液压支架跟机自动智能化控制系统的设计及应用

燕鹏达

（晋能控股煤业集团王家岭煤业，山西 忻州 036600）

1 工程概况

晋能控股煤业集团王家岭煤矿地处河东煤田北部，属于河保矿区，井田面积34.447 1 km2，批准开采4#～9#煤层，生产规模5.0 Mt/a。18102 工作面回采4#煤层，地面标高+961.9～ +1 089.7 m，工作面标高+601～ +641 m，胶带顺槽长1 602.494 m，回风顺槽长1 602.499 m，工作面长240 m。4#煤层平均视密度1.44 t/m3，以暗煤为主，亮煤次之，镜煤呈线理或透镜体，4#煤结构复杂，一般含2～4 层夹矸，主要以炭质泥岩、砂质泥岩为主。煤层全煤厚2.8～7.1 m，平均5.0 m，煤层倾角4°～9°，平均6°。4#煤层采用综采放顶煤采煤方法，工作面采用液压支架控顶，全部垮落法管理顶板。

2 液压支架的选型

2.1 支架高度确定

支架的高度主要包括最大结构高度和最小结构高度，它必须适应煤层采高变化所要求的最大和最小支撑高度。支架高度由公式（1）、（2）计算：

式中：Hmax为支架最大结构高度，m；Mmax为煤层最大采高，取4.0 m；a为伪顶冒落后支架具有初撑力的补偿量，取0.4 m；Hmin为支架最小结构高度，m；Mmin为煤层最小采高，取2.9 m；s为顶板最大下沉量，取0.1 m；b为立柱最小可伸缩余量，取0.1 m；c为存留煤矸厚度，取0.1 m。代入数值计算得到支架最大结构高度Hmax为4.4 m，最小结构高度Hmin为2.6 m。

2.2 初撑力及工作阻力的确定

根据18102 工作面的顶板条件，结合该矿其他工作面液压支架的选型经验，确定采用高工作阻力的两柱掩护式液压支架，支架中心距1750 mm，计算得支架工作阻力9000 kN/架。考虑液压支架初撑力与额定工作阻力的比值为0.8，确定选用ZY9000/25/45 型掩护式液压支架[1-6]。

3 液压支架跟机自动化智能化控制系统的设计

3.1 系统结构和功能

18102 工作面SAC 液压支架跟机自动化智能化控制系统由北京天地玛珂电液控制系统公司设计，其结构如图1，主要包括红外接收器、控制器、电磁换向阀组、角度传感器、传感器、行程传感器、电源箱、耦合器、各类计算机、井下交换机、数据转换器、网络变换器等。系统通过各支架控制器之间的数据通讯依靠CAN 通讯协议进行实现，基于支架服务器与地面集控中心的计算机实现命令的控制与数据传输功能。该系统通过调整工艺参数满足18102 工作面全工艺段的自动智能跟机功能。

图1 控制系统结构图

3.2 液压支架自适性智能化控制

在18102 工作面液压支架自动智能跟机的调试过程当中问题频发，主要问题有：一是支架抬底动作效果不好；二是护帮板支护效果不佳。这两个问题严重影响到液压支架自适性智能化控制的过程，必须对相关的工艺程序进行优化调整。

18102 工作面液压支架自动智能跟机动作流程如图2，主要实现了推溜、移架、伸缩护帮板及喷雾等工作的自动化和智能化操作，对影响成组移架的移架开始时间、暂停范围、暂停时间、到达时间、抬底开始时间和抬底到达时间六个因素进行反复优化设计，实现移架的合理匹配。

图2 液压支架自动智能跟机动作流程示意图

一个截煤作业循环进程中包含工作面上、下两端共计2 个三角区，其上、下两端的截煤工艺流程相同，主要包括4 个阶段。三角区自动跟机移架示意图如图3。

图3 三角区自动智能化跟机移架示意图

4 应用及效果分析

18102 综采工作面确定选用ZY9000/25/45 型掩护式液压支架，同时应用设计SAC 液压支架跟机自动化智能化控制系统，经调试后进行了38 架、为期60 d 的井下工业性试验，效果理想。后期SAC液压支架跟机自动化智能化控制系统成功应用，实现了全工作面136 架的全面应用。

SAC 液压支架跟机自动化智能化控制系统在应用期间，系统整体运行稳定，操作简便，自动化和智能化程度高，能完全满足18102 工作面作业现场的生产需求。该SAC 液压支架跟机自动化智能化控制系统在工作中，可以实现与采煤机的联动，能显示采煤机、支架工作状态、故障情况，具有自动智能跟机操作和成组作业的操作功能。在液压支架电液控制系统实现自动化智能化跟机的基础上，依靠设置的液压支架视频系统，可以在地面集控中心计算机上远程对液压支架进行操作，进一步依托视频定位追机系统实现可视化管理。液压支架上安装有压力传感器，可以实时地对18102 工作面的顶板压力情况进行监测，并根据工作阻力的变化情况及变化趋势。

5 结语

王家岭煤业18102 综采工作面基于智能化工作面的设置要求，引入了SAC 液压支架跟机自动化智能化控制系统，并应用于ZY9000/25/45 型掩护式液压支架中。该液压支架跟机自动智能化控制系统可与采煤机、刮板输送机完成自动智能跟机拉架和成组推移刮板输送机等动作，液压支架的协调控制实现了工作面的智能开采。SAC 液压支架跟机自动化智能化控制系统的应用，大大提高了18102 综采工作面的开采效率，大幅度降低了工人的劳动强度，有效提高了巷道支护质量，减少了开采中的安全隐患，为实现18102 综采工作面智能化开采奠定了基础，安全经济效益显著。