煤矿综采工作面智能液压支架自动化控制技术应用研究

引言

煤炭作为我国重要的基础能源，在国民经济发展中占据着不可替代的地位。然而，传统的煤矿开采方式存在效率低、安全风险高、人工劳动强度大等问题，已难以满足当前煤炭行业高质量发展的需求。随着智能化技术的飞速发展，煤矿综采工作面的智能化改造成为提升煤炭生产效率、保障开采安全的重要途径。智能液压支架作为综采工作面 “三机一架”（采煤机、刮板输送机、转载机、液压支架）中的关键设备，主要承担着支撑顶板、维护工作空间、推移刮板输送机等重要任务。其自动化控制技术的应用，能够实现液压支架的自动移架、自动升架、自动降架以及自动调架等操作，减少人工干预，降低作业人员的安全风险，同时提高综采工作面的生产效率。因此，深入研究煤矿综采工作面智能液压支架自动化控制技术的应用，对于推动煤炭行业智能化转型具有重要的现实意义。

一、煤矿综采工作面智能液压支架自动化控制技术原理

电液控制技术作为智能液压支架自动化控制的核心技术之一，主要由电液控制器、电磁先导阀、液压主阀及执行元件构成。其工作机制以数据驱动与精准执行为核心，电液控制器会依据预设控制程序或传感器采集的实时数据 —— 包括顶板压力、支架位移、刮板输送机位置等关键参数，向电磁先导阀发送控制信号；电磁先导阀接收信号后通过改变阀芯位置，实现对液压主阀进油与回油的控制；而液压主阀则通过调节高压油的流向与流量，驱动立柱、千斤顶等执行元件动作，最终完成液压支架的升架、降架、移架及调架等操作。该技术具备响应速度快、控制精度高、操作灵活的显著优势，以自动移架环节为例，电液控制器可根据采煤机位置信号，精确调控支架的移架速度与距离，确保支架与采煤机协同作业，避免出现支架滞后或超前的情况，有效提升综采工作面的开采效率。

传感器技术是智能液压支架自动化控制中实时数据获取的关键支撑，为系统提供精准的控制依据。在智能液压支架上，通常集成压力传感器、位移传感器、角度传感器、位置传感器等多种类型的传感器，实现对支架工作状态的全面监测。其中，压力传感器主要用于采集立柱和千斤顶的工作压力，通过实时监测压力变化判断顶板受力情况，当压力超出预设阈值时，电液控制器会立即发出报警信号，并控制支架执行卸压操作，从而预防支架损坏或顶板垮塌事故；位移传感器负责采集支架的移架距离、升架高度等位移参数，保障支架动作符合设计标准；角度传感器则用于监测支架顶梁的仰俯角和侧护板的伸出长度，确保支架与顶板紧密接触，提升支撑稳定性；位置传感器则聚焦采煤机和刮板输送机的位置信息采集，为液压支架与其他设备的协同控制奠定基础。

数据传输与处理技术在智能液压支架自动化控制系统中承担着 “信息通道” 与“决策支撑” 的双重角色。一方面，传感器采集的大量实时数据需通过数据传输技术传递至电液控制器或地面监控中心，同时电液控制器的控制信号也需传输至各执行元件，当前主流的传输方式分为有线传输与无线传输：有线传输具有传输速度快、稳定性高、抗干扰能力强的特点，适用于综采工作面环境稳定的区域；无线传输则凭借安装便捷、灵活性高、成本低的优势，更适应工作面设备频繁移动的场景，但易受电磁干扰、粉尘、湿度等因素影响，可能导致数据延迟或丢失，因此实际应用中需采用跳频技术、加密技术等抗干扰措施，保障传输可靠性。另一方面，数据处理技术通过嵌入式系统或工业计算机对原始数据进行实时处理，借助数据滤波、数据融合、数据校正等手段，去除数据中的噪声与干扰，提升数据准确性 —— 例如通过多传感器数据融合技术，将压力、位移、角度等不同类型数据整合分析，能够更全面地掌握液压支架工作状态，为控制决策提供科学依据。

二、煤矿综采工作面智能液压支架自动化控制技术应用现状

以国内某大型现代化煤矿的综采工作面为实际案例，该工作面为解决传统人工操作效率低、安全风险高的问题，引入了全套智能液压支架自动化控制系统，系统配置包括高性能电液控制器、覆盖支架关键部位的多类型传感器（压力、位移、位置传感器等）以及适配井下复杂环境的高速数据传输网络，形成了 “数据采集 - 分析决策 -执行控制” 的闭环运行体系。在实际开采作业中，该系统的功能优势得到充分体现，首先在自动移架控制环节，系统可实时接收采煤机的位置信号，结合采煤机截割速度动态调整移架速度，确保支架与采煤机的作业节奏高度协同，同时通过位移传感器的精准监测，将移架精度控制在 ±50mm 以内，相比传统人工移架，不仅将单次移架时间缩短了 40% 以上，大幅提升了移架效率，还减少了人工进入危险区域操作的频次，降低了安全隐患。

其次在顶板压力自适应控制方面，系统通过安装在支架立柱上的压力传感器，实时采集并传输顶板压力数据，当工作面顶板压力因地质条件变化出现波动时，电液控制器会快速分析压力变化趋势，自动调整立柱的工作压力，使支架始终保持与顶板受力相匹配的最佳支撑状态，从根本上规避顶板垮塌风险。在该工作面为期 6 个月的开采周期内，监测数据显示顶板压力最大峰值达到 35MPa ，此时系统通过压力传感器捕捉到压力异常信号后，在 0.8 秒内完成数据分析与指令下发，控制立柱压力同步提升至适配值，有效抵消了顶板荷载，整个过程无需人工干预，成功避免了 3 次因顶板压力突增可能引发的安全事故，同时也减少了支架因受力过载导致的损耗，延长了设备使用寿命。此外，该系统还可通过数据传输网络将实时运行数据（移架参数、压力数据、设备状态等）上传至地面监控中心，管理人员可远程实时监控工作面作业情况，当系统出现异常时，地面中心能第一时间接收报警信息并指导井下人员排查故障，进一步提升了工作面的智能化管理水平。

结语

智能液压支架自动化控制技术通过电液控制、传感器与数据传输处理技术的协同，构建起 “采集 - 分析 - 控制” 的闭环体系，在实际应用中展现出显著优势。其不仅能实现自动移架的高精度控制，将移架精度稳定在 ±50mm 以内，大幅提升作业效率，还可通过顶板压力自适应调节，在 35MPa 高压峰值下快速响应，有效规避安全风险，同时依托远程监控强化管理效能，为综采工作面的高效、安全开采提供核心支撑。后续可进一步优化无线传输的抗干扰能力，提升复杂地质条件下传感器的稳定性与数据准确性；推动技术与不同煤层赋存条件的深度适配，完善多设备协同控制逻辑，持续降低设备损耗、提升系统运行可靠性，助力煤矿开采向更智能、更安全、更高效的方向推进。

参考文献

[1] 王鹏，李鑫。智能工作面液压支架电液控制系统端头控制器设计 [J]. 煤炭科学技术，2025， 53 （5）： 156-163.

[2] 刘峰，赵亚军。液压支架电液控制通信网络系统透明化设计 [J]. 工矿自动化，2024， 50 （8）： 78-84.

[3] 张明明，李强. PLC 驱动的矿用液压支架智能控制系统设计与应用 [J]. 煤炭工程，2024， 56 （3）： 102-106.