综放工作面液压支架设计与电液控制系统研究

李道民

（长治职业技术学院， 山西 长治 046000）

引言

我国厚煤层赋存比较丰富，厚煤层综采工作面开采为高产高效的形成提供了前提基础[1-2]。目前对于厚煤层而言，煤矿地下开采普遍使用大采高或放顶煤工艺，取得了良好的应用效果，对于大采高综采工作面而言，采煤、运输或支护设备体积大，所占空间大，运输相对困难，对于前期已经规划设和施工完成的矿井而言，存在大采高综采装备在运输过程中相对困难的问题[3-6]。因此对于部分中小型矿井而言，回采厚煤层采用综采放顶煤工艺，其中将底部一部分煤层按照较小的采高采出，剩余上部分利用采动压力放出。采用放顶煤工艺回采时，工作面液压支架支护范围较小，支护高度较低，因此可以满足较小尺寸巷道的运输要求。本文结合放顶煤实际工艺和工程地质条件，对工作面支架进行了分析，实现了工作面的安全支护。

1 综放工作面地质条件

3 号煤层厚度5.01～6.36 m，平均6.23 m，煤层顶板为泥岩及砂质泥岩，平均厚度为5.2 m，底板为泥岩，平均厚度为4.18 m。3203 工作面位于二盘区南侧，工作面实际长为216 m，推进长度为1875 m，综放工艺后退式回采，采煤机割煤高度为2.6 m，上部煤层通过放煤口放出。

2 液压支架设计

3 号煤层采煤机的实际开采厚度为2.6 m，为实现机采高度范围内的安全空间的有效支护，研发了ZF7000/16/30D 型综放支架，支架设计工作阻力为7000 kN，安全阀设定的压力为38.7 MPa，初始（乳化液泵31.5 MPa）条件下初撑力为5696 MPa，支架支护高度为1.6～3.0 m，支护强度不低于0.8 MPa。支架主要参数如表1 所示。

表1 支架主要参数

支架设计为低位放煤，具有伸缩梁，可实时进行支护，顶梁为整体式，设计有侧向护帮机构，带有可拆卸式的护帮板，具有前面为双向结构，后面为单向结构的连杆机构，底座为凹型整体式结构，中间为凹进去的开口整体结构，底座的前部设计了抬底式机构，支架的拉移千斤顶为倒装式机构，内部设计了单向锁结构，防止了刮板输送机的向后移动。

3 支架电液控制系统及特征

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。

能够实现对立柱压力、顶梁偏移角度、立柱倾角、推移油缸行程以及工作姿态等参数的实时监测，在井下自动化主机上能够对上述信息进行显示和存储，能将数据传输至地面调度中心并显示。每组支架共用一台隔爆型矿用电源，电压为127 V，频率为50 Hz。

支架电液控制系统各个元件可以进行有效的隔水和防尘，可以适应煤矿井下综采工作面实际生产和应用环境，整个电液控制系统具有良好的抗干扰能力，保障信号的的顺利传输，确保执行指令准确地发送，并能准确地执行动作。

实时压力监测系统具有数据实时监测与传输、保存功能，具有实时数据的监测和数据分析的能力，根据压力数据，当压力达到安全峰值时会发生自动报警。具有对工作面前的作业人员进行监测与定位功能，当井下作业人员进入危险区域时，会发出预警指令，进行提醒。

工作面液压支架电控系统的换向阀结构为整体式，采用不锈钢，换向阀的型式为插装型式，单个液压支架均配置有位移传感器，监测推移行程，配合电控调速阀实现支架精准推溜。每台支架均安装有手动放煤键盘，电液控制系统可以实现记忆放煤、一键放煤、隔架自动放煤等多组可选的放煤功能，具有带压移架功能。支架电控系统具有与工作面顺槽集中自动化控制系统的双向信号传输和通信，支架的各个监测数据和信号可以传输到顺槽集中控制系统。

液压支架电液控制系统配备有红外接收装置、调速阀、安全警示灯、自动过滤器、放煤键盘和区域定位传感器，可以实现立柱应力监测、支架推移行程监测、支架高度监测、顶底板姿态监测、护帮姿态监测、支架尾梁姿态监测、煤机实时监测、动作监测以及精准推移刮板机等操作功能。

4 应用效果

所研制的ZF7000/16/30D 型支架已用于井下工作面，开采期间支架整体结构保持完整、稳定，没有受到冲击破坏，支架支护强度可以很好地满足工作面支护要求，支架整体运行姿态良好，支架与采煤机、刮板输送机等装备具有良好的匹配关系，基本实现了智能化的控制要求，为后期工作面装备的智能化升级技术打下了坚实的基础。

5 结语

液压支架是为综采工作面提供作业空间的安全结构，对工作面安全推进具有重要意义。根据实际地质条件及综采放顶煤开采工艺，对工作面中部ZF7000/16/30D 型支撑掩护式液压支架的结构特征、主要技术参数以及电控系统的设计方案进行分析，为综采工作面的安全开采和支架的设计提供了参考。支架电液控制系统与采煤机及刮板输送机控制系统联动运行，实现了工作面“三机”联动控制，以及整个工作面的集中化智能升级，为综采工作面智能化发展奠定基础。