液壓支架初撐力自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的研究

李文武

（山西鋪龍灣煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037100）

引言

隨著綜采作業(yè)技術(shù)的不斷提升，現(xiàn)代煤礦綜采作業(yè)深度不斷增加，地質(zhì)條件越加復(fù)雜，在綜采作業(yè)過程中發(fā)生頂板塌陷等事故的概率不斷增加，因此對支護安全性提出了更高的要求。液壓支架作為確保支護安全的核心，其支護過程中的效率和支護精確性直接關(guān)系到井下的綜采作業(yè)安全和經(jīng)濟性[1]。針對目前液壓支架支護調(diào)節(jié)過程中多采用人工調(diào)整所帶來的調(diào)整周期長、初撐力調(diào)節(jié)精度差，安全性差的缺陷，本文提出了一種新的液壓支架初撐力自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過對各個液壓支架支護狀態(tài)的監(jiān)測來實現(xiàn)對其支護安全性的判斷，當(dāng)初撐力出現(xiàn)變化時能夠自動控制液壓支架的支護初撐力，實現(xiàn)在支護過程中的穩(wěn)定支護，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)整個初撐力調(diào)節(jié)過程中無人化控制，而且能夠確保在各個支護階段初撐力的精確性，對提高煤礦井下的支護安全和支護效率具有十分重要的意義。

1 液壓支架初撐力自動調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)液壓支架初撐力調(diào)節(jié)需求，本文所提出的液壓支架初撐力自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)包括地面監(jiān)控中心及井下的通信系統(tǒng)、液壓支架支護狀態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、液壓支架支護狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等。其地面監(jiān)控中心主要用對液壓支架的工作狀態(tài)和初撐力情況進行實時監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異常時系統(tǒng)自動報警，同時對故障位置進行標(biāo)識，根據(jù)各類數(shù)據(jù)的監(jiān)測結(jié)果實現(xiàn)對故障的初步分析，滿足故障快速定位、快速排除的要求。液壓支架支護狀態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和液壓支架支護狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要用于對液壓支架的支護初撐力和姿態(tài)進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對其支護穩(wěn)定性進行分析，然后控制液壓支架的支撐液壓缸，實現(xiàn)對其支護初撐力和支護姿態(tài)的調(diào)整，確保支護過程中的安全性和穩(wěn)定性，該液壓支架初撐力自動調(diào)控系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

圖1 液壓支架自動調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 液壓支架支護狀態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

液壓支架的支護狀態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要包括了液壓支架控制器、電液控制換向閥、各類傳感器設(shè)備及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等，其整體結(jié)構(gòu)如下頁圖2所示。該調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的核心為液壓支架控制器，該控制器通過對各監(jiān)測傳感器監(jiān)測結(jié)果的匯總分析，確定液壓支架姿態(tài)和初撐力的調(diào)節(jié)量，然后輸出調(diào)節(jié)控制信號給電液換向閥，控制電液換向閥工作，實現(xiàn)對液壓支架支護姿態(tài)和初撐力的調(diào)節(jié)。為了增加調(diào)節(jié)的靈活性，在該控制系統(tǒng)中還設(shè)置了人工現(xiàn)場調(diào)節(jié)模式，各個模式系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信采用了總線形式，滿足數(shù)據(jù)的高速、靈活的調(diào)節(jié)控制需求[3]。

3 液壓支架初撐力控制原理

對液壓支架初撐力的控制需要不斷進行調(diào)整，才能滿足精確控制的需求。傳統(tǒng)的開放式控制模式存在著控制周期長、響應(yīng)速度慢、精度差的缺陷[4]，本文提出了基于閉環(huán)回路調(diào)節(jié)的初撐力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)以執(zhí)行油缸的工作壓力為調(diào)節(jié)控制信號，輸入初始設(shè)定的初撐力后壓力傳感器對執(zhí)行油缸內(nèi)的工作壓力進行監(jiān)測，將監(jiān)測結(jié)果輸入到支架控制器內(nèi)，對實際壓力和理論要求壓力進行對比，根據(jù)偏差結(jié)果輸出電液控制換向閥調(diào)節(jié)控制信號，調(diào)整支架的初撐力，然后系統(tǒng)會繼續(xù)對實際量和理論量進行對比調(diào)整，直到滿足設(shè)定的初撐力控制要求。該調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)采用了閉環(huán)調(diào)節(jié)控制的模式[5]，能夠根據(jù)支護情況不斷對實際初撐力進行調(diào)整，從而能夠保證支護過程中初撐力的穩(wěn)定性和一致性，確保支護安全。

圖2 液壓支架支護狀態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

為了對該液壓支架初撐力自動調(diào)控可靠性進行分析，建立了煤礦井下液壓支架初撐力自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，設(shè)定支架工作時執(zhí)行油缸的工作壓力為7.5 MPa，則在監(jiān)測過程中其調(diào)節(jié)控制曲線如圖3所示。

由圖3可知，在支護過程中執(zhí)行油缸的工作壓力呈現(xiàn)波浪形的變化，在初撐力壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的作用下其壓力變化幅度極小，最大變化量僅0.1 MPa，表明對執(zhí)行油缸工作壓力的調(diào)節(jié)精度高，完全能夠滿足液壓支架在煤礦井下綜采面安全支護的需求。同時該系統(tǒng)實現(xiàn)了對初撐力的自動調(diào)節(jié)，降低了對調(diào)整人員的需求，提高了綜采作業(yè)的安全性，是實現(xiàn)液壓支架無人化支護作業(yè)的核心。

4 結(jié)論

1）液壓支架初撐力自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)包括了地面監(jiān)控中心及井下的通信系統(tǒng)、液壓支架支護狀態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、液壓支架支護狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)對液壓支架初撐力的持續(xù)監(jiān)測和調(diào)節(jié)；

圖3 執(zhí)行油缸壓力變化曲線

2）調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)采用了閉環(huán)調(diào)節(jié)控制的模式，能夠根據(jù)支護情況不斷對實際初撐力進行調(diào)整，從而能夠保證支護過程中的初撐力的穩(wěn)定性和一致性，確保支護安全。

3）在初撐力壓力調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的作用下其壓力變化幅度極小，最大變化量僅0.1 MPa，表明對執(zhí)行油缸工作壓力的調(diào)節(jié)精度高，完全能夠滿足液壓支架在煤礦井下綜采面安全支護的需求，為實現(xiàn)無人化支護奠定了基礎(chǔ)。