大采高智能化综采装备关键技术研究
摘要：我们合理选择智能综采设备，不仅能保证工作面生产能力，还能大大提
高综采装备智能化控制水平。对大采高智能综采设备关键技术进行深入研究，不
仅是智能综采设备安全高效运行的保障，也是智能综采技术正常应用的关键。
关键词：大采高工作面；综采工作面；智能化综采装备；采煤机；液压支架；
为了保障智能化综采装备安全高效运行和智能化综采技术常态化应用，以某
煤矿有限公司大采高综采工作面为例，针对采煤机、液压支架、视频系统等智能
化综采装备，重点研究了采煤机精准调高传感器及其保护装置、机械和液压系统
可靠性、CAN总线通信隔离、远程启停控制、外喷雾装置，液压支架压力及行程
传感器、推溜控制，视频系统高性能广角摄像仪和多角度调节安装架等关键技术，
从而不断提升大采高智能化综采装备的可靠性和监控精准度。
一、装备可靠性
1.机械和液压系统可靠性。在机械可靠性方面，对采煤机壳体、齿轮等关键
材料进行微合金化改良，提升了机械强度和综合力学性能；齿轨轮渗碳层厚度增
加至7 mm以上，提高了关键零部件的耐磨性；连接架与摇臂采用超级螺母连接，
提高了使用过程中摇臂的稳定性。另外，增加了位移型液压油缸旁通泄油功能，
在因摇臂割顶或割底等工况导致油缸压力过大时旁通泄油，从而使位移型液压油
缸和采煤机结构件免遭破坏。在液压系统可靠性方面，采用高集成度五联电磁比
例换向阀，增大泵箱容积，设置隔离板，重排液压管路走向，优化了液压系统布
置，提高了液压系统可靠性和稳定性。
2.采煤机CAN总线通信隔离。为了实现采煤机位置监测、滚筒自动调高、三
维自动割煤等功能，采煤机监控系统采用了电流、电压、水流量、液位、压力、
位移、角度、位置等传感器。这些传感器大多采用CAN通信方式将采集数据传输
至上位机控制器。传感器分别安装在电控箱内部或外部，构成了特殊的采煤机
CAN总线通信结构。连接通信接口时，必须坚持“本安(本质安全)对本安、非本安
对非本安”的原则，否则接口之间会存在电磁干扰，影响设备安全运行。然而，矿
用传感器多为本安接口，控制设备多为非本安接口。当需要本安接口与非本安接
口连接时，必须经过信号电气隔离处理。因此设计了CAN总线隔离器，实现本安
型传感器和非本安型控制设备连接，提高了CAN总线通信的抗干扰能力。
3.采煤机远程启停控制。大采高综采工作面生产时容易出现煤壁片帮，现场
人员一般站在支架内部进行巡检作业。每次启停作业时，现场人员必须走到采煤
机前操作，工作流程复杂，且危险性较大。针对该问题，采取远程先导和普通先
导双回路互锁远程启停控制策略，在保证设备和人员安全的情况下，实现采煤机
远程启停控制功能。(1)采煤机需要远程启动时，将采煤机远程监控箱上的“修改
允许”按钮向左旋转，2S后旋至中位，此时采煤机远程监控主机100．02端口输
出，使得继电器K1得电(持续6s)，K1常开节点闭合，使得采煤机远程先导回路
导通，采煤机得电。采煤机自保继电器K3得电，K3常开节点使得采煤机普通先
导回路导通。6S后，采煤机远程监控主机100．02端口停止输出，使得K1断电，
采煤机远程先导回路断开，而采煤机因普通先导回路导通而继续得电。(2)采煤机
需要远程停止时，将采煤机远程监控箱上的“总停”按钮向左旋转，采煤机远程监
控主机100．03端口输出(持续5s)，使得远程断电继电器K2得电，K2常闭辅助
节点使得采煤机普通先导回路断开，采煤机断电。5S后采煤机远程监控主机
100．03端口停止输出，使K2断电。(3)紧急情况下，可将采煤机机载监控箱或
远程监控箱上的“急停”按钮按下，使采煤机先导回路断开，采煤机断电。
4.外喷雾装置。综采工作面煤尘主要在滚筒破煤、滚筒装煤及拉架过程中产
生。大采高综采工作面因破煤面积和扬尘高度大，普遍存在煤尘过大现象，不仅
危害现场作业人员的身体健康，还降低了跟机视频的清晰度，导致监控员无法通
过监控视频看清现场情况，增加了远程控制难度，影响智能化开采连续作业。通
过分析综采工作面煤尘产生原因，采用采煤机外喷雾装置进行降尘。该喷雾装置
由喷雾模块、喷雾泵和高压供液管路组成。喷雾泵选用0～17 MPa可调高压泵，
确保源动力充足；高压供液管路采用的不断变径处理，确保喷雾末端的压力始终
达12MPa以上。通过采用高雾化效果喷嘴和调整采煤机摇臂上下侧喷雾模块角度
等措施，形成立体式环抱空间降尘，有效降低了煤尘。
三、液压支架关键技术
在基于可视化远程干预型智能化采煤过程中，液压支架通过自动跟机拉架、
推溜+人工远程控制方式及时支护裸露顶板和推移刮板输送机。目前电液控制和
远程控制技术均已成熟，且已在薄及中厚煤层实现了常态化运行。但大采高综采
工作面液压支架自动跟机作业存在护帮板精准控制、自适应控制、直线度控制难
度均较大等问题，应重点加强高精度传感器和液压支架推溜控制等方面的研究。
1.高精度传感器。为了实现大采高工作面煤帮与液压支架护帮板的自适应控
制，一般选择控制一级护帮板，二级护帮板通过双向联动液压锁实现自适应联动
控制，从而保证割煤过程中煤壁能够得到及时支撑。因此，实现液压支架护帮板
自适应控制的关键是精准控制一级护帮板。黄陵二号煤矿设计大采高液压支架时，
通过选用高精度、高可靠性的压力传感器和行程传感器来进一步保障护帮板精准
控制。(1)采用微熔压力传感器。该传感器外形尺寸为30mm×144 mm，供电电压
为DCl2V，工作电流不大于25mA，测量范围为o～60MPa，输出信号为
DC0．78～4．94V，输出基本误差不大于0．6MPa。(2)采用磁致伸缩行程传感器。
该传感器利用铁磁材料的磁致伸缩原理，通过检测磁致伸缩线的形变位置来确定
传感器行程，实现千斤顶活塞杆行程测量。与传统干簧管行程传感器相比，该传
感器内部元器件大大减少，且没有干簧管等易碎器件，可靠性明显提升。致伸缩
行程传感器工作电压为DCll．4～12．6V，工作电流不大于20mA，输出范围为
0．5～4．5V，测量行程为0～l200mm，非线性误差小于±0．1％FS或±1mm(以较
大者为准)，分辨率小于lmm，防护等级为IP67。
2.液压支架推溜控制。液压支架通过电液控制系统实现自动跟机拉架作业。
在移架过程中，移架拉力作用于中部槽上，中部槽可能被拽向液压支架侧，使相
邻的已完成移架动作的液压支架与刮板输送机连接处销耳间隙发生位移，造成下
一循环的移架距离发生变化。完成数个移架循环后，该位移累积变得明显，导致
自动跟机作业很难保证液压支架直线度。因此，设计了液压精确控制推移阀，通
过逻辑控制(液压)实现千斤顶慢速／快速动作切换，并依托液压支架电液控制系
统实现推移阀软件控制功能。自动移架结束后，通过慢速推移千斤顶消除液压支
架与刮板输送机连接处销耳间隙，使液压支架与刮板输送机充分接触受力，避免
移架时刮板输送机中部槽被拽回，将液压支架推溜控制精度提高40％以上。
总之，为了提高大采高综采工作面综采设备智能控制的应用水平，研究了采
煤机、液压支架、视频系统等大采高智能化综采关键装备及关键技术，创新应用
高精度传感器、专用保护装置、精准控制方式等，不断提升大采高智能化综采装
备的可靠性和监控精准度，为智能化综采技术常态化运行奠定了基础。
参考文献：
[1]范浩宇．煤矿智能化开采技术创新与发展.2017.
[2]赵晓鹏．浅谈大采高智能化综采装备关键技术研究．2017.