综采工作面液压支架工作状态监测技术的应用

王鹏星

（山西汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司和善煤矿，山西 沁源 046500）

引言

液压支架可为井下综采工作面内工作人员、设备等提供相对安全的空间，但是由于液压支架工作环境恶劣、负载大，因此对液压支架工作状态监测可在一定程度上提升液压支架的运行可靠性[1-2]。液压支架故障往往是多因素综合作用的结果，因此在对液压支架状态监测时应使用传感器对多个参数同时进行监控[3-4]。多传感器信息融合技术可将各类传感器监测信息进行融合分析，可实现对液压支架状态的全方位监测，提高监测结果可靠性[5]。

1 工程概况

山西某矿3605综采工作面位于6采区南侧，采面南侧、北侧分别为实体煤以及采空区，东侧、西侧分别为采区集中运输巷、采区边界煤柱。工作面回采的3号煤层埋深平均为3.8 m，采用综采方式开采，采面设计走向回采距离为1 205 m、斜长220 m。3号煤层顶板、底板均是较为坚硬的灰岩、砂岩，采面回采期间顶板来压较大。

工作面采用的MG-300/700-WD采煤机割煤、SGZ-764/800刮板机运煤、液压支架型号为ZY10000/26/55，设计推进速度为6.4 m/d。由于采面回采期间顶板来压较为明显，为此将多传感器信息融合技术应用到工作面液压支架工作状态监测中。

2 液压支架监测系统硬件及软件结构

2.1 硬件结构

多传感器信息融合技术具有可靠性强、稳定性高以及信息处理结果精准等优点，将该技术应用到液压支架工作状态监测中可显著提高监测系统运行可靠性。具体系统功能模块包括有多传感器组合模块、多传感器信息管理模块（包括有信息采集、处理、监测、分析等功能模块）等[6-7]。文中具体采用决策级信息融合结构对液压支架多传感器监测信息进行分析。

在液压支架上布置有倾角、压力、位置等各类传感器对支架工作参数、状态等信息进行实时监测，从而确保液压支架可靠运行。各类传感器监测获取到的信息通过数据采集器、数据传输设备等发送至数据传输接口，并通过主机监测设备内置的专业处理软件进行多传感器信息融合分析，如图1所示。

图1 监测系统硬件结构组成

在液压支架上布置的倾角传感器类型为固定摆动式，可满足采面液压支架倾角监测需要。具体采面液压支架上随机布置的传感器数量、类型等应依据现场实际情况调整。在传感器监测数据传输方面，为了简化系统，采用无线传输方式。

2.2 监测软件结构

监测系统布置的监测软件结构包括有中央处理器、异步传输接口、串行外设接口、电源模块等构成。中央处理器用以对传感器监测获取到的信息进行处理，并对关键信息参数进行转化；电源模块为监测系统提供电力，确保系统可平稳运行；其他预留的监测模块主要用以确保监测系统与外界间的协调、通信以及数据存储等。

监测系统核心为传感器进行数据获取、传输以及数据分析。在3605综采工作面液压支架上布置的传感器类型有压力、位移、倾角等三类，通过分析上述三类传感器信息即可对液压支架工作状态进行判定。在监控系统中数据层融合单元主要作用时将采集获取到的信息与数据库中已知的标准信息进行比对，从而对监测信息进行判定，确定液压支架工作状态是否存在异常。传感器监测获取到的压力、最大行程等参数通过数据层融合进行处理，并与原始数据一并传输给监控计算机，监控计算机以数据层融合处理结果为依据对液压支架工作状态进行判定。具体数据融合层单元控制程序工程流程见图2所示。

图2 数据融合层单元控制程序工程流程

3 现场应用效果分析

监控系统内通过多个传感器对液压支架状态参数进行监测，通过对监测信息进行预处理、信息特征提取、时域及频域特征等进行分析，后得到液压支架工作状态特征模型，并将液压支架实际特征模型与数据库中的模型特征进行比对，从而掌握液压支架工作状态。为了考察监测系统运行可靠性，在3605综采工作面20号、25号、30号、35号、40号以及45号液压支架上布置压力、位移、倾角等传感器，并使用多传感器信息融合技术对监测结果进行分析。在现场使用人工方法对液压支架压力、位移以及倾角等参数进行监测。具体现场监测系统、现场实测得到的液压支架状态信息监测结果见图3所示。

从图3看出，监测系统获取得到的液压支架位移值与现场人工测定的位移值具有较高的吻合度，数据偏差较小，表明基于多传感器信息融合技术构建的液压支架工作状态监控系统监测结果较为可靠，监测数据可较好地反映液压支架工作状态。

图3 监测系统、现场实测得到的液压支架状态信息对比结果

4 结论

1）采用压力、位移以及倾角等传感器对液压支架状态信息进行监测，并通过多传感器信息融合技术对状态信息进行综合分析，可显著提高监测结果精准度及可靠性。

2）在工作面现场应用后，监测系统可实现对液压支架工作状态的实时监测，监测值与现场实测值间偏差较小，可满足对液压支架工作状态实时监测的需要。