液压支架采高测量装置研究及应用

张宝军

液压支架采高测量装置研究及应用

张宝军

在KJ327无线型矿山压力监测系统分站原有的基础上增加一个测量采高的位移传感器，采用位移传感器对液压支架立柱下缩量的支撑高度进行测量、记录和计算机分析，并与矿压监测系统相结合，形成在线监测系统和数据共享平台。

煤矿开采；矿山压力监测；液压支架采高测量装置；液压支架立柱缩量仪

1 综采工作面采高测量装置的作用及采高测量现状

采高是综采工作面控制的主要参数［1］。为了保持工作面采煤高度适应顶底板动态变化，支架接顶状况良好和确保初撑力的供给，同时掌握顶板活动规律，需要有详实的现场实测数据。之前大同煤矿集团公司四台矿综采队使用的是卷尺测量采高，只是瞬时测量，不能实时监测和掌握实际采高的变化情况。因此，迫切需要检测系统对矿压、采高等参数进行实时监测、显示与分析，并且获得如下数据。

（1）液压支架活柱下缩量结合来压期间支架工作阻力、初撑力与末阻力间的变化、时间间隔、层间距变化等数据可分析来压强度。通过压力值的增加或减小，可反映工作面老顶随着层间距变化与顶板破碎程度的变化关系。

（2）通过位移传感器测量活柱下缩量计算出采高，在压力分站上及时显示采高值，能够及时控制支架接顶和采高的变化，使支架保持接顶严实，初撑力保持在规定范围内，即可分析顶板周期来压等情况。

（3）综采工作面支护中及时掌握支架工作阻力和采高的变化情况对生产有积极的指导作用，依据数据和图表趋势作出预判，采取有效措施加强顶板管理，从而保障综采工作面的开采安全。

2 液压支架采高测量装置设计方案

在KJ327无线型矿山压力监测系统分站原有的基础上增加一个位移传感器，采用当前新型无线发射/接收电子芯片和ARM数字处理芯片，和多CPU同步处理技术，同时在分站屏幕上显示支架工作阻力、活柱下缩量和测量采高等多组实时监测数据。采高测量是通过测量活柱下缩量计算出采煤高度值，将其数据上传到地面的计算机，用分析软件实时呈现出工作面支架的工作状态（显示初撑力、工作阻力）、活柱下缩量、顶板压力变化和采高变化数据及图表。

将活柱下缩量位移传感器连接在KJ327型矿山压力监测系统分站上，并利用工作面2.4 GHz无线电波传递矿压数据信息技术［2]，将所采集到的实时数据传输到系统中。即取消信号通讯电缆，彻底解决了因频繁推拉支架或过断层时放炮而损坏通讯电缆事故的问题，极大提高了系统通讯稳定性，降低了系统运行成本。

用于活柱下缩量的测量，准确有效地测量数据将在分机显示屏上显示，同时显示初撑力、工作阻力、活柱下缩量（计算出的采高值）。其显著的特点是测量精度高、操作简便、显示直观、数值变化速度快、敏捷度高、无线传送数据针对性强等。由电脑软件控制，配有LCD显示，并可记录、打印；而且可对支架支护阻力、活柱下缩量、采高不同的数值变化进行同时监测，数据显示明了，给现场员工了解工作面采高变化带来极大的方便，提高了工作效率。

分析软件采用数据库、OPC技术，系统运行稳定可靠，兼容性强；三通道分站使用一组本安电池供电，供电时间可长达两年，从根本上解决了监测系统的稳定供电问题和井下设备失爆问题，安装简单，运行可靠，每一通道可与任意电阻应变式传感器兼容使用；主站安装有U盘，做到矿压数据实时通信、U盘存储双备份；通过采高测量还能够进行支架运行状况二次分析，能够进行支架适应性多元化评估，并对各采煤循环的顶板压力值、活柱下缩量、采高等信息变化情况作出评估，起到了综合分析的作用。

3 液压支架采高测量装置硬件组成及安装

3.1 硬件组成

图1 液压支架采高测量装置实物

液压支架采高测量装置由立柱下缩量位移传感器和KJ327型矿山压力监测系统分站，以及数据电缆等硬件组成，实物见图1。 a，在程序中输入液压支架顶梁的厚度b和液压支架支柱固定部分和底座的高度之和c，软件会自动计算出工作面采高：H=a+b+c。

图2 液压支架采高测量装置安装位置示意

3.2 安装

（1）将监测分站安装到顶梁下部合适位置，固定牢固。

（2）用抱箍将立柱伸缩量传感器固定在立柱缸体外侧。

（3）传感器钢丝系在顶梁顶部合适处（见图2）。

4 液压支架采高测量装置工作原理及功能

4.1 工作原理

活柱的伸缩引起钢丝长短变化［3］（见图2），传感器将液压支架活柱缩量的位移转化为电信号，再传输给分站进行数据记录和分析及显示，使液压支架活柱缩量成为实时监测信号并计算出采煤高度，从而得出顶板运动规律。

4.2 计算采高的原理

利用位移传感器自动测量出液压支架活柱伸缩量

4.3 主要功能

（1）采用2.4 GHz无线电波传送矿压数据（支架初撑力、工作阻力、活柱下缩量、采高测量值）；

（2）每分站具有3个通道，可以同时监测每架2个立柱（四柱式支架测前柱后柱，两柱式支架测左柱右柱）实时压力和1个位移监测（测液压支架活柱下缩量），同时显示所测量的3个通道的数据；

（3）下缩量直读、记忆、生成图形、RS-232C/ RS485传输，测量精度可达0.5%，符合国家计量高精度等级；

（4）采集速率可实现5 s/遍～10 h/遍，任意可调，便于监测使用；

（5）因其采集速率高，所以曲线呈现的初撑力、末阻力、活柱下缩量、采高情况及时、真实、准确；

（6）活柱下缩量的量程大（压力60 MPa+20%超量程，位移500 mm）、灵敏度高（压力0.1 MPa，有特殊要求可提高至0.01 MPa；位移0.1 mm，有特殊要求可提高至0.01 mm）。

5 结语

该装置于2013年11月首次在四台矿井下投入使用。经过现场多次试验、观察和测量表明，其性能稳定，显示直观、数值变化速度快、敏捷性好，测量精度高，可随时查看、操作简便。

压力分机同时显示工作阻力、活柱下缩量和采煤高度，减少了人员测量采高的误差，提高了工作效率。

综采工作面采高测量仪具有独特的优越性，主要表现在工作效率的提高，提升了顶板管理的手段。特别是采用先进的位移传感器测量活柱下缩量计算出采高值，通过采高测量还能够进行支架运行状况二次分析与评估，能够获得多元评估信息，如各采煤循环采高与支架的支护阻力值的比对，得到采场动态矿压显现规律等，具有综合分析能力，从而为安全生产起到指导作用，对安全质量标准化的行为规范操作起到了很大的促进作用。

［1］国家煤矿安全监察局.煤矿安全质量标准化考核评级办法［M］.北京：中国煤炭科技出版社，2013.

［2］闵茹，李静，王军.无线传感器网络定位技术及其应用[J].河南机电高等专科学校学报,2006(06)：65.

［3］李晓豁，谢锡纯.煤矿机械与设备［M］.徐州：中国矿业大学出版社,2005.

作者筒介

张宝军，男，1965年出生，毕业于北岳职业技术学院，现在大同煤矿集团公司四台矿工作。

Research and Application of Measurement Device of Hydraulic SupportMining Height

Zhang Baojun

The substation of KJ327 wirelessmine pressure monitoring system is increased a displacement sensor ofmeasuring mining height,measuring,recording and computer analyzing drop-off support height of hydraulic support pillar are carried on by using displacement sensor,and combined with mine pressure monitoring system,on-line monitoring system and data sharing platform are formed.

coalmining;mine pressuremonitoring;measurement device of hydraulic supportmining height;pillar drop-off instrumentof hydraulic support

TD355+.4

B

1000-4866（2015）01-0034-03

2014－11－21