[發明專利]一種煤礦工作面頂板狀況智能感知系統

在審

• 申請號: 202111042318.2
• 申請日: 2021-09-07
• 公開（公告）號: CN113775363A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 范志忠;徐剛;盧振龍;蘇波
• 申請（專利權）人: 中煤科工開采研究院有限公司
• 主分類號: E21D15/46
• 分類號: E21D15/46;E21F17/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙悅

本發明涉及一種煤礦工作面頂板狀況智能感知系統，包括：雙軸加速度傳感器、壓力傳感器、感知分站、主控模塊；雙軸加速度傳感器分別設置于液壓支架的底座、掩護梁和頂梁上，用于監測底座、掩護梁和頂梁的角度變化；壓力傳感器分別設置于液壓支架的立柱和平衡千斤頂上，用于監測立柱和平衡千斤頂中液體壓力變化；若干個感知分站分別安裝在各個液壓支架上，用于接收雙軸加速度傳感器和壓力傳感器的數據，并對各個液壓支架的對應的工作面頂板狀況進行感知；主控模塊與各感知分站連接，用于感知整個工作面頂板的狀況。其通過對液壓支架立柱和平衡千斤頂壓力監測俯仰角、位姿，感知全工作面頂板破碎或懸頂區域，頂板下沉量、下沉速度及采高分布。

技術領域

本發明涉及一種煤礦工作面頂板狀況智能感知系統，屬于煤礦安全監控技術領域，特別涉及煤礦工作面頂板的安全監控。

背景技術

我國井工煤礦基本都采用長壁回采工藝，工作面是井下煤礦開采的主要場所，工作面前方為待采煤層，后方為已開采的無支護區域，該區域頂板在煤炭采出后自行垮落，并充填采空區。

工作面是井下采煤作業人員的工作場所，由于暴露面積大，頂板往往承受極高的覆巖載荷，極易發生煤壁片幫、冒頂甚至切頂壓架等頂板事故。工作面區域主要采用液壓支架進行支護，一個工作面往往排列有100-200臺液壓支架，單個液壓支架重量10-100噸不等，總重達數千噸乃至上萬噸，其工作狀況，尤其是對煤礦工作面頂板的支撐狀況，直接關系到整個礦山的安全，是支撐并維護工作面頂板安全的最主要裝備。

現有的液壓支架主要由液壓缸、承載結構件、煤壁維護結構、推移裝置、控制閥組和其它輔助裝置組成。液壓支架由安設在巷道或硐室的乳化液泵站供液，當高壓乳化液通過控制閥組進入立柱后，支架就升起支撐頂板。隨著頂板下沉，支架對頂板的工作阻力增高，由安全閥來限定立柱內閉鎖液體的壓力，實現恒阻支撐。移架時先降縮立柱，使支架卸載和脫離頂板，然后推移平衡千斤頂動作，以輸送機為支點實現移架，再以支撐的支架為支點推移輸送機。支架還可通過各種平衡千斤頂實現護幫、平衡、調架等各種不同的輔助動作，從而配合采煤機和刮板輸送機實現工作面落煤、支護和運輸的綜合機械化。液壓支架在工作面按一定間距排列布置，隨采煤作業依次順序前移。

煤礦井下煤層條件復雜多變，常發生的各種事故，如切頂壓架事故、片幫冒頂事故、倒架事故，其中，約90％的事故發生在工作面。液壓支架作為工作面的安全屏障，經常由于上覆巖層的大規模失穩而造成壓架事故。目前，煤礦工作面液壓支架僅僅是一種重型的液壓驅動的支撐結構，其工況難以完全掌握，相關傳感器監測相互獨立，缺乏信息的及時共享和互饋功能，極易造成“監測盲區”和“信息孤島”。

目前，對工作面頂板狀況的分析主要是通過監測液壓支架立柱的壓力來實現，也就是每隔5-10個支架，布置一組壓力傳感器，專門監測支架的立柱壓力。而對支架工作性能的監測，僅僅是工人偶爾用尺子對液壓立柱的壓縮量進行實測。上述方法勞動強度高，時效性差，最重要的是沒有將立柱壓力與支架的位姿和工況，如立柱伸縮量、頂梁和掩護梁傾角、左右立柱受力均衡性等，放在統一的時間和空間維度下綜合考慮，即使支架壓力出現了大幅波動，由于沒有和現場支架的位姿和工況結合起來，仍難以反映真實的頂板活動狀況。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供了一種通過對工作面多個關鍵基礎參數的連續監測及分析，實現頂板活動的智能感知的系統。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種煤礦工作面頂板狀況智能感知系統，包括：若干個雙軸加速度傳感器、若干壓力傳感器、若干個感知分站和主控模塊；若干個雙軸加速度傳感器分別設置于液壓支架的底座、掩護梁和頂梁上，用于監測底座、掩護梁和頂梁的工作姿態變化；若干壓力傳感器分別設置于液壓支架的立柱和平衡千斤頂上，用于監測立柱和平衡千斤頂中液體壓力變化；若干個感知分站分別安裝在各個液壓支架上，用于接收雙軸加速度傳感器和壓力傳感器的數據，并對各個液壓支架的對應的工作面頂板狀況進行感知；主控模塊與各感知分站連接，用于感知整個工作面頂板的狀況。