固体充填液支架自动控制系统分析

摘要：在采煤过程中会产生大量的固体废弃物，对环境会造成极大的污染，同时在采煤之后还会由于地面沉陷，对生态环境造成破坏。基于此，本文提出了一种固体充填开采技术。实践证明，该技术可以有效解决采煤所产生的废弃物堆积、地表塌陷等问题，充分保障工作人员工作安全。同时，为进一步提升固体充填液压支架自动控制的水平，需要对其自动控制系统进行详细的研究。

关键词：固体充填；液压支架；自动控制系统；煤炭开采；地面塌陷

毋庸置疑，煤炭的开采极大地破坏了我国的地表生态环境，让很多被开采过的农田无法恢复种植功能。甚至由于地面塌陷的出现，造成大面积的水体流失，严重影响到周边居民的日常生活。因此，煤炭开采区的土地整治、生态保护、基础设施建设等工作，就显得十分重要。

1固体充填液压支架

在采煤矿区所使用的固体充填液压支架，是一种有效的实现固体充填采煤技术的重要机械设备。在实际使用中，不仅可以有效发挥支撑顶板的作用，同时也为工作人员的施工作业，提供了一个安全的区域。另外，在采煤过程中出现的大量煤矸和其他类型的材料，可以将其当做重要的充填物，回填到采矿区当中。因此，在使用固体充填液压支架的过程中，也就将采煤与充填完成了同步的操作[1]。固体充填液压支架可以有效的让刮板输送机与采煤机保持较高的联动性，这样就极大地提升了采煤的整体效率。而一旦对充填液压支架实现了远程控制，可以降低井下工作人员的整体工作量，推动了井下无人作业的施工作业。在实际控制中，可以实现充填液压支架的自动跟机、自动推移以及自动充填操作。这种自动化的远程操控，需要建立起一套完整的固体充填液压支架自动控制系统，以此有效地降低井下作业的工作人员数量。再由操控系统来推进的采煤工作，由于实现了自动化作业，极大地提升了工作效率和工作安全性，不再需要在一些危险性较高的区域安排工作人员。这样在保障了作业安全性的前提下，也控制了人工成本的投入，是一种保障经济效益的重要技术方式。对于一些原本人工作业需要休息而发生的作业间断问题，采用了这种自动化系统之后，可以实现全天自动化的持续性作业。因此这样的施工作业方式，不仅仅有效地提升了煤矿资源开采的利用率，同时也让一些原本人工无法进行开采的煤炭资源，实现高效率的自动化开采，提升煤炭资源的整体利用率[2]。

2固体充填开采工艺分析

在充填采煤工作面之上，需要保障采煤作业与充填作业同时开展，但是还要保持一定的独立性，以此避免对工作造成严重的影响。在采煤机进行采煤的时候，往往是在充填液压支架的后方，进行充填作业。这样的充填作业的效率，就可以得到有效的保障。但是，由于不同割煤机在采煤的时候其方向不同，因此需要充填的位置也不同。在当下割煤机的实际运行中，主要分为两种不同的充填方式。第一种是基于后置刮板输送机的机尾位置开始填充作业，一直到刮板输送机的机头位置，完成填充作业。第二种则是一种贯穿机头到机尾的充填方式。使用哪种充填方式，主要还是基于采煤机的位置进行合理选择。

3固体充填液压支架自动控制系统

3.1系统总体设计

在充填采煤的进程中，其自动化控制系统的作用，主要体现在集合监测、远程控制、远程修改以及参与等方面的设置。因此，为了实现这样的功能，就需要使用电源、支架控制系统、井上中央控制主机、井下中央控制主机[3]。对于构建出的自动控制系统而言，在上位机上可以显示出井下充填液压支架在运行过程中出现的参数。另外，还可以在运行中实现参数方面的自动存储。这样就可以让工作人员在巡检的过程中，实现历史记录的查看。中央控制装置的使用，是一种由支架控制器与中央控制主机所构成的装置设备。而其中支架控制器在使用中，能够对固体充填液压支架进行有效的控制。而井下中央控制主机，则是对于机械设备在实际运行中各项传输数据方便的记录以及保存。

3.2井上中央控制主机

在整个液压支架控制系统当中，井上中央控制主机起到了关键性的作用。在运行中，主要负责机械设备运行过程中的一些情况，或者对一些重要数据参数的显示。这样就可以对其显示的众多参数进行调整，以此实现充填液压支架的整体控制，并实现对井下企业机械设备的控制。对于这种井上中央控制器的使用，实现了各种机械设备在实际运行中所形成的众多关键数据，并将其完整的记录下来，经过中央处理器的数据分析之后，形成对应的数据变化曲线。同时，中央控制主机也有着一定的报警机制。监测系统一旦监测到个别数据出现了异常情况，其报警系统就被触发，以此向工作人员发出告警信息，指导工作人员对相应位置进行查看。这样的报警系统在运行中，也会完整的记录出现故障时该位置的参数变化，通过故障报表的形式形成故障记录。

3.3井下中央控制主机

对于井下中央控制主机的工作功能而言，是一种有效对固体充填液压支架进行的监测设备，可以完整的记录其支架在运行当中的具体运行状态，同时还会与支架控制器保持着信息沟通。在井下中央控制主机的运行中，其重要的功能在于可以实现实时监测、故障诊断、远程控制、数据查询以及上传数据等功能。在井下中央控制主机的运行中，可以实现对全部井下传感器的数据采集，之后再将采集到的数据信息，利用总线传输到上位机当中。一旦在系统运行的过程中，一些井下机械设备出现了故障，就可以很好的基于这种实时数据采集系统，实现问题的准确分析和定位，并在显示器当中清晰显示出来，帮助工作人员发现问题，以此开展及时的维护工作。同时，对于这种井下中央控制主机而言，还有着对数据信息的储存功能。在接收到传感器所采集的信息，或者一些其他设备产生的数据信息之后，就可以有效对其数据信息进行存储。而在得到了系统权限之后，工作人员才可以进入到系统当中，对其数据信息查阅和调用。

3.4支架控制系统

系统当中的支架控制系统，是一种起到对固体充填液压支架进行动作控制的重要系统。在实际运行中，可以有效利用上位机进行指令方面的下达，进而能够有效利用电磁先导阀，进行主控阀的整体设计。另外，主控阀还可以有效实现油缸方面的伸缩控制，这样就可以让充填液压支架满足动作方面的控制需求。在构成支架控制系统方面，主要由支架控制器、电磁先导阀、电磁阀等设备所构成。同时，为了实现高效率运行，还会涉及到各种通信电缆和传感器，进行数据方面的传输和采集[4]。对于这种支架控制器来说，是整个液压支架自动控制系统的重要构件。这是因为其控制器的设置起到了对整个控制系统的自动控制功能。而在上位机下达了控制指令之后，就可以让其支架控制系统基于下达的指令内容，实现具体的控制操作。而在与上位机发生通信终端的情况下，由于无法得到控制指令，就可以有效利用支架控制系统的控制面板，实现对填充液压支架方面的控制。控制面板的使用，承担起人机交互的重要载体。在构成上，为工作人员提供一个可以进行操作的显示屏，不仅仅可以有效对液压支架提供控制功能以外，还可以很好对充填液压支架的各种参数，进行详细的显示。另一方面，在充填液压支架出现了故障问题之后，或者在其他的位置出现了故障问题，都能够得到完全的显示。而在支架控制系统的运行中，还可以利用控制充填液压支架的方式，实现千斤顶的伸缩操作。这样在系统的运行中，便实现了对支架升柱、降柱、移架以及推压密实方面的具体操作。

3.5固体充填液压支架控制

在当下的固体充填过程中，要基于采煤工艺的实际需求，以此合理选择一种固体充填液压支架的控制方式，这样便可以实现良好的控制功能。在充填液压支架的运行中，往往下达指令发生动作，并对传感器当中的数据信息进行采集，且使用电磁先导阀进行有效控制。其后，还要能够有效控制液压支架当中的液压油缸，以此完成填充液压支架的动作控制。为此，在完成了固体充填液压支架之后，还要基于原本设定的程序，并结合当下作业现场的实际情况，对其充填液压下达接下来的动作指令。液压支架不仅仅可以在系统当中承担起对工作面的支撑作用，同时也可以独立完成推溜、移架等方面的操作。在当下施工作业当中，对于充填采煤技术方面的技术标准，在固体传统液压支架的运行中，需要采用顺序移架的方式，以此在采煤机与液压支架有着一定距离之后，才可以进行充填作业。因此，在充填液压支架完成了移架之后，就可以让相关设备就位，以此完成相应的充填作业。其次，在固体充填液压支架的系统当中，还要配置大量的传感器。相比较传统的支架结构，添加了充填结构，为此就要在充填位置处，安装一定的传感器。在支架的运行中，传感器起到了推动密实机进行密实作业的作用，并对作业过程中的倾角值进行检测。同时，在推压装置上还安装了压力传感器，以此就可以有效对推压力实现大小的检测。另一方面，还可以很好的起到控制推压密实机运行程度的效果，这样最大程度上控制与后置刮板之间所出现的一定程度碰撞，甚至出现一定的危险。而在落料高度传感器的使用上，起到对落料方面的堆积高度检测作用。在检测到达指定的高度之后，就马上关闭卸料口，以此开展推压密实方面的操作。

4总结

综上所述，本文从软件与操作方式方面着手，详细分析了固体充填液压支架自动控制系统。实践证明，该系统可以起到自动化、高效率的作业效果，值得大面积的推广应用，以最大限度地避免采煤之后对于环境的破坏。

参考文献：

[1]马婧.干式充填液压支架结构设计与加载试验方式研究[D].邯郸：河北工程大学，2020.

[2]冯秀武，王瑜乾.煤矿采矿工程中的采矿工艺与技术分析[J].南方农机，2017，48(8)：64.

[3]赵立胜，郭进喜，赵昊，等.固体充填液压支架自动控制系统技术研究[J].煤炭技术，2020，39(2)：170-172.

[4]张强，武中亚，杜二宝，等.充填采煤液压支架工作阻力设计方法研究[J].采矿与安全工程学报，2020，37(1)：118-127.

作者：程翔 单位：唐山职业技术学院