综采液压支架电液控制系统应用分析

刘万仓，韦中成

（鄂尔多斯市转龙湾煤炭有限公司，内蒙古鄂尔多斯 017010）

0 引言

在我国能源结构中，煤炭的地位举足轻重，其对发展国内社会经济具有关键作用。为了实现煤矿开采效率的提升，需要在综采中应用液压支架电液控制系统，从而实现煤矿开采机械自动化水平的提升，确保煤矿开采实现智能化。事实表明，作为一种有效统一监测与控制的新型液压支架电液控制技术，它能够很好地监测综采工作面设备的工作状态，从而确保煤矿开采的正常开展。

1 液压支架电液控制系统的设计组成部分

该系统的设计重点涵盖硬件和软件两个方面。

（1）设计硬件系统。电液控制系统需要应用相应的基础设备，且结合开采煤矿工作要求对连接设备的方式予以确定。其结合CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）总线设计方式，根据操作采煤支架的现状设置节点，从而互相控制节点间，依次为节点创建采煤支架分布控制系统，完善固有采煤机械设备的缺陷。将一台子控机设置于各个采煤支架实现控制，且形成一系列的电液控制子系统，在主控机上连接全部的子控机，确保正确地连接总线以及串行通信接口。

（2）设计软件系统。各种控制设备有不同的控制方式，为此，应各自进行设计，且结合对请求信号的甄别来识别输入指令。控制命令涵盖动作指令、单元编组、编码地址，在准确识别各种质量信号的基础上有效地控制被控单元。设计软件控制系统的工作比较复杂，重点涵盖监控模块、处理命令模块、接收命令模块、发送命令模块等。设计为模块化的形式，能系统地控制被控单元。液压支架电液控制系统基本架构如图1 所示。

图1 液压支架电液控制系统基本架构

2 煤矿综采中液压支架电液控制系统的具体应用

2.1 选用适宜的设备与工作参数值

通常情况下，各种液压支架电液控制系统所适宜的工作场所有所不同，例如在压力敏感性方面，井下煤矿与露天煤矿存在差别，并且在开采煤矿时，也需要科学设置设备工作参数值，从而确保提高控制效果。液压支架有很多类别，根据煤层倾角，通常划分为大倾角液压支架以及一般液压支架；根据煤层现状，可以划分为大采高支架、中厚煤层支架、薄煤层支架；根据采煤方式，可以划分为一次采全高支架和放顶煤支架。此外，在持续进步的技术影响下，还存在新的超静定液压支架等。在开采煤矿时，如果开采煤层的方向是锐角，那么可以应用一般液压支架，如果开采煤层的方向是钝角，那么可以应用大倾角液压支架。在工作参数上，因为相同矿井的实际工作状态也存在差别，需要结合实际现状调整参数，例如在开采薄煤层上，液压压力需要比开采中厚煤层的小，应结合模拟实验和长期观察确定实际参数值。对于煤层上部构造而言，各种构造对开采效率的影响也有所不同，如果其构造是砂石，那么在进行割煤时应调节压力为较小水平，防止塌方现象的形成；如果顶层构造属于石质构造，那么液压压力需要调整至砂石构造的至少两倍。工作者在完全掌控采矿区域的条件下，结合模拟实验确定适宜的参数值，且在系统的智能模块中设置各种组合方式，并在实际应用过程中结合一系列变化加以调整。

2.2 自动化控制的应用

液压支架电液控制系统的明显特点在于自动化控制，在开采煤矿时，设备碰到复杂多变的状况，凭借人工实施控制有一定的滞后性，难以精确控制调整的程度，但是在自动化控制方式下可以很好地处理上述情况。具体而言，可以应用该系统的智能模块实现自动化控制，涵盖行程传感设备、压力控制设备、传感设备等，各设备单独运行，并且互相保持相应的联系性。例如在设计压力控制时，在设备中加装一个压力感应器且将其连接到控制中枢。在运行过程中，基于各种运行状况设备的压力形成改变，如此的改变一般处在一个安全范围之内，此范围的极值是启动初始值与最大压力安全值。感应器一个周期的时间是0.2 s，实时感应压力，如果压力值在初始值以下或最大压力值以上，感应器能够向智能中枢迅速地体现这种状态，智能中枢可以发出警报和实施调节。在进行调节之后，恢复压力控制为正常值，从而防止毁坏受其制约的综采设备构件。现代化工业的发展方向是自动化控制，煤矿开采中的智能化控制显得非常关键，除以上分析的压力控制之外，它还能自动化控制和处理泄漏瓦斯和顶层松动的现象，从而使煤矿开采的安全性与效率显著提高。

2.3 监测矿压与预警瓦斯突出的应用

（1）科学地观测与分析矿山压力特点（支架运行阻力、顶板压力等），有助于开采效率和安全性的提高。而应用液压支架电液控制系统的立柱压力传感器，可以取得相应的压力信息，然后开发出顶板灾害预警以及矿压监测的功能，将支架压力的历史数据信息进行保存和分析，从而有效地预测与监测顶板来压状况，并且根据支架的姿态和当前撑力预警，改变矿压情况下存在的支架失稳现象。

（2）预警瓦斯突出。结合电液控制系统能够监测瓦斯浓度，从而预警瓦斯突出。具体来讲，电液控制系统能够对工作面整体的参数进行监测，结合此系统中的有关传感器对瓦斯突出相关的指标（电磁辐射、特定频率震动、瓦斯涌出量、煤层温度等）进行监测，并且结合瓦斯突出预警理论以及指标改变情况，能有效预警瓦斯突出，进而避免因瓦斯突出灾害形成较大的人身伤害事故和财产损失。

3 煤矿综采中液压支架电液控制系统的发展趋势

（1）应用网络技术。应用网络技术可以有效应用所有的传感器信息和提高各台支架控制器的运算水平，从而提升各台控制器的控制决策性能以及降低上位机、端头主控制器的运行负荷，优化单一的上报数据方式，统筹工作面整体为一个有机的联系体，进而在有限的计算水平上大大提升智能化与自动化控制能力。当前，在电液控制系统中应用网络技术可以实现日益完善的统一控制作用，且稳定发展为全面自动化方向。

（2）应用物联网技术。在电液控制系统中应用物联网技术可以提高其功能，优化传输信息的方式，以及实现传输数据过程的简化和数据采集量的丰富。并且，物联网技术在电液控制系统中的应用，能够更加容易地采集牵涉多变量、多设备的复杂状态检测的数据；结合传感器无线传输信息的优势，还能深入汇总搜集的庞大数据信息，从而实现数据处理的智能化，确保工作面设备具备协同运行的性能，进一步实现工作面生产技术的全自动化。另外，在电液控制系统中应用物联网技术，还可以提供充足的智能化与自动化控制数据。

（3）应用大数据技术。大数据技术在电液控制系统中的应用，即结合大数据技术对液压设备的运行情况信息进行分析，进而实现此系统中寿命管理模块性能的提升。这就要求有效统一物联网技术与大数据技术，即应用物联网技术收集、检测、传输装备工作状态的信息数据，然后结合大数据技术开展分析、处理、融合工作，从而更加有效地服务于系统中的设备。并且，在电液控制系统中应用统一网络技术、云计算技术、物联网技术等大数据技术，可以确保电液控制系统切实具备液压支架全周期寿命管理以及故障预测的能力。这样不但能提升了检修和维护液压设备的效率，延长设备使用年限，还能提升煤矿生产效率和质量，确保矿井工作者的人身安全。

（4）应用智能控制技术。在电液控制系统中应用智能控制技术，即结合智能控制技术优化其控制，这表现为控制过程的很多环节。其中，模糊控制能够解决控制过程中难以建立液压支架及其相关控制对象控制模型的问题；神经网络能够给控制过程中的不确定性提供比较高的容错度，并且提高适应变化因素的性能；专家控制可以使控制精度提升，提高诊断故障的性能。总之，结合这一系列的智能控制措施，可以大大提升电液控制系统的自动追机拉架、工作面校直找平等能力，也可以在支架在各种姿态情况下依旧确保一系列动作控制的精确度，进一步提升电液控制系统的自动化水平。

4 结束语

在传统的煤矿开采工作中，人工操作控制方式占据主导，容易受到各种自然状况、人为因素的制约，工作效率比较低。而在煤矿综采中应用液压支架电液控制系统，其跟传统的煤矿开采系统相比，具备设备控制、顺槽控制、自动控制、智能控制等一系列功能，在煤矿开采资源中，广泛使用液压支架电液控制系统不仅可以优化煤矿生产条件，而且还能降低工人的劳动负担，实现无人化与远程控制操作，在确保煤矿开采质量和效率的同时，实现理想的煤矿企业效益。