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