液压支架立柱自动补压控制顶板技术研究

液压支架立柱自动补压控制顶板技术研究
作者：郑耀东陈泓旭
来源：《山东工业技术》2013年第07期
（神华宁夏煤业集团红柳煤矿，宁夏灵武 750411）
红柳煤矿是神华宁夏煤业集团鸳鸯湖矿区的大型矿井，井田面积79.55km2，矿井设计生产能力8M/a，服务年限99a。

目前开采2#煤层，全区发育，层位稳定，大部可采，平均厚度4.91m，顶板是以砂岩和泥岩为主的复合型顶板，遇水易变软泥化，且煤层节理发育完全，在回采工程中片滑现象严重，导致工作面顶板管理困难，影响着煤炭质量和安全生产。

通过对已回采完的I010201、I010202综采工作面在回采过程中出现的问题进行总结分析，并对软岩条件下煤层顶板控制问题进行相关探讨，对中等稳定及破碎顶板来说，支撑力不足时不能有效控制上覆岩层的离层，是产生顶板事故和设备事故的主要原因。

针对支架支撑力不足的情况，对电液控进行深层研究后，实现了I030201大采高综采工作面动态条件下立柱自动补压功能，有效减少了伪顶脱落、顶板破碎和煤壁片帮。

1 支撑力不足原因分析
支架的使用，要考虑的因素很多，从矿山压力控制角度讲，基本原则就是支架支撑力分布应与顶板压力状况相适应，同时考虑矿山的地质条件、技术条件、经济条件等三方面因素。

工作面支架的首要任务在于管好顶板，保证安全正常地生产。

因此，支架在各种顶板条件下，应能有效地防止压坏、压死支架、冒顶、倒架等顶板事故的发生。

显然，为达到上述目的，对支架的架型、工作阻力、初撑力、可缩量、防倒性能等均有一定要求，其中支撑力无疑是非常重要的参数。

支架支撑力不足的原因：
1.1 泵站压力低
目前乳化液泵站的额定压力为35MPa。

液压支架的额定初撑力就是以此为依据设计的。

而在实际生产中，为便于工作面液压系统的管理和维护，防止管道破裂，调定泵压都小于设计要求值。

1.2 供液系统的压力损失大
由于移动式乳化泵站至工作面的供液距离长（通常为100-200m），沿程压力损失大，再加上各种阀件和管接头的局部压力损失和回油阻力，以及系统的泄露和胶管弹性变形对压力能的吸收等因素的影响，即使泵站压力达到额定值，到达液压支架立柱下腔的液体压力也不能保证初撑力的要求。

1.3 供液时间短
为适应高产高效工作面的要求，必须加快支护速度，这就使支架的升柱时间短，升柱动作结束后，没有足够的时间来给支柱打压，即没有达到初撑压力要求就停止供液了。

另外，由于多台支架同时动作，主系统压力短时间内也难以达到泵站压力。

1.4 人为因素的影响
在实际工作中支架操作工常常是顶梁一接触到顶板就停止供液，使立柱不能获得足够的初撑力而处于“等劲”状态。

因此，复杂地质条件下，尤其对中等稳定及破碎顶板来说，回采过程中如何使支架达到足够的支撑力并均匀的分布，对顶板管理具有重大意义，保证安全生产。

2 提高支撑力的途径
2.1 提高供液压力
提高立柱的供液压力可以从三方面着手，即提高泵站压力，减少管路系统压力损失和加设增压设备。

目前所使用的乳化液泵站的最大额定压力为37MPa，增压不存在问题，I030201综采工作面将泵站原来设定的压力31.5MPa已调整至33MPa，但压力升高，在检修和生产过程中需要加强对泵站的维护管理，系统的高压胶管和密封装置的耐压性能将面临挑战。

减少管路系统压力损失包括减少沿程压力损失和局部压力损失两部分，在泵站流量一定的情况下，减少沿程压力损失应增大管径，降低流速和缩短管长；减少局部压力损失就应采用大流量的阀件，避免液流截面的突然变化，减少管道的弯曲等。

以上两种方法都对管件和阀件提出了更高的要求，目前所使用的主进、回液管路以Φ51高压胶管为主，继续提高高压胶管管径在技术和经济效益上都存在一定困难，可行性不高。

加设增压设备，目前增压器增压系统具有自动补液和增压两个功能，适用于在供液系统压力不高的情况下，使支架达到初撑压力要求。

2.2 保证供液时间
在供液系统压力能够确保初撑压力的前提下，支撑力的不足多数是因为供液时间太短，液压支架的发展，是采高不断增加，立柱不断增高、增大，由低压增加到支撑压力所需时间增长，而生产过程中为了追机移架，加快支护速度，而没有足够的时间来保证初撑压力。

2.3 消除人为因素的影响，实现初撑力的即时保证
操作人员在井下工作时，由于主观原因造成初撑力不足是存在的，对于中等稳定及破碎顶板来说，为防止顶板的早期离层，一般要求每台支架的初撑力及时达到且均匀一致。

通过对上述途径的分析，结合I030201综采工作面的地质条件、技术条件、经济条件等三方面因素，调试电液控自动补压功能在现阶段条件下，能用最少的成本达到最大的效益，管好工作面顶板，保证安全正常地生产。

3 液压支架立柱自动补压的应用
3.1 启用电液控的自动补压功能后，控制器在正常情况下，会定时检测支架立柱压力，立柱的支撑过程中如因某种原因发生压力降落，当压力降至某一设定范围时，系统会自动执行升柱，补压到规定压力，并可执行多次，保证支护质量。

（1）补压下限
（2）补压上限
（3）初撑压力
单次时间——一次补压的最大时限
补压间隔——两次补压的时间延迟
补压时间——允许补压的最大时限
补压次数——允许补压的最大次数
3.2 对I010201、I010202和I030201工作面的矿压资料进行详细收集，根据所收集的数据初步分析，确定三个关键参数补压下限20MPa、补压上限22MPa和初撑压力28MPa。

3.3 在I030201综采工作面选取1#至20#支架范围内顶板压力稳定，支护条件可靠的支架做实验。

因之前无成功经验，实验中发现初步设定的相关参数有欠缺，实验过程中没有显现自动补压过程，初次试验结果不理想。

再次对现场反复观测和检修、生产过程中对参数设定多次修改，通过观察、记录、分析参数的变化，电液控立柱自动补压功能试验成功，最终确定了补压下限18MPa、补压上限20MPa和初撑压力26MPa这三个关键参数，并修正完善了单次时间、补压间隔、补压时间和补压次数等相关参数，同时发现了电液控立柱自动补压功能的启停的快捷键。

然后在全工作面逐步实现了立柱自动补压，保证了支架支撑力，对支撑力实现均匀的分布发挥了很大的优越性。

4 效益预测
液压支架电液控自动补压的应用成功，不仅具有良好的经济效益，而且取得了良好的社会效益。

4.1 实现工作面支架的自动补压，提高了工作面支护的可靠性，加强了顶板管理，保证了安全生产。

实现自动补压后，通过观测支架支撑力数据显示，达到标准的支架由70%提高到了95%以上。

4.2 实现工作面支架的自动补压，自动化程度显著提高，明显降低了工人的劳动强度，改善了劳动环境，每班的支架工由原来的7人减少至5人。

4.3 提高了综采工作面单产单进的能力，使地质条件相对复杂条件下的安全高效开采技术水平有了进一步的提高，减少了顶板事故的几率。

【参考文献】
[1]李保朝.液压支架电液控制技术研究与应用[J].中州煤炭，2006（02）.
[2]孙晓健，张东来.CAN总线在液压支架电液控制系统的应用[J].微计算机信息，2006（17）.
[3]吴国强，张北辰.液压支架电液自动控制系统国产化研究[J].中州煤炭，2006（05）.
[4]马鑫，张东来，秦海亮，王超，张东升，徐殿国.液压支架电液控制系统的设计[J].煤矿机械，2007（02）.
[5]韩素媛.综采工作面液压支架电液控制系统的设计[J].科技情报开发与经济，2007（08）.
[6]李首滨，韦文术，牛剑峰.液压支架电液控制及工作面自动化技术综述[J].煤炭科学技术，2007（11）.
[7]张良.液压支架电液控制系统的应用现状及发展趋势[J].煤炭科学技术，2003（02）.
[8]曹小荣.基于分布式控制的液压支架电液控制系统的实现[J].煤矿机械，2003（12）.
[9]李海宁，曹春玲.分布式控制在液压支架电液控制中的实现[J].液压与气动，2004（01）.
[责任编辑：汤静]。