液壓支架初撐力控制系統研究

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摘要：針對綜采工作面液壓支架初撐力調整采用人工調整的方式存在調整精度差、耗時長、安全風險大等問題，提出一種液壓支架初撐力控制系統。該系統以工作油缸液壓壓力調整為基礎，通過電磁控制閥對液壓支架初撐力進行調整。在1506綜采工作面現場應用后，該系統可在10s內即完成初撐力調整，且初撐力最大變化量在0.3MPa以內，取得較為顯著的應用成效。

關鍵詞：液壓支架；初撐力；控制系統；工作油缸；電磁控制閥

隨著礦井采掘深度的增加，煤炭在回采時受到受液壓支架工作性能、頂板穩定性以及強度等方面影響，出現頂板垮落概率有所提升，因此，對液壓支架頂板控制能力提出更高要求[1-2]。現階段礦井采用的液壓支架多是采用人工控制方式調整支架工作阻力，存在初撐力調節精度差、調整周期長以及安全性不足等問題[3]。為此，在前人研究成果[4-5]基礎上結合工作經驗提出一種液壓支架初撐力控制系統，通過采用傳感器監測液壓支架初撐力，可依據現場需要以及預先設定初撐力值自動調整初撐力，可在一定程度上提升液壓支架工作效率。

1液壓支架初撐力控制系統結構組成

根據液壓支架工作時初撐力設定需要，文中提出在采面運輸巷操作硐室內布置井下主機，通過RS485方式控制各液壓支架初撐力，具體控制系統結構組成見圖1。主機可實時顯示液壓初撐力變化情況，當某支架存在異常時系統會發出報警信號并自動標記異常支架編號，從而實現故障的快速排除及定位。液壓支架初撐力控制系統主要對初撐力進行監控并以設定值調整支架初撐力，并對初撐力監測值進行分析。液壓支架初撐力調整以及支護狀態調整主要通過液壓油缸實現，而電液換向閥是實現液壓支架自動控制的關鍵組件。現階段電液換向閥在液壓支架控制中應用較為普遍，具體控制原理見圖2。

2液壓支架初撐力控制系統工作原理

初撐力控制系統應根據現場需要以及設定值對液壓支架初撐力進行精準控制。為了避免傳統的手動調節方式存在精度差、控制周期長以及響應速度慢等問題，文中提出將閉環回路調節技術應用到初撐力調節中，具體工作原理為：以執行油缸工作壓力作為液壓支架支架初撐力設定信號，在控制系統中輸入設定初撐力后，壓力傳感器開始對油缸內液壓油壓力進行監測，并將壓力監測結果傳輸給液壓支架控制器中，控制器對支架初撐力設定值與實際值進行比對，并根據比對結果對輸出電液控制閥調節調節信號，從而調整支架初撐力，直至將初撐力調整到滿足初撐力控制需要，具體液壓支架初撐力調節系統結構見圖3。液壓支架初撐力調節系統結構包括有液壓支架控制器、各類傳感器、電液控制換向閥以及通信系統等。系統核心組件為液壓支架控制器，該控制器可接收并分析安裝在液壓支架上的各類傳感器監測數據，并進行分析，根據預先設定初撐力確定初撐力調整量以及液壓支架姿態，后將控制信號向電液控制換向閥輸出，實現對液壓支架姿態、初撐力的調整。為了確保系統運行可靠性及穩定性，初撐力調節系統還具備有人工調節方式。

3現場應用實例分析

以山西某礦1506綜采工作面為工程實例，對液壓支架初撐力控制系統應用效果進行分析。1506綜采工作面開采的5號煤層埋深平均450m，傾角平均5°，頂底板巖性以砂質泥巖、泥巖為主，采面煤層賦存穩定，頂底板巖性條件較好。1506綜采工作面采高平均3.0m，采面采用的液壓支架型號為ZY10000/26/55，共計135架。為了實現對采面液壓支架初撐力的實時掌握，并根據需要對初撐力進行調整，在該采面構建了初撐力控制系統。預先液壓支架執行油缸工作壓力為22.5MPa，具體監測獲取到的液壓支架初撐力變化情況見圖4。隨著采面的不斷回采，液壓支架按照“升—降—升—降”循環工作，執行油缸工作壓力隨之發生變化。從圖4看出，液壓支架在支護過程中執行油缸工作壓力呈現波浪形變化，在初撐力控制系統作用下液壓支架初撐力最大變化量在0.3MPa；同時液壓支架初撐力穩定耗時控制在10s以內，在合理范圍內。表明通過以執行油缸工作壓力作為調節型號可精準地對液壓支架初撐力進行調整，可滿足井下綜采工作面液壓支架控制需要。

4結論

1）液壓支架初撐力控制系統通過采用閉環調節方式可實現液壓支架在工作時初撐力的穩定性，并根據需要對初撐力進行精準調整。2）在1506綜采工作面現場應用表明，液壓支架初撐力控制系統可實現初撐力的精準控制，初撐力調整時間控制在10s以內，初撐力最大變化量控制在0.3MPa以內，取得了顯著的應用成效。

參考文獻

[1]任陽.大采高工作面液壓支架自動控制技術研究[J].煤礦機械，2020，41（9）：49-52.

[2]李文武.液壓支架初撐力自動調節控制系統的研究[J].機械管理開發，2020，35（8）：209-210.

[3]郇郭建.基于單片機的礦井液壓支架控制器設計[J].中國礦山工程，2019，48（5）：56-59.

[4]劉博.液壓支架合理初撐力及其智能調控原理研究[D].徐州：中國礦業大學，2017.

[5]王富忠.厚煤層綜放面支護技術及其穩定性控制研究[J].能源技術與管理，2012（3）：26-27；32.

作者：賀磊 蘇琪 單位：山西王家嶺煤業有限公司