液压支架跟机自动化控制系统研究

武炳楠

（西山煤电（集团）有限责任公司设备租赁分公司， 山西 太原 030053）

引言

随着我国社会的发展，我国的能源需求也越来越大，许多煤矿的产能大幅度提高，综采技术也全面发展，井下各类机械设备已经逐步实现了无人化、智能化和信息化。在采煤机行进过程中，液压支架需要跟随其前进方向进行移动，人工移架方式虽然比较灵活，但是安全性差，人工操作速度不稳定，采煤机的效率不能得到最大化发挥。液压支架自动化跟机技术是一种基于控制技术和通信技术的自动化技术，现在国内外液压支架生产厂家均在朝此技术方向发展，本文对液压支架自动化跟机技术进行了研究，以期对实际工作有所指导。

1 支架自动跟机

自动化跟机技术指的是液压支架或刮板输送机不需要人工操作即可自动地跟随采煤机行走，完成相应功能和动作的一种自动化控制技术。采煤机的位置信息是自动跟机技术的基础，工作面回采工艺和采煤作业规程是自动跟机技术的指导原则。

液压支架自动跟机技术中，不同跟机动作的技术要求不同，在移驾和收护帮板过程中，液压支架和采煤机之间需要保持足够的距离以确保安全，推溜的距离需要保持在采煤机后方滚筒15 m，除此安全距离以外，其他安全距离包括移架距离、收护帮板距离和伸护帮板等，上述安全距离需要根据采煤机的具体机械结构和支架中心距确定。

以连续的支架编号作为坐标标准，液压支架自动跟机距离定义示意图如图1 所示。图中采煤机中心所对应的坐标为26，以此位置作为起点，图中移架距离为7，表示在采煤机行走过程中，与采煤机距离最近的第7 个支架可以开始进行移架动作。移架范围为5，表示自所处移架距离的支架后方5 个支架均能够进行移架动作。与此类似，定义伸收护帮板距离、推溜距离、推溜范围、伸收护帮板范围。以采煤机为界，采煤机前方的液压支架进行收护帮板动作，采煤机后方的液压支架进行移架、伸护帮板和推溜动作[1-2]。

图1 液压支架自动跟机距离定义示意图

2 跟机速度的影响因素

液压支架跟机的效率主要取决于跟机速度，为尽可能提高跟机速度，需要对工作面跟机状况进行分析。

1）支架参数选择问题。采煤机的切割控制有两种方式，一种是采煤机司机遥控，另一种是位于顺槽的监控室进行遥控，这些控制方式下的采煤机速度忽快忽慢，在采用自动跟机技术时经常不能灵活跟踪，为了采煤机运行的安全性，技术人员在设置支架参数时会选择保守数值，供液系统的液体不能得到高效利用，移架的速度受到峰谷时段影响，因此要想提高跟机速度，需要设置合适的支架参数。

2）采高大煤壁片帮问题。煤壁片帮是一种大采高工作面常见的现象，工作面采煤工作完成后，原本充满煤岩的顶板岩层的压力加在煤侧壁，导致区域内压力显著增大，当煤层无法承受压力时，破碎的煤壁会向采空区垮落，这种现象称之为片帮。片帮形成的煤块导致采煤机的移动速度减慢，跟机自动化也无法按照预定流程进行。帮护板动作可以一定程度上减小片帮问题的影响，在采煤机能够通过的情况下，伸收帮护距离参数越小，越能够保护煤壁，较少片帮现象发生。

3）抬底堆煤问题。抬底堆煤现象常常出现在地板软的位置，在支架抬底过程中，软质底板提供不了足够的支撑效果，若抬底不彻底，在下一个移架动作中会在液压支架和刮板输送机中间产生煤块或岩石。抬底堆煤现象发生后，可采取加大采煤机割底量、增大降柱行程等措施，提高自动跟机系统的效率。

3 单架跟机动作分析

在综采工作面中，采煤机行进的方向与煤层厚度与截深一致，在固定运行时间内，采煤机行走速度越快，煤炭的产量就越高，要想提高矿井的产能，提高采煤机的行进速度是十分重要的一个环节。相较于采煤机的行进，支架的行进速度较慢，因此采煤速度受制于移架速度。如果采用人工移架，采用多人多点移架策略能够提高移架效率，但是在自动跟机系统中，支架的移架动作的前提是获取了确定的采煤机位置信息，也就是说移架的动作没有人工操作的预判性，只有采煤机位置确定后才能确定支架的移动动作。

在综采工作面移架动作中，支架的成组动作由降柱动作、移架动作和升柱动作构成，支架的成组动作很大程度上决定了自动跟机系统的效率。降柱动作的运动范围最小，背压对降柱动作的影响效果显著，在降柱执行中，动作回液流量最小。移架动作的运动范围最大，运动过程中的动作回液流量最大，因此设计中不适合在移架过程中附加其他动作，以保证单独执行移架时的液体压力和流量。升柱动作决定了顶板支护的支护好坏，因此也要保证具有足够的流量和压力值[3-4]。

4 架群跟机动作分析

将动作用液较少的动作组合起来一起运动，称之为架群跟机动作，将各动作重叠进行的架群跟机动作能够提高用液效率。与降移升组合动作相比，伸收护帮动作用液量相当少，而且在压力非常小的情况下也能成功动作，所以伸护帮和收护帮单独执行。与上述所有动作相比，推溜动作的用液量最大，考虑到支架推溜后所有支架须保持在一条直线上，因此选用多支架成组推溜进行。另外，如果两个相邻支架同时执行降移升动作，可能导致综采工作面顶板遭到破坏，所以架群跟机动作中，相邻支架分别执行降移升动作。

5 应用效果分析

1）液压系统用液量更加稳定。综采工作面的液压系统的特性表现为高流量和高压力，因此其检测技术存在一定难度，现在市场上还未见成熟的流量传感器产品能够反映支架动作用液情况。由于各种支架动作对液体用量需求不同，在一个稳定的液压供液系统中，液体的压力可以一定程度上反应供液量的连续性。通过单机跟机动作和架群跟机动作分析，采用液压支架自动化控制系统后，供液系统压力更加平稳。

2）抬底堆煤现象减少。为了改善抬底堆煤现象，液压支架自动化控制系统的隔架动作代替两架同时进行动作，两个相邻支架不会同时抬底，抬底效果一定程度上提高了，只有在底板较软的区域偶然发生。

3）片帮现象得到改善。液压支架跟自动化控制系统考虑了护帮板动作优化，动作进行中的护帮板能够一定程度上保护支架侧面，片帮的影响显著降低[5-8]。

6 结语

影响液压支架自动化跟机系统效率的影响因素有支架参数设置、煤壁片帮现象和抬底堆煤现象，本文分析了这些现象并对单架跟机动作和架群跟机动作进行了优化，与人工进行液压支架跟机操作相比，用液量稳定性、抬底堆煤现象和片帮现象得到改善，液压支架自动化跟机控制系统减少了井下工作人员，提高了综采工作面的效率和安全性。