固體充填液支架自動控制系統(tǒng)分析

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摘要：在采煤過程中會產(chǎn)生大量的固體廢棄物，對環(huán)境會造成極大的污染，同時在采煤之后還會由于地面沉陷，對生態(tài)環(huán)境造成破壞?；诖?，本文提出了一種固體充填開采技術(shù)。實踐證明，該技術(shù)可以有效解決采煤所產(chǎn)生的廢棄物堆積、地表塌陷等問題，充分保障工作人員工作安全。同時，為進一步提升固體充填液壓支架自動控制的水平，需要對其自動控制系統(tǒng)進行詳細的研究。

關(guān)鍵詞：固體充填；液壓支架；自動控制系統(tǒng)；煤炭開采；地面塌陷

毋庸置疑，煤炭的開采極大地破壞了我國的地表生態(tài)環(huán)境，讓很多被開采過的農(nóng)田無法恢復(fù)種植功能。甚至由于地面塌陷的出現(xiàn)，造成大面積的水體流失，嚴重影響到周邊居民的日常生活。因此，煤炭開采區(qū)的土地整治、生態(tài)保護、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等工作，就顯得十分重要。

1固體充填液壓支架

在采煤礦區(qū)所使用的固體充填液壓支架，是一種有效的實現(xiàn)固體充填采煤技術(shù)的重要機械設(shè)備。在實際使用中，不僅可以有效發(fā)揮支撐頂板的作用，同時也為工作人員的施工作業(yè)，提供了一個安全的區(qū)域。另外，在采煤過程中出現(xiàn)的大量煤矸和其他類型的材料，可以將其當做重要的充填物，回填到采礦區(qū)當中。因此，在使用固體充填液壓支架的過程中，也就將采煤與充填完成了同步的操作[1]。固體充填液壓支架可以有效的讓刮板輸送機與采煤機保持較高的聯(lián)動性，這樣就極大地提升了采煤的整體效率。而一旦對充填液壓支架實現(xiàn)了遠程控制，可以降低井下工作人員的整體工作量，推動了井下無人作業(yè)的施工作業(yè)。在實際控制中，可以實現(xiàn)充填液壓支架的自動跟機、自動推移以及自動充填操作。這種自動化的遠程操控，需要建立起一套完整的固體充填液壓支架自動控制系統(tǒng)，以此有效地降低井下作業(yè)的工作人員數(shù)量。再由操控系統(tǒng)來推進的采煤工作，由于實現(xiàn)了自動化作業(yè)，極大地提升了工作效率和工作安全性，不再需要在一些危險性較高的區(qū)域安排工作人員。這樣在保障了作業(yè)安全性的前提下，也控制了人工成本的投入，是一種保障經(jīng)濟效益的重要技術(shù)方式。對于一些原本人工作業(yè)需要休息而發(fā)生的作業(yè)間斷問題，采用了這種自動化系統(tǒng)之后，可以實現(xiàn)全天自動化的持續(xù)性作業(yè)。因此這樣的施工作業(yè)方式，不僅僅有效地提升了煤礦資源開采的利用率，同時也讓一些原本人工無法進行開采的煤炭資源，實現(xiàn)高效率的自動化開采，提升煤炭資源的整體利用率[2]。

2固體充填開采工藝分析

在充填采煤工作面之上，需要保障采煤作業(yè)與充填作業(yè)同時開展，但是還要保持一定的獨立性，以此避免對工作造成嚴重的影響。在采煤機進行采煤的時候，往往是在充填液壓支架的后方，進行充填作業(yè)。這樣的充填作業(yè)的效率，就可以得到有效的保障。但是，由于不同割煤機在采煤的時候其方向不同，因此需要充填的位置也不同。在當下割煤機的實際運行中，主要分為兩種不同的充填方式。第一種是基于后置刮板輸送機的機尾位置開始填充作業(yè)，一直到刮板輸送機的機頭位置，完成填充作業(yè)。第二種則是一種貫穿機頭到機尾的充填方式。使用哪種充填方式，主要還是基于采煤機的位置進行合理選擇。

3固體充填液壓支架自動控制系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)總體設(shè)計

在充填采煤的進程中，其自動化控制系統(tǒng)的作用，主要體現(xiàn)在集合監(jiān)測、遠程控制、遠程修改以及參與等方面的設(shè)置。因此，為了實現(xiàn)這樣的功能，就需要使用電源、支架控制系統(tǒng)、井上中央控制主機、井下中央控制主機[3]。對于構(gòu)建出的自動控制系統(tǒng)而言，在上位機上可以顯示出井下充填液壓支架在運行過程中出現(xiàn)的參數(shù)。另外，還可以在運行中實現(xiàn)參數(shù)方面的自動存儲。這樣就可以讓工作人員在巡檢的過程中，實現(xiàn)歷史記錄的查看。中央控制裝置的使用，是一種由支架控制器與中央控制主機所構(gòu)成的裝置設(shè)備。而其中支架控制器在使用中，能夠?qū)腆w充填液壓支架進行有效的控制。而井下中央控制主機，則是對于機械設(shè)備在實際運行中各項傳輸數(shù)據(jù)方便的記錄以及保存。

3.2井上中央控制主機

在整個液壓支架控制系統(tǒng)當中，井上中央控制主機起到了關(guān)鍵性的作用。在運行中，主要負責機械設(shè)備運行過程中的一些情況，或者對一些重要數(shù)據(jù)參數(shù)的顯示。這樣就可以對其顯示的眾多參數(shù)進行調(diào)整，以此實現(xiàn)充填液壓支架的整體控制，并實現(xiàn)對井下企業(yè)機械設(shè)備的控制。對于這種井上中央控制器的使用，實現(xiàn)了各種機械設(shè)備在實際運行中所形成的眾多關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并將其完整的記錄下來，經(jīng)過中央處理器的數(shù)據(jù)分析之后，形成對應(yīng)的數(shù)據(jù)變化曲線。同時，中央控制主機也有著一定的報警機制。監(jiān)測系統(tǒng)一旦監(jiān)測到個別數(shù)據(jù)出現(xiàn)了異常情況，其報警系統(tǒng)就被觸發(fā)，以此向工作人員發(fā)出告警信息，指導(dǎo)工作人員對相應(yīng)位置進行查看。這樣的報警系統(tǒng)在運行中，也會完整的記錄出現(xiàn)故障時該位置的參數(shù)變化，通過故障報表的形式形成故障記錄。

3.3井下中央控制主機

對于井下中央控制主機的工作功能而言，是一種有效對固體充填液壓支架進行的監(jiān)測設(shè)備，可以完整的記錄其支架在運行當中的具體運行狀態(tài)，同時還會與支架控制器保持著信息溝通。在井下中央控制主機的運行中，其重要的功能在于可以實現(xiàn)實時監(jiān)測、故障診斷、遠程控制、數(shù)據(jù)查詢以及上傳數(shù)據(jù)等功能。在井下中央控制主機的運行中，可以實現(xiàn)對全部井下傳感器的數(shù)據(jù)采集，之后再將采集到的數(shù)據(jù)信息，利用總線傳輸?shù)缴衔粰C當中。一旦在系統(tǒng)運行的過程中，一些井下機械設(shè)備出現(xiàn)了故障，就可以很好的基于這種實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實現(xiàn)問題的準確分析和定位，并在顯示器當中清晰顯示出來，幫助工作人員發(fā)現(xiàn)問題，以此開展及時的維護工作。同時，對于這種井下中央控制主機而言，還有著對數(shù)據(jù)信息的儲存功能。在接收到傳感器所采集的信息，或者一些其他設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息之后，就可以有效對其數(shù)據(jù)信息進行存儲。而在得到了系統(tǒng)權(quán)限之后，工作人員才可以進入到系統(tǒng)當中，對其數(shù)據(jù)信息查閱和調(diào)用。

3.4支架控制系統(tǒng)

系統(tǒng)當中的支架控制系統(tǒng)，是一種起到對固體充填液壓支架進行動作控制的重要系統(tǒng)。在實際運行中，可以有效利用上位機進行指令方面的下達，進而能夠有效利用電磁先導(dǎo)閥，進行主控閥的整體設(shè)計。另外，主控閥還可以有效實現(xiàn)油缸方面的伸縮控制，這樣就可以讓充填液壓支架滿足動作方面的控制需求。在構(gòu)成支架控制系統(tǒng)方面，主要由支架控制器、電磁先導(dǎo)閥、電磁閥等設(shè)備所構(gòu)成。同時，為了實現(xiàn)高效率運行，還會涉及到各種通信電纜和傳感器，進行數(shù)據(jù)方面的傳輸和采集[4]。對于這種支架控制器來說，是整個液壓支架自動控制系統(tǒng)的重要構(gòu)件。這是因為其控制器的設(shè)置起到了對整個控制系統(tǒng)的自動控制功能。而在上位機下達了控制指令之后，就可以讓其支架控制系統(tǒng)基于下達的指令內(nèi)容，實現(xiàn)具體的控制操作。而在與上位機發(fā)生通信終端的情況下，由于無法得到控制指令，就可以有效利用支架控制系統(tǒng)的控制面板，實現(xiàn)對填充液壓支架方面的控制?？刂泼姘宓氖褂?，承擔起人機交互的重要載體。在構(gòu)成上，為工作人員提供一個可以進行操作的顯示屏，不僅僅可以有效對液壓支架提供控制功能以外，還可以很好對充填液壓支架的各種參數(shù)，進行詳細的顯示。另一方面，在充填液壓支架出現(xiàn)了故障問題之后，或者在其他的位置出現(xiàn)了故障問題，都能夠得到完全的顯示。而在支架控制系統(tǒng)的運行中，還可以利用控制充填液壓支架的方式，實現(xiàn)千斤頂?shù)纳炜s操作。這樣在系統(tǒng)的運行中，便實現(xiàn)了對支架升柱、降柱、移架以及推壓密實方面的具體操作。

3.5固體充填液壓支架控制

在當下的固體充填過程中，要基于采煤工藝的實際需求，以此合理選擇一種固體充填液壓支架的控制方式，這樣便可以實現(xiàn)良好的控制功能。在充填液壓支架的運行中，往往下達指令發(fā)生動作，并對傳感器當中的數(shù)據(jù)信息進行采集，且使用電磁先導(dǎo)閥進行有效控制。其后，還要能夠有效控制液壓支架當中的液壓油缸，以此完成填充液壓支架的動作控制。為此，在完成了固體充填液壓支架之后，還要基于原本設(shè)定的程序，并結(jié)合當下作業(yè)現(xiàn)場的實際情況，對其充填液壓下達接下來的動作指令。液壓支架不僅僅可以在系統(tǒng)當中承擔起對工作面的支撐作用，同時也可以獨立完成推溜、移架等方面的操作。在當下施工作業(yè)當中，對于充填采煤技術(shù)方面的技術(shù)標準，在固體傳統(tǒng)液壓支架的運行中，需要采用順序移架的方式，以此在采煤機與液壓支架有著一定距離之后，才可以進行充填作業(yè)。因此，在充填液壓支架完成了移架之后，就可以讓相關(guān)設(shè)備就位，以此完成相應(yīng)的充填作業(yè)。其次，在固體充填液壓支架的系統(tǒng)當中，還要配置大量的傳感器。相比較傳統(tǒng)的支架結(jié)構(gòu)，添加了充填結(jié)構(gòu)，為此就要在充填位置處，安裝一定的傳感器。在支架的運行中，傳感器起到了推動密實機進行密實作業(yè)的作用，并對作業(yè)過程中的傾角值進行檢測。同時，在推壓裝置上還安裝了壓力傳感器，以此就可以有效對推壓力實現(xiàn)大小的檢測。另一方面，還可以很好的起到控制推壓密實機運行程度的效果，這樣最大程度上控制與后置刮板之間所出現(xiàn)的一定程度碰撞，甚至出現(xiàn)一定的危險。而在落料高度傳感器的使用上，起到對落料方面的堆積高度檢測作用。在檢測到達指定的高度之后，就馬上關(guān)閉卸料口，以此開展推壓密實方面的操作。

4總結(jié)

綜上所述，本文從軟件與操作方式方面著手，詳細分析了固體充填液壓支架自動控制系統(tǒng)。實踐證明，該系統(tǒng)可以起到自動化、高效率的作業(yè)效果，值得大面積的推廣應(yīng)用，以最大限度地避免采煤之后對于環(huán)境的破壞。

參考文獻：

[1]馬婧.干式充填液壓支架結(jié)構(gòu)設(shè)計與加載試驗方式研究[D].邯鄲：河北工程大學(xué)，2020.

[2]馮秀武，王瑜乾.煤礦采礦工程中的采礦工藝與技術(shù)分析[J].南方農(nóng)機，2017，48(8)：64.

[3]趙立勝，郭進喜，趙昊，等.固體充填液壓支架自動控制系統(tǒng)技術(shù)研究[J].煤炭技術(shù)，2020，39(2)：170-172.

[4]張強，武中亞，杜二寶，等.充填采煤液壓支架工作阻力設(shè)計方法研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2020，37(1)：118-127.

作者：程翔 單位：唐山職業(yè)技術(shù)學(xué)院