綜放工作面液壓支架設(shè)計(jì)與電液控制系統(tǒng)研究

李道民

（長(zhǎng)治職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 山西 長(zhǎng)治 046000）

引言

我國(guó)厚煤層賦存比較豐富，厚煤層綜采工作面開(kāi)采為高產(chǎn)高效的形成提供了前提基礎(chǔ)[1-2]。目前對(duì)于厚煤層而言，煤礦地下開(kāi)采普遍使用大采高或放頂煤工藝，取得了良好的應(yīng)用效果，對(duì)于大采高綜采工作面而言，采煤、運(yùn)輸或支護(hù)設(shè)備體積大，所占空間大，運(yùn)輸相對(duì)困難，對(duì)于前期已經(jīng)規(guī)劃設(shè)和施工完成的礦井而言，存在大采高綜采裝備在運(yùn)輸過(guò)程中相對(duì)困難的問(wèn)題[3-6]。因此對(duì)于部分中小型礦井而言，回采厚煤層采用綜采放頂煤工藝，其中將底部一部分煤層按照較小的采高采出，剩余上部分利用采動(dòng)壓力放出。采用放頂煤工藝回采時(shí)，工作面液壓支架支護(hù)范圍較小，支護(hù)高度較低，因此可以滿足較小尺寸巷道的運(yùn)輸要求。本文結(jié)合放頂煤實(shí)際工藝和工程地質(zhì)條件，對(duì)工作面支架進(jìn)行了分析，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全支護(hù)。

1 綜放工作面地質(zhì)條件

3 號(hào)煤層厚度5.01～6.36 m，平均6.23 m，煤層頂板為泥巖及砂質(zhì)泥巖，平均厚度為5.2 m，底板為泥巖，平均厚度為4.18 m。3203 工作面位于二盤區(qū)南側(cè)，工作面實(shí)際長(zhǎng)為216 m，推進(jìn)長(zhǎng)度為1875 m，綜放工藝后退式回采，采煤機(jī)割煤高度為2.6 m，上部煤層通過(guò)放煤口放出。

2 液壓支架設(shè)計(jì)

3 號(hào)煤層采煤機(jī)的實(shí)際開(kāi)采厚度為2.6 m，為實(shí)現(xiàn)機(jī)采高度范圍內(nèi)的安全空間的有效支護(hù)，研發(fā)了ZF7000/16/30D 型綜放支架，支架設(shè)計(jì)工作阻力為7000 kN，安全閥設(shè)定的壓力為38.7 MPa，初始（乳化液泵31.5 MPa）條件下初撐力為5696 MPa，支架支護(hù)高度為1.6～3.0 m，支護(hù)強(qiáng)度不低于0.8 MPa。支架主要參數(shù)如表1 所示。

表1 支架主要參數(shù)

支架設(shè)計(jì)為低位放煤，具有伸縮梁，可實(shí)時(shí)進(jìn)行支護(hù)，頂梁為整體式，設(shè)計(jì)有側(cè)向護(hù)幫機(jī)構(gòu)，帶有可拆卸式的護(hù)幫板，具有前面為雙向結(jié)構(gòu)，后面為單向結(jié)構(gòu)的連桿機(jī)構(gòu)，底座為凹型整體式結(jié)構(gòu)，中間為凹進(jìn)去的開(kāi)口整體結(jié)構(gòu)，底座的前部設(shè)計(jì)了抬底式機(jī)構(gòu)，支架的拉移千斤頂為倒裝式機(jī)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)計(jì)了單向鎖結(jié)構(gòu)，防止了刮板輸送機(jī)的向后移動(dòng)。

3 支架電液控制系統(tǒng)及特征

支架電液控制系統(tǒng)有控制器、中繼器、驅(qū)動(dòng)器和各類壓力、位移、傾角等監(jiān)測(cè)的傳感器組成，各個(gè)元件之間相互配合，可以滿足工作面承載、卸載、移架、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等作業(yè)，滿足工作面控制要求。

電液控制系統(tǒng)具有人機(jī)交互界面，控制器外殼材質(zhì)具有較好的防塵、防水、防腐蝕及抗砸能力?？刂破魍饧友b防護(hù)罩，防止沖洗支架時(shí)強(qiáng)壓水沖刷及飛濺，具有較好的防塵、防水、防腐蝕及抗砸能力。

可單架依次控制或3 架一組成組共同控制，同時(shí)具有單架自動(dòng)護(hù)幫及一組3 架同時(shí)自動(dòng)護(hù)幫，自動(dòng)推移底座前方的刮板運(yùn)輸機(jī)，自動(dòng)噴射水霧降塵等功能。

電液控制系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程無(wú)線遙控功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控支架動(dòng)作和放煤，主要包括單架支架動(dòng)作和支架成組動(dòng)作，一組支架共用一臺(tái)遠(yuǎn)程無(wú)線紅外發(fā)送遙控器。

具有自動(dòng)和手動(dòng)控制雙向功能，單個(gè)支架之間具有紅外發(fā)射和接收的相關(guān)傳感器，液壓支架與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)可以聯(lián)合控制，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)割煤過(guò)程的位置監(jiān)測(cè)與定位，根據(jù)割煤位置進(jìn)行自動(dòng)控制移架。支架的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有快速支護(hù)功能，可以實(shí)現(xiàn)支架的快速升柱、降柱以及快速移架的功能。

能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)立柱壓力、頂梁偏移角度、立柱傾角、推移油缸行程以及工作姿態(tài)等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在井下自動(dòng)化主機(jī)上能夠?qū)ι鲜鲂畔⑦M(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，能將數(shù)據(jù)傳輸至地面調(diào)度中心并顯示。每組支架共用一臺(tái)隔爆型礦用電源，電壓為127 V，頻率為50 Hz。

支架電液控制系統(tǒng)各個(gè)元件可以進(jìn)行有效的隔水和防塵，可以適應(yīng)煤礦井下綜采工作面實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)境，整個(gè)電液控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾能力，保障信號(hào)的的順利傳輸，確保執(zhí)行指令準(zhǔn)確地發(fā)送，并能準(zhǔn)確地執(zhí)行動(dòng)作。

實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與傳輸、保存功能，具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析的能力，根據(jù)壓力數(shù)據(jù)，當(dāng)壓力達(dá)到安全峰值時(shí)會(huì)發(fā)生自動(dòng)報(bào)警。具有對(duì)工作面前的作業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)測(cè)與定位功能，當(dāng)井下作業(yè)人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，會(huì)發(fā)出預(yù)警指令，進(jìn)行提醒。

工作面液壓支架電控系統(tǒng)的換向閥結(jié)構(gòu)為整體式，采用不銹鋼，換向閥的型式為插裝型式，單個(gè)液壓支架均配置有位移傳感器，監(jiān)測(cè)推移行程，配合電控調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)支架精準(zhǔn)推溜。每臺(tái)支架均安裝有手動(dòng)放煤鍵盤，電液控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)記憶放煤、一鍵放煤、隔架自動(dòng)放煤等多組可選的放煤功能，具有帶壓移架功能。支架電控系統(tǒng)具有與工作面順槽集中自動(dòng)化控制系統(tǒng)的雙向信號(hào)傳輸和通信，支架的各個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和信號(hào)可以傳輸?shù)巾槻奂锌刂葡到y(tǒng)。

液壓支架電液控制系統(tǒng)配備有紅外接收裝置、調(diào)速閥、安全警示燈、自動(dòng)過(guò)濾器、放煤鍵盤和區(qū)域定位傳感器，可以實(shí)現(xiàn)立柱應(yīng)力監(jiān)測(cè)、支架推移行程監(jiān)測(cè)、支架高度監(jiān)測(cè)、頂?shù)装遄藨B(tài)監(jiān)測(cè)、護(hù)幫姿態(tài)監(jiān)測(cè)、支架尾梁姿態(tài)監(jiān)測(cè)、煤機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、動(dòng)作監(jiān)測(cè)以及精準(zhǔn)推移刮板機(jī)等操作功能。

4 應(yīng)用效果

所研制的ZF7000/16/30D 型支架已用于井下工作面，開(kāi)采期間支架整體結(jié)構(gòu)保持完整、穩(wěn)定，沒(méi)有受到?jīng)_擊破壞，支架支護(hù)強(qiáng)度可以很好地滿足工作面支護(hù)要求，支架整體運(yùn)行姿態(tài)良好，支架與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等裝備具有良好的匹配關(guān)系，基本實(shí)現(xiàn)了智能化的控制要求，為后期工作面裝備的智能化升級(jí)技術(shù)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語(yǔ)

液壓支架是為綜采工作面提供作業(yè)空間的安全結(jié)構(gòu)，對(duì)工作面安全推進(jìn)具有重要意義。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件及綜采放頂煤開(kāi)采工藝，對(duì)工作面中部ZF7000/16/30D 型支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)特征、主要技術(shù)參數(shù)以及電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析，為綜采工作面的安全開(kāi)采和支架的設(shè)計(jì)提供了參考。支架電液控制系統(tǒng)與采煤機(jī)及刮板輸送機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了工作面“三機(jī)”聯(lián)動(dòng)控制，以及整個(gè)工作面的集中化智能升級(jí)，為綜采工作面智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。