摘 要：文章对德国迪芬巴赫电液控制系统进行了全面分析研究，并将之成功应用到俄霍布拉克煤矿下1煤1404工作面，通过该系统的应用，改善了工作面煤壁和顶板支护状况，提高回采效率，减少矿工劳动强度，保障安全生产，实现煤炭生产的高效化、现代化，系统工作稳定，技术成熟可靠，代表了当今煤矿采煤自动化发展的方向，应大力推广。
关键词：支架；电液控制；系统；研究；应用
1 引言
液压支架电液控制系统是采用机电液一体化技术对液压支架的液压回路进行控制的系统，其目的是实现煤矿综采工作面液压支架的操作自动化，即手动操作改为电液自动控制、程序化操作，实现煤炭生产的快速、安全、高效、现代化。
2 俄霍布拉克煤矿概述
俄霍布拉克煤矿（简称俄矿），是徐矿集团早期援疆项目，自2002年开工以来，矿井不断改扩建，产量年年翻番，目前产能为500万t/a，远景产能1000万t/a。俄矿下1煤1404工作面位于矿井二水平下1煤四采区，走向约3930m，倾向约280m，煤层倾角13°，煤层平均厚度3.5m，储量520万t，采用走向长壁采煤法，一次采全高。由于工作面走向及倾向长度较大，布置161个支架，采用大功率1865kw的采煤机，割煤能力大、牵引速度快，割煤时达10m/min，使得工作面液压支架人工操作量非常大，拉架慢，经常煤机割煤等拉支架，制约工作面回采速度，由于拉架慢，新割煤壁顶板支护不及时，顶板下沉煤壁片帮飞碳威胁操作人员安全。为提高1404综采工作面回采速度和自动化程度，保证工作面的安全快速推进，达到安全高效的目的，工作面安装高效支架电液控制系统十分迫切必要。
3 支架电液控系统基本原理
液压支架电液控制系统在英美、澳洲、德国等煤炭生产发达国家已得到了普遍的应用，在国内的神东、兖矿等集团公司也得到了成功的应用，并取得了很好的安全经济效果。经过考察，俄矿1404工作面采用由德国迪芬巴赫公司生产的电液控系统。
迪芬巴赫电液控系统基本原理是每架支架上装备控制单元，各控制单元与顺槽主控计算机连接，根据工作面情况设定控制程序参数，实现对工作面液压支架的控制，其中起主要作用的是支架控制单元里的控制器ASG5，它借助于电液换向阀、压力传感器、位移传感器、红外线接收器等元件实现监测支架的状态、煤机位置、执行各种指令。核心是通过电液阀将过去手工控制操作变为由计算机程序控制的电子信号操作。液压支架不同位置的传感器将工作环境和不同状态的信号传输给计算机，计算机将根据不同的工作状态和工艺的要求，对电液阀发出控制信号，达到对支架进行控制的目的，同时与顺槽主控计算机通信，顺槽主控计算机可通过以太网与地面监控主站连接，实现地面监控。系统构成如图1所示。
4 支架电液控系统基本构成
每一支架内的电液控单元系统以一台支架控制器ASG5为核心，还包括作为控制器外围设备的三个传感器和一套电液主阀组及其附件、电缆、电源箱等。一个压力传感器测量立柱下腔液压力。一个行程传感器测量推移千斤顶的行程。一个红外线接收器检测采煤机的运行位置和方向，阀组控制支架动作，如图2所示。
支架控制器ASG5连接电磁阀和传感器，执行自动功能，操作单一功能，开启和关闭自动功能， 查看参数，配置，读取传感器数值，最多有22功能操作，最多7个传感器插口，可选择的无线电接收器通过双通道高速通讯总线系统，控制完全自动化工作面，如图3所示。
电液主阀为整体式结构，不锈钢材质，阀芯采用插装式，是控制系统的执行部件，主阀组按被控对象及动作功能分为若干单元，每个单元包括一个液动主控换向阀、一个与之对应的用来控制驱动主换向阀的电磁先导阀，先导阀用两个电磁线圈驱动。电液阀组的一个单元一般用来控制同一液压缸的伸和缩两个动作（即两个功能），两个电磁线圈的分别吸合导致了这两个对应的动作。阀组的单元数取决于被控对象和控制动作（功能）的多少，如图4所示。本系统采用了两块阀组（12功能+8功能）共20功能阀组，控制支架各个动作。
5 支架电液控系统基本功能
5.1 本架、邻架的手动操作功能
5.1.1 快捷单键操作。移架、升柱、降柱、伸护帮板、收护帮板、伸前梁、收前梁、伸侧护板、收侧护板；邻架手动推溜及本架推溜锁定。
5.1.2 菜单操作。除了快捷方式的动作外，其他动作都采用这种方式操控。这种方式动作的维持也必须持续按键。
5.1.3 采煤机司机操作手动喷雾，在控制器上按一个键，在采煤机上下两滚筒处2架喷雾。
5.2 本架、邻架自动动作
本架、邻架自动降移升自动动作；根据立柱压力和推移行程传感器自动控制支架的降移升动作；可联动护帮板、伸缩梁、侧护板等功能。保证支架完成一次移架工作循环时间不大于10s。
5.3 成组自动动作功能
（1）成组自动降移升（组内支架依次移架）；（2）成组自动推溜（组内支架依次延时推溜或同时推溜）；（3）成组自动伸收护帮板（组内支架依次延时伸护帮板）；（4）成组自动伸收伸缩梁（组内支架依次延时伸伸缩梁）；（5）可通过参数设定和操作来选择方向、动作架数、起始架号、动作延迟时间。
5.4 跟机自动控制
根据采煤工艺要求，在工作面不同区段实现不同的跟机自动移架、自动推溜、自动伸缩护帮板、自动伸缩伸缩梁；自动控制顶梁喷雾装置。当采煤机通过时，分别与采煤机前后滚筒相对应的两台支架的顶梁喷雾装置开始在采煤机上下两个滚筒处自动跟机喷雾。
5.5 顺槽主机实现的功能
监测工作面设备状态、调整系统参数；启停、跟机自动功能；控制工作面支架动作；与矿井自动化系统接口；与其它控制设备接口；向第三方提供通讯协议。
5.6 支架在工作中发生卸载时的自动补压功能
立柱在工作中发生卸载时的自动补压功能，即立柱在支撑中如因某种原因发生压力降落，当压力降至某一设定值时，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。
5.7 支架控制器的紧急停止及闭锁功能
5.7.1 急停功能
如图5所示，在紧急情况下，用力按下ASG5急停开关，红色LED 灯开始闪烁，急停功能开启。ASG5支架控制器会发出警报声，将进行以下操作：在安全范围内（±1～20 支架） 所有功能都将停止； 在安全范围内（±1～20 支架） 所有自动功能都将停止，同时锁定本架所有阀门输出电路；本架左右邻三架所有电气功能都将被软件禁止使用。
5.7.2 闭锁功能
如图6所示，在支架上或者支架区域内进行工作前必须锁定支架。将ASG5开关逆时针旋转，直到锁定到位。黄色LED灯亮起，表明支架闭锁开关被激活开启。这个开关切断所有阀门输出的供电。因此ASG5控制器不会启动任何支架动作。同时左右邻架也不能操作阀门动作。站在支架区域内的人员不会再面对任何自动功能的危险。
5.8 查看邻架信息功能
如图7所示，可以在本架看到所选择的邻架控制器状态信息，最多选择的架数根据程序决定。
5.9其他功能
5.9.1 电液主控阀组在电气故障处于修理状态时，可以直接手动操作阀组先导阀，实现支架的各种单动作操作。电气控制装置为非主-从机型，当工作面控制系统与顺槽控制中心断开后，仍能完成各种操作功能和操作模式设置及自动化功能。
5.9.2 电液控制系统保证支架完成一次移架工作循环时间不大10s。
5.9.3 每台支架配备红外线接收装置，可接收采煤机数字信号，实现与采煤机及刮板运输机的联动功能。能满足支架与采煤机、刮板运输机进行自动割煤要求，在三角煤区域也能实现自动拉架。
5.9.4 强大数据传输功能。支架本身信息如立柱的工作压力、推移油缸的工作行程、煤机的位置、方向等进行监测和数据传输；其它综采设备（采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机、乳化液泵站、组合开关等设备）所有信息及控制，也能通过支架顺槽控制中心上传地面控制中心并显示，具有通讯协议和接口，能接入矿井现有通信系统（本套系统井上部分暂时未配置）。
5.9.5 ASG5型支架控制器可以保证在成功的安装调试后，即使在井上电脑，井下电脑或者顺槽控制器故障的情况下，自动功能仍然可以使用（比如成组功能，自动循环功能）。更换有故障的ASG5型支架控制器也是十分容易的，所有的配置，参数，本架地址，都能在2min内通过邻架控制器传送。
5.9.6 井下电脑或者顺槽控制器安装有可视化软件，工作面所有支架的错误信息都可以准确无误的即时显示出来，更加方便检修工找出并解决问题。
6 电液控系统对液压介质要求
支架电液控制系统对液压介质有较高的要求。在液压支架电液控制系统使用过程中液压介质的质量，往往成为影响系统运行状况的重要因素。
6.1 水的要求
混合用水的质量，对乳化液的质量有至关重要的影响。所用水的质量一定要符合MT 76-2002标准。所用水必须不含固体或液体的污染物，水的PH值在7到9.5之间，固体颗粒物在1mg/L以下。井下配液用水多为地下或地面供水，其清洁度、酸碱度和硬度都很难达到使用标准，因此要保证电液控制系统稳定运行，就必须对井下配液用水进行前期处理，采取强制精细水过滤、水处理措施。 每月进行一次水质化验分析。
6.2 乳化油（浓缩液）要求
一般采用进口或国产高端油品，要求乳化油（浓缩液）具有良好的稳定性、防锈性、防腐蚀性、密封材料相容性、润滑性。主要指标为：外观在温度为10～35℃时，产品为透明均一流体；40℃运动粘度不大于100m㎡/s。；闪点不低于110℃；凝点不高于 -5℃；耐冻融性：产品经 -16～-21℃冻凝，并经室温10～35℃下融化，重复五个循环后，外观恢复原状；较好的水中分散性：产品加入水中应能均匀分散。
6.3 乳化液要求
乳化液应避免机械杂质污染和细菌引起的污染，防止煤沫进入乳化液中，特别是在运输和更换胶管、换油时。即使短时间使用污染的脏水，细菌或化学污染的物质都会导致乳化液遭受污染变质产生腐蚀性，产生沉淀物，从而使阀芯卡堵、腐蚀、磨耗不能工作。所以对使用中的乳化液应进行浓度、成份、PH值、微生物污染和不清洁度等方面的监测。同时禁止乳化液在高温条件下运行，乳化液的最高运行温度为55℃，一般情况下不允许超过45℃，高温可使乳化液的稳定性降低而析皂，密封件寿命降低；使用中加强对进回液的清洁过滤，泵站系统乳化液的进回液过滤站、支架过滤器必须投入使用。
7 电液控系统使用与维护
7.1 系统架内布置合理。应注意根据支架的结构和具体的生产条件，现场人员操作的习惯和方便性，合理设计系统各个部件的安装位置和相互配合关系，避免管路、电缆线受挤压、拉扯，电液控元件与支架部件干涉或人员操作不方便等情况出现。
7.2 加强培训与现场管理。因为电液控制系统为新技术新装备，正式使用前支架操作人员必须经过细致的培训，经考试合格发证后，持证上岗，现场认真执行操作规程，将新设备用好，发挥效益。① 操作支架前必须先检查电液控制系统是否有错误提示，如有错误显示，处理后方可操作；需要改动参数设定时，控制系统不得进行任何功能动作；遇紧急情况，需停止整个支架动作时，可按下急停按钮，使电磁阀断电，非紧急情况禁止按下急停按钮。② 操作支架时，通知支架周围的人员撤离被操作的支架，并最少隔一个支架的距离；人员禁止通过正在动作的支架，如需通过必须停止支架动作；蜂鸣器报警时，禁止任何人员站在支架前面、中间或通过支架；在使用邻架操作时，必须注意支架的整体动作情况；在使用联动功能操作支架时，必须通知工作面所有人员，以免发生人身事故。
7.3 加强备品备件供应。因为系统的部件数量较多，应注意防止在下井运输、安装使用过程中的损坏，要保证一定数量的备件，优先保证用国内配套件替代以减少采购环节和时间，降低费用。对于确需要从国外采购的部件应注意提前足够的时间订购（3个月以上）。
7.4 提高系统内配套件质量
为保证电液控制系统高可靠性运行，支架液压系统其他辅助阀类、密封件之类，作为支架液压系统的一部分，其部件需采用高端产品，与普通支架常规用阀和密封件相比在品质上有根本提升，技术指标和性能指标达到或超越进口阀与密封件水平。
7.5 加强维护保养
指定专人负责系统的维护保养检修，电控部件受潮后容易造成损坏或失灵，因此在淋水严重的工作面要采取有效的防水措施；严禁随意拆卸元件，随意甩弃元件不用，随意调整系统参数，液压系统检修时绝对不能混入杂质。维护人员认真学习，加强与厂家售后服务人员沟通交流，不断总结使用维护经验，逐步达到自我诊断、自我修理，保证每一套系统有较长的完好周期、切实发挥效益。
8 电液控制系统应用效果
俄矿1404工作面2013年10月安装安装使用支架电液控制系统以来，安全采煤150万t，该支架电液控制系统与手动控制系统相比，具有以下优点：
8.1 在回采3.5m左右的煤层时，由于本工作面布置较长（280m），且井下顶板有伪顶存在，煤壁易于发生片帮和顶板沉降的情况，电液控制系统的采用计算机来合理安排采煤工序 ， 对支架进行编组拉移，取消了人工控制过程中的辅助时间，反应速度快，跟上煤机割煤炭速度，支护及时，改善工作面煤壁顶板支护状况，保障了安全生产。
8.2 电液控制系统集监测与控制于一体，解决了在工作面液压支架初撑力达不到额定阻力和带压移架问题，为改善工作面顶板的维护提供了有利条件，可减少顶板事故的发生；同时操作人员可邻架控制，故可避免遭受片帮、架间漏顶、胶管断裂伤人现象，保证人员的安全。
8.3 提高采煤工作效率，减少劳动强度。同时对多个支架进行控制操作，最大限度地发挥机械设备的能力，大幅度提高采煤机械的利用率和生产效率，减少劳动强度，减少现场作业人员数量。
8.4 提高工作面质量标准化水平。电液控移架步距准确，切顶线整齐，改善了支护效果，并且使刮板输送机和整个工作面直线性好，采煤机截深准确；多架同时推溜，使刮板输送机缓慢弯曲，避免溜槽连接处产生过大的应力，改善了刮板输送机和采煤机的运行工况。
9 结束语
支架电液控制系统它综合应用了计算机技术、现代通讯技术、传感技术、机电一体化等技术，将综采工作面液压支架的降架、拉架、升架、推移输送机、伸收护帮板、插梁，侧护板、喷雾洒水等动作进行电液自动控制程序化操作，实现了液压支架操作的自动化，并与采煤机和刮板输送机的自动控制系统配合联动，实现煤炭生产的自动化、高效化、现代化，代表当今煤矿采煤自动化发展的方向，对推动煤炭科技装备发展意义重大，在有条件适合使用的工作面都应该大力推广，并消化吸收关键技术逐步实现装备国产化配套。
作者简介：陈国强（1972-），男，江苏金坛人，毕业于中国矿业大学矿山机电专业，研究生学历，硕士学位，现为徐矿集团天山矿业有限责任公司机电副总经理，高级工程师。
