马闯张喜更
河南平宝煤业有限公司河南许昌461000
摘要：近年来，随着我国经济的快速发展，煤炭行业发展的也越来越完善。我国煤炭产量一直保持着快速的增长，预计到2050年煤炭在能源中的比重仍要占到50%左右。然而我国煤矿采掘技术装备水平仍显落后，生产效率低、劳动强度大、工作环境差、安全事故频发。为此，尽可能减少井下工作人员的数量，最终达到井下无人开采、无人工作面的采煤目标，将是未来煤炭工业的发展方向。
关键词：大采；高液压支架；自动控制技术
引言
针对大采高工作面在生产中存在着顶板压力大、片帮冒顶严重、支架失稳等问题，分析了大采高液压支架自动化控制技术需求，从工作面顶板、工作面煤壁管理、液压支架的防滑与防倾倒控制、多级护帮联动控制、液压支架智能跟机控制几个方面对大采高液压支架自动控制技术进行了研究：采用液压支架的自动移架控制和自动补压技术，可使工作面液压支架对工作面顶板的支撑力达到预设的初撑力，从而实现对工作面顶板的有效管理；通过护帮板的姿态控制和支撑压力控制，可有效提高工作面煤壁的管理效率，防止片帮事故的发生；采用角度传感器、行程传感器和激光传感器检测支架姿态，可实现工作面液压支架的伪斜自动控制；通过在护帮板上安装接近传感器，实现多级护帮板的逻辑控制；采用红外传感器检测采煤机位置，按照采煤工艺实现大采高液压支架的跟机自动化控制。
1大采高液压支架自动控制技术需求
工作面顶板与煤壁管理需求采高大于4.5ｍ的工作面，其基本顶来压强烈，基本顶周期断裂高度随采高加大而变化。工作面上覆岩层断裂后空间高度随采高加大而增高，在整个回采过程中自由空间大于3ｍ，这对支架受载和工作面围岩稳定性是十分不利的。顶板下沉与工作面的支护强度密切相关，液压支架的支护强度越大，顶板的下沉位移量越小，距离底板越近其位移量越小；当支架支护强度小时，支护强度的增大对顶板下沉作用较为明显，而当支架的支护强度大时，支护强度增大对控制顶板下沉作用逐渐减小，并逐渐趋于稳定。所以，只有保证支护强度，提高支架初撑力才能有效控制顶板下沉位移量。
1.2支架防倾倒控制
大采高液压支架的质量加大了，重心提高了，液压支架的稳定性能变差了，为此，应采取加大液压支架中心距、增加宽度等措施来提高液压支架的稳定性能。ＭＴ550—1996《大采高液压支架技术条件》规定，在空载条件下，支架最大高度时，顶梁水平状态相对于底座中心最大偏移量应小于80ｍｍ，支架必须设置防倒调底装置，或者预留连接耳座，顶梁侧护板侧推力应大于支架重力。有效地控制液压支架的重心高度和位置是大采高液压支架防倾倒的有效措施。
2大采高液压支架自动控制技术
2.1工作面顶板管理
在立柱下腔安装压力传感器对工作面顶板支撑力进行检测，通过倾角传感器控制顶板姿态，确保液压支架顶梁能够与工作面顶板有效接触，以确保液压支架对工作面顶板达到较好的支承效果。通过高度传感器对液压支架的高度进行检测。大采高液压支架对工作面顶板智能围岩耦合控制功能如下：（1）升柱时保证初撑力。支架的初撑力是在泵站工作压力作用下使支架全部立柱升起顶梁与顶板接触时，支架对顶板的支撑力。初撑力是支架的重要性能参数，它的主要作用是用来减缓顶板的自然下沉，增加顶板的稳定性，使支架尽快在恒阻状态下工作。为了有效控制大采高工作面顶板降沉，在进行液压支架自动移架过程中应保证升柱阶段液压支架能够达到预设的初撑力，确保工作面顶板能够得到有效的支承。（2）破碎顶板，带压擦顶移架。在顶板破碎的情况下，应采用带压移架控制，确保工作面顶板得到有效的控制。（3）立柱自动补压控制。系统应设有自动补压功能，以确保每台支架都能够达到预设的初撑力。（4）工作面顶板降沉监控。在运行过程中，通过液压支架高度检测，可以随时了解液压支架立柱油缸伸缩情况，防止液压支架被“压死”。所以，大采高液压支架应及时伸出伸缩梁以调整工作面护顶移架策略。
2.2工作面煤壁管理
在大采高液压支架伸缩梁和护帮板上安装行程传感器和压力传感器，用来感知伸缩梁、护帮板对煤壁的支护效果，检测其对煤壁的支承压力，实现对工作面煤壁围岩耦合控制。（1）护帮板姿态控制。通过在护帮板上安装的行程传感器，可以控制护帮板的伸出长度，从而实现护帮板的姿态控制。使其与煤壁有效的贴合，以达到最佳的支承效果。（2）煤壁支承压力控制。当液压支架高度达到一定以上时，须采用三级护帮结构。按照液压支架的设计要求，使用伸缩梁和护帮板控制煤壁的支承压力，在伸缩梁伸出动作时，检测伸缩梁油缸上的压力传感器值，按照液压支架的设计参数控制伸缩梁伸出动作，使其达到对煤壁的支承力，在护帮板伸出动作时，按照行程传感器预设值进行控制，使护帮板紧贴煤壁，检测护帮板油缸上安装的压力传感器值，按照液压支架设计参数控制护帮板对煤壁的支承力。
2.3多级护帮联动控制
大采高液压支架配置有多级护帮板结构，而护帮板必须在前一级护帮板完全收回时才能收回下一级护帮板，否则会发生护帮板结构件的干涉损坏，通过在护帮板上安装接近传感器，可以感知护帮板收回状态，实现多级护帮板的逻辑控制。当采煤机前方的液压支架检测到护帮板未收回时，通知采煤机停止继续运行割煤，防止采煤机滚筒割到液压支架护帮板。
2.4内部参数监测
电机的内部电流监测。电流热效应的存在往往是一个危险源，牵引部、截割部电机有可能因为过热而被烧毁损坏，所以，必须对采煤机在行走、截割过程中的电流进行监测。电流通过输出标准电流互感器检测到牵引电机和截割电机的模拟量，将模拟量通过模拟量转换模块的相应转换以后输入到控制器中进行处理，可以分析出电流量的大小，有效实施监控和预警。这种新的思路能够有效检测采煤机在工作面的精确位置、工作瓦斯浓度大小、采煤机倾角等一系列的外部参数，还可以对牵引部和截割部的高速轴温、电机电流等的内部参数进行追踪。上述工作为采煤机实现远程监控、完善整体方案奠定了坚实的基础。
结语
大采高液压支架通过配置液压支架电液控制系统，通过使用液压支架的自动移架控制和自动补压技术，使工作面液压支架对工作面顶板的支撑力达到预设的初撑力，从而实现对工作面顶板的有效管理，防止支架冒顶、压架事故的发生。通过护帮板的姿态控制和支承压力控制可以有效提高工作面煤壁的管理效率，防止片帮事故的发生。液压支架智能跟机控制技术解决了手动人工操作过程中由于工作面顶板支撑力不足而造成的工作面压架事故问题。针对工作面大倾角仰俯采时手动操作容易出现液压支架倾倒等问题，实现了大采高液压支架的自动控制，为厚煤层综采工作面无人化开采创造了条件。
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