CN110821533A - 一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统及其使用方法，包括信号采集模块，用于采集超前支护液压支架的压力和位移信号；信号传输模块，与所述信号采集模块连接，用于将采集的压力和位移信号传给信号分析处理模块；信号分析处理模块，与信号传输模块连接，用于对压力和位移信号进行分析并发出控制指令；信号执行模块，与信号传输模块连接，用于执行所述控制指令，调整对综采工作面回采巷道的局部支撑强度。本发明可以实时监测超前支护液压支架顶板各个位置的受力情况，根据不同的工作环境和条件，对每一台超前支护液压支架的每一个液压缸实施精准及时的控制，使综采工作过程更加的稳定可靠，降低事故发生率，提升生产规范安全。
Description
技术领域
本发明属于煤矿开采的技术领域，尤其涉及一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统及其使用方法。
背景技术
现阶段，由于低含量薄煤层的煤矿并不主张开采，而高含量厚煤层的煤矿才是当今煤矿开采的主要对象。而这类高含量厚煤层的煤矿综采工作面一般较长，当其综采工作面超出一定长度时，为了提高矿井生产效率，便需要采用超前支架进行超前支护。并且随着高开采难度煤层和复杂开采煤层比例的上升，对超前液压支架组的要求也就越来越高。然而现有的超前液压支架组在支护强度的选择和液压系统设计方面仍然沿用传统工作面液压支架的支护理论，整个支护段范围内全部采用相同的液压系统给予相同的初撑强度和支护强度。这种情况下当超前液压支架组进行支护时，由于工作环境的不同，会使得超前液压支架组支护顶板范围内受力分布不均匀。同时采煤机的开采过程，同样会对超前液压支架组支护顶板范围内的受力产生一定的扰动影响。因此若还是采用相同状态的液压控制系统提供相同支撑力，极易导致超前液压支架组支护范围内受力不均匀。甚至出现局部受力过大或过弱的现象，导致顶板发生裂隙变形或断裂破碎，引发安全事故，危害生命财产安全的同时，也影响开采工作的实施。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统及其使用方法，使超前液压支架组支护范围内受力均匀，使综采工作过程更加稳定可靠，降低事故发生率，提升生产安全。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：本发明提供一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统，包括：
信号采集模块，用于采集超前支护液压支架的压力和位移信号；
信号传输模块，与所述信号采集模块连接，用于将采集的压力和位移信号传给信号分析处理模块；
信号分析处理模块，与所述信号传输模块连接，用于对压力和位移信号进行分析并发出控制指令；
信号执行模块，与所述信号传输模块连接，用于执行所述控制指令，调整对综采工作面回采巷道的局部支撑强度。
进一步的，所述信号采集模块包括：
有线式弹性形变压力传感器，位于超前支护液压支架顶板的上表面，用于检测超前支护液压支架顶板所受巷道顶部矸石挤压时各个位置的受力；
无线磁吸附式位移传感器，位于超前支护液压支架顶板的下表面、且位于所述有线式弹性形变压力传感器的正下方，用于检测超前支护液压支架顶板各个位置处的位移变化量；
所述有线式弹性形变压力传感器和无线磁吸附式位移传感器通过数据传输线连接。
进一步的，所述信号执行模块包括安装在超前支护液压支架中的各个支撑立柱液压缸、各个电磁控制阀和开关。
可选的，所述超前支护液压支架呈左右两列顺次连接排列在巷道内，每台超前支护液压支架有前后两个支撑立柱液压缸，每两台超前支护液压支架左右并列放置组成一组，两者之间通过连接液压缸连接。
进一步的，所述信号传输模块包括无线信号中转器。所述信号分析处理模块包括高速分析计算机。
本发明还提供一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统的使用方法，包括以下步骤：
S10：信号采集模块的有线式弹性形变压力传感器和无线磁吸附式位移传感器测得的压力和位移信号通过无线信号的方式传输到信号传输模块的无线信号中转器中；
S20：压力和位移信号经无线信号中转器接收后再发送给信号处理分析模块的高速分析计算机；
S30：高速分析计算机分析后，立刻做出反应，下达应对指令经传输给信号传输模块的无线信号中转器后，传递给信号执行模块的超前支护液压支架液压系统中的液压执行元件；各个液压执行元件接收到指令迅速做出应对反映，调整对综采工作面回采巷道的局部支撑强度。
在步骤S30中，高速分析计算机接收到有线式弹性形变压力传感器的压力信号和无线磁吸附式位移传感器的位移信号后对其进行分析，当高速分析计算机分析发现所述无线磁吸附式位移传感器检测无线磁吸附式位移传感器所在位置的位移量大于正常范围时，立刻发出指令增加支撑立柱液压缸的支撑力，使支撑立柱液压缸伸出，使无线磁吸附式位移传感器所在位置上升回到正常位移范围内。
在支撑立柱液压缸上升的过程中，有线式弹性形变压力传感器检测到的压力信号将传输到高速分析计算机上，高速分析计算机计算出超前支护液压支架顶板上有线式弹性形变压力传感器位置所受到的压力；
当高速分析计算机分析发现有线式弹性形变压力传感器所在位置承受到的压力达到了超前支护液压支架所能承受的极限，但无线磁吸附式位移传感器所在位置仍然没有回到正常范围内时，高速分析计算机会立刻发出指令到支撑立柱液压缸停止其继续伸出，并立刻发出警报告知检测人员该超前支护液压支架的有线式弹性形变压力传感器所在位置承受压力已达到超前支护液压支架的上限；
同时无线磁吸附式位移传感器所在位置的位移量仍超出正常范围，考虑可能是该位置岩层出现断裂或冒落问题，相关检测人员应及时做出补救措施。
由上，本发明的超前液压支架群组支护强度自动调节系统及其使用方法可以实时监测超前支护液压支架顶板各个位置的受力情况，根据不同的工作环境和条件，对每一台超前支护液压支架的每一个液压缸实施精准及时的控制，力求避免超前液压支架群组支护范围内的顶板在支护过程中不会由于局部受力不均匀导致过渡支护或欠支护的现象发生。本发明能增强超前支护液压支架组的工作平稳性和使用寿命，使综采工作过程更加的稳定可靠，降低事故发生率，提升生产规范安全，同时又充分体现了智能化检测和自动化控制的优势。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本发明提供的一组超前支护液压支架的结构示意图；
图2是本发明提供的超前支护液压支架中传感器位置的分布图，其中(a)为超前支护液压支架处于一种状态；(b)为超前支护液压支架处于另一种状态；
图3是本发明的超前液压支架群组支护强度自动调节系统的整体结构图。
其中：1-超前支护液压支架顶板；2-支撑立柱液压缸；3-连接液压缸；4-无线磁吸附式位移传感器；5-有线式弹性形变压力传感器；6-数据传输线；7-伸缩液压缸；8-无线信号中转器；9-高速分析计算机。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。在所参照的附图中，不同的图中相同或相似的部件使用相同的附图标号来表示。
如图1～3所示，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明：
为解决煤矿井下现有超前支护难的问题，本发明提供一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统及其使用方法，其系统整体可分为：信号采集模块、信号传输模块、信号分析处理模块和信号执行模块，该系统具体包括：超前支护液压支架顶板1、支撑立柱液压缸2、连接液压缸3、无线磁吸附式位移传感器4、有线式弹性形变压力传感器5、数据传输线6、无线信号中转器8、高速分析计算机9。
信号采集模块包括无线磁吸附式位移传感器4、有线式弹性形变压力传感器5，以及连接两个传感器的数据传输线6。信号传输模块包括无线信号中转器8，信号分析处理模块包括高速分析计算机9。信号执行模块包括超前支护液压支架液压系统中的液压执行元件，具体指液压系统中的各个电磁控制阀和开关，以及各个液压缸。
本发明中的超前支护液压支架在使用时是多台超前支护液压支架呈左右两列顺次连接排列在巷道内的，每台超前支护液压支架有前后两个支撑立柱液压缸2。每两台超前支护液压支架左右并列放置组成一组，两者之间通过三个连接液压缸3连接。因此在巷道中超前支护液压支架都是由两台超前支护液压支架左右连接好后形成一个组合整体，然后再由前一个组合整体与后一组合整体之间通过两个连接液压缸3连接。这样一整套超前支护液压支架组就安装好了。超前支护液压支架顶板1的下方还设有伸缩液压缸7。
首先对于单个超前支护液压支架来说，信号采集模块的两种传感器会将测得的压力和位移信号通过无线信号的方式传输到信号传输模块的无线信号中转器8中，经无线信号中转器8接收后再发送给信号处理分析模块的高速分析计算机9，高速分析计算机9快速分析后，立刻做出反应，下达应对指令经传输给信号传输模块的无线信号中转器8后，传递给信号执行模块的超前支护液压支架液压系统中的液压执行元件(如电磁控制阀和开关，以及各个液压缸)。然后各个执行元件接收到指令迅速做出应对反映，调整对综采工作面回采巷道的局部支撑强度。同时，将实时检测的压力和位移信号持续反馈给信号处理分析模块，以便其进一步发出调整指令。最终通过对每一台超前支护液压支架都进行同样过程的及时调整，使一整套超前支护液压支架组的顶板上表面整体保持在同一平面上，使顶部矸石不易发生剪切形变，进而杜绝顶板破碎、冒落等现象的发生，提高综采工作面回采巷道超前巷道的安全性，保证综采过程持续安全可靠的进行。同时也能合理分配每一台超前支护液压支架的每一个支撑立柱液压缸2的支撑强度，避免过度支撑或支撑强度不足的现象，更加合理的节省能源。
本发明的有线式弹性形变压力传感器5位于超前支护液压支架顶板1的上表面上开设的凹槽内，所述凹槽大小与有线式弹性形变压力传感器5的大小相适应，凹槽的深度不足有线式弹性形变压力传感器5的三分之一，凹槽作用是起到固定有线式弹性形变压力传感器5的作用，有线式弹性形变压力传感器5放入凹槽后，超过三分之二的体积位于超前支护液压支架顶板1所在平面以上。所述凹槽内还设有通线孔，其作用是使数据传输线6能通过通线孔连接有线式弹性形变压力传感器5和无线磁吸附式位移传感器4，避免数据传输线6裸露在超前支护液压支架顶板1外侧，能有效防止数据传输线6被损坏。每一台单独的超前支护液压支架上表面从前到后依次横向安装四个有线式弹性形变压力传感器5，其作用是通过其受挤压时竖直方向的弹性形变量来检测超前支护液压支架顶板1所受巷道顶部矸石挤压时各个位置所受的压力。然后再将检测到的压力值通过数据传输线6传给对应的无线磁吸附式位移传感器4。
数据传输线6连接有线式弹性形变压力传感器5和无线磁吸附式位移传感器4，其作用是将来自有线式弹性形变压力传感器5的监测数据传输到对应无线磁吸附式位移传感器4中，然后连同无线磁吸附式位移传感器4检测到的位移信号一并发送给出去。
本发明的无线磁吸附式位移传感器4位于超前支护液压支架顶板1的下表面且位于有线式弹性形变压力传感器5对应的位置处，同样每台单独的超前支护液压支架顶板1的下表面均设置四个无线磁吸附式位移传感器4，它们的位置分别位于四个有线式弹性形变压力传感器5的正下方，其与之一一对应，其作用是检测超前支护液压支架顶板1各个位置处的位移变化量，然后连同接收到的来自有线式弹性形变压力传感器5的压力信号以无线信号的方式发送到信号传输模块的无线信号中转器8中。
无线信号中转器8可以接受来自无线磁吸附式位移传感器4发出的带有压力信号和位移信号的无线信号，对其进行转载发送到信号分析处理模块的高速分析计算机9中。同时也可以接受来自高速分析计算机9中的处理指令，再将其传输到信号执行模块的各个液压缸和所对应的各类电磁控制阀和开关。
本发明的高速分析计算机9的作用是对接收到的压力和位移信号进行综合分析，在经过处理，得出各个液压缸应该如何运作以及各自需要的支撑量，然后发出相应的处理指令到无线信号中转器。
下面就本发明给出实际工作案例：
如图3所示，A1对应有线式弹性形变压力传感器5，B1对应无线磁吸附式位移传感器4，A1与B1相对应，且两者通过数据传输线6连接。C1对应距离A1和B1较近的支撑立柱液压缸2。高速分析计算机9接收到有线式弹性形变压力传感器5的压力信号和无线磁吸附式位移传感器4的位移信号后对其进行分析，当高速分析计算机9分析发现所述无线磁吸附式位移传感器4检测B1所在位置的位移量大于正常范围时(即超前支护液压支架顶板1上B1所在位置受力较大，B1所在位置发生下沉现象)，会立刻发出指令增加C1处的支撑立柱液压缸2的支撑力，使支撑立柱液压缸2伸出，最终使B1所在位置上升回到正常位移范围内。
与此同时高速分析计算机9会持续接收A1与B1处反馈回来的压力和位移信号进行分析计算以便于及时发出调整指令。在支撑立柱液压缸2上升的过程中，A1处检测到的压力信号将传输到高速分析计算机9上，高速分析计算机9会计算出超前支护液压支架顶板1上A1位置所受到的压力，当高速分析计算机9分析发现A1所在位置承受到的压力达到了超前支护液压支架所能承受的极限，但B1所在位置仍然没有回到正常范围内时，高速分析计算机9会立刻发出指令到支撑立柱液压缸2停止其继续伸出，并立刻发出警报告知相关检测人员该超前支护液压支架的A1所在位置承受压力已达到超前支护液压支架的上限，但同时B1所在位置的位移量仍超出正常范围(即B1所在空间位置仍低于其它无线磁吸附式位移传感器的空间位置)。考虑可能是该位置岩层出现断裂或冒落等问题。相关检测人员应及时做出补救措施。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统，其特征在于，包括：
信号采集模块，用于采集超前支护液压支架的压力和位移信号；
信号传输模块，与所述信号采集模块连接，用于将采集的压力和位移信号传给信号分析处理模块；
信号分析处理模块，与所述信号传输模块连接，用于对压力和位移信号进行分析并发出控制指令；
信号执行模块，与所述信号传输模块连接，用于执行所述控制指令，调整对综采工作面回采巷道的局部支撑强度。
2.如权利要求1所述的超前液压支架群组支护强度自动调节系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：
有线式弹性形变压力传感器(5)，位于超前支护液压支架顶板(1)的上表面，用于检测超前支护液压支架顶板(1)所受巷道顶部矸石挤压时各个位置的受力；
无线磁吸附式位移传感器(4)，位于超前支护液压支架顶板(1)的下表面、且位于所述有线式弹性形变压力传感器(5)的正下方，用于检测超前支护液压支架顶板(1)各个位置处的位移变化量；
所述有线式弹性形变压力传感器(5)和无线磁吸附式位移传感器(4)通过数据传输线(6)连接。
3.如权利要求1所述的超前液压支架群组支护强度自动调节系统，其特征在于，所述信号执行模块包括安装在超前支护液压支架中的各个支撑立柱液压缸(2)、各个电磁控制阀和开关。
4.如权利要求1所述的超前液压支架群组支护强度自动调节系统，其特征在于，所述超前支护液压支架呈左右两列顺次连接排列在巷道内，每台超前支护液压支架有前后两个支撑立柱液压缸(2)，每两台超前支护液压支架左右并列放置组成一组，两者之间通过连接液压缸(3)连接。
5.如权利要求1所述的超前液压支架群组支护强度自动调节系统，其特征在于，所述信号传输模块包括无线信号中转器(8)。
6.如权利要求1所述的超前液压支架群组支护强度自动调节系统，其特征在于，所述信号分析处理模块包括高速分析计算机(9)。
7.一种超前液压支架群组支护强度自动调节系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10：信号采集模块的有线式弹性形变压力传感器(5)和无线磁吸附式位移传感器(4)测得的压力和位移信号通过无线信号的方式传输到信号传输模块的无线信号中转器(8)中；
S20：压力和位移信号经无线信号中转器(8)接收后再发送给信号处理分析模块的高速分析计算机(9)；
S30：高速分析计算机(9)分析后，立刻做出反应，下达应对指令经传输给信号传输模块的无线信号中转器(8)后，传递给信号执行模块的超前支护液压支架液压系统中的液压执行元件；各个液压执行元件接收到指令迅速做出应对反映，调整对综采工作面回采巷道的局部支撑强度。
8.如权利要求7所述的超前液压支架群组支护强度自动调节系统的使用方法，其特征在于，在步骤S30中，高速分析计算机(9)接收到有线式弹性形变压力传感器(5)的压力信号和无线磁吸附式位移传感器(4)的位移信号后对其进行分析，当高速分析计算机(9)分析发现所述无线磁吸附式位移传感器(4)检测无线磁吸附式位移传感器(4)所在位置的位移量大于正常范围时，立刻发出指令增加支撑立柱液压缸(2)的支撑力，使支撑立柱液压缸(2)伸出，使无线磁吸附式位移传感器(4)所在位置上升回到正常位移范围内。
9.如权利要求8所述的超前液压支架群组支护强度自动调节系统的使用方法，其特征在于，在支撑立柱液压缸(2)上升的过程中，有线式弹性形变压力传感器(5)检测到的压力信号将传输到高速分析计算机(9)上，高速分析计算机(9)计算出超前支护液压支架顶板(1)上有线式弹性形变压力传感器(5)位置所受到的压力；
当高速分析计算机(9)分析发现有线式弹性形变压力传感器(5)所在位置承受到的压力达到了超前支护液压支架所能承受的极限，但无线磁吸附式位移传感器所在位置仍然没有回到正常范围内时，高速分析计算机(9)会立刻发出指令到支撑立柱液压缸(2)停止其继续伸出，并立刻发出警报告知检测人员该超前支护液压支架的有线式弹性形变压力传感器(5)所在位置承受压力已达到超前支护液压支架的上限；
同时无线磁吸附式位移传感器(4)所在位置的位移量仍超出正常范围，考虑可能是该位置岩层出现断裂或冒落问题，相关检测人员应及时做出补救措施。
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