综采工作面液压支架控制系统优化设计

  综采工作面液压支架控制系统优化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计   摘要：现阶段煤炭开采逐渐向大倾角，大深度煤层发展。对于大倾角煤层而言，开采最为关键的任务是对工作面岩层的稳态控制。液压支架作为综采工作面支护的关键设备，根据工作面实际工况选择最佳液压支架，并对其在生产阶段的稳定性和适应能力进行评估是保证煤矿 安全生产 安全生产管理档案一煤矿调度员先进事迹安全生产副经理安全生产责任最近电力安全生产事故安全生产费用投入台账 的理论基础。液压支架是煤矿综采工作面安全支护的重要设备，为了减少工人数量、降低劳动强度、提高安全生产，必须利用液压支架电液控制系统，实现液压支架的统一有序控制和动作。但由于进口液压支架电压控制系统存在供货不及时、升级困难、缺乏自动控制和自诊断功能等缺点，而国内现有液压支架电液控制系统存在可靠性低、控制实时性差、抗干扰能力弱等缺点，所以，亟待研究并开发高可靠性、高实时性，满足综采工作面生产需求的液压支架电液控制系统，适应综采工作面智能化、信息化和少人化的需求。关键词：综采工作面；液压支架；控制系统；优化设计引言近年来，随着中国互联网技术的不断发展，时刻影响着煤矿业的发展，在煤矿业转型的关键阶段，合理地引用自动化技术，可以有效提升煤矿业的发展。只有具备自动化的设备和技术上的人才，才能合理有效的得到生产上的效益，并且才能确保煤矿产业在当今社会的有力转型。在当前的系统中，一键启停、采面支架控制系统等自动化技术已被运用到煤矿综采上，得到了良好的反馈，在可预见的未来里，煤流系统的智能化，围岩支架耦合控制等智能化工作技术将能够给予煤矿产业发展极大助力。1液压支架控制系统硬件设计综采工作面液压支架控制系统优化方案硬件设计方案更换通信能力强、处理速度快、响应时间短的EPEC3724控制器为核心CPU，根据液压支架控制的数字量、模拟量进行I/O点分配。优化后的液压支架控制器需采集的模拟量有压力传感器数据，具体包括每一台液压支架的伸缩油缸压力、立柱升降油缸压力、推溜油缸压力等，输出信号为-10～10V电压信号，传送给EPEC3724控制器完成模数处理。位移传感器用于采集推溜油缸位移、立柱油缸位移，输出信号为0～10V电压信号。红外传感器用于定位采煤机位置，即在液压支架横梁中心位置安装红外传感器发送单元，在采煤机机身位置安装红外传感器接收单元，采煤机根据接收到的红外传感器信号确认对应的液压支架编号，进而确认自身实时位置。EPEC3724控制器支持PWM信号输出，即对控制液压支架油缸伸缩、底座抬放、护帮伸收及推溜的电磁阀直接控制，实时性强、控制效果好。2综采工作面液压支架控制系统优化设计2.1多传感器信息融合定位技术目前单一的传感器或方法很难实现采煤机井下精确定位，因此采用多传感器信息融合实现工作面采煤机精确定位。多传感器信息融合是一种数据处理方法，试图通过将不完备、有缺点、优势互补的多个或多种传感器数据进行组合，以一种恰当的处理算法来获取所测量参数的真实数据。本文采用RFID射频、行程传感器实现工作面精确定位，以及辅助惯性导航技术修正的工作面精确定位技术，其工作原理：采用RFID技术确定采煤机实时位置，通过编码器对由RFID技术确定的采煤机位置进行校准，工控平台推导出刮板输送机位置曲线，辅助以惯导技术对工作面刮板输送机位置曲线校准，实现工作面精确定位功能。2.2刮板输送机煤流调速控制技术刮板输送机是超长工作面的重要设备。为满足超长工作面生产需求，刮板输送机研究包括了状态诊断和调速控制。状态诊断包括以下两方面：①在线诊断控制系统主要通过油温传感器、油位传感器等来实现工艺流程的监控，一旦发现油温、油位发生偏转，及时对其进行调整，通过自动报警的方式来解决相关问题，也有助于解决运行过程中的保养问题；②机尾张紧系统是状态诊断的重要组成部分，在一定程度上影响到设备运行的可靠性。机尾安装专用压力传感器，能够很好地控制张紧程度，同时保持张紧的稳定性，在刮板输送机运煤过程中，借助于伸缩机尾调节的方式能够找到合适的位置，在刮板输送机的运载过程中可以随时检查设备的运行情况，确保链条的最大张紧力，在不影响链条质量的情况下达到相应的诊断效果。智能调速是刮板输送机智能控制系统的重要技术特征，调速控制包括以下两方面：①运输煤量监控系统通过视频监控等手段来解决刮板输送机煤量检测的问题，随时对煤量、高度以及其他信息进行分析、检索，通过相关设备来获取精准信息，实现系统的控制目标；②在刮板输送机需要的运煤量相对较小时，可以通过刮板输送机智能控制系统来实现变频低速运转，控制能耗；需要较大运输量时，通过智能化调整来满足更高水平的要求，此时驱动电动机增加转速，实现煤炭的快速运输，提高运输效率，降低能耗比。2.3大采高综采工作面过断层技术应用随着工作面采高增大，煤壁稳定性变差、开采引起矿压显现更为凸显，特别是采面开采遇断层时围岩稳定性及强度较低，加之大采高综采设备灵活性较差，会给推进效率、生产安全等带来一定制约。当采煤工作面遇落差较小或者影响范围不大的断层时，为提高生产效率一般采用平推硬过方法过断层，并通过改变采煤机截割进尺、超前移架等方式控制顶板，但是由于不能改变煤体及顶板强度及稳定性，无法从根本上杜绝冒顶或者片帮事故发生。在某综采工作面90～105号支架间向采面煤壁、破碎顶板施工钻孔，通过向钻孔内注入注浆浆液，提高煤岩体稳定性。注浆浆液起到的加固作用主要体现在以下方面:①网络骨架，浆液裂隙中扩散、胶结后形成网络骨架，提高破碎煤岩体稳定性及整体性;②黏结补强，注浆浆液在裂隙中扩散，对裂隙面产生一定黏结力，提高裂隙附近煤岩体强度及刚度;③充填压实，注浆压力作用下浆液充填小缝隙，降低煤岩体孔隙率，从而提高注浆加固区域煤炭体强度。对于顶板垮落或者漏顶区域采用注入罗克休材料。罗克休包括催化剂、树脂2种成分，胶结后体积可膨胀30倍以上，硬化后结构抗压强度约0．2MPa，可起到临时阻止顶板垮落、下沉作用。对于顶板垮落或者漏顶区域注入罗克休后，在90～105号支架间提前布置钻孔，向钻孔内注入马丽散，通过马丽散将松散、不稳定性煤岩体胶结为一个整体，提高加固区煤岩体稳定性。马丽散材料包括催化剂、树脂2种成分，混合后具有较高的粘结力及强度，同时可注效果较好，能在小缝隙中渗透并膨胀。注浆施工工艺具体如下：1)向顶板垮落区注入罗克休，具体注入工艺为:①按照设计要求连接注浆泵，高压软管等;②注浆开始时，将吸浆管分别放入到催化剂、罗克休树脂筒内，按照1∶4配比混合后经过高压软岩、注射枪注射到漏顶区域，浆液在漏顶区反应后充填整个漏顶区并对顶板施加一定支撑力;③注浆完成后清洗吸浆管、高压软管及注射枪，用清洗剂及清水分别冲洗注浆泵、附属管路，罗克休树脂侧采用清水清洗、催化剂侧采用清洗剂清洗。2)注入马丽散。施工工艺为:①钻孔施工，在90～105号支架间布置钻孔，钻孔布置在煤壁上距离顶板1．0m、仰角33°、孔深6000mm、孔径45mm，钻孔间距为3．0m;②注浆，采用高压泵注浆，吸浆管分别放入催化剂以及树脂筒内，通过高压泵向钻孔内注入马丽散，注浆从90号液压支架位置向105号支架方向依次进行;③注浆完成后清洗注浆系统，清洗方式与注入罗克休方式一致。2.4综采工作面采煤机沿顶末采施工技术应用综采工作面末采施工工艺的选择，关系到综采设备搬迁进度、施工费用与新工作面生产准备工作等方面。近些年来，国内大量学者及 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术人员对综采工作面末采施工技术进行了大量研究。综采工作面末采期间回撤通道矿压显现规律，可采用主动与被动支护结合的对策；工作面顶板悬顶距过长、挂网位置不合理、挂网时间过长、支架支护性能差是导致工作面末采期间顶板管理难度大的主要原因。综采工作面采煤机沿顶末采施工技术应用具体如下：1）使用沿顶板推进末采工艺，较以往预约贯通及沿底末采工艺施工工期有很大的缩减，某工作面末采在处于地质构造区域内进行，包括打锚杆、上网时间在内，整个末采时间不超过3d。2）通过沿顶推进进行末采施工，工作面顶板控制有利，在末采过程中，顶板平整，支架接顶支撑有效，基本不会出现片帮、冒顶情况而导致事故而影响末采进度。3）通过沿顶推进末采工艺对顶板的有效管理与控制，工作面末采安全环境有很大的保障，在工作面末采过程中，未进行任何化学浆及水泥浆的注浆施工即顺利完成末采。2.5MCU合多传感器融合的液压支架跟机控制系统构建的液压支架自主跟机控制系统架构主要由操作监控平台、数据库、核心路由、监测与控制模块以及各类传感器等部分所组成。传感器获取液压支架的位姿数据后，通过模块、核心路传递至操作与监控平台，经数据分析与处理后反馈至电液控制器，由电液控制器控制各类型电磁阀完成支架的推移、支护等动作。液压支架跟机的控制主要由电液控制器来完成。控制器包括3个MCU、通信模块、数据采集与处理和电磁阀驱动模块等，MCU型号为STM32F205ZET7。考虑到远程传输以及多架控制过程的轮询周期较长，无法满足跟机控制的实时性需求，因而将电液控制器的监测与控制部分进行分离。采用Ethernet传输红外捕捉数据、设备轮询状态参数等重要程度相对较低的监测数据，采用Powerlink来传输操作命令、反馈信息等实时性要求较高的控制数据。液压支架定姿是实现自动化控制的基础，要求精度较高。支撑高度作为支护状态的关键参数，其数值变化能够反映出顶板的下沉量以及运动规律。因此，通过在液压支架顶梁及后连杆位置处布设多个倾角传感器，得出两者的倾角后，采用数据融合技术求解支架支撑高度，进而对支架的支护状态进行判断，避免截割干涉现象的发生。2.6综采工作面液压支架千斤顶改进目前，随着智能工作面的不断普及和矿井开采深度的不断延伸，煤层围岩应力也不断增大，对液压支架的承重能力、灵敏度都提出了更高要求。立柱千斤顶是综采工作面液压支架的主要元件。通过立柱千斤顶的支撑作用，能够保证工作面必要的行动空间和安全距离，达到工作面 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化“两平一直”要求。《煤矿安全规程》 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 ，综采工作面掩护式支架应保持完好，千斤顶漏液率应＜1%。但由于工作面粉尘、水汽等环境影响和人为原因，立柱千斤顶出现漏液窜液现象极为普遍，以某矿为例，工作面掩护式支架漏液检修率常年保持在1.6%左右，不但影响现场支护效果和推进效率，甚至引发压架、死架甚至冒顶事故，影响工作面支护安全。因此有必要对立柱千斤顶漏液问题进行分析，从源头解决问题。1）优化配件装配工艺。综采工作面的液压支架，一次安装、回采和撤架为一个周期，随后才能上井返修。液压支架在升降架、推移过程中，乳化液经高压胶管进入高压腔，在各类密封配件的共同作用下再由高压腔进入低压腔，从而完成一系列动作。但对千斤顶活塞、防尘盖等易损配件，由于工作面现场拆解安装程序复杂，很难保证安装精度，极易造成配件装配质量不合格。再加上生产进度和现场条件等因素，不能对装配质量进行严格检查把关，最终导致支架千斤顶窜液。针对上述问题，可采取如下措施：一是优化密封配件的装配工艺，严格按措施要求进行拆卸安装，提高检修人员现场装配技术熟练度；二是对检修装配质量严格把关，要求现场质检员严格按照标准尺寸公差对配件装配情况进行检查，保证安装装配精度；三是对存在窜液问题的支架千斤顶及时处理，做到小问题不过班，大问题不过天，保证液压支架的整体质量。2）严格按要求装配加压试验。液压支架井上装配完成后，需要以31.5MPa的额定压力，对整个液压系统进行逐一试验，支架所有千斤顶无漏液合格后方可下井。但实际试验时，由于乳化液泵站压力不足、乳化液质量、管路渗漏等问题，极易造成实际压力低于额定压力，影响实验最终效果。针对上述问题，可在地面支架加压试验时，将实际际压力提高10%左右，保证乳化液在千斤顶中压力略高于额定压力，确保试验质量。3）合理选择密封件型号。现场拆解检修时，经常发现O型圈或挡圈尺寸不匹配、蕾型圈磨损严重等问题，可以在井下库房多配备千斤顶密封配件，并将磨损动作较多的蕾型圈更换为更加耐磨的聚氨酯按磁力，保证密封效果。2.7支架电液控制系统支架电液控制系统有控制器、中继器、驱动器和各类压力、位移、倾角等监测的传感器组成，各个元件之间相互配合，可以满足工作面承载、卸载、移架、实时监测等作业，满足工作面控制要求。电液控制系统具有人机交互界面，控制器外壳材质具有较好的防尘、防水、防腐蚀及抗砸能力。控制器外加装防护罩，防止冲洗支架时强压水冲刷及飞溅，具有较好的防尘、防水、防腐蚀及抗砸能力。可单架依次控制或3架一组成组共同控制，同时具有单架自动护帮及一组3架同时自动护帮，自动推移底座前方的刮板运输机，自动喷射水雾降尘等功能。电液控制系统具有远程无线遥控功能，实现无线遥控支架动作和放煤，主要包括单架支架动作和支架成组动作，一组支架共用一台远程无线红外发送遥控器。具有自动和手动控制双向功能，单个支架之间具有红外发射和接收的相关传感器，液压支架与采煤机、刮板输送机可以联合控制，实现采煤机割煤过程的位置监测与定位，根据割煤位置进行自动控制移架。支架的电控系统设计有快速支护功能，可以实现支架的快速升柱、降柱以及快速移架的功能。结语煤矿综采工作面的开采效率和安全性是企业关注的主要指标。目前，智能化开采为煤矿生产的发展趋势。煤矿综采工作面智能化开采技术的实现需要综合现场采煤机、液压支架以及刮板输送的智能化控制工艺，结合煤矿地质条件和煤层条件为其选择最佳的开采工艺。实践表明，智能化开采技术在综采工作面的应用可降低工作面人员数量，降低设备故障率，提升故障定位精度和排故效率；最终达到提升工作面生产能力的目的。Reference[1]马鹏宇，余佳鑫，陆廷锴，等.国产液压支架电液控制系统现状[J].中国机械，2013（11）：211-212.[2]郭卫，李绩.PLC在矿用液压支架电液控制系统中的应用研究[J].煤矿机械，2015，36（1）：3-5.[3]曾迪晖.基于STM32的液压支架电液控制系统控制器的设计与试验研究[D].北京：中国矿业大学（北京），2013.[4]林福严，韦成龙，陶显，等.基于RS485总线和实时数据库的液压支架远程控制系统通信设计[J].煤炭工程，2015（1）：25-27.[5]赵龙，宋建成，田慕琴，等.综采工作面液压支架集中控制系统设计[J].工矿自动化，2015，41（2）：9-13.[6]王宝琴.谈煤矿开采液压支架电液控制系统[J].煤炭技术，2011（8）：13-15.[7]杨世华，宋建成，田幕琴，等.基于双RS485总线的液压支架运行状态监测系统开发[J].工矿自动化，2014，40（8）：1-5. -全文完-