SAC液压支架电液控制系统在石沟驿矿的应用.pdf

第 1 5卷 第 3期 总第 9 4期 2 0 1 0年 6月 煤 矿 开 采 C o a l mi n i n g T e c h n o l o g y V o 1 ． 1 5 N o ． 3 S e ri e s N o ． 9 4 J u n e 2 0 1 0 S A C液压支架 电液控制 系统在石 沟驿矿 的应用 孔 国财 神华宁夏煤业集 团 石沟驿煤 、 分公司 ，宁夏 灵武 7 5 0 4 0 7 [ 摘要] 以S A C液压支架电液控制系统在石沟驿煤矿 S 1 4 6工作面中的应用为案例，详细介 绍了国产液压支架电液控制系统的支架单动作控制、自动移架控制、支架成组动作控制、采煤机位置 检测与跟机 自动化控制等功能和实现，最后预测了国产电液控制系统的发展趋势。 [ 关键词] S A C液压支架电液控制系统；液压支架；电液控制系统 [ 中图分类号]T D 3 5 5 ． 4 1 [ 文献标识码]B [ 文章编号]1 0 0 6 - 6 2 2 5 2 0 1 0 0 3 - 0 0 8 8 - 0 2 Ap pl i c a t i o n o f El e c t r o． hy d r a ul i c Co n t r o l S y s t e m o f S AC Po we r e d Su p po r t i n S hi g o u y i Co l l i e r y 随着电子计算机和自动控制技术的发展 ，采煤 技术设备的 自动化也 日趋成熟 ，液压支架的电液控 制也随之发展起来 。 当前 国际上主流的液压支架电液控制系统有 D B T公司的 P M4 ，MA R C O公司的 P M3 2和 J O Y公 司的 R S 2 0型等。美国、澳大利亚 、南非等国家 的 煤矿新装备的综采工作面几乎全部采用电液控制的 液压支架。我国综采机械化水平 自2 0世纪 7 0年代 以来取得 了飞速发 展，特别是进入 9 0年代 以后 ， 神华集团神东公司引进了 1 套液压支架及其电液控 制系统 ，回采工作面的 自动化程度达到了世界先进 水平 ，该系统工作可靠 ，故障率低 ，深受井下工人 的欢迎。但 由于引进的 电液控制系统价格极其 昂 贵 ，支架电液控制系统也只能在少数矿区使用 ，不 可能大量的引进。因此 ，进行 自主知识产权的液压 支架的研发显得尤为必要。 1 S A C液压支架电液控制系统 S A C S h i e l d A u t o C o n t r o 1 液压支架 电液控制 系统是北京天地玛珂 电液控制 系统有 限公司 以 下简称北京天玛公 司 自主研发 的具有完全 的 自 主知识产权 的电液控制系统 ，2 0 0 8年该系统通过 了煤炭工业协会组织的技术鉴定，与会专家一致认 为，“ 该项 目在国内首次研制成功具有完全 自主知 识产权的 S A C型支架 电液控 制系统 ，整体技术达 到国际先进水平 ，部分达到国际领先水平 ，对煤矿 生产现代化发展具有重要意义 ” ，标志着我国结束 了该项技术及产品长期依赖进口的局面。 该系统的研制成功 ，对于保证综采工作面的安 全 、提高回采工作面的生产效率 ，改善煤矿工人劳 动条件等方面具有重要意义 ，可有效解决综采工作 面采用手动操作液压 阀控制支架存在 的劳动强度 高 、效率低 、人员多 、安全隐患多等 问题。此外 ， 该系统与从 国外进 口同等设 备相 比，煤矿可节约 5 0 ％左右 的成本 。 2 石沟驿煤矿 S 1 4 6工作面地质条件 石沟驿煤 矿 S 1 4 6工作 面所 采六 煤层 总厚为 1 ． 6 m，工作面走向长 2 4 4 3 m，倾斜长 2 2 5 m，倾角 1 7 ． 5 。 ，开采范 围内有 5条断层 ，组成断层群 ，断 层处顶板易破碎 ，易造成漏顶和 冒顶事故，工作环 境较恶劣 ，采用人工原始 的手动控制方式速度较 慢，效率低 ，操作劳动量大 ，支架动作难以规范。 S 1 4 6工作 面选用 M G 2 5 0 ／ 5 5 6 一 WD型采煤机 、 S G Z 7 3 0 ／ 5 0 0型刮板输送机和 P L M1 0 0 0型破碎机等 作为割煤和运煤系统。 目前工作面共计有 1 5 2架支 架 ，1 4 3架支架控制顶板 ，其 中排头架 2架，型号 z Y P 4 8 0 0 ／ 1 6 ／ 3 4 D；过 渡 架 1 0架 ，型 号 Z Y 4 8 0 0 ／ 1 2 ／ 2 8 ；基本支架 1 3 1 架 ，型号 Z Y 4 8 0 0 ／ 1 2 ／ 2 8 。 3 S A C液压支架 电液控制系统的应用 2 0 0 8年 9月 1 0日 S A C液压支架电液控制系统 正式在 S 1 4 6工作面生产使用 ，该系统 主要 由支架 控制器 、支架人机操作界面、隔离耦合器、压力传 感器 、行程传感器、采煤机位置监测传感器 、工作 面巷道监控主机 、本安电源 、电液控制主阀、电磁 先导阀和高压过滤站等设备组成 。其系统组成如图 1 所示 。 S A C系统在 S 1 4 6工作面实现了以下功能 [ 收稿 日期]2 0 1 0 0 1 0 8 [ 作者简介]孔 国财 1 9 7 1 一 ，男 ，宁夏中宁人 ，机电工程师 ，现任神华 宁夏煤业集团石沟驿 煤业分公司副经理。 8 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孔 国财 S A C液压支 架电液控制 系统在 石沟驿 矿的应用 2 0 1 0年第 3期 图 1 S A C系统组成 1 实现 了支架的单动作控 制 通过支架 控 制器 、人机操作界面和隔离耦合器 ，在任意一个支 架上，选定本架或L／ 右邻架为被控支架，通过操 作使被控支架实现立柱升 、立柱降、移架等操作。 2 自动移 架控 制 自动移架 的整个过程分 为 自动降一 移 一 升 ，根 据工人 的实 际操 作过程 ，以 传感器实时检测 的数据 和控制 器 的参 数设置 为依 据，通过程序控制，实现支架的 自动降一 移一 升和 与之关联 的其他动作 如平衡千斤顶 ，达到智能 控制 。 3 支架成 组动作控制 S A C液压支架 电液 控制系统通过程序为 自动移架 、推溜 、拉溜、护帮 板伸出和收回等动作提供 了成组 自动控制功能。目 前在 S 1 4 6工作 面主要使用成组 自动移架程序控制 ， 成组伸缩 梁伸 出和收 回控制 ，成组推 溜和拉溜 控 制。在使用电液控制 以前 ，采用手动操作方式 ，执 行推溜动作需要每个 支架单独进行一次推溜操作 ， 推溜动作到位 以后再一次进行复位操作 ，操作工人 需要在工作面不停 的跑来跑去，不停的操作 ，劳动 强度大 ，既费时又费力 ，采 用电液控制 系统 以后 ， 操作工 只要进行一 次键盘操作 ，工作面 1 5～2 0个 支架就可以一次性完成推溜动作 ，而且由于采用 了 传感器进行推溜行程控制 ，推溜效果特别好 ，使刮 板输送机受力均衡 ，延长 了设备的使用寿命 ，提高 了工作面生产效率 ，降低 了工人的劳动强度 ，深受 井下工人的欢迎 。 4 立柱 自动补 压功 能 电液控制 系统 在正 常情况下 ，会定时检测支架立柱压力 ，立柱在支撑 过程中如因某种原因发生压力降落 ，当压力降至某 一 设定范围时，系统会 自动执行升柱 ，补压到规定 压力 ，并可执行多次 ，保证支护质量 ，对工作面顶 板实施有效控制。 5 采煤机位 置检 测与跟机 自动化控 制 通 过采煤机 位置监测传感 器 、网络变换器 和监控主 机 ，根据工作面作业规程 ，可以随时确定采煤机运 行到某一位置时哪些支架应该执行什么动作 ，通过 程序控制使之 自动实现相应功能。 6 信 息显示、存储 和上传 等功能 井 下监 控主机具有集中监测功能、数据显示和数据上传到 地面等功能 ，使煤矿管理人员可以在控制台和办公 室看到工作面支架 电液控制 系统数据 ，及时根据监 控主机信息对工作面情况进行控制。 7 调 架 功 能 该 功 能是 石 沟驿 煤 矿 根 据 S 1 4 6工作面支架配置 和顶板 条件等特殊环境 ，在 井下使用过程 中，在 S A C系统增加的一项新功能。 由于 S 1 4 6工作面走 向长度 、倾 斜长度较 长，工作 面内有 5条断层等恶劣条件 的影响 ，需要实现对支 架运动过程 中的位置进行调整 ，研发人员深入工作 面生产第一线调研 ，跟班作业 ，根据现场存在移架 不齐等问题，了解工作面井下工人的实际操作过 程 ，对 电液控制系统软件进行修改 ，并在井下工作 面实施 。该项功能实际应用后 ，大大简化了操作过 程 ，提高 了生产效率。 8 软件更新功 能 S A C液压支架 电液控制 系统软件可 以根据需 求进行更新。 目前 S 1 4 6工作 面即将 回采结束 ，在整个工作面生产过程中，经过 了 2次程序修改 ，根据现场使用要求 ，增加了支架 调架功能 ，改进了成组伸缩梁控制程序 ，通过软件 的调整 ，使该系统更好用 、更实用 。 到 目前为止 ，这套 系统 已经稳定 运行一 年多 了， 省时省力，操作方便，可靠性很高。 下转 4 9页 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵春虎 等高承压 型矿井奥灰含水层 数值模 拟研究 2 0 1 0年第 3期 现随着 S 的增 大，含水层释水或 吸水 量大 ，水位 最 大降深响应时间滞后 ，停放水后水位恢复慢 ，反 之含水层释水或吸水量小 ，水位降低迅速 ，最大降 深响应提前 ，停放水后水位恢复快 如 图 3 。另 外 ，s 敏感度 分析对模型重新计 算时发现 ，当 S 减小 1 ／ 1 0 ，形 成最大 降深 的响应时 间提前 了 4 0 h 左右 ，而 ，H对水头响应时间无影响 。充分说明 了弹性给水度对高承压含水层水头动态影响明显 。 图3 弹性给水度一 水 头变化 曲线 3 ． 3输 出与分析 通过模 型的建立、校正与计算输 出结果分析 ， 可初步得出以下认识 1 通过模 型参数 的灵敏度分 析 ，反演 得 出 合理可靠的水文地质计算参数。区内自南向北奥灰 的渗透性依次减 弱 ，垂 向上埋深 越大 ，渗 透性越 差 ，K x ，K y 3 ． 5～5 ． 7 5 m ／ d ， K z 0 ． 3 0 ． 6 2 m ／ d 。 弹性给水度 S 与 K变 化规律一致 ，S 6 ． 6 5 e ～～ 9 ． 8 0e ～／L。 2 通过模 型的调试 与校正 ，从 地下水 系统 角度加深了矿区水文地质条件的认识 。矿区奥灰含 水层水文地质单元相对独立 ，矿井边界的断层隔水 性能较好 如 F 8 ， 等 ，周边奥灰地下水 系统 侧补给较弱 ，区间水力联系差 ；矿区内各孔水力动 态响应明显 ，奥灰含水层连通性好 ；肯定 了奥灰含 水层疏水降压采煤 的可行性高。 3 弹性给水度对高承压含水层 中水位动态 上接 8 9页 2 0 1 0年 1月 1 5日第 2套支架 电液控制系统在 石沟驿煤矿 S 1 5 6工作面正式投产使用 。 4 国产液压支架电液控制系统的发展展望 通过支架 电液控制系统的使用 ，改变 了我 国煤 矿传统 的生产管理方式 ，提 高了支架 的移架速度 ， 提高控制质量 ，提高工作面生产的 自动化程度 ，降 低了井下工人 的劳动强度 ，提高了煤矿生产效率 ， 影响不容忽视。在研究潜水或弱承压含水层地下水 系统时，弹性给水度基本对水头动态无影响 ，往往 忽视对该参数的计算分析 ；从模型灵敏度分析 中发 现 S 在影响水头变化 的同时且对水位动态 响应时 间影响明显 ，S 越 小 ，水 头动态 响应越快 ，反之 亦然 。充分说 明了 s 是影响奥灰含水层水头动态 的重要参数 ，必须予以重视。 4结束语 通过对九龙井 田煤系地层基底奥陶系灰岩岩溶 裂隙含水层进行三维地下水数值模拟 ，根据放水试 验观测数据对模型进行参数拟合和校正 ，从地下水 系统角度加深 了对矿井水文地质条件 的认识 ，特别 对影响奥灰含水层水头动态的主要水文地质参数进 行 了灵敏度分析 ，认 识到弹性给水度 5 是影 响高 承压水头动态变化的重要参数。从而反演得出可靠 的水文地质参数 。本模型的研究成果对认识该矿采 区水文地质条件指导矿井建设与生产具有重要 的实 际应用价值 。 [ 参考文献 ] [ 1 ]薛 禹群 ．地下水动力学 [ M]． 北 京地质出版社 ，1 9 9 7 ． [ 2 ]虎维岳 ．矿 山水害 防治理论与方法 [ M]．北京 煤炭工业 出 版社 ，2 0 0 5 ． [ 3 ]赵春 虎，丁湘 ，何渊，蒋勤 明 ．基 于数值 模拟技 术研 究 矿井底板垂 向导水构造[ A]．中国煤炭学会矿 井地质 专业 委 员会 ．2 0 0 8年学术论坛论文集 [ C]． 2 0 0 8 ． [ 4 ]赵春虎 ，李 国敏 ，黎 明，等 ．盆 地地下 水系 统 的数 值模 拟 研究 [ J ]．地下水 ， 2 0 0 8 O 2 1 4 -1 7 ． [ 5 ]王 国利 ．关于数值法 用于 复杂型矿 床涌水 量顶测 中存 在问题 的讨论 [ J ]．冶金地 质动态 ，1 9 9 1 1 1 4 3 4 6 ． [ 6]C a r m a S a n J u a n K e n n e t h E ．K o l n C o n c e p t u a l i z a t i o n ，c h a r a c t e r ． i z a fio n a n d n u me r i c a l mo d e l i n g o f t h e J a c k s o n Ho l e a l l u v i a l a q u i f e r u s i n g A RC ／ I N F O a n d MO D F L O W [ J ]．E n g i n e e r i n g G e o l o g y ， 4 2 1 9 9 6 1 1 9 - 1 3 7 ． [ 责任编辑 徐乃忠] 为煤矿安全生产提供了保障，通过检测技术和计算 机技术的应用提高了支架工况和控制过程的信息化 程度和监视功能 ，为实现煤矿综采工作面数字化管 理提供 了手段 。 国产支架 电液控制系统 的稳定性和可靠性已能 满足我国综采工作面发展的要求 ，具有质量 、价格 和服务等方面的优势 ，将会有更广阔的市场和应用 前景 。 [ 责任编辑 王兴库 ] 49 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m