn)行控制的一致性。液壓支架、采煤機(jī)協(xié)同運(yùn)行監(jiān)控如圖3 所示。

圖3 采煤機(jī)、液壓支架運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測示意圖

4 結(jié)論

為了提高采煤機(jī)-液壓支架的協(xié)同運(yùn)行能力，確保綜采安全，提出了一種新的液壓支架自適應(yīng)跟機(jī)調(diào)控系統(tǒng)，通過優(yōu)化控制邏輯實(shí)現(xiàn)了對收放護(hù)幫板的差動控制，有效避免了二級護(hù)幫板插入煤壁，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）液壓支架跟機(jī)自適應(yīng)控制系統(tǒng)需要滿足安全性需求、姿態(tài)監(jiān)測需求、防片幫及壓力監(jiān)測需求及遠(yuǎn)程監(jiān)測需求；

2）自適應(yīng)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，通過多次調(diào)整和循環(huán)保證了液壓支架組合采煤機(jī)之間相對位置的準(zhǔn)確性和配合效率，使液壓支架隨機(jī)的距離由最初的距離采煤機(jī)8 個支架變成了和采煤機(jī)完全對齊，提升了調(diào)節(jié)效率和支護(hù)安全性；

3）優(yōu)化后支架的平均調(diào)整時間比優(yōu)化前降低了26.9%，調(diào)節(jié)異常率下降了86.1%，顯著提升了液壓支架和采煤機(jī)運(yùn)行控制的一致性。