液壓支架初撐力控制系統(tǒng)研究

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摘要：針對(duì)綜采工作面液壓支架初撐力調(diào)整采用人工調(diào)整的方式存在調(diào)整精度差、耗時(shí)長(zhǎng)、安全風(fēng)險(xiǎn)大等問題，提出一種液壓支架初撐力控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以工作油缸液壓壓力調(diào)整為基礎(chǔ)，通過電磁控制閥對(duì)液壓支架初撐力進(jìn)行調(diào)整。在1506綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，該系統(tǒng)可在10s內(nèi)即完成初撐力調(diào)整，且初撐力最大變化量在0.3MPa以內(nèi)，取得較為顯著的應(yīng)用成效。

關(guān)鍵詞：液壓支架；初撐力；控制系統(tǒng)；工作油缸；電磁控制閥

隨著礦井采掘深度的增加，煤炭在回采時(shí)受到受液壓支架工作性能、頂板穩(wěn)定性以及強(qiáng)度等方面影響，出現(xiàn)頂板垮落概率有所提升，因此，對(duì)液壓支架頂板控制能力提出更高要求[1-2]。現(xiàn)階段礦井采用的液壓支架多是采用人工控制方式調(diào)整支架工作阻力，存在初撐力調(diào)節(jié)精度差、調(diào)整周期長(zhǎng)以及安全性不足等問題[3]。為此，在前人研究成果[4-5]基礎(chǔ)上結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)提出一種液壓支架初撐力控制系統(tǒng)，通過采用傳感器監(jiān)測(cè)液壓支架初撐力，可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要以及預(yù)先設(shè)定初撐力值自動(dòng)調(diào)整初撐力，可在一定程度上提升液壓支架工作效率。

1液壓支架初撐力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)液壓支架工作時(shí)初撐力設(shè)定需要，文中提出在采面運(yùn)輸巷操作硐室內(nèi)布置井下主機(jī)，通過RS485方式控制各液壓支架初撐力，具體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖1。主機(jī)可實(shí)時(shí)顯示液壓初撐力變化情況，當(dāng)某支架存在異常時(shí)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并自動(dòng)標(biāo)記異常支架編號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)故障的快速排除及定位。液壓支架初撐力控制系統(tǒng)主要對(duì)初撐力進(jìn)行監(jiān)控并以設(shè)定值調(diào)整支架初撐力，并對(duì)初撐力監(jiān)測(cè)值進(jìn)行分析。液壓支架初撐力調(diào)整以及支護(hù)狀態(tài)調(diào)整主要通過液壓油缸實(shí)現(xiàn)，而電液換向閥是實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)控制的關(guān)鍵組件。現(xiàn)階段電液換向閥在液壓支架控制中應(yīng)用較為普遍，具體控制原理見圖2。

2液壓支架初撐力控制系統(tǒng)工作原理

初撐力控制系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需要以及設(shè)定值對(duì)液壓支架初撐力進(jìn)行精準(zhǔn)控制。為了避免傳統(tǒng)的手動(dòng)調(diào)節(jié)方式存在精度差、控制周期長(zhǎng)以及響應(yīng)速度慢等問題，文中提出將閉環(huán)回路調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用到初撐力調(diào)節(jié)中，具體工作原理為：以執(zhí)行油缸工作壓力作為液壓支架支架初撐力設(shè)定信號(hào)，在控制系統(tǒng)中輸入設(shè)定初撐力后，壓力傳感器開始對(duì)油缸內(nèi)液壓油壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果傳輸給液壓支架控制器中，控制器對(duì)支架初撐力設(shè)定值與實(shí)際值進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)比對(duì)結(jié)果對(duì)輸出電液控制閥調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)信號(hào)，從而調(diào)整支架初撐力，直至將初撐力調(diào)整到滿足初撐力控制需要，具體液壓支架初撐力調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。液壓支架初撐力調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括有液壓支架控制器、各類傳感器、電液控制換向閥以及通信系統(tǒng)等。系統(tǒng)核心組件為液壓支架控制器，該控制器可接收并分析安裝在液壓支架上的各類傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析，根據(jù)預(yù)先設(shè)定初撐力確定初撐力調(diào)整量以及液壓支架姿態(tài)，后將控制信號(hào)向電液控制換向閥輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架姿態(tài)、初撐力的調(diào)整。為了確保系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性，初撐力調(diào)節(jié)系統(tǒng)還具備有人工調(diào)節(jié)方式。

3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例分析

以山西某礦1506綜采工作面為工程實(shí)例，對(duì)液壓支架初撐力控制系統(tǒng)應(yīng)用效果進(jìn)行分析。1506綜采工作面開采的5號(hào)煤層埋深平均450m，傾角平均5°，頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，采面煤層賦存穩(wěn)定，頂?shù)装鍘r性條件較好。1506綜采工作面采高平均3.0m，采面采用的液壓支架型號(hào)為ZY10000/26/55，共計(jì)135架。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)采面液壓支架初撐力的實(shí)時(shí)掌握，并根據(jù)需要對(duì)初撐力進(jìn)行調(diào)整，在該采面構(gòu)建了初撐力控制系統(tǒng)。預(yù)先液壓支架執(zhí)行油缸工作壓力為22.5MPa，具體監(jiān)測(cè)獲取到的液壓支架初撐力變化情況見圖4。隨著采面的不斷回采，液壓支架按照“升—降—升—降”循環(huán)工作，執(zhí)行油缸工作壓力隨之發(fā)生變化。從圖4看出，液壓支架在支護(hù)過程中執(zhí)行油缸工作壓力呈現(xiàn)波浪形變化，在初撐力控制系統(tǒng)作用下液壓支架初撐力最大變化量在0.3MPa；同時(shí)液壓支架初撐力穩(wěn)定耗時(shí)控制在10s以內(nèi)，在合理范圍內(nèi)。表明通過以執(zhí)行油缸工作壓力作為調(diào)節(jié)型號(hào)可精準(zhǔn)地對(duì)液壓支架初撐力進(jìn)行調(diào)整，可滿足井下綜采工作面液壓支架控制需要。

4結(jié)論

1）液壓支架初撐力控制系統(tǒng)通過采用閉環(huán)調(diào)節(jié)方式可實(shí)現(xiàn)液壓支架在工作時(shí)初撐力的穩(wěn)定性，并根據(jù)需要對(duì)初撐力進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整。2）在1506綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，液壓支架初撐力控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)初撐力的精準(zhǔn)控制，初撐力調(diào)整時(shí)間控制在10s以內(nèi)，初撐力最大變化量控制在0.3MPa以內(nèi)，取得了顯著的應(yīng)用成效。

參考文獻(xiàn)

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作者：賀磊 蘇琪 單位：山西王家?guī)X煤業(yè)有限公司