煤礦液壓支架電液控制系統的應用綜述

李天春

摘要：為打破國外壟斷和提高控制性能，對液壓支架控制系統的組成及原理進行了詳細介紹與分析，并在此基礎上說明了煤礦用液壓支架電液控制系統的應用，對液壓支架電控系統在煤礦中的實際應用具有一定的參考價值。

關鍵詞：液壓支架;電液控制系統;軟件;硬件

引言：在傳統的煤礦開采工作中，人工操作控制方式占據主導，容易受到各種自然狀況、人為因素的制約，工作效率比較低。而在煤礦綜采中應用液壓支架電液控制系統，其跟傳統的煤礦開采系統相比，具備設備控制、順槽控制、自動控制、智能控制等一系列功能，在煤礦開采資源中，廣泛使用液壓支架電液控制系統不僅可以優化煤礦生產條件，而且還能降低工人的勞動負擔，實現無人化與遠程控制操作，在確保煤礦開采質量和效率的同時，實現理想的煤礦企業效益。

1液壓支架電液控制系統結構

在煤礦企業的機械化發展下，煤礦液壓支架的電液控制系統是企業開采智能化發展的重要技術之一，其主要涉及到液壓支架部分、控制部分和網絡管理部分。在液壓支架構成上，需要由一系列的支架控制單元件構成，其核心在于借助傳感器進行檢測，通過液壓控制閥與電磁先導閥組成，實現后續控制的命令執行。在控制部分上，主要借助液壓控住閥構成系統的控制部分，其實際的應用具備操作簡易操作性，并且在自動化控制上，能夠安全可靠，實現支架群的配合協調。在網絡管理上，所有支架控制器通過總線技術構成一個通信網絡系統，各項任務的管理與實時調度通過內嵌操作系統來完成，利用檢測裝置定位采煤機，使工作面支架及時跟隨，實現自動化控制。工作面支架電液控制系統的網絡管理是由網絡變換器來實現的，它既可以管理工作面數據，又可以將工作面數據經由數據轉換器傳入主控計算機進行系統的集中監測監控，主控計算機再通過井下交換機將電液控制系統數據傳入地面計算機，從而完成對對井下數據的監測、分析和網絡發布[1]。

2工作原理

整個電液控制系統由電控與液壓兩部分組成。電控部分是一種多級控制系統，因此由多個層級構成的系統具備多個功能與良好的可擴展性，隨著層級的增加，其功能也更為強大。電液閥組中采用主動換向閥取代了傳統的手控閥，可通過電磁先導閥對換向閥進行控制。因此，電液控制系統可利用電磁先導閥實現對液壓部分的控制。支架控制器通過電纜連接成整體通信網，系統利用CAN總線通信技術實現采煤數據的傳輸。監控計算機可接收并儲存傳感器采集的采煤設備相關數據信息，以實現支架的實時狀態監測，并發出控制信號調節支架工況[2]。圖1為電液控制系統總體結構示意圖。

3應用現狀分析

雖然我國的液壓支架電液控制系統在20世紀90年代初進行研發，由北京煤機廠和鄭州煤機廠分別研制出了支架電液控制系統，并進行了井下工業性實驗，但是在實際的煤礦機械化中沒有得到運用發展。直到我國煤炭科學研究總院太原分院，在1996年研制液壓支架電液控制系統，且進行了全套面向井下工作性實驗。在2005年，我國研發企業能夠自主研發煤礦液壓支架電液控制系統，在實際的應用中卻依賴于國外機械設備，導致自主研制的液壓支架電液控制系統沒有得到良好推廣應用，造成我國煤礦的生產自動化目前還是主要依賴于進口產品。

4煤礦用液壓支架電液控制系統的應用

4.1液壓支架電液控制系統

在超前支護中的應用采煤工作面的超前巷道是受采煤設備影響比較嚴重的區域，不僅各種設備眾多，而且是人員和物料的必經之處，我國對回采工作面的支護規定為至少20m。某煤礦井下超前支護方式為：液壓單體支柱配π型鉸接頂梁和柱鞋支護。在實際工作中，人工單體支柱的支護方式雖然應用靈活，但是存在強度不足、壓力不勻等缺點，容易造成綜采工作面端頭和頂板的事故率較高，因此采用電液控制的超前支護技術。為基于電液控制的遙控支架超前支護技術原理圖，它由電液控主機、支架遠程操作臺、信號轉換器、超前支架控制器（1～n）、支架控制器（1#～n#）和CAN總線、RS-232總線等組成。虛線框內為超前支架控制系統的設備示意圖，包括壓力傳感器、行程傳感器、人機交互界面、電磁驅動器和電磁控換向閥等。超前支架控制系統原理為：電液控主機通過RS-232與支架遠程操作臺通信，實現操作過程的狀態監控，支架遠程操作臺輸入支架操作指令后，通過CAN總線與信號轉換器連接，經信號轉換器轉換后再由CAN總線送出。支架控制器（包括工作面控制器1#～n#、超前支架控制器1～n）接收操作指令后，分別對超前支架和工作面支架進行相關控制。支架控制器的執行元件為電磁驅動器，其本質是一個驅動線圈，電磁控換向閥的開閉由驅動器線圈驅動，液壓缸作為執行元件直接控制支架的動作，以達到理想的支護姿態，為其他機械的移動提供安全的作業空間。電磁換向閥由先導閥和換向主閥組成，先導閥的作用是將電信號轉換為液壓信號，實現裝置驅動的作用。超前支架具有多種姿態控制，包括前后立柱的升降、推移、伸縮，前梁、伸縮梁、側幫、頂梁的伸縮。超前支架與工作面支架采用了同樣的電液控制系統，兩套電液控制系統在通信方式上相同，這樣就形成了統一平臺的電液控制系統，所有的支架具備了協同調度的條件，工作人員只需通過按鍵即可實現拉架和移架，使得煤礦綜采工作面的支護安全水平顯著提升[3]。

4.2監測礦壓與預警瓦斯突出的應用

（1）合理有效的觀察和研究礦山壓力的特征，主要包含支架運轉阻力與頂板壓力，能夠提升礦井施工效果與安全性。但是使用液壓支架電液管控體系中的立柱壓力傳感設備，能夠收集到有關的壓力數據，同時研發頂板事故警示與礦壓監管的貢獻，針對支架壓力之前的信息展開存儲與研究。進而良好的預估和監管頂板的承壓情況，同時依據支架的狀態與現階段的撐力警示，增強礦壓作用下支架的穩固性能。（2）瓦斯涌出警示。依據電液控制體系中查看瓦斯含量的功能，進而進行瓦斯涌出警示。電液管控體系可以針對工作面的數據展開測量，依據裝置內部相關傳感設備針對瓦斯涌出有關參數開展監管，譬如電磁輻射、制定頻率波動、瓦斯涌出數量以及礦層溫度等，溶蝕依據瓦斯涌出警示相關知識和參數變動狀況，可以良好的對瓦斯涌出現象做出警示，從而防止由于瓦斯涌出危害而出現較為嚴重的安全問題。

5結束語

液壓支架是礦井采煤工作面的關鍵設備，其電液控制系統對礦井的生產效率與工人人身安全具有重要意義。為打破國外壟斷和提高控制性能，本文對液壓支架電控系統進行了詳細分析，并對該系統的硬件與軟件進行了設計。隨著電控系統在國內煤礦逐步得到推廣使用，國內煤礦的生產效率與人身安全會得到顯著提高。

參考文獻

[1]閆明.基于無線通信和CAN總線的液壓支架電液控制系統研究[D].太原：太原理工大學，2018.

[2]寧宇.綜采工作面液壓支架電液控制系統設計[J].煤炭科學技術，2019，37（1）：1-3.

[3]梁璐超.液壓支架電液控制系統在煤礦采煤工作面中的應用[J].自動化應用，2019（01）：41-42.