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电气自动化技术在煤矿液压支架控制中的应用

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  • 更新时间2023-02-24
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摘    要:液压支架是综采技术的核心设备,液压支架运行效率对于煤矿开采效率起着决定作用。电气自动化技术在煤矿液压支架的控制中得到了深度应用,极大地提高了采煤效率。分析了煤矿液压支架自动控制的原理,探讨了煤矿液压支架控制中电气自动化技术的应用,主要有液压支架多形式控制、故障自动报警和自动化运行,可以为煤矿智能化建设提供一定的参考和借鉴。


关键词:电气自动化;液压支架;煤矿生产;


Application of Electrical Automation Technology in Hydraulic Support Control of Coal

Mines

LI Jing

Duerping Coal Mine,Xishan Coal Electricity Group


Abstract:Hydraulic support is the core equipment of fully mechanized mining technology, and its operation efficiency plays a decisive role on coal mining efficiency. The electrical automation technology has been deeply applied in the control of hydraulic support of coal mines, which greatly improves the mining efficiency. This paper analyzed on the principle of the automatic control of the hydraulic support in coal mines, and probed into the application of the electrical automation technology in the control of the hydraulic support of coal mines, which mainly includes the multi-form control of the hydraulic support, the automatic alarm of the fault and the automatic operation, which can provide certain reference for the intelligent construction of coal mines.


Keyword:electric automatization; hydraulic support; coal mine production;


随着采煤技术的发展,综采技术已经成为一种主流的开采技术。综采技术的应用不仅大幅度提高了煤炭资源的产量,还提高了煤矿开采的安全性。综采技术的核心在于液压支架的使用。液压支架的使用不仅提高了支护效率,还改善了工作面作业环境。随着自动化技术的发展,液压支架电液控制系统得到应用,实现了液压支架的自动控制[1,2],不仅可以对运行状态进行控制,还可以进行全面监控[3]。本文分析了液压支架自动控制的原理及实现,重点探讨了液压支架控制中电气自动化技术的应用。


1 煤矿液压支架自动控制概述

1.1 液压支架的组成

液压支架是一种由液压控制状态的机械装置,主要由液压缸(立柱、千斤顶)、承载结构件(顶梁、掩护梁和底座等)、推移装置、控制系统和其他辅助装置组成,如图1所示。


在煤矿生产中,液压支架主要有升架、降架和移架三种动作[4,5,6]。升架时,液压支架对顶板有着额定的支撑力;在降架时,液压支架与顶板发生脱离,不再起支护作用。液压支架的支撑力通过乳化液泵站控制。当乳化液泵站向液压支架液压缸注入压力液时,支架开始对顶板起支撑作用;当乳化液泵站抽出压力液时,支架对顶板丧失支撑作用。因此,液压支架控制的关键在于对乳化液泵站的控制。


1.2 液压支架自动控制的原理

液压支架的自动控制是通过电液控制系统实现的。电液控制系统主要由主控计算机、数据转换器、支架控制器、耦合器和电磁换向阀等组成。支架控制器是液压支架控制的核心装置,而各种传感器是重要的信息采集装置,液控主阀和电磁先导阀是执行装置[7,8,9]。


电液控制系统工作时,通过内嵌操作系统对液压支架控制进行实时调度和管理,从而实现液压支架对采煤机的自动跟随。通过预先编好的程序,控制系统中的电液控制阀、PM31/PM控制器、行程传感器等能完成对液压支架的自动推溜等控制。通过这种方式,不仅可以对液压支架进行远程实时控制,实现无人化值守,还可以实现对液压支架的运行状态的自动检测,可以有效地将工人从井下危险的作业环境中解放出来。


1.3 液压支架自动控制的实现

液压支架自动控制的实现主要可以分为硬件和软件两方面。液压支架电液控制系统的硬件组成如图2所示。


由图2可发现,硬件设备主要由各种传感器、电液换向阀组、电磁阀驱动器、控制器等组成。其中,控制器直接连着电磁阀驱动器。值得注意的是,传感器和控制器还联系着主机,如图3所示。


工作时,需要编写程序对液压支架状态进行判断,不仅需要实现对液压支架工作阻力的控制,还需要实现对液压支架高度、倾角和行程等参数的控制。为了精确控制液压支架状态,可以在程序中设定标准值。在液压支架动作时,将运行参数与标准值进行对比,就可以实现精准控制。


2 液压支架控制中电气自动化技术的应用

以上分析了液压支架支架自动控制的主要原理和实现,需要根据实际情况分析其具体应用。在实际生产中,电气自动化技术主要用于液压支架多形式控制、故障自动报警和自动化运行[10,11,12]。下面将进行具体分析。


2.1 液压支架多形式控制

实际生产中,需要根据工作面状态选择合适的液压支架工作状态。控制方式可分为单个液压支架控制和多个液压支架协同控制。单个液压支架控制主要包括伸互帮、收互帮等,多支架系统控制主要包括左成组、右成组等。可以通过液压支架控制器面板实现对液压支架特定状态的手动控制,也可以通过计算机远程操控。


液压支架控制器面板简图如图4所示。


随着电气自动化技术的发展,液压支架控制的实时性大幅度提高。在按下相关的按钮或远程计算机发出控制指令后,液压支架能立即进行动作。例如,液压支架移架可以在8~18s内完成,包含降架、推溜和升架的全过程。为了保证生产效率,在合适的控顶距和煤层顶板相对完整的情况下,液压支架通常是成组控制,即每次都是对数个液压支架进行同时操作。分组包括交错分组、顺序分组。每种分组方式都有一定的适用性,需要根据具体情况进行选择。


2.2 故障自动报警

液压支架运行过程中不可避免地会发生一些故障。在液压支架故障中,漏液比较常见。一旦发生漏液,则会导致液压支架的工作阻力急剧下降,对顶板支撑力明显降低。由于在回采过程中液压支架是共同支护顶板,漏液会使得周围液压支架所承受的压力增加。采用电气自动化技术后,可及时发现该故障,并对漏液的液压支架进行及时补液,从而避免发生危险情况。在进行补液时,可以对初撑力、补液时间和次数进行控制。


液压支架断架是煤矿开采中发生的一种严重事故,对煤矿安全生产威胁极大。随着大采高技术的应用和深部开采的进行,该情况发生的频率大大提高。电气自动化技术的应用,可以实现对液压支架运行状态的及时监测。一旦发生断架事故,则可以立即发现,并可以立即停止采煤工作面机电设备的运行,从而避免安全事故的发生。


2.3 自动化运行

液压支架的自动控制可以实现全截深双向割煤工艺、全截深单向割煤工艺、半截深割煤工艺的跟机自动移架、自动推溜、自动伸收缩护帮板和伸缩梁以及自动喷雾等根基自动化动作。其中,全截深单向割煤工艺的自动化最为关键。该工艺采用红外线指示采煤机和液压支架相对位置,判定采煤机的准确位置,进而实现自动割三角煤。


此外,电气自动化技术的应用可以实现对液压支架的远程控制,可为目前正在发展的智能化无人工作面打下基础。通过液压支架上安装的实时视频监控装置,可以了解工作面回采过程中的现场情况,进而为选择合适的采煤参数提供参考。


3 结语

电气自动化技术在煤矿液压支架中的应用,大幅度提高了煤矿开采的效率和安全性。通过分析液压支架的组成、自动控制的原理及实现,阐述了煤矿生产中电气自动化技术在液压支架控制中的应用,主要有液压支架多形式控制、故障自动报警和自动化运行。研究可以为液压支架自动控制的实现提供一定的参考。


参考文献

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[3] 郑璐.矿井工作面液压支架电液自动化控制系统的研究[J].机械管理开发,2022,37(6):297-298.

[4] 梁凯.煤矿综采面液压支架电液控制系统设计[J].机械工程与自动化,2022(3):179-180.

[5] 蔺万鹏.液压支架电液控制系统的优化研究[J].机械管理开发,2022,37(5):243-244.

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