煤矿液压支架电液控制系统的应用综述

李天春

摘要：为打破国外垄断和提高控制性能，對液压支架控制系统的组成及原理进行了详细介绍与分析，并在此基础上说明了煤矿用液压支架电液控制系统的应用，对液压支架电控系统在煤矿中的实际应用具有一定的参考价值。

关键词：液压支架;电液控制系统;软件;硬件

引言：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。

1液压支架电液控制系统结构

在煤矿企业的机械化发展下，煤矿液压支架的电液控制系统是企业开采智能化发展的重要技术之一，其主要涉及到液压支架部分、控制部分和网络管理部分。在液压支架构成上，需要由一系列的支架控制单元件构成，其核心在于借助传感器进行检测，通过液压控制阀与电磁先导阀组成，实现后续控制的命令执行。在控制部分上，主要借助液压控住阀构成系统的控制部分，其实际的应用具备操作简易操作性，并且在自动化控制上，能够安全可靠，实现支架群的配合协调。在网络管理上，所有支架控制器通过总线技术构成一个通信网络系统，各项任务的管理与实时调度通过内嵌操作系统来完成，利用检测装置定位采煤机，使工作面支架及时跟随，实现自动化控制。工作面支架电液控制系统的网络管理是由网络变换器来实现的，它既可以管理工作面数据，又可以将工作面数据经由数据转换器传入主控计算机进行系统的集中监测监控，主控计算机再通过井下交换机将电液控制系统数据传入地面计算机，从而完成对对井下数据的监测、分析和网络发布[1]。

2工作原理

整个电液控制系统由电控与液压两部分组成。电控部分是一种多级控制系统，因此由多个层级构成的系统具备多个功能与良好的可扩展性，随着层级的增加，其功能也更为强大。电液阀组中采用主动换向阀取代了传统的手控阀，可通过电磁先导阀对换向阀进行控制。因此，电液控制系统可利用电磁先导阀实现对液压部分的控制。支架控制器通过电缆连接成整体通信网，系统利用CAN总线通信技术实现采煤数据的传输。监控计算机可接收并储存传感器采集的采煤设备相关数据信息，以实现支架的实时状态监测，并发出控制信号调节支架工况[2]。图1为电液控制系统总体结构示意图。

3应用现状分析

虽然我国的液压支架电液控制系统在20世纪90年代初进行研发，由北京煤机厂和郑州煤机厂分别研制出了支架电液控制系统，并进行了井下工业性实验，但是在实际的煤矿机械化中没有得到运用发展。直到我国煤炭科学研究总院太原分院，在1996年研制液压支架电液控制系统，且进行了全套面向井下工作性实验。在2005年，我国研发企业能够自主研发煤矿液压支架电液控制系统，在实际的应用中却依赖于国外机械设备，导致自主研制的液压支架电液控制系统没有得到良好推广应用，造成我国煤矿的生产自动化目前还是主要依赖于进口产品。

4煤矿用液压支架电液控制系统的应用

4.1液压支架电液控制系统

在超前支护中的应用采煤工作面的超前巷道是受采煤设备影响比较严重的区域，不仅各种设备众多，而且是人员和物料的必经之处，我国对回采工作面的支护规定为至少20m。某煤矿井下超前支护方式为：液压单体支柱配π型铰接顶梁和柱鞋支护。在实际工作中，人工单体支柱的支护方式虽然应用灵活，但是存在强度不足、压力不匀等缺点，容易造成综采工作面端头和顶板的事故率较高，因此采用电液控制的超前支护技术。为基于电液控制的遥控支架超前支护技术原理图，它由电液控主机、支架远程操作台、信号转换器、超前支架控制器（1～n）、支架控制器（1#～n#）和CAN总线、RS-232总线等组成。虚线框内为超前支架控制系统的设备示意图，包括压力传感器、行程传感器、人机交互界面、电磁驱动器和电磁控换向阀等。超前支架控制系统原理为：电液控主机通过RS-232与支架远程操作台通信，实现操作过程的状态监控，支架远程操作台输入支架操作指令后，通过CAN总线与信号转换器连接，经信号转换器转换后再由CAN总线送出。支架控制器（包括工作面控制器1#～n#、超前支架控制器1～n）接收操作指令后，分别对超前支架和工作面支架进行相关控制。支架控制器的执行元件为电磁驱动器，其本质是一个驱动线圈，电磁控换向阀的开闭由驱动器线圈驱动，液压缸作为执行元件直接控制支架的动作，以达到理想的支护姿态，为其他机械的移动提供安全的作业空间。电磁换向阀由先导阀和换向主阀组成，先导阀的作用是将电信号转换为液压信号，实现装置驱动的作用。超前支架具有多种姿态控制，包括前后立柱的升降、推移、伸缩，前梁、伸缩梁、侧帮、顶梁的伸缩。超前支架与工作面支架采用了同样的电液控制系统，两套电液控制系统在通信方式上相同，这样就形成了统一平台的电液控制系统，所有的支架具备了协同调度的条件，工作人员只需通过按键即可实现拉架和移架，使得煤矿综采工作面的支护安全水平显著提升[3]。

4.2监测矿压与预警瓦斯突出的应用

（1）合理有效的观察和研究矿山压力的特征，主要包含支架运转阻力与顶板压力，能够提升矿井施工效果与安全性。但是使用液压支架电液管控体系中的立柱压力传感设备，能够收集到有关的压力数据，同时研发顶板事故警示与矿压监管的贡献，针对支架压力之前的信息展开存储与研究。进而良好的预估和监管顶板的承压情况，同时依据支架的状态与现阶段的撑力警示，增强矿压作用下支架的稳固性能。（2）瓦斯涌出警示。依据电液控制体系中查看瓦斯含量的功能，进而进行瓦斯涌出警示。电液管控体系可以针对工作面的数据展开测量，依据装置内部相关传感设备针对瓦斯涌出有关参数开展监管，譬如电磁辐射、制定频率波动、瓦斯涌出数量以及矿层温度等，溶蚀依据瓦斯涌出警示相关知识和参数变动状况，可以良好的对瓦斯涌出现象做出警示，从而防止由于瓦斯涌出危害而出现较为严重的安全问题。

5结束语

液压支架是矿井采煤工作面的关键设备，其电液控制系统对矿井的生产效率与工人人身安全具有重要意义。为打破国外垄断和提高控制性能，本文对液压支架电控系统进行了详细分析，并对该系统的硬件与软件进行了设计。随着电控系统在国内煤矿逐步得到推广使用，国内煤矿的生产效率与人身安全会得到显著提高。

参考文献

[1]闫明.基于无线通信和CAN总线的液压支架电液控制系统研究[D].太原：太原理工大学，2018.

[2]宁宇.综采工作面液压支架电液控制系统设计[J].煤炭科学技术，2019，37（1）：1-3.

[3]梁璐超.液压支架电液控制系统在煤矿采煤工作面中的应用[J].自动化应用，2019（01）：41-42.