液压支架支护高度测量及调控系统的优化研究

张海军

（山西煤炭运销集团锦瑞煤业有限公司， 山西 离石 033000）

引言

作为确保煤矿井下综采作业安全的核心，液压支架支护稳定性和准确性直接决定了煤矿综采作业的安全性，液压支架的支护高度信息主要为采煤机割煤高度、液压支架升柱、降柱提供参考，直接决定了液压支架的支护状态[1]。在传统的支护过程中，主要通过人工对液压支架支护高度进行判断和调整，存在效率低下、准确性差的缺陷，而前期投入使用的激光测距高度测控系统，在井下恶劣的环境中稳定性严重不足，因此本文针对现有液压支架高度调控系统使用中存在的测量误差大、调节控制自动化程度差、数据传输失真严重的问题，提出了一种新的液压支架支护高度测量和调节控制系统。

1 高度测量及控制系统的整体结构

为了满足液压支架在不同支护环境中支护高度测量及调节控制需求，在经过多方案对比并充分考虑倾角传感器布置和各传感器通信需求的情况下。本文对测绘高度所需监控的液压支架的顶梁、四连杆机构等在各方向上的变化趋势进行分析，最终确定需设置4 组倾角传感器才能满足不同条件下液压支架支护高度的测量要求，其各传感器的设置如图1 所示。

由图1 可知，四组倾角传感器分布布置在液压支架的顶梁和底座、四连杆和掩护梁上，由于液压支架在进行大倾角支护时其掩护梁和四连杆机构均会有超过50°的倾角，因此将设置在掩护梁和四连杆机构上的倾角传感器需伸出的约50°处设置到液压支架上，确保倾角传感器工作时满足在最优的测角范围内工作[2]，特别注意的是，需将倾角传感器固定到液压支架有掩护的位置，避免倾角传感器受煤矸石冲击而失效。

图中A/B 是用于表示倾角传感器的接口，用于供电并和其他传感器连成一个监控系统，其中将1号倾角传感器作为中心，其他传感器将监测数据信息传入1 号传感器后统一汇总并传送到液压支架高度传感器控制器，用于实现对液压支架高度的自动测控和调整。

液压支架控制器根据监测信息对液压支架支护高度调节的逻辑控制流程如图2 所示[3]。

图1 液压支架倾角传感器布置结构示意图

图2 液压支架高度调节控制流程

2 高度测量及控制系统信息传输的小波分解重构

由于煤矿井下处于高尘、高湿的环境中，空间狭小，各类机电控制系统分布密集，因此空间内的电磁干扰极度复杂。该高度监测调控系统中具有多组传感器设备，各类传输信号复杂，如果无法较好地屏蔽外界干扰则会导致信息传输误差累积大，严重影响测高系统的调控准确性，因此本文采用了小波分解重构的信息传输方案，确保信号传输过程中的精确性。为了验证小波分解重构信号传输在严重电磁干扰环境中的准确性，采用MATLAB 仿真分析软件对其进行仿真分析，结果如图3 所示。

图3 小波分解滤波前后的信号传输对比分析

由仿真分析结果可知，采用小波分解重构[4]方式进行信号的传输时，对外界干扰的屏蔽作用显著，信号在传输过程中基本上不存在波动，因此数据传输精度高、可靠性好。

3 高度测量及控制系统的试验验证

为了充分验证该控制系统的精确性和稳定性，本文搭建了专门的试验验证平台，对其调节控制的精确性进行分析，液压支架测高及调控系统的试验验证平台如图4 所示。

在该试验验证平台中，将四组传感器连接到局域监控系统中，通过1 号传感器将其接入液压支架高度调节控制中心中，通过不断调整液压支架的支护高度并将监测值和实际值进行对比分析，以确定其实际的调节精度，各监测数据统计如表1 所示。

由表1 可知，该液压支架高度测量和调节控制系统在不同高度情况下的监测调节中，最大偏差量约为26 mm，偏差量约为0.4%，完全满足井下液压支架在不同情况下的监测和调节控制要求。

图4 液压支架试验验平台

表1 液压支架支护高度监测数据统计分布表 cm

4 结论

1）用小波分解重构方式进行信号传输时，对外界干扰的屏蔽作用显著，信号在传输过程中基本上不存在波动，因此数据传输精度高、可靠性好；

2）该液压支架高度测量和调节控制系统在不同高度情况下的监测调节中，最大偏差量约为26 mm，偏差量约为0.4%，完全满足井下液压支架在不同情况下的监测和调节控制要求。