液壓支架跟機(jī)自動(dòng)智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

燕鵬達(dá)

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤業(yè)，山西 忻州 036600）

1 工程概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤礦地處河?xùn)|煤田北部，屬于河保礦區(qū)，井田面積34.447 1 km2，批準(zhǔn)開采4#～9#煤層，生產(chǎn)規(guī)模5.0 Mt/a。18102 工作面回采4#煤層，地面標(biāo)高+961.9～ +1 089.7 m，工作面標(biāo)高+601～ +641 m，膠帶順槽長(zhǎng)1 602.494 m，回風(fēng)順槽長(zhǎng)1 602.499 m，工作面長(zhǎng)240 m。4#煤層平均視密度1.44 t/m3，以暗煤為主，亮煤次之，鏡煤呈線理或透鏡體，4#煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般含2～4 層夾矸，主要以炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。煤層全煤厚2.8～7.1 m，平均5.0 m，煤層傾角4°～9°，平均6°。4#煤層采用綜采放頂煤采煤方法，工作面采用液壓支架控頂，全部垮落法管理頂板。

2 液壓支架的選型

2.1 支架高度確定

支架的高度主要包括最大結(jié)構(gòu)高度和最小結(jié)構(gòu)高度，它必須適應(yīng)煤層采高變化所要求的最大和最小支撐高度。支架高度由公式（1）、（2）計(jì)算：

式中：Hmax為支架最大結(jié)構(gòu)高度，m；Mmax為煤層最大采高，取4.0 m；a為偽頂冒落后支架具有初撐力的補(bǔ)償量，取0.4 m；Hmin為支架最小結(jié)構(gòu)高度，m；Mmin為煤層最小采高，取2.9 m；s為頂板最大下沉量，取0.1 m；b為立柱最小可伸縮余量，取0.1 m；c為存留煤矸厚度，取0.1 m。代入數(shù)值計(jì)算得到支架最大結(jié)構(gòu)高度Hmax為4.4 m，最小結(jié)構(gòu)高度Hmin為2.6 m。

2.2 初撐力及工作阻力的確定

根據(jù)18102 工作面的頂板條件，結(jié)合該礦其他工作面液壓支架的選型經(jīng)驗(yàn)，確定采用高工作阻力的兩柱掩護(hù)式液壓支架，支架中心距1750 mm，計(jì)算得支架工作阻力9000 kN/架。考慮液壓支架初撐力與額定工作阻力的比值為0.8，確定選用ZY9000/25/45 型掩護(hù)式液壓支架[1-6]。

3 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

18102 工作面SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)由北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)公司設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)如圖1，主要包括紅外接收器、控制器、電磁換向閥組、角度傳感器、傳感器、行程傳感器、電源箱、耦合器、各類計(jì)算機(jī)、井下交換機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)變換器等。系統(tǒng)通過各支架控制器之間的數(shù)據(jù)通訊依靠CAN 通訊協(xié)議進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，基于支架服務(wù)器與地面集控中心的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)命令的控制與數(shù)據(jù)傳輸功能。該系統(tǒng)通過調(diào)整工藝參數(shù)滿足18102 工作面全工藝段的自動(dòng)智能跟機(jī)功能。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3.2 液壓支架自適性智能化控制

在18102 工作面液壓支架自動(dòng)智能跟機(jī)的調(diào)試過程當(dāng)中問題頻發(fā)，主要問題有：一是支架抬底動(dòng)作效果不好；二是護(hù)幫板支護(hù)效果不佳。這兩個(gè)問題嚴(yán)重影響到液壓支架自適性智能化控制的過程，必須對(duì)相關(guān)的工藝程序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

18102 工作面液壓支架自動(dòng)智能跟機(jī)動(dòng)作流程如圖2，主要實(shí)現(xiàn)了推溜、移架、伸縮護(hù)幫板及噴霧等工作的自動(dòng)化和智能化操作，對(duì)影響成組移架的移架開始時(shí)間、暫停范圍、暫停時(shí)間、到達(dá)時(shí)間、抬底開始時(shí)間和抬底到達(dá)時(shí)間六個(gè)因素進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)移架的合理匹配。

圖2 液壓支架自動(dòng)智能跟機(jī)動(dòng)作流程示意圖

一個(gè)截煤作業(yè)循環(huán)進(jìn)程中包含工作面上、下兩端共計(jì)2 個(gè)三角區(qū)，其上、下兩端的截煤工藝流程相同，主要包括4 個(gè)階段。三角區(qū)自動(dòng)跟機(jī)移架示意圖如圖3。

圖3 三角區(qū)自動(dòng)智能化跟機(jī)移架示意圖

4 應(yīng)用及效果分析

18102 綜采工作面確定選用ZY9000/25/45 型掩護(hù)式液壓支架，同時(shí)應(yīng)用設(shè)計(jì)SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)，經(jīng)調(diào)試后進(jìn)行了38 架、為期60 d 的井下工業(yè)性試驗(yàn)，效果理想。后期SAC液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)成功應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了全工作面136 架的全面應(yīng)用。

SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)在應(yīng)用期間，系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化和智能化程度高，能完全滿足18102 工作面作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)需求。該SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)在工作中，可以實(shí)現(xiàn)與采煤機(jī)的聯(lián)動(dòng)，能顯示采煤機(jī)、支架工作狀態(tài)、故障情況，具有自動(dòng)智能跟機(jī)操作和成組作業(yè)的操作功能。在液壓支架電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化跟機(jī)的基礎(chǔ)上，依靠設(shè)置的液壓支架視頻系統(tǒng)，可以在地面集控中心計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程對(duì)液壓支架進(jìn)行操作，進(jìn)一步依托視頻定位追機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可視化管理。液壓支架上安裝有壓力傳感器，可以實(shí)時(shí)地對(duì)18102 工作面的頂板壓力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)工作阻力的變化情況及變化趨勢(shì)。

5 結(jié)語

王家?guī)X煤業(yè)18102 綜采工作面基于智能化工作面的設(shè)置要求，引入了SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)，并應(yīng)用于ZY9000/25/45 型掩護(hù)式液壓支架中。該液壓支架跟機(jī)自動(dòng)智能化控制系統(tǒng)可與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)完成自動(dòng)智能跟機(jī)拉架和成組推移刮板輸送機(jī)等動(dòng)作，液壓支架的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)了工作面的智能開采。SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了18102 綜采工作面的開采效率，大幅度降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高了巷道支護(hù)質(zhì)量，減少了開采中的安全隱患，為實(shí)現(xiàn)18102 綜采工作面智能化開采奠定了基礎(chǔ)，安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。