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[摘 要]电液控制系统的应（用使井下采煤实现了由机械化向自动化的变革， 是煤矿 21 世纪的高新技术。电液控制系统集监测与控制于一体， 可实现在地面、在顺槽对工作面设备的运作与工况的自动控制与监测， 使煤矿井下工作面的生产和管理产生根本性的变化。由煤炭科学研究总院与德国玛珂系统分析与开发有限公司合资经营的天地玛珂电液控制系统有限公司，将致力于开发适用于中国市场的液压支架电液控制系统，大幅度降低产品价格， 提高服务质量， 以加速我国煤矿自动化水平的提高。
[关键词]液压支架；电液控制；自动化
中图分类号：V412.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0036-01
引言
液压支架是煤矿综采机械化采煤工作面支护设备，是综采的关键设备。随着采煤技术的发展，各种先进技术逐渐应用于液压支架控制系统，形成了综采工作面液压支架自动化控制系统。系统以网络技术为基础，以液压支架自动化控制为核心，利用液压技术、电子技术、自动化控制技术、通信技术、监测技术等实现了液压支架的自动循环控制，提高了液压支架移架速度，实现液压支架电液控制系统的自动控制，实时对支架、采煤机的运行状态进行检测，完成了综采工作面的自动化管理。
1.综采支架电液控制系统结构及工作原理
1.1 综采支架电液控制系统结构。
支架电液控制系统结构由支架控制器、人机操作面、压力传感器、行程传感器、角度传感器、红传感器、隔离耦合器、电源箱、连接器、电磁先阀、主阀、电源电缆、网络变换器、数据转换器主控计算机、地面计算机等组成。综采支架电液控制系统由3部分组成，分别是支架控制系统、采煤机位置检测系统、工作面通信网络。其中，支架控制系统是支架电液控制系统的基础，而采煤机位置检测系统和网络通信管理系统则是其辅助。支架控制系统控制支架的动作以及采集传感器数据，结合采煤机位置检测系统提供的采煤机位置信息，来实现支架跟机自动控制。工作面网络管理系统为支架控制系统提供通信网络服务，检测支架控制系统通信网路能否正常工作。
1.2 支架电液控制系统工作原理。
支架电液控制系统的最小单元称为支架控制单元。支架控制器是最小单元的核心，检测环节和动作执行环节是其作为自动控制装置必备的环节。其中，检测环节是指传感器，动作执行环节是指电磁先导阀和液控主阀组成的阀组。支架控制器内安装有软件，内嵌操作系统，可以通过按键操作发出命令，执行该支架的全部动作和工况监测数据采集。电液控制具备先进的功能，当各支架控制器互联工作时，能够实现方便、灵活操作，自动化控制支架，可靠安全保障，以及协调配合多支架间关联动作等功能。工作面所有的支架互联工作，形成了一个通信网络系统。该系统采用总线技术进行支架控制器间的数据通信，利用嵌入式的操作系统来管理各项任务，并进行实时调度，提高了电液控制系统的功能和性能。采煤机位置检测装置为支架控制系统提供采煤机位置信息，对采煤机位置进行定位，使支架跟随采煤机实现自动化控制。采用网络变换器对工作面支架电液控制系统进行数据网络管理。网络变换器可以将工作面数据利用转换器传输到巷道的主控计算机上，实现支架电液控制系统集中监测监控，并通过井下交换机将这些数据再传输到地面计算机上，进行监测、数据分析和网络发布。
2.综采液压支架电液控制阀设计
2.1 电液控制阀的设计原理
电磁控制阀由电磁先导阀及主阀组成，在接到支架控制器给出的电信号后，电磁先导阀动作，控制主阀开启，向所连接的液压缸供液，使支架作相应的动作。
2.2 电液控制阀的结构设计
电液控制阀总体由电磁先导阀和与相通的主阀所组成。其中主阀阀芯是液控二位三通换向阀，经由控制压力控制，用于煤矿液压支架的控制，主阀由阀芯套、差动套、阀芯、阀座，复位弹等组成。负载采用液压模拟加载，用闭环控制的比例溢流阀和比例定差减压阀模拟提供负载。伺服阀回油阻力由溢流阀提供。由闭环控制的溢流阀模拟加载，可得阻力载荷稳定性高，加载、卸载方便等特点。为了在压力管路上设置了压力继电器和电磁溢流阀，防止系统附件故障导致系统压力超压。当系统超压时，电磁溢流阀首先打开泄压，若压力进一步上升，压力继电器发出切断电机电源信号，保护整个液压系统。为了防止系统突然出现的未明故障，溢流阀上的电磁阀受控于紧急卸荷开关，按压紧急卸荷开关，液压系统卸荷。
2.3 电液控制阀的工作原理
电气和液压两部分组成电液控制阀。通过支架控制器自动检测和监控，计算機按照内储的程序发出综采液压支架动作指令，使得先导阀动作，液压信号首先驱动右边的主阀动作，使立柱和千斤顶按照设定的顺序动作。由压力传感器和位移传感器反馈立柱和千斤顶的工作状况到控制器，控制器按照反馈的信号决定控制下一个动作顺序。
3.综采液压支架电液控制系统的使用效果
3.1 提高了煤炭生产效益，改善了井下工人的工作条件。
采用电液控制系统后，人工控制过程中的辅助时间取消了，反应速度快。采煤工序由计算机来合理地安排，能够极大地发挥机械设备工作能力。支架通过编组运行，并且多个支架能够同时进行操作。因此，采煤机械利用率和生产效率大幅度提高。尤其是地质条件复杂的煤层，采用电液控制系统后，可以实现跟机定量推溜和自动移架。并且可以在工作面顺槽进行远程控制，从根本上改善井下工人的工作环境。
3.2 能够保障生产安全。
电液控制系统为改善工作面顶板的维护提供了有利条件，可减少顶板事故发生。同时，由于操作人员可邻架控制、远离工作面控制，故可避免遭受冲击地压、粉尘等矿井灾害的袭扰，保证人员的安全，同时，电液控制系统的使用为实现井下无人工作面提供了可能性，使我国煤矿生产的自动化提高到一个新的水平，进一步保证了人员的安全。
4.结束语
现阶段我国支架电液控制生产批量不大，工艺要求高，因此降低成本，尤其是传感器和电磁阀等元件是今后面临的重要问题。结合综采工作面实际现场情况，提出综采液压支架电液控制系统组成和工作原理设计，进行电液控制阀的结构设计、主阀阀芯结构设计、电液控制阀的工作原理设计和系统结构设计。实践表明，提高了元器件的可靠性，提高了传感器的抗干扰的能力，阀门和电子元器件等有足够的使用寿命和抗污染力。对复杂地质条件的适应能力好，适用范围扩大。该系统结构简洁、性能可靠、功能较完善、成本较低，可满足不同条件的工业现场，为我国煤矿综采工作面自动化水平的提高作出应有的贡献，并使综采工作面自动化水平得到显著提高。电液控制系统将是今后煤矿工人必须熟悉的技术，因为它将成为井下煤炭生产必不可少的技术装备。
参考文献
[1] 周信.综采装备协同控制关键技术研究[D].中国矿业大学，2014.
[2] 何俊峰.电液控液压支架远程监控系统研究[D].中国矿业大学，2014.
[3] 马建保.自动化工作面液压支架电液控制系统隔爆兼本安型集控计算机的开发[D].太原理工大学，2014.
[4] 吕志龙.较薄煤层综采工作面电液控制系统软件的设计与实现[D].电子科技大学，2014.
[关键词]液压支架；电液控制；自动化
中图分类号：V412.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）20-0036-01
引言
液压支架是煤矿综采机械化采煤工作面支护设备，是综采的关键设备。随着采煤技术的发展，各种先进技术逐渐应用于液压支架控制系统，形成了综采工作面液压支架自动化控制系统。系统以网络技术为基础，以液压支架自动化控制为核心，利用液压技术、电子技术、自动化控制技术、通信技术、监测技术等实现了液压支架的自动循环控制，提高了液压支架移架速度，实现液压支架电液控制系统的自动控制，实时对支架、采煤机的运行状态进行检测，完成了综采工作面的自动化管理。
1.综采支架电液控制系统结构及工作原理
1.1 综采支架电液控制系统结构。
支架电液控制系统结构由支架控制器、人机操作面、压力传感器、行程传感器、角度传感器、红传感器、隔离耦合器、电源箱、连接器、电磁先阀、主阀、电源电缆、网络变换器、数据转换器主控计算机、地面计算机等组成。综采支架电液控制系统由3部分组成，分别是支架控制系统、采煤机位置检测系统、工作面通信网络。其中，支架控制系统是支架电液控制系统的基础，而采煤机位置检测系统和网络通信管理系统则是其辅助。支架控制系统控制支架的动作以及采集传感器数据，结合采煤机位置检测系统提供的采煤机位置信息，来实现支架跟机自动控制。工作面网络管理系统为支架控制系统提供通信网络服务，检测支架控制系统通信网路能否正常工作。
1.2 支架电液控制系统工作原理。
支架电液控制系统的最小单元称为支架控制单元。支架控制器是最小单元的核心，检测环节和动作执行环节是其作为自动控制装置必备的环节。其中，检测环节是指传感器，动作执行环节是指电磁先导阀和液控主阀组成的阀组。支架控制器内安装有软件，内嵌操作系统，可以通过按键操作发出命令，执行该支架的全部动作和工况监测数据采集。电液控制具备先进的功能，当各支架控制器互联工作时，能够实现方便、灵活操作，自动化控制支架，可靠安全保障，以及协调配合多支架间关联动作等功能。工作面所有的支架互联工作，形成了一个通信网络系统。该系统采用总线技术进行支架控制器间的数据通信，利用嵌入式的操作系统来管理各项任务，并进行实时调度，提高了电液控制系统的功能和性能。采煤机位置检测装置为支架控制系统提供采煤机位置信息，对采煤机位置进行定位，使支架跟随采煤机实现自动化控制。采用网络变换器对工作面支架电液控制系统进行数据网络管理。网络变换器可以将工作面数据利用转换器传输到巷道的主控计算机上，实现支架电液控制系统集中监测监控，并通过井下交换机将这些数据再传输到地面计算机上，进行监测、数据分析和网络发布。
2.综采液压支架电液控制阀设计
2.1 电液控制阀的设计原理
电磁控制阀由电磁先导阀及主阀组成，在接到支架控制器给出的电信号后，电磁先导阀动作，控制主阀开启，向所连接的液压缸供液，使支架作相应的动作。
2.2 电液控制阀的结构设计
电液控制阀总体由电磁先导阀和与相通的主阀所组成。其中主阀阀芯是液控二位三通换向阀，经由控制压力控制，用于煤矿液压支架的控制，主阀由阀芯套、差动套、阀芯、阀座，复位弹等组成。负载采用液压模拟加载，用闭环控制的比例溢流阀和比例定差减压阀模拟提供负载。伺服阀回油阻力由溢流阀提供。由闭环控制的溢流阀模拟加载，可得阻力载荷稳定性高，加载、卸载方便等特点。为了在压力管路上设置了压力继电器和电磁溢流阀，防止系统附件故障导致系统压力超压。当系统超压时，电磁溢流阀首先打开泄压，若压力进一步上升，压力继电器发出切断电机电源信号，保护整个液压系统。为了防止系统突然出现的未明故障，溢流阀上的电磁阀受控于紧急卸荷开关，按压紧急卸荷开关，液压系统卸荷。
2.3 电液控制阀的工作原理
电气和液压两部分组成电液控制阀。通过支架控制器自动检测和监控，计算機按照内储的程序发出综采液压支架动作指令，使得先导阀动作，液压信号首先驱动右边的主阀动作，使立柱和千斤顶按照设定的顺序动作。由压力传感器和位移传感器反馈立柱和千斤顶的工作状况到控制器，控制器按照反馈的信号决定控制下一个动作顺序。
3.综采液压支架电液控制系统的使用效果
3.1 提高了煤炭生产效益，改善了井下工人的工作条件。
采用电液控制系统后，人工控制过程中的辅助时间取消了，反应速度快。采煤工序由计算机来合理地安排，能够极大地发挥机械设备工作能力。支架通过编组运行，并且多个支架能够同时进行操作。因此，采煤机械利用率和生产效率大幅度提高。尤其是地质条件复杂的煤层，采用电液控制系统后，可以实现跟机定量推溜和自动移架。并且可以在工作面顺槽进行远程控制，从根本上改善井下工人的工作环境。
3.2 能够保障生产安全。
电液控制系统为改善工作面顶板的维护提供了有利条件，可减少顶板事故发生。同时，由于操作人员可邻架控制、远离工作面控制，故可避免遭受冲击地压、粉尘等矿井灾害的袭扰，保证人员的安全，同时，电液控制系统的使用为实现井下无人工作面提供了可能性，使我国煤矿生产的自动化提高到一个新的水平，进一步保证了人员的安全。
4.结束语
现阶段我国支架电液控制生产批量不大，工艺要求高，因此降低成本，尤其是传感器和电磁阀等元件是今后面临的重要问题。结合综采工作面实际现场情况，提出综采液压支架电液控制系统组成和工作原理设计，进行电液控制阀的结构设计、主阀阀芯结构设计、电液控制阀的工作原理设计和系统结构设计。实践表明，提高了元器件的可靠性，提高了传感器的抗干扰的能力，阀门和电子元器件等有足够的使用寿命和抗污染力。对复杂地质条件的适应能力好，适用范围扩大。该系统结构简洁、性能可靠、功能较完善、成本较低，可满足不同条件的工业现场，为我国煤矿综采工作面自动化水平的提高作出应有的贡献，并使综采工作面自动化水平得到显著提高。电液控制系统将是今后煤矿工人必须熟悉的技术，因为它将成为井下煤炭生产必不可少的技术装备。
参考文献
[1] 周信.综采装备协同控制关键技术研究[D].中国矿业大学，2014.
[2] 何俊峰.电液控液压支架远程监控系统研究[D].中国矿业大学，2014.
[3] 马建保.自动化工作面液压支架电液控制系统隔爆兼本安型集控计算机的开发[D].太原理工大学，2014.
[4] 吕志龙.较薄煤层综采工作面电液控制系统软件的设计与实现[D].电子科技大学，2014.