综采工作面液压支架远程控制技术研究及应用

杨书明

（山西乡宁焦煤集团燕家河煤业有限公司， 山西 临汾 042100）

0 引言

综采工作面传统人工移架推溜过程中，由于液压支架之间错动较大会导致顶板碎石、矸石冒落，很容易出现砸伤工作人员的安全事故，同时综采面采煤作业时煤尘较大，支架工跟机作业时很容易吸入大量煤尘影响身体健康及生命安全。通过设计液压支架的远程控制技术，实现智能化无人化移架工序，能够很好的解决这类问题的发生。而且液压支架远程控制技术的应用，也极大促进了综采工作面的高产高效生产，为煤矿企业智能化发展提供了技术支撑。

1 液压支架远程控制技术研究现状

基于传统人工移架安全系数较低，移架效率不高的现状，近年来各试验研究平台的研究人员对液压支架控制系统做出了大量探索及科研工作。现阶段液压支架的远程控制技术基本可以做到随采煤机设备自动进行跟机移架操作，同时还可根据CAN 总线通信对液压支架进行远程控制，利用TCP/IP 通信协议进行远程液压支架运行状态监控的数据传输工作。上述液压支架远程控制系统虽可实现远程操控效果，但对液压支架成组监控管理效果较差，没有一种自动化监控软件对液压支架进行远程界面显示控制。为实现这一目的，本文以某矿3202 综采工作面为背景对液压支架进行远程控制系统设计，提高该工作面跟机移架作业的安全性和可靠性，为综采工作面的智能化无人化发展提供一定的借鉴意义。

2 液压支架远程控制技术设计

2.1 电液控制系统设计

液压支架作为综采工作面进行煤炭资源开采过程中重要的生产设备，利用主控计算机的远程智能化控制程序来模拟传统人工移架推溜工序，可实现液压支架的自动化控制效果，从而达到对综采工作面液压支架进行远程控制的目的。液压支架电液控制系统组成主要包括就地控制、集中控制器以及远程控制系统三部分，如图1 所示，三者可以实现对液压支架进行就地操控、远端控制以及自动控制效果。

图1 综采工作面液压支架电液控系统组成示意图

2.1.1 就地控制系统

通过安装于液压支架机体的就地控制器来对综采工作面的液压支架进行指令下达控制，每台支架对应安装一部就地控制器，就地控制器内部布设有压力、位移传感器以及电磁先导阀等数据采集以及执行单元，可通过压力传感器以及位移传感器对液压支架的运行状态进行数据采集，驱动电磁先导阀来控制液压支架进行推溜移架或升降架等工序，控制指令由就地控制器直接下达执行。

2.1.2 集中控制系统

集中控制是就地控制与远程控制系统之间连接的桥梁，其位置通常要根据液压支架的推移情况确定，一侧与远程控制系统连接，另一侧连接至液压支架上的就地控制器。集中控制系统的功能也就是对液压支架上的就地控制器下达操作指令，对液压支架的运行动作进行控制。可以实现远程操控综采工作面液压支架进行跟机协同控制效果，控制液压支架进行护帮板回收、升降架以及推架等工序控制，并通过压力传感器、位移传感器采集到的液压支架运行参数向远程控制系统传输液压支架的运行状态数据信息，传输到的液压支架运行参数等可向远程界面进行显示或做为液压支架设备的维护依据进行使用。

2.1.3 远程控制系统

远程监控系统可在监控主机的远程控制下实现由顺槽或地面对综采工作面液压支架设备进行远程监测控制，根据液压支架的运行参数来实时操控设备进行推溜移架、停机立柱等工序控制。远程控制系统与集中控制系统相连，布设位置在顺槽控制中心，通过远程控制液压支架结合综采工作面采煤机设备进行单架或成组运行。同时可通过对液压支架的实时运行参数进行数据采集记录，为人工作业或设备维护工作提供参考数据[1]。

2.2 远程界面显示

液压支架的远程控制技术依赖于主控计算机的智能化控制系统，通过对液压支架电液控系统实现智能化操作，实现综采工作面液压支架自动化、无人化控制，其中远程界面显示可通过分层显示的方式将液压支架的作业工序、参数数据显示在操控界面上。远程界面显示可以实现对综采工作面液压支架的升降架、移架推溜以及支架停机闭锁等工序进行实时显示，也可以实现对这些工序的具体压力、位移参数等数据进行显示记录，可以做到顺槽远程监控中心或地面调度中心对液压支架的单架、成组控制效果。在进行液压支架单架成组控制过程中，通过通信系统来对液压支架进行定位或下达控制指令，这些控制指令会通过通信线路传输至液压支架，从而实现对综采工作面液压之间的远程控制效果。

2.3 通信技术

以太网通信技术是煤矿井下常用的网络通信技术，该技术较为成熟，经各大煤矿使用效果可靠，而EtherNet/IP 通信技术在物理层以及数据链线路上均采用以太网技术，可以确保对综采工作面运用以太网技术的液压支架进行连接控制。EtherNet/IP 通信技术在传输速率及通信效率上都比较高，可以减少液压支架远程控制系统的反应时间，具备更高的失效性，同时该通信技术设计简单便于维护，使用成本较低，具体通信架构如图2 所示[2]。

图2 液压支架控制系统通信技术结构

该综采工作面液压支架远程控制系统应用EtherNet/IP 通信协议实现液压支架的通信功能，对液压支架的运行参数以及各传感器监测数据可按统一标准进行数据接收传输，具备一定的实时性，实现了综采工作面液压之间的远程操控效果。同时通过对其它设备的端口以及协议进行改造，由统一EtherNet/IP智能网关安装控制，传输数据均按照统一标准进行采集传输，实现数据的自动化信息化采集处理以及存储应用[3]。

3 实际应用效果分析

将设计完成的综采工作面液压支架远程控制系统应用于某矿3202 工作面进行试运行，对液压支架的远程操控、自动化跟机移架以及对支架的运行参数姿态显示功能进行测试。液压支架的远程控制中心分别位于回风顺槽以及地面调度中心，液压支架的跟机移架作业是在采煤机牵引速度4 m/min 左右条件下进行，通过测定液压支架的跟机性能来测试远程操控系统是否能够满足液压支架跟机移架推溜功能。经现场测试发现，跟机监测数据均在设定范围之内，液压支架的跟机效果较为稳定，在采煤机牵引速度达到10 m/min 时，远程控制系统下达分组移架指令时仍能够做到相应动作。

在液压支架上布设的位移传感器以及压力传感器可对液压支架承受压力、液压支架升降架高度以及距离采煤机滚筒摇臂的距离等参数进行数据采集，与采煤机设备之间的防干涉识别可通过在可视化界面进行弹窗警告或发出报警信号进行预警。同时在液压支架的远程控制上还可通过无线遥控器来对综采工作面液压支架进行单架或成组的一键控制。

4 结语

通过利用电液控制技术对综采工作面液压支架进行远程控制系统设计，依据传统人工移架存在安全隐患以及移架效率较低的现状提出智能化移架控制方案，实现了综采工作面液压支架的跟机自移以及单架、成组控制效果。通过现场应用测试发现，该远程控制系统可实现对液压支架运行状态的全面监控以及远程操控，实现了液压支架的单架、成组跟机自移效果，保证了液压支架的移架速度以及稳定可靠性，降低了井下工人的劳动量，确保了综采工作面煤炭资源的安全高效开采。