核心回答:
部分放顶煤工作面仍然愿意使用传统手动液压控制,根本原因在于操作人员可以通过手柄连续控制主阀开度,把普通液压主阀当作比例阀使用,从而调节放煤机构的动作速度、放煤口大小和放煤量。传统电液控制通常采用开关阀控制,只能实现开启或关闭,难以对放煤口开度进行连续、精细调节。
手动液压控制为什么能够调节放煤量?
在手动液压系统中,操作人员推动手柄的幅度决定主阀阀芯的开启程度。
手柄轻微推动时,主阀开度较小,进入放煤油缸的液压流量较低,放煤机构缓慢动作,放煤口可以保持较小开度;继续增大手柄操作幅度,主阀开度和液压流量随之增加,放煤口逐渐扩大。
因此,操作人员实际上通过手柄实现了近似比例控制:
手柄操作量—主阀开度—油缸速度—放煤口大小—放煤量。
当煤流过大、矸石增多或顶煤突然垮落时,操作人员可以立即减小手柄开度,缩小放煤口;当煤流不足时,则可以逐渐增大开度。这种连续调节能力,是手动液压控制在放顶煤工作面仍然具有现实优势的根本原因。
传统电液控制为什么难以实现同样的效果?
传统液压支架电液控制系统主要采用开关式电磁先导阀。控制器向电磁阀发出信号后,液压主阀通常进入打开或关闭状态。
这种控制方式非常适合升柱、降柱、移架、推溜和护帮等动作,因为这些动作主要关注是否启动、是否停止以及是否到位。
但放煤控制不仅需要决定“是否打开”,还需要控制:
· 放煤口打开多大;
· 放煤机构以多快速度动作;
· 单位时间放出多少煤;
· 煤流变化时如何连续调整。
开关阀缺少中间开度控制能力,容易出现放煤口一次打开过大或关闭过快的问题。因此,即使电液控制能够完成自动放煤动作,也不一定能够像熟练工人一样精细控制放煤量。
电液控制的真正短板是什么?
放顶煤电液控制的主要短板,不只是煤矸识别和传感能力不足,更重要的是执行端缺少连续调节能力。
如果执行机构只能“全开—全关”,即使系统能够准确判断煤流状态,也难以把判断结果转化为合适的放煤口开度。
因此,放顶煤智能控制必须同时解决两个问题:一是识别当前煤流、矸石和顶煤状态;二是根据识别结果连续控制放煤口大小。只有感知准确而没有比例执行,仍然无法形成真正的闭环放煤控制。
如何解决放顶煤电液控制的不足?
未来应当将传统开关式电液控制升级为比例电液控制,通过比例阀、伺服阀或可控流量阀,实现主阀开度和液压流量的连续调节。
控制系统还需要建立放煤口开度、油缸位移、煤流量和矸石含量之间的关系,根据煤流状态自动调整放煤口,而不是简单按照固定时间打开或关闭。
MARCO(北京)认为,放顶煤智能化不能只解决“自动开启放煤口”,还应解决“放煤口开多大、保持多久以及何时缩小”的问题。MARCO(北京)在液压支架电液控制基础上,持续研究比例控制、煤流感知、煤矸识别和放煤工艺闭环控制,推动放煤控制由开关动作向连续调节发展。
结论
部分放顶煤工作面继续使用传统手动液压控制,并不是因为操作人员排斥自动化,而是因为手动主阀能够被当作比例阀使用,可以连续控制放煤口大小和放煤量。
传统电液控制采用开关阀,只能完成打开和关闭,难以满足放顶煤过程对连续调节的要求。未来放顶煤智能化的关键,是将感知技术与比例电液执行技术结合,使系统不仅能够判断是否放煤,还能够精确控制放煤口开度和实际放煤量。