液压支架电液控制系统在黄陵一号煤矿无人化综采工作面项目中的应用

杨成①YANGCheng；刘玮瑶②LIUWei-yao

（①中煤西安设计工程有限责任公司，西安710000；②西安文理学院，西安710000）

（①ChinaCoalXi´anDesignEngineeringCo.，Ltd.，Xi´an710000，China；②Xi´anUniversity，Xi´an710000，China）

摘要：煤矿井下工作面由于开采条件差，不仅工人劳动强度大、安全系数低，而且生产效率低下，采用无人化综采成套装备可以实现工作面“无人跟机作业，有人安全值守”采场无人化作业的目的，而液压支架电液控制系统是其关键组成设备。该系统实现液压支架邻架、成组控制和跟机自动化功能，并通过网络与顺槽监控中心联接，井下顺槽监控中心主控计算机可与各个支架上的控制器进行数据通讯，收集、存储各个支架的状态信息并以图形方式显示，还可以通过网络系统将数据传送到地面，并可在地面网络上发布。

Abstract:Becauseofthebadminingconditionsofcoalmineworkingface,theworkerslaborintensityislarge,safetyfactorislowandtheproductionefficiencyislow.Usingunmannedcomprehensivemechanizedequipmentcanrealizethepurposeof"nobodywithmachineworkbutsomeonewithsafetyunattended"andunmannedoperationoftheface.Thehydraulicsupportelectro-hydrauliccontrolsystemisthekeyequipment.Thesystemcanrealizethehydraulicsupportadjacentplanes,groupcontrolandautomationofmachine.Throughtheconnectionofthenetworkandconsecutivemonitoringcenter,themastercontrollerofundergroundtransportationtunnelmonitoringcentercancommunicatedatawithcontrollersofvarioussupports,collectandstorethestateinformationofvarioussupportsandgraphicallydisplaythem,deliverdatatothegroundbythenetworksystemandreleasethemonthegroundnetwork.

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关键词 ：无人化综采工作面；液压支架电液控制系统；社会经济效益

Keywords:unmannedcomprehensivemechanizedcoalminingface；hydraulicsupportelectro-hydrauliccontrolsystem；socialandeconomicperformance

中图分类号：TD355文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）21-0122-03

0引言

使用机械设备采煤，可以降低劳动力成本，提高采煤作业效率，现代综合机械化采煤技术发展迅速，人工控制型液压支架已经无法满足当前的煤矿机械化生产，以自动化技术和计算机技术的发展和结合所产生的煤矿液压支架电液控制系统就是在这种情况下应运而生的，该系统可有效解决应用人工控制型液压支架时存在的工人劳动强度大、安全系数低、生产自动化水平低等问题，为煤矿企业的高效安全生产提供了保障。

1工作面及无人化综采成套设备概况

黄陵一号煤矿十盘区首采1001工作面煤层厚度较薄，厚度为1.1～2.75m，平均厚度2.22m。薄煤层工作面由于开采高度的限制，使得工作面作业空间狭窄，不仅工人劳动强度大、安全系数低，而且生产效率低下。针对1001工作面1.1～2.3m左右低采高的特殊性，并兼顾五盘区煤层地质条件，经过多次详细论证、科学分析、认真对比各种设计方案，最终确定了选型方向——薄煤层无人化综采工作面。

最终在一号煤矿十盘区首采1001工作面顺利安装并调试成功了一套较薄煤层无人化综采成套装备，该套装备是国内一流的高端集中控制、高效自动化水平、高级别安全运行的无人化综采成套设备。本文主要针对这套无人化综采成套装备中的关键设备：液压支架电液控制系统的构成和功能进行探讨。

2液压支架电液控制系统组成及原理

2.1液压支架电液控制系统工作原理

传统的液压支架控制方式采用人工手动控制方式。如图1所示，通过控制手动操先导换向阀操作手柄，实现手动先导阀阀芯换向，乳化液泵站提供的高压液体由先导阀及多芯管管路进入主阀，液体压力使主阀相应阀芯换向，这时系统高压液体由主阀阀芯进入特定液压缸，液压缸活塞杆动作实现液压支架各种动作控制。

液压支架电液控制系统采用支架控制器控制方式，如图2所示，支架控制器输出控制信号，电磁线圈驱动器接收信号并使得某个电磁先导阀的指定线圈（图中1、2线圈）得到高电平，控制相应的阀组阀芯换向，切换油缸的上下腔和进\回液管路的连接，使活塞杆伸、缩，实现液压支架各种动作控制。

2.2液压支架电液控制系统构成

黄陵一号煤矿选用的液压支架电液控制系统，其单架支架电液控制系统的配置如图3所示，单架支架电液控制系统主要由支架控制器、传感器、电液阀组及电磁线圈驱动器等组成。

①支架控制器在系统运作过程中，起着十分关键的作用，一般来说，要给每一个工作面的支架，配置相应的控制器，并且要保证其功能达到计算机系统的要求（满足井下本安电器设备要求），所含硬件包括微处理器、存储器、多种输入出接口和通信接口，软件包括系统及应用程序。它存储并运行程序，直接控制本液压支架的所有动作，监测本支架传感器的检测数据。具有独特的两类通信接口，分别实现与邻架及全工作面其他支架控制器或者主控制计算机互传信息进行数据通信，从而实现自动控制和监测的功能。

②控制器的扩展附件也必不可少，在该系统中，比较重要的附件就是电磁线圈驱动器，该附件的主要作用在于转化控制信号和电源信号，在实际使用过程中，通过短电线将电磁线圈驱动器和电液阀组的电磁线圈进行连通，在本文研究的系统中，电液阀组是单元组合结构。每个单元内部都是由如下两部分构成：一是电磁先导阀，二是液控换向阀：电磁先导阀在电磁线圈产生的吸引力作用下，会产生运动，在如停电、电控系统故障等特殊情况下，还可以人工直接按压推杆的外端，推杆带动先导阀芯动作。

③通过在控制器上接入必要的传感器，能够实现对支架的完全自动控制，这就可以大大提高系统运作的整体效率。传感器可以通过对实际运动系统的监测，把相关的信息输送到分析系统，进而提升系统运作的合理性。

2.3液压支架电液控制系统通信网络

为了实现邻架、成组控制和跟机自动化功能，需要把工作面支架控制器连成网络，本系统采用CAN总线通信，可实现成组控制、跟机自动化、急停等功能。总线上任何一个支架控制器都可以发信息，也可以接受任何一架控制器所发过来的信息，并通过CAN总线与顺槽监控中心联接。电控系统为非主\从机型，当工作面控制系统与顺槽监控中心主控计算机断开后，仍能完成各种操作功能和操作模式设置。此外，在跟机自动化工作面，井下顺槽监控中心主控计算机运行回采工艺自动化控制程序，采集采煤机位置信息、各个支架的状态信息，调度相应的支架控制器控制对应的电磁阀完成自动跟机控制。

井下顺槽监控中心主控计算机可与各个支架上的控制器进行数据通讯，收集、存储各个支架的状态信息并以图形方式显示，可以通过网络系统将数据传送到地面，在地面调度中心进行检测。

3电液控制支架的优点

相比传统人工控制型液压支架，电液控制液压支架具有以下优点：①液压支架的额定初撑力可以得到基本的保证，并且降低支架发生故障的概率。②在电液压控制系统下，使得支架的位移更加顺畅，控制比较灵活，降低工作面对支架的冲击力度。③移架步距的准确度提高，作业层的支护效果得到了很大的提升。④在采煤作业整体过程中，通过使用电液压控制支架，可以在很大程度上实现自动化、智能化作业。

4实施后的经济及社会效益

4.1经济效益

黄陵一号煤矿1001智能化综采工作面自安装调试运转成功以来，单班（8小时）生产能力达6刀以上，月生产能力到17万吨，完全满足矿井生产需要。如果将该套设备放置在该矿三盘区的310综采工作面（该工作面煤层厚，分布均匀，且地质条件较好）使用，势必会大大提高设备的生产效率，预计单班生产能力将达到8刀以上，月生产能力将轻松突破25万吨；通过该项目的实施，采场作业人员由原来的9人（煤机司机3人、支架工5人、运输机司机1人），减至目前的1人进行随机监护。每天节省人工16人，年节约人工费用160万元。

4.2社会效益

该项技术的成功应用，将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心，在监控中心对设备进行远程操控，提高了工人的安全系数，大大降低了工人的劳动强度、改善了作业环境；提高了原煤产量和煤炭资源回收率，有效地减少资源浪费。

5结语

应用液压支架电液控制系统提高生产效率是煤炭企业的发展趋势，通过应用液压支架电液控制系统可有效解决传统人工控制型液压支架中存在的弊端，具有工人劳动强度小、安全系数高、生产效率高、生产自动化水平高等特点。现代煤炭采掘业面临的市场需求量降低，在这种情况下，必须通过改进技术，升级采煤工艺，这样才能不断提高整体的采煤作业效率。

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