吕 明

（晋能控股煤业集团公司晋华宫矿，山西 大同 037000）

引言

随着煤矿井下总作业技术的不断进步，综采面的综采效率获得了大幅的提升，因此对液压支架组的支护安全性和支护效率也提出了更高的要求。液压支架组在工作时不仅需要根据顶板矿压波动情况及时调节初撑力，而且还需要根据采煤机的截割作业情况不断进行收放护帮板、收架、移架等动作。传统的液压支架组控制逻辑中采用了单组控制方式，也就是每个支架单独对采煤机的位置状态进行判断，然后根据判断结果调整自己的支护状态，该控制模式虽然稳定性高，一个支架的损坏不影响其他支架的正常工作，但控制效率和调节精度较差，难以满足快速截割作用下的高效支护作业需求。结合采煤机和液压支架的相互关系，并根据井下的实际控制需求，本文提出了一种新的液压支架组智能控制系统，其利用支架控制对综采面上的支架支护情况进行监测和调整，实现了统一的调节控制。

1 支架组智能控制系统

由于煤矿井下综采面上的液压支架数量通常达到100台左右，考虑到控制一致性和支架状态调节的可靠性，提出了分组调节控制的模式，每三个支架为一个控制小组，通过一个支架控制器进行控制，相邻的两组液压支架可以相互控制，从而实现利用一个控制中心对所有支架进行控制的需求，为了确保控制的可靠性，所有的控制线路采用了双回路模式，避免线路故障导致的支架组控制失效情况。该支架组智能控制系统整体结构如图1所示[1]。

图1 支架组智能控制系统结构示意图

由图1可知，该支架组控制系统主要包括了控制层、信息汇总层及监测层三个部分。控制层主要由各个支架传感器构成，主要作用是对各个支架的支护状态进行监测并将监测信息传递给信息汇总层，同时还兼具着接受监测层传来的控制信息并控制支架运行的功能，支架控制器最终全部接入到CAN数据总线上，完成数据信息的接收和传递。

支架的信息汇总层是指端头支架控制器，主要用于接收各个支架控制器的数据信息，并对各个支架的运行状态进行判断，将数据进行处理后传递给地面上的监测层，同时将地面监测层传递过来的调整信息转换后发给指定的支架控制器。

监测层位于地面，主要用将各个支架的支护状态信息显示到监控终端上，便于监测人员的观测，同时能够根据井下的实际情况，发出调整控制指令，实现对各支架状态的远程调控，满足在特殊环境下的“越级”控制需求，确保井下的支护安全。

该支架组控制系统，整体结构相对简单，利用CAN数据总线作为信息传递中心，能够满足数据传递快速性和安全性的需求，可有效提升对支架组控制的安全性和及时性。

2 支架控制器终端的设计

液压支架的终端控制器是控制层的核心，其通过各类传感器设备实现对液压支架运行状态、支架和采煤机相对位置的监控，为支架调整提供基础数据。为了满足控制需求，该支架控制器终端需要具备便捷的人机交互界面，便于控制人员在井下直接对支架的运行状态进行监控和调整。终端控制器还需要具备可靠的声光报警系统，一旦监测到支架运行故障，系统将自动发出报警信号，从而便于通知人员进行及时的维修，保证支架支护的安全性。液压支架控制器终端硬件结构如图2所示[2]。

图2 支架控制器硬件结构示意图

3 液压支架控制系统逻辑

该支架组控制系统主要是通过对液压支架和采煤机相对位置的监测，推算出液压支架所应满足的支护状态并及时发出控制指令，实现液压支架和采煤机的协同运行，以确保井下综采作业的效率和安全性，该支架组控制流程如图3所示[3]。

在该控制系统中，首先会对液压支架组上各个液压支架进行编号，根据调控指令和动作执行流程，设定每个支架完成动作所需的时间，从发出控制指令后开始计时，若超过设定时间支架还没有完成规定的动作，则系统判定支架调整出现异常，发出声光报警信号，提醒工作人员注意和调整。

液压支架组控制系统在工作时需要对多个液压支架进行调节，其调节基础是对各个液压支架相对于采煤机的位置状态的判断，根据判断结果发出调控指令，完成调节控制后系统会对寄存的信息进行清除，从而为执行下一阶段的调控任务做好准备[4]。

图3 液压支架组控制逻辑示意图

4 应用效果

为了对该支架组控制系统的实际应用效果进行分析，对优化前后的工作情况进行监测，结果表明：优化后支架组调整的异常数量由最初的62次/月，降低到了目前的6次/月，降低了约90%，由此可知该控制系统能够显著提升对井下调控的可靠性，为实现井下无人综采作业奠定了基础。