煤矿液压支架电液控制系统研究

煤矿液压支架电液控制系统研究摘要：煤矿生产中需要使用各种设备，积极对各类设备进行优化有利于提高整体的开采效果。

为了解决液压支架电液控制系统调控速度慢、调节精度差的问题，提出了一种新的煤矿井下液压支架电液控制装置。

通过采用闭环反馈控制的模式，提高了液压支架调控的精确性，通过高精度电磁反馈控制，实现了对电磁先导阀的快速调整，提升了对支架的调节灵敏性。

基于此，本文主要分析了煤矿液压支架电液控制系统。

关键词：煤矿；液压支架；电液控制系统中图分类号：TD672文献标识码：A引言随着煤矿井下智能化和自动化的推进，矿井电液控制系统未来的发展方向为智能化、自动化。

通过利用电液控制技术对综采工作面液压支架进行远程控制系统设计，依据传统人工移架存在安全隐患以及移架效率较低的现状提出智能化移架控制方案，实现了综采工作面液压支架的跟机自移以及单架、成组控制效果。

1液压支架的结构组成根据煤矿液压支架各部分结构在支撑承载过程中所发挥作用的不同，可将煤矿液压支架划分为以下结构：顶梁。

用于支撑顶板，是液压支架主要承载部件。

同时，顶梁还会在反复顶煤过程对顶板煤层进行破碎，提高工作面生产效率；前梁。

用于保障液压支架四根立柱受力均匀性，增强支架顶梁支顶性能，必要时可用于吊装采煤设备；掩护梁。

用于承受液压支架的水平力和侧向力，在顶板岩石垮落时还可以承接垮落岩石压力，为工作面营造安全空间；底座。

用于为立柱、推移等辅助装置形成安全空间，保障液压支架整体稳定性；四连杆机构。

用于调节顶梁与煤壁之间的距离和支护顶板，并在此过程中承受顶板的水平分力和侧向力；推移机构。

用于推动刮板运输机、液压支架向工作面煤壁方向移动；护帮装置。

用于实现护帮板的挑起和收平运动；尾梁。

用于支撑松动顶板，维护工作空间。

上下摆动可控制支架后部放顶煤[1]。

2电液控制系统组成液压支架主要由液压件(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，往往工作环境极其恶劣复杂。

主要损坏形式有结构件发生变形损坏、焊缝开裂。

立柱和千斤顶表面出现锈蚀和麻点、麻坑等现象，立柱外缸内径磨损和涨缸等失效形式。

煤矿液压支架电液控制系统在煤矿生产中起到重要的作用，电液控制系统主要由电液控换向阀、电磁先导阀、阀组过滤器、控制器、隔爆兼本安型电源、电磁阀驱动器、耦合器、中继器、传感器、电缆等组成。

供液系统是液压支架的主要动力来源，主要由乳化液泵站组成，用于向液压支架提供高压动力乳化液，因此其供液能力是决定液压支架跟机速度的关键因素，供液系统的供液能力主要体现在液压系统压力及流量两方面。

目前，多数液压支架采用成组动作方式，使得支架在跟机过程中用液量差距较大，液压系统压力波动明显，从使用功能角度考虑，在井下综采工作面采用的液压支架电液控制系统由以下几部分构成：井上地面主机也叫中央控制主机、井下主机也叫中央控制分机、稳压电源、隔离耦合器、通信网络、支架控制器和电液执行机构。

整个液压控制系统的“大脑”是地面主机，负责液压支架的运行状态监视、工作参数设定、发送控制命令，采集显示记录液压泵的压力、位置、支架行程，记录工作面位置和故障等信息。

井下控制分机主要负责通信功能，通过总线实现支架控制器与主机通信，液压支架状态信息监测、数据查询等。

各个控制器、隔离耦合器的供电由稳压电源来提供[2]。

3煤矿液压支架电液控制重要性随着煤矿智能化水平的不断提高，我国煤炭开采已由原来的低效低产逐步转变为高效高产，对综采工作面的无人化及智能化发展也有了更高要求。

液压支架作为综采面核心设备之一，与采煤机、刮板输送机并称为“煤矿三机”，是保证井下开采环境安全高效必不可少的重要屏障，因此，液压支架的高精度控制已成为目前煤矿行业的主要研究方向。

供液系统作为液压支架的动力源，具备压力高、流量大的特点，由此带来的巨大压力波动与冲击对液压阀、卸荷阀等设备造成严重影响，导致供液质量降低。

井下液压支架是煤矿企业中的关键支护设备，在综采作业面中起到关键作用可以和刮板运输机和采煤机进行联动控制，有效提高了煤矿企业的开采质量和效率。

煤矿开采过程中，液压支架对工作面起到安全支护的作用，且相对普通的液压支架，在放煤机构、放煤输送机及支架受力等均具有一定的特殊性，液压支架上有专用的放煤机构，实现顶煤的放出，且支架配有后溜机构，实现对后方输送机的推进。

放顶煤开采的采放工艺不同，对液压支架的动作顺序具有不同的要求，在进行自动电液控制系统的设计时，要依据不同的开采工艺进行液压支架的控制。

为了预防电液控制系统的故障，还需要对其进行常规的维护。

常规的维护包括对液压油的更换、对液压元件和液压泵的清洁、对电路的检查和保养等。

通过常规的维护，有效地延长电液控制系统的使用寿命，并且有助于预防故障的发生[3]。

4煤矿液压支架电液控制系统研究随着煤矿综采技术的发展应用，煤矿开采中，需要对液压支架上方及后方的煤层进行放煤作业，液压支架的调整工作较多，且多采用手动操作的方式进行放煤作业，工作面的效率较低且安全性较差，不利于煤矿的安全高效开采。

针对放顶煤开采中液压支架的动作控制，对液压支架电液控制系统进行设计，结合放顶煤开采的工艺，采用不同的通信形式实现液压支架控制系统的设计，完成响应控制器的研发，提高了煤矿开采的效率及安全性。

4.1电液控制系统整体结构在煤矿井下综采工作中，作业面的液压支架电液控制系统可以完成对多个单体液压支架的控制，并且可以保证对支架控制的过程具有一致性。

为了满足对液压支架快速、精确调控的需求，新的液压支架电液控制系统采用自动化控制技术、高精度传感器反馈控制技术、闭环反馈控制技术等。

整体结构包括传感器模块、支架控制器模块、计算机控制模块、数据信息传递控制模块等。

该控制系统的核心包括电控部分和液压部分。

电控部分用于获取监测信息，并对监测数据进行分析，发出调控信号，控制液压系统的动作，满足液压支架的快速调节的控制需求。

液压部分主要是液压系统中的管路及各类电磁阀、油缸，电磁阀接收到控制信号后能够快速、精确地执行相应动作，将电子控制信号转换为液压执行信号，实现对液压支架动作的调整。

4.2电液控制系统设计液压支架作为综采工作面进行煤炭资源开采过程中重要的生产设备，利用主控计算机的远程智能化控制程序来模拟传统人工移架推溜工序，可实现液压支架的自动化控制效果，从而达到对综采工作面液压支架进行远程控制的目的。

液压支架电液控制系统组成主要包括硬件结构设计、软件结构设计，可以实现对液压支架进行就地操控、远端控制以及自动控制效果[4]。

（1）液压支架电液控制系统硬件结构设计该液压支架的电控系统主要包括三个部分，分别为支架控制、端头监控及主机监控。

支架控制器作为整个电控系统的核心，不仅用于对液压支架运行状态的控制，而且能够对各类传感器信息进行汇总和分析，将数据传输到端头控制器和主机内，要求支架控制器具有较大的数据存储能力和快速的数据分析能力。

跟传统的电液控制系统相比较，当前煤矿企业所采用的电液控制系统在单体支架控制系统的基础上添加了电磁驱动装置，针对单台支架的控制系统而言，主要有信息采集模块、控制模块、显示模块和驱动模块等，同时在电液控制系统中PLC（可编程控制器）为主要核心组件，且各单元中的数据通过CAN总线结构实现交互。

具体而言，当PLC控制器将各数据传递到上位机后，上位机可以在系统指令下通过电流信号对电磁先导阀的开关进行控制，实现对支架油缸的操控，最终完成控制和支架单体单元的联动操控。

需要注意的是，电液控制系统是通过CAN总线实现的液压支架群组的闭环控制。

（2）液压支架电液控制系统软件结构设计电液控制系统的控制逻辑直接决定了系统工作的稳定性和可靠性。

为了保证对液压支架调控精度的控制，系统采用了闭环反馈控制的模式。

软件工作过程：控制器首先执行硬件初始化程序，然后判断急停按钮是否被按下，如果按键被按下则无动作。

如果没有被按下再接着判断闭锁按钮是否按下，如果处于按下状态，控制板所有按钮不起作用防止误操作造成事故；如果闭锁按钮没有按下，则等待中断是否发生，如果有中断信号就执行中断程序，没有的话继续等待中断信号直到出现中断信号。

具体而言，当该软件系统联合动作按钮闭合时，系统开始运转，PLC控制器会操作动作机构完成动作，同时需向各动作支架提供预动作信号，且2s后关闭提醒。

同时，支架会集合各类感应装置对支架的各类信号进行收集，支架活塞杆下降，在其下降到系统指定位置时，电磁阀关闭且支架移动电磁阀开启。

当支架位置到达指定移架位置后，需要关闭移架电磁阀，然后再次开启升降电磁阀，对支架进行恢复指定数值操作，完成支架循环[5]。

4.3控制系统调试首先实现单个液压支架控制系统，主要调试命令与参数输入、LED屏显示、RS485通信、SPI通信。

控制器采集位移、压力、红外、超声波信号定位采煤机位置，支架实现自动跟机动作功能。

其次实现控制器与主机通信调试，由上位机发出各种命令，同时液压支架的状态信息反馈回上位机。

经过调试实现了单动作功能、成组动作功能、支架控制器的急停和闭锁功能，控制器之间的通信，控制器和上位机之间的通信等功能。

4.4系统应用效果在某煤矿放顶煤开采中，对液压支架电液控制系统布置应用，系统经调试匹配完成后经过一年的运行使用发现，系统能够实现开采过程中液压支架控制，支架相互配合作业流畅，放顶煤开采效率提高了30%以上，且采用远程遥控装置对支架放煤进行操作，减少了事故率，对于提高煤矿的安全性具有显著的效果。

随着煤矿开采“四化”建设的发展，液压支架电液控再制造技术是液压支架中所采用的多项维修新技术的综合应用。

通过再制造不仅可以大大提升产品性能，而且可以节省投资成本，可以达到降本增效的效果。

同时也延长了各部件的使用寿命。

通过支架大修改电液控制系统实现了支架的智能化升级改造，提升了矿井开采中的安全生产系数[6]。

结束语由于煤矿综采工作面存在工作环境恶劣、载重大、安全性要求高的特点，液压支架的电液控制系统可降低工人劳动强度，实现自动化作业操作，能够实现恶劣环境下的生产工艺，并且可以实现与采煤机协同工作。

在国外液压支架的电液控制系统研究较早，系统已经成熟多年。

国内在此方面虽然研究较晚，但发展较快。

掌握自主可控的技术也是电液控制技术发展的必经之路。

参考文献[1]刘立平.薄煤层液压支架电液控制系统设计[J].机电工程技术，2019，48（9）：217-218；229．[2]宋单阳，宋建成.煤矿综采工作面液压支架电液控制技术的发展及应用[J].太原理工大学学报，2018，49（2）：240-251．[3]向东.平煤股份液压支架液压控制系统优化的实施与推广[J].中国战略新兴产业，2018（8）：87-89．[4]王彪谋，侯刚，张金虎，等.坚硬薄煤层智能化开采成套关键技术及装备研究[J].煤矿开采，2018，23（4）：1-3；28．。