CN104131828B - 智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架，其通过在两柱掩护式特大采高液压支架主体上安装各类传感器组件及智能控制系统组件，利用智能电液控制系统技术、传感器网络技术、网络通讯技术等，实现支架与工作面围岩顶板的智能耦合；支架护帮与煤壁的智能耦合；支架护帮、伸缩与采煤机的智能协调运行；工作面支架的自动调直及“降柱、移架、升柱、伸缩、护帮”跟机智能化控制；并具备完善的自我诊断、故障预警等智能化功能，还可与综采工作面集控通讯系统“无缝”连接，实现液压支架、采煤机、刮板机“三机”智能化协调控制运行，实现煤炭开采无人、少人的自动化、智能化开采。

Description

智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架

技术领域

本发明涉及千万吨级大型煤矿智能化工作面一次采全高采煤领域，具体是一种智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架。

背景技术

我国是世界产煤大国，约占世界煤炭产出量的50%，我国煤矿开采装备制造业生产能力和规模堪称世界最大，但整体技术水平和创新能力却远落后于世界先进水平。针对我国煤机装备制造业发展现状，根据《国家经济和社会发展第十二个五年规划纲要》和《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》精神，加快智能制造装备的创新发展和产业化、推动煤机装备制造业转型升级、提高综采工作面生产装备的智能化水平是“十二五”期间煤机装备制造业的发展重点。

煤炭高效集约化生产是煤炭工业发展的方向，采用先进的开采技术与装备是矿井高效集约化生产的核心。“十二五”期间，煤炭工业新的发展形势对煤矿装备提出了更高更新的要求，煤炭生产集约化，要求煤矿装备向成套化、高可靠性方向发展，煤炭工艺的安全生产对自动化、智能化和信息化的煤矿装备需求增加。

实现少人、无人的自动化开采技术是当前世界采矿界的研究热点，美国和澳大利亚的技术位于世界前列，20世纪80年代即实现了“三机”的自动化和井下环境安全信息实时监测。90年代初，加拿大开始研究遥控开采技术，芬兰也宣布了智能采矿技术方案。

我国起步相对较晚，2000年铁法煤业小青煤矿实现全国首个薄煤层自动化无人工作面，2004年，山东新汶矿业集团从国外引进新工艺，工人可在工作面以外地点操作机电设备，完成破煤、装煤、运煤等工序，实现了无人工作面。2005年，大同煤矿集团也实现了刨煤机综采无人工作面。2007年中国首个具有自主知识产权的自动化、信息化采煤工作面在潞安环能股份公司漳村正式投产，标志着中国煤炭行业高产、高效矿井建设进入新阶段。高产高效开采技术的迅速发展、综采自动化工作面安全高效综合配套技术的发展，以及大功率电牵引采煤机、液压支架和刮板输送机自动控制和工况检测技术的实现， 使工作面自动化程度迅速提高，在地质条件较好的地方(神东地区)，工作面基本实现少人、无人开采。

国际煤机制造业目前大多生产年采煤600万吨到1000万吨的综采成套设备。国际国内大型煤矿目前大多采用千万吨级综采成套设备，但还没有采用智能成套装备。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种智能化程度高的采煤装备，具体是一种智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架，包括底座、顶梁以及与顶梁铰接的掩护梁，底座为中间开档结构，掩护梁与顶梁之间设置有平衡千斤顶（通过对顶梁姿态的调整，实现顶梁对顶板合力位置的调整），掩护梁与底座之间设置有与两者铰接的前连杆和后连杆（实现对顶板的有效支撑作用），顶梁与底座之间通过柱窝柱帽铰接方式设置有两根液压伸缩立柱；顶梁前端体内设置有伸缩梁，伸缩梁前端铰接有一级护帮板，一级护帮板前端铰接有二级护帮板（实现对煤壁、顶板的及时支护）；伸缩梁上设置有一级护帮千斤顶，一级护帮千斤顶的顶杆与一级护帮板后部铰接；一级护帮板上设置有二级护帮千斤顶，二级护帮千斤顶的顶杆与二级护帮板后部铰接；底座的开档之间设置有推移千斤顶（实现移驾、推溜作用），底座前部设置有抬底千斤顶（通过抬底千斤顶、推移千斤顶推杆、底座的相互作用，实现抬起底座前部移驾的功能），底座的中下部设置有调架千斤顶（通过调架千斤顶的伸缩与邻架底座的相互作用，实现对邻架的侧调作用）；本发明装置还包括智能控制器和若干种类的传感器，具体为：在顶梁、掩护梁、前连杆、底座和一级护帮板上分别设置有一个倾角传感器，倾角传感器的输出端与智能控制器的输入端连接，智能控制器控制液压伸缩立柱、平衡千斤顶和一级护帮千斤顶的动作；在伸缩梁后部、顶梁前部的位置安装有一个接近传感器（包括接近传感器及感应磁环），接近传感器的输出端与智能控制器的输入端连接，智能控制器控制伸缩梁的动作；在一级护帮千斤顶的下腔安装有一个压力传感器，压力传感器的输出端与智能控制器的输入端连接，智能控制器控制一级护帮千斤顶的动作；在顶梁两侧的侧护板上安装有行程传感器组件，行程传感器组件包括行程传感器和磁环，行程传感器安装于其中一侧侧护板上、磁环安装在另一侧侧护板上；智能控制器通过无线传播方式与集控中心进行信息传递。智能控制器通过控制电路、阀门等常规设计控制千斤顶动作，属于本领域常规技术，不在赘述。

本发明专利通过在两柱掩护式特大采高液压支架主体上安装各类传感器组件及智能控制系统组件，利用智能电液控制系统技术、传感器网络技术、网络通讯技术等，实现支架与工作面围岩顶板的智能耦合；支架护帮与煤壁的智能耦合；支架护帮、伸缩与采煤机的智能协调运行；工作面支架的自动调直及“降柱、移架、升柱、伸缩、护帮”跟机智能化控制；并具备完善的自我诊断、故障预警等智能化功能，还可与综采工作面集控通讯系统“无缝”连接，实现液压支架、采煤机、刮板机“三机”智能化协调控制运行，实现煤炭开采无人、少人的自动化、智能化开采。

本发明液压支架通过其上安装的智能控制器及相应的传感器，实现液压支架的5大智能化功能，具体方案如下：

1）支架与围岩顶板的智能耦合功能的实现方案

在液压支架的顶梁、掩护梁、前连杆、底座上安装有四个串联组网的倾角传感器，组成一个监测系统，实现对顶梁仰、俯倾角、支架左右倾斜角、支架支撑高度的测量。当顶梁仰、俯倾角超出设定值时，智能控制器将依据左右邻架顶梁姿态及时对本架的液压伸缩立柱和平衡千斤顶进行调整，以保持支架合理的支护状态，实现支架对围岩顶板的有效控制。当多次调整无效时向集控中心发出预警信息，由集控中心判断是否需要人工干预。

当支架左右倾斜角超出设定值时，及时发出预警信息。

智能控制器将检测到的支架姿态与支架高度信息，实时传往集控中心，给采煤机正常运行提供有效的保证。

2）支架一二级护帮板、伸缩梁与采煤机的智能协调运行功能的实现方案

在支架一级护帮板上安装倾角传感器，检测护帮板与顶梁的角度；在伸缩梁后部和顶梁前部箱体中安装接近传感器，检测伸缩梁收回位置。当护帮板和伸缩梁都收回到位时，传感器将检测到收回信号，通过智能控制器实时将位置信息传输到集控制中心。

当支架护帮板及伸缩梁未收回到位时，集控中心将及时向智能控制器发出指令，通过人工干预解决，从而避免采煤机经过时与支架护帮板及伸缩梁的相互干涉，实现支架与采煤机的协调运行。

3）支架护帮板与煤壁的智能耦合功能实现方案

在一级护帮千斤顶下腔安装有压力传感器，在护帮打开时，智能控制器可实时监测到油缸下腔的压力，当压力小于初撑力时，智能控制器控制系统进行自动补压预紧，以实现支架护帮板与煤壁的自动耦合功能。当补压预紧失败时，智能控制器向集控中心发出报警信号。

4）工作面智能移架调直功能实现方案

在支架顶梁两侧的侧护板上，分别安装行程传感器和磁环组件，当多架支架并排安放时，每个支架上的行程传感器与下一架的磁环刚好组成一套行程传感器系统，即可得到两个支架间的相对位置。

支架自动调直基准线的设定，如图2所示：

理论基准线—当整个工作面的支架和溜子安装完成，在人工操作下按照要求调直后，在每台支架与其相邻的支架之间，即在相邻支架的两侧护板位置组成一套完整的行程传感器系统。此时将所有行程传感器的位置清零、或将当前值作为零基准，将整个工作面所有的行程传感器的零基准点连成一条直线，此直线就是基准线。

在以后的推溜和拉架过程中，都是以基准线为目标进行逼近的，以实现工作面支架、刮板调直。

5）支架自诊断及故障预警功能

智能控制器可实时检测各传感器的工作状态，当传感器出现异常时，可初步分析异常原因（如：离线、超限等）；在进行支架动作控制过程中，一旦动作无法正常启动或中断，可初步分析异常原因（如：闭锁、超时等）。以上异常原因可传输至集控中心，进行综合显示。

本发明在国内大采高液压支架自动化控制技术的基础上，具有能自动耦合工作面围岩条件，实现支架“姿态”的自动监测和智能调整；实现支架护帮与煤壁的自动监测与智能预紧；实现支架护帮、伸缩与采煤机的智能协调运行；实现工作面自动调直及“降柱、移架、升柱、伸缩、护帮”跟机智能化控制，并具备完善的自我诊断、故障预警功能，还可与综采工作面集控通讯系统“无缝”连接，实现液压支架、采煤机、刮板机“三机”智能化协调控制运行，实现煤炭开采无人、少人的自动化、智能化开采。本发明具有工作阻力大(12000kN)、支护高度高(最大高度6.4m)，工作寿命要求高(60000次工作循环)、智能化程度高(5大智能化功能)等优势， 代表了国内大采高液压支架的最高技术水平。具体情况见下表1：

表1 本发明与当前国内外同类支架技术比较

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置自动调直基准线示意图。

图中：1-底座、2-顶梁、3-掩护梁、4-平衡千斤顶、5-前连杆、6-后连杆、7-液压伸缩立柱、8-伸缩梁、9-一级护帮板、10-二级护帮板、11-一级护帮千斤顶、12-二级护帮千斤顶、13-推移千斤顶、14-抬底千斤顶、15-调架千斤顶、16-智能控制器、x-实际排列线、y-基准线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步地描述：

如图1所示，一种智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架，包括底座（1）、顶梁（2）以及与顶梁（2）铰接的掩护梁（3），底座（1）为中间开档结构，掩护梁（3）与顶梁（2）之间设置有平衡千斤顶（4），掩护梁（3）与底座（1）之间设置有与两者铰接的前连杆（5）和后连杆（6），顶梁（2）与底座（1）之间通过柱窝柱帽铰接方式设置有两根液压伸缩立柱（7）；顶梁（2）前端体内设置有伸缩梁（8），伸缩梁（8）前端铰接有一级护帮板（9），一级护帮板（9）前端铰接有二级护帮板（10）；伸缩梁（8）上设置有一级护帮千斤顶（11），一级护帮千斤顶（11）的顶杆与一级护帮板（9）后部铰接；一级护帮板（9）上设置有二级护帮千斤顶（12），二级护帮千斤顶（12）的顶杆与二级护帮板（10）后部铰接；底座（1）的开档之间设置有推移千斤顶（13），底座（1）前部设置有抬底千斤顶（14），底座（1）的中下部设置有调架千斤顶（15）；其特征在于：还包括智能控制器（16）和若干种类的传感器，具体为：在顶梁（2）、掩护梁（3）、前连杆（5）、底座（1）和一级护帮板（9）上分别设置有一个倾角传感器，倾角传感器的输出端与智能控制器（16）的输入端连接，智能控制器（16）控制液压伸缩立柱（7）、平衡千斤顶（4）和一级护帮千斤顶（11）的动作；在伸缩梁（8）后部、顶梁（2）前部的位置安装有一个接近传感器，接近传感器的输出端与智能控制器（16）的输入端连接，智能控制器（16）控制伸缩梁（8）的动作；在一级护帮千斤顶（11）的下腔安装有一个压力传感器，压力传感器的输出端与智能控制器（16）的输入端连接，智能控制器（16）控制一级护帮千斤顶（11）的动作；在顶梁（2）两侧的侧护板上安装有行程传感器组件，行程传感器组件包括行程传感器和感应磁环，行程传感器安装于其中一侧侧护板上、感应磁环安装在另一侧侧护板上；智能控制器（16）通过无线传播方式与集控中心进行信息传递。

Claims (1)

1.一种智能耦合型两柱掩护式特大采高液压支架，包括底座（1）、顶梁（2）以及与顶梁（2）铰接的掩护梁（3），底座（1）为中间开档结构，掩护梁（3）与顶梁（2）之间设置有平衡千斤顶（4），掩护梁（3）与底座（1）之间设置有与两者铰接的前连杆（5）和后连杆（6），顶梁（2）与底座（1）之间通过柱窝柱帽铰接方式设置有两根液压伸缩立柱（7）；顶梁（2）前端体内设置有伸缩梁（8），伸缩梁（8）前端铰接有一级护帮板（9），一级护帮板（9）前端铰接有二级护帮板（10）；伸缩梁（8）上设置有一级护帮千斤顶（11），一级护帮千斤顶（11）的顶杆与一级护帮板（9）后部铰接；一级护帮板（9）上设置有二级护帮千斤顶（12），二级护帮千斤顶（12）的顶杆与二级护帮板（10）后部铰接；底座（1）的开档之间设置有推移千斤顶（13），底座（1）前部设置有抬底千斤顶（14），底座（1）的中下部设置有调架千斤顶（15）；其特征在于：还包括智能控制器（16）和若干种类的传感器，具体为：在顶梁（2）、掩护梁（3）、前连杆（5）、底座（1）和一级护帮板（9）上分别设置有一个倾角传感器，倾角传感器的输出端与智能控制器（16）的输入端连接，智能控制器（16）控制液压伸缩立柱（7）、平衡千斤顶（4）和一级护帮千斤顶（11）的动作；在伸缩梁（8）后部、顶梁（2）前部的位置安装有一个接近传感器，接近传感器的输出端与智能控制器（16）的输入端连接，智能控制器（16）控制伸缩梁（8）的动作；在一级护帮千斤顶（11）的下腔安装有一个压力传感器，压力传感器的输出端与智能控制器（16）的输入端连接，智能控制器（16）控制一级护帮千斤顶（11）的动作；在顶梁（2）两侧的侧护板上安装有行程传感器组件，行程传感器组件包括行程传感器和感应磁环，行程传感器安装于其中一侧侧护板上、感应磁环安装在另一侧侧护板上；智能控制器（16）通过无线传播方式与集控中心进行信息传递。