[发明专利]一种煤矿工作面顶板状况智能感知系统

说明书

本发明涉及一种煤矿工作面顶板状况智能感知系统，包括：双轴加速度传感器、压力传感器、感知分站、主控模块；双轴加速度传感器分别设置于液压支架的底座、掩护梁和顶梁上，用于监测底座、掩护梁和顶梁的角度变化；压力传感器分别设置于液压支架的立柱和平衡千斤顶上，用于监测立柱和平衡千斤顶中液体压力变化；若干个感知分站分别安装在各个液压支架上，用于接收双轴加速度传感器和压力传感器的数据，并对各个液压支架的对应的工作面顶板状况进行感知；主控模块与各感知分站连接，用于感知整个工作面顶板的状况。其通过对液压支架立柱和平衡千斤顶压力监测俯仰角、位姿，感知全工作面顶板破碎或悬顶区域，顶板下沉量、下沉速度及采高分布。

技术领域

本发明涉及一种煤矿工作面顶板状况智能感知系统，属于煤矿安全监控技术领域，特别涉及煤矿工作面顶板的安全监控。

背景技术

我国井工煤矿基本都采用长壁回采工艺，工作面是井下煤矿开采的主要场所，工作面前方为待采煤层，后方为已开采的无支护区域，该区域顶板在煤炭采出后自行垮落，并充填采空区。

工作面是井下采煤作业人员的工作场所，由于暴露面积大，顶板往往承受极高的覆岩载荷，极易发生煤壁片帮、冒顶甚至切顶压架等顶板事故。工作面区域主要采用液压支架进行支护，一个工作面往往排列有100-200台液压支架，单个液压支架重量10-100吨不等，总重达数千吨乃至上万吨，其工作状况，尤其是对煤矿工作面顶板的支撑状况，直接关系到整个矿山的安全，是支撑并维护工作面顶板安全的最主要装备。

现有的液压支架主要由液压缸、承载结构件、煤壁维护结构、推移装置、控制阀组和其它辅助装置组成。液压支架由安设在巷道或硐室的乳化液泵站供液，当高压乳化液通过控制阀组进入立柱后，支架就升起支撑顶板。随着顶板下沉，支架对顶板的工作阻力增高，由安全阀来限定立柱内闭锁液体的压力，实现恒阻支撑。移架时先降缩立柱，使支架卸载和脱离顶板，然后推移平衡千斤顶动作，以输送机为支点实现移架，再以支撑的支架为支点推移输送机。支架还可通过各种平衡千斤顶实现护帮、平衡、调架等各种不同的辅助动作，从而配合采煤机和刮板输送机实现工作面落煤、支护和运输的综合机械化。液压支架在工作面按一定间距排列布置，随采煤作业依次顺序前移。

煤矿井下煤层条件复杂多变，常发生的各种事故，如切顶压架事故、片帮冒顶事故、倒架事故，其中，约90％的事故发生在工作面。液压支架作为工作面的安全屏障，经常由于上覆岩层的大规模失稳而造成压架事故。目前，煤矿工作面液压支架仅仅是一种重型的液压驱动的支撑结构，其工况难以完全掌握，相关传感器监测相互独立，缺乏信息的及时共享和互馈功能，极易造成“监测盲区”和“信息孤岛”。

目前，对工作面顶板状况的分析主要是通过监测液压支架立柱的压力来实现，也就是每隔5-10个支架，布置一组压力传感器，专门监测支架的立柱压力。而对支架工作性能的监测，仅仅是工人偶尔用尺子对液压立柱的压缩量进行实测。上述方法劳动强度高，时效性差，最重要的是没有将立柱压力与支架的位姿和工况，如立柱伸缩量、顶梁和掩护梁倾角、左右立柱受力均衡性等，放在统一的时间和空间维度下综合考虑，即使支架压力出现了大幅波动，由于没有和现场支架的位姿和工况结合起来，仍难以反映真实的顶板活动状况。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种通过对工作面多个关键基础参数的连续监测及分析，实现顶板活动的智能感知的系统。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种煤矿工作面顶板状况智能感知系统，包括：若干个双轴加速度传感器、若干压力传感器、若干个感知分站和主控模块；若干个双轴加速度传感器分别设置于液压支架的底座、掩护梁和顶梁上，用于监测底座、掩护梁和顶梁的工作姿态变化；若干压力传感器分别设置于液压支架的立柱和平衡千斤顶上，用于监测立柱和平衡千斤顶中液体压力变化；若干个感知分站分别安装在各个液压支架上，用于接收双轴加速度传感器和压力传感器的数据，并对各个液压支架的对应的工作面顶板状况进行感知；主控模块与各感知分站连接，用于感知整个工作面顶板的状况。