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综采面液压支架自动跟机控制工艺技术实践

2024-08-15 34 上传者：管理员

摘要：以双柳煤矿3506综采工作面开采条件及其液压支架电液控制系统为工程背景，为提升煤炭开采自动化控制水平，根据采面煤炭生产特点，对采面中部支架跟机移架、机头及机尾段跟机移架具体动作、控制方式等进行详细分析，拟构建与应用综采面液压支架自动跟机控制工艺技术。自动跟机控制工艺技术应用后，3506综采工作面液压支架可实现自动跟机操作，液压支架各动作可与采煤机截割相互配备，从而提升了煤炭生产效率及采面自动化控制水平。

关键词：
双柳煤矿
液压支架
综采面
自动化控制
跟机控制
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井下采煤工作面空间狭小、环境恶劣，粉尘浓度较高，采煤工作面人员长时间在恶劣环境中工作会存在较大的安全风险且给身体健康带来较大威胁[1-2]。采用智能化控制技术将作业人员从采煤工作面现场解放出来，人员在安全位置操控采煤设备运行，对提高煤炭安全生产保障能力、煤炭生产效率及智能化开采程度有显著促进意义[3-5]。液压支架自动跟机是实现煤炭智能化开采的一个重要环节，受井下环境、开采条件、煤炭开采工艺复杂等因素影响，采面机头、机尾自动跟机应用效果不理想[6-8]。以双柳煤矿3506综采工作面（以下简称综采面）煤炭回采为工程背景，重点对采面液压支架跟机移架工艺进行分析，构建智能化采煤工作面。

1、工程概况

双柳煤矿3506综采面采用U型通风方式，采面轨道、皮带顺槽长度分别为2 660 m、2 680 m，采面斜长为245 m。采面回采的5#煤层厚度均值为3.68 m，煤层倾角3°～6°，顶底板岩性以砂质泥岩、砂岩以及粉砂岩为主。采面设计推进速度为4.8 m/d，采用型号ZY9600/25.5/50D液压支架支撑顶板，支架中心距为1 750 mm、工作阻力为9 600 kN/架。采面主要开采设备配备情况如表1所示。

采面液压支架配备有电液控制系统，如图1所示。电液控制系统主要组成包括有上位机、支架服务器、控制器、电控系统以及液压主阀等，各液压支架间通过CAN总线实现数据传输；使用集中中心的支架服务器、工控机等实现升、降、移、收护帮板等操作。

图1 支架电液控制系统结构

表1 开采设备配备情况

2、液压支架跟机移架工艺技术分析

2.1 中部支架

在采面正常推进期间，采煤机在采面中部往返移动割煤，中部液压支架移架、推移刮板输送机等动作保持一致。以采煤机下行割煤为例，对液压支架跟机移架、推溜等操作进行分析，具体如图2所示。

图2 中部支架跟机移架示动作

(1）喷雾降尘。为减少采面粉尘浓度，在采煤机割煤时需对左右截割部进行全覆盖喷雾降尘。如图1所示，采煤机机身中心位置至左滚筒割煤区距离DPq对应的NPq段支架均应同时喷雾降尘，采煤机机身中心位置至右滚筒割煤区距离DPh对应的NPh段支架均应同时喷雾降尘。

(2）伸缩梁控制。采煤机截割后，左滚筒右侧至机身中心距离Dsh段对应的液压支架伸缩梁均应及时伸出，起到支护顶板作用，避免顶板在采动压力影响出现冒落。

(3）护帮板控制。采煤机割煤时，为避免滚筒截割护帮板，在左滚筒左侧距离采煤机机身中心距离的Dhq段对应的液压支架均应提前收回护帮板；采煤机截割后，右滚筒右侧距离采煤机机身中心距离的Dhh段对应的液压支架均应伸出护帮板，实现煤壁及时支撑，避免片帮。

(4）移架。采煤机完成割煤后，右滚筒右侧距离采煤机机身中心距离的Dy段对应的液压支架应及时移架，便于及时支护顶板，同时应实时监测支架移架完成情况。

(5）推溜。在推溜时应避免距离采煤机过近，从而导致刮板输送机损坏，具体推溜时要求与采煤机距离控制在Dy+D1以上。

2.2 机头及机尾段

采面机头、机尾处液压支架跟机流程基本一致，以机尾区域液压支架跟机为例，结合采煤机及液压支架动作特性，将机尾区跟机动作划分为6个步骤，如图3所示。依据采煤机在采面位置、运行轨迹等确定各工序关键节点，如图4所示。

图3 液压支架跟机动作

(1）采煤机截穿煤壁阶段，如图3(a）所示，在此阶段煤采煤机上行割煤至机尾区域。此时，采煤机机身重心位于134#支架处，139#支架回收护帮板、135#支架伸出伸缩梁、126#支架伸出护帮板；125#支架开始跟机移架，116#～124#支架形成切斜进刀段，采煤机截割滚筒附近的128#～130#以及137#～139#支架喷雾降尘（对应图4的1～2节点）。

(2）采煤机第一次扫底，如图3(b）所示，采煤机在一个机身长度范围循环扫底。随着采煤机在机尾段截割，采煤机左滚筒前方、右滚筒后方支架护帮板分别回收、伸出，避免采煤机截割时滚筒与护帮板间出现干涉并实现煤壁及时支撑。在此阶段内，液压支架移架、推溜动作闭锁，喷雾系统正常开启（对应图4的2～3节点）。

(3）采煤机切斜进刀阶段，如图3(c）所示，此阶段采煤机斜切进刀割煤。在斜切进刀段，液压支架自动进行伸缩梁、护帮板收伸以及喷雾系统开启等操作。采煤机进入斜切段后，从139#～135#支架依次进行跟机移架操作；在135#支架处完成移架后按照设定路径开始推溜；采煤机移动至110#支架位置后，116#～139#支架范围进行整体推溜且应确保推溜到位（对应图4的3～4节点）。

(4）采煤机割三角煤阶段，如图3(d）所示，此阶段采煤机向机尾端头区域移动割三角煤，直至截割滚筒穿透煤壁。在此阶段内，液压支架按照设定的间距完成伸缩梁及护帮板伸收喷雾系统喷雾等控制；液压支架不推溜，从110#支架位置开始刮板输送机开始跟机移架，机尾139#～136#支架依次进行移架（对应图4的4～5节点）。

(5）采煤机第二次扫底，如图3(e）所示，采煤机在一个机身长度范围循环扫底。此阶段液压支架动作与第一次扫底一致（对应图4的5～6节点）。

(6）采煤机中部割煤阶段，如图3(f）所示。此阶段液压支架按照设定的间距完成伸缩梁及护帮板伸收喷雾系统喷雾等控制。随着采煤机位移不断移动，从139#支架位置开始进行跟机移架，在135#支架处完成跟机移架操作，从机位开始按照要求进行推溜并确保推溜到位（对应图4的6～7节点）。

图4 液压支架各工序关键节点

3、应用效果分析

跟踪监测该综采面应用情况，以便分析跟机移架工艺现场应用效果。在采面液压支架上配备电液控制系统，在系统井下主控计算机内预先设定的液压支架控制程序，实现液压支架自动跟机操作。液压支架控制器接收主控计算机指令完成自动跟机控制。具体采面生产期间设定的液压支架自动跟机参数如表2所示。

表2 液压支架自动跟机参数

在综采面生产期间，工作面采煤机割煤、液压支架移架及推溜等作业工序安排如图5所示。采面设备经过一个月调试后，可实现多设备间联动控制，同时液压支架各动作也可实现独立控制。液压支架自动跟机技术应用后，采煤工作面自动化生产程度明显提升，有效降低了现场工作人员数量及劳动强度，为煤炭安全高效回采创造良好条件。

图5 液压支架各作业工序安排

4、结语

结合双柳煤矿3506综采面现场实际情况与生产特点，为提高采煤工作面煤炭生产效率、确保煤炭开采各工序间有效衔接，满足自动化智能化采煤工作面采煤机自动（记忆）截割、跟机移架以及推溜等需要，从采面中部割煤、机头及机尾割煤等方面重点分析了液压支架跟机移架动作、控制方式等，构建智能开采作业工艺。综采工作面液压支架自动跟机控制工艺技术现场应用表明，该工艺可实现采煤工作面各工序衔接、连贯进行，有助于提升采面煤炭生产效率以及自动化控制水平，并为后续智能化工作面构建提供技术保障。

参考文献:

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文章来源:薛艳军.综采面液压支架自动跟机控制工艺技术实践[J].江西煤炭科技,2024,(03):126-129.