液压支架电液控制系统在薄煤开采中的应用

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摘 要：本文从薄煤层开采中必要性和存在的问题出发，在详细阐述了电液控制系统的工作原理同时，指出了在薄煤层开采中使用液压支架电液控制系统所具有的技术优势和重要意义。

关键词：薄煤开采 液压支架 电液控制

中图分类号：TD355.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0080-01

我国煤层赋存条件比较复杂，分布地域辽阔，经过多年开采，不少矿井中厚煤层已近枯竭，因而发展薄煤层机械化开采，尤其是实现工作面自动化开采，对于充分开发利用煤炭资源，避免资源浪费，延长矿井开采年限和实现高效开采都具有十分重要的意义。

1 薄煤层开采中存在的问题

我国薄煤层开采主要采用长壁采煤法，但由于开采煤层厚度小，与中厚及厚煤层相比，主要有以下问题。

（1）采高低，工作条件差，设备及人员移动困难。

（2）配套设备可靠性低，稳定性差。

（3）煤层厚度变化、断层等地质构造对薄煤层综采工作面的影响比较大。

（4）工作面自动化程度低，手动控制系统，移架速度慢、效率低。

（5）薄煤层长壁机械化采煤工作面的投入产出比高，经济效益不如开采厚及中厚煤层工作面。

2 国内外液压支架的发展趋势

主要有以下几个方面。

（1）多样性。（2）轻型化。（3）高压化。（4）材料强化。（5）自动化。（6）智能化。（7）标准化。

3 液压支架操控系统的分类

目前液压支架的操作系统可分为三类：第一类为手动临架操作，可选用国内的元件和胶管，在质量上成熟，技术上稳定可靠，价格也较低，但是管路系统复杂，过架胶管多，占用空间大，影响支架高度，妨碍行人，操作阀操作所需用力也较大。第二类为液压先导操作，选用液压先导阀，采用多芯管制造，制造精度高，质量不易保证，造价高，使用维护难度大。第三类为电液控制操作，选用电液操作，可实现工作面支架成组、单架程序控制、自动化控制、按键操作等。

4 电液控制系统的原理

电液控制系统的核心是，通过电液阀将过去人工控制的操作变为由计算机程序控制的电子信号操作。液压支架不同位置的传感器像整套系统的感觉器官一样将工作环境和不同状态的信号传输给系统的中枢神经（通常称为支架控制器），系统将根据不同的工作状态和工艺的要求，执行事先为不同操作所编制好的程序对电液阀发出控制信号，达到对工作面设备进行控制的目的。

电液控制系统包含电控和液压控制两部分。液压部分就是支架的液压回路中的新型电液阀组。原来的手动操纵阀被电液控制阀组中的大流量主控阀取代，主控阀由电液阀组中小流量的电磁先导阀控制。小功率的电磁先导阀的介入实现了电子控制系统对液压主系统的控制。

电液控制系统的电控部分是一个集成多层次的嵌入式计算机控制系统，也可以说是多机多级的网络控制系统，每一个单元、每一个层次都有其独立的功能，承担应有的任务。配置层次越高功能更多更强，因此系统是可以进行扩展的。

系统的最低层（最基本单元）是每一个支架上的控制小系统（支架控制单元），它以一台支架控制器（一台微型的嵌入式计算机）为核心，完整的包含了作为自动控制装置必备的两个环节：检测环节（传感器）和执行环节（由电磁先导阀和液控换向阀组成的电液阀组）。支架控制器装有软件，内嵌操作系统，应用程序，通过人机操作界面的操作按键发出命令，主要任务是执行本架的全部动作以及工况数据的采集，这是支架控制单元的独立功能。如果要求电液控制能够具备更加方便灵活的操作、自动化控制、进行可靠的安全保障以及众多支架间进的协调配合关联动作等先进的功能，只有将所有支架控制器互联成为一个通信网络系统，利用总线技术实现控制器间的数据通信，充分发挥计算机控制的优势、嵌入式操作系统进行各项任务的管理和实时调度，使控制器互联后在本架控制基础上实现了邻架控制、成组自动控制、全线紧急停止、自动补压功能、网络和电路的实时检测状态以及故障信息显示等主要功能。

在全工作面支架控制器互联的基础上，在工作面顺槽巷道中设立井下主控计算机并与工作面支架控制器网络联接，可以并行的作为上一级控制机。主控计算机运行自己的软件，它汇集并存储来自工作面支架控制器采集和传来的数据和参数，随时显示这些数据参数，监视支架的工况和动作状态；主控计算机也可设置和输入控制参数，发出控制命令；它可与采煤机位置检测装置协调配合实现采煤机位置检测及以采煤机运行位置为依据的支架自动控制；还可以承担工作面区域内的其他检测任务，并具备向更上一级或其他计算机连接通信的接口和能力。

支架电液控制系统的最高层次是设置地面监控站（计算机），它与井下主控计算机通过本安型光纤网交换机联接通信，互传数据信息，从而在地面可监视工作面支架的状况、存储信息资料、参与支架的控制。

5 液压支架电液控制系统的优越性

（1）它可以将液压支架的降架、拉架、升架等动作由原来的人工手动操作改为程序化控制，能够与高效采煤机相匹配加快工作面推进速度，显著提高采煤工作面的生产效率。

（2）可以实现跟机自动化作业、降低工人的劳动强度；改善工人的劳动条件、减少工作面的操作人员，改变煤矿生产落后、危险的社会形象。

（3）可以解决特殊地质条件和困难生产条件下的生产工艺问题，例如在薄煤层工作面人员无法在工作面内操作的条件下，可以实现无人化工作面。

（4）可实现多架同时推输送机并可定量推进，可以保护工作面输送机的平直性，实现工作面的平直推移。

（5）易于实现带压移架，可以对于保护顶板的稳定性和防止冒顶事故非常有利。

（6）具有自动补压功能，可以较好地控制支架的初撑力，显著地改善支护效果和工作面管理水平。

（7）电液控制取代手动液压控制将减少人工控制的随意性和不准确性，提高操作控制质量。

6 结语

液压支架电液控制系统是将计算机技术、网络技术、检测技术和液压技术相结合，根据生产需要而控制液压支架自动动作的自动控制系统。随着液压支架的自动化控制技术在不断得到应用和推广，它实现了煤矿生产的高效、安全和煤矿工人劳动环境及劳动条件的改变，给煤矿带来的经济效益和深刻变革也会愈加明显；它也是煤矿开采迈向无人综采工作面的重要一步。这也将对矿山的可持续发展及真正意义上的解放生产力，具有重要的现实和指导意义。

参考文献

[1] 鲁忠良，肖亚宁，唐中华.煤矿液压支架的实用安全理论及技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

[2] 李传涛，陶向阳.液压支架工[M].北京：煤炭工业出版社.