液压支架初撑力控制系统的研究

贺 磊，苏 琪

（山西王家岭煤业有限公司，山西 忻州 036600）

引言

随着矿井采掘深度的增加，煤炭在回采时受到受液压支架工作性能、顶板稳定性以及强度等方面影响，出现顶板垮落概率有所提升，因此，对液压支架顶板控制能力提出更高要求[1-2]。现阶段矿井采用的液压支架多是采用人工控制方式调整支架工作阻力，存在初撑力调节精度差、调整周期长以及安全性不足等问题[3]。为此，在前人研究成果[4-5]基础上结合工作经验提出一种液压支架初撑力控制系统，通过采用传感器监测液压支架初撑力，可依据现场需要以及预先设定初撑力值自动调整初撑力，可在一定程度上提升液压支架工作效率。

1 液压支架初撑力控制系统结构组成

根据液压支架工作时初撑力设定需要，文中提出在采面运输巷操作硐室内布置井下主机，通过RS485 方式控制各液压支架初撑力，具体控制系统结构组成见图1。主机可实时显示液压初撑力变化情况，当某支架存在异常时系统会发出报警信号并自动标记异常支架编号，从而实现故障的快速排除及定位。液压支架初撑力控制系统主要对初撑力进行监控并以设定值调整支架初撑力，并对初撑力监测值进行分析。液压支架初撑力调整以及支护状态调整主要通过液压油缸实现，而电液换向阀是实现液压支架自动控制的关键组件。现阶段电液换向阀在液压支架控制中应用较为普遍，具体控制原理见图2。

图1 液压支架初撑力控制系统结构图

图2 液压支架电液控制阀工作原路图

2 液压支架初撑力控制系统工作原理

初撑力控制系统应根据现场需要以及设定值对液压支架初撑力进行精准控制。为了避免传统的手动调节方式存在精度差、控制周期长以及响应速度慢等问题，文中提出将闭环回路调节技术应用到初撑力调节中，具体工作原理为：以执行油缸工作压力作为液压支架支架初撑力设定信号，在控制系统中输入设定初撑力后，压力传感器开始对油缸内液压油压力进行监测，并将压力监测结果传输给液压支架控制器中，控制器对支架初撑力设定值与实际值进行比对，并根据比对结果对输出电液控制阀调节调节信号，从而调整支架初撑力，直至将初撑力调整到满足初撑力控制需要，具体液压支架初撑力调节系统结构见图3。

图3 液压支架初撑力调节系统结构

液压支架初撑力调节系统结构包括有液压支架控制器、各类传感器、电液控制换向阀以及通信系统等。系统核心组件为液压支架控制器，该控制器可接收并分析安装在液压支架上的各类传感器监测数据，并进行分析，根据预先设定初撑力确定初撑力调整量以及液压支架姿态，后将控制信号向电液控制换向阀输出，实现对液压支架姿态、初撑力的调整。为了确保系统运行可靠性及稳定性，初撑力调节系统还具备有人工调节方式。

3 现场应用实例分析

以山西某矿1506 综采工作面为工程实例，对液压支架初撑力控制系统应用效果进行分析。1506 综采工作面开采的5 号煤层埋深平均450 m，倾角平均5°，顶底板岩性以砂质泥岩、泥岩为主，采面煤层赋存稳定，顶底板岩性条件较好。1506 综采工作面采高平均3.0 m，采面采用的液压支架型号为ZY10000/26/55，共计135 架。为了实现对采面液压支架初撑力的实时掌握，并根据需要对初撑力进行调整，在该采面构建了初撑力控制系统。预先液压支架执行油缸工作压力为22.5 MPa，具体监测获取到的液压支架初撑力变化情况见图4。随着采面的不断回采，液压支架按照“升—降—升—降”循环工作，执行油缸工作压力随之发生变化。

图4 液压支架初撑力变化曲线

从图4 看出，液压支架在支护过程中执行油缸工作压力呈现波浪形变化，在初撑力控制系统作用下液压支架初撑力最大变化量在0.3 MPa；同时液压支架初撑力稳定耗时控制在10 s 以内，在合理范围内。表明通过以执行油缸工作压力作为调节型号可精准地对液压支架初撑力进行调整，可满足井下综采工作面液压支架控制需要。

4 结论

1）液压支架初撑力控制系统通过采用闭环调节方式可实现液压支架在工作时初撑力的稳定性，并根据需要对初撑力进行精准调整。

2）在1506 综采工作面现场应用表明，液压支架初撑力控制系统可实现初撑力的精准控制，初撑力调整时间控制在10 s 以内，初撑力最大变化量控制在0.3 MPa 以内，取得了显著的应用成效。