CN111691909B - 液压支架背压监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种液压支架背压监测系统及方法，包括多个压力传感器、液压支架背压数据采集分析装置和液压支架背压监测上位机，多个所述压力传感器分别布设在液压支架上用于与围岩接触的上表面上，分别用于实时监测液压支架上的背压数据，所述液压支架背压数据采集分析装置采集压力传感器监测的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压监测上位机，所述液压支架背压监测上位机接收背压数据，并根据数学插值算法对背压数据进行分析处理，得到监测结果利用本申请能够实现液压支架与围岩接触的整个上表面的背压监测和数据图形界面展示，结果直观易懂，方便工作人员控制液压支架动作，更好地支护顶板。
Description
技术领域
本申请涉及液压支架技术领域，具体涉及一种液压支架背压监测系统及方法。
背景技术
现有井工煤矿采煤工作面采用液压支架进行作业空间的安全维护，液压支架通过对立柱充入高压液体，进而带动支架顶梁、掩护梁等动作，与围岩保持一定的接触压力，通过多个液压支架与围岩的有效接触，实现单个支架的正常拉移和刮板输送机的正常推移，从而保障实现正常的采煤工作面回采过程。
目前，现有液压支架受力监测主要是针对立柱油缸、平衡油缸等部件进行监测，仅能实现对立柱油缸、平衡油缸等的压力监测，而其反应的受力仅仅是油缸所在结构点上的被动受力情况，不能反应整个支架与围岩接触面上的受力，更不能掌握其受力分布情况，在支架受到偏载等危险状态外载时，不能够及时进行支架状态的调整，可能导致支架寿命降低甚至发生安全事故。因此，设计一种液压支架背压监测系统，实现液压支架背压压力与分布的监测是十分有益的。
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种液压支架背压监测系统及方法，以解决上述技术问题。
本申请提出一种液压支架背压监测系统，其包括：多个压力传感器、液压支架背压数据采集分析装置和液压支架背压监测上位机，多个所述压力传感器分别布设在液压支架上用于与围岩接触的上表面上，分别用于实时监测液压支架上的背压数据，所述液压支架背压数据采集分析装置采集压力传感器监测的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压监测上位机，所述液压支架背压监测上位机接收背压数据，并根据数学插值算法对背压数据进行分析处理，得到监测结果。
可选地，所述液压支架包括依次连接的顶梁、掩护梁和尾梁，顶梁、掩护梁和尾梁的上表面上均设置有与压力传感器一一对应的凹陷部，所述压力传感器安装在所述凹陷部内，且与上表面平齐。
可选地，所述液压支架顶梁、掩护梁、尾梁的上表面上均设置有多个压力传感器，多个压力传感器均匀布设在液压支架顶梁、掩护梁、尾梁的上表面上。
可选地，位于液压支架顶梁上的多个所述压力传感器串联，位于液压支架掩护梁上的多个所述压力传感器串联，位于液压支架尾梁上的多个所述压力传感器串联。
可选地，还包括：顶梁区域数据采集装置，所述顶梁区域数据采集装置采集位于液压支架顶梁上的多个所述压力传感器的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置。
可选地，还包括：掩护梁区域数据采集装置，所述掩护梁区域数据采集装置采集位于液压支架掩护梁上的多个所述压力传感器的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置。
可选地，还包括：尾梁区域数据采集装置，所述尾梁区域数据采集装置采集位于液压支架尾梁上的多个所述压力传感器的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置。
可选地，还包括：液压支架电液控系统上位机，液压支架背压监测上位机将监测结果发送至液压支架电液控系统上位机，所述液压支架电液控系统上位机根据监测结果对相应的液压支架给出动作指令，相应的液压支架完成动作指令规定的动作。
可选地，还包括液压支架电液控制器，液压支架背压数据采集分析装置与其所在液压支架的液压支架电液控制器连接，液压支架背压数据采集分析装置直接向液压支架电液控制器发送控制指令，液压支架电液控制器根据控制指令动作。
本申请还提供一种基于如上所述的液压支架背压监测系统的监测方法，其包括：在液压支架的上表面上安装压力传感器；压力传感器实时监测液压支架上的背压数据；液压支架背压数据采集分析装置采集压力传感器的背压数据，并将背压数据发送至液压支架背压监测上位机；液压支架背压监测上位机根据数学插值算法对背压数据进行分析处理，得到监测结果。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本申请提供的液压支架背压监测系统及方法，通过均匀布设在液压支架顶梁、掩护梁、尾梁(综放工作面液压支架)与围岩接触的表面的压力传感器进行数据采集并传输至上位机，根据数学插值算法进行数据处理，实现液压支架与围岩接触的整个上表面的背压监测和数据图形界面展示，结果直观易懂，方便工作人员控制液压支架动作，更好地支护顶板。
本申请提供的液压支架背压监测系统及方法，弥补了现有液压支架监测的不足，一方面有利于充分掌握煤矿采煤工作面液压支架受力，另一方面提高了煤矿采煤工作面的透明程度，有利于直观展示液压支架所承受的围岩作用力及其分布，为安全生产创造良好的条件。
附图说明
图1是本申请的综放工作面液压支架的结构示意图。
图2是本申请的综放工作面液压支架背压监测压力传感器的布置示意图。
图3是本申请的液压支架背压监测系统的结构示意图。
图4是本申请的液压支架背压监测系统与液压支架电液控制系统联合运行示意图。
附图标记为：1-顶梁，2-掩护梁，3-尾梁，4-压力传感器，5-顶梁区域数据采集装置，6-掩护梁区域数据采集装置，7-尾梁区域数据采集装置； 8-液压支架背压监测上位机，9-液压支架电液控系统上位机，10-液压支架电液控制器，11-液压支架背压数据采集分析装置。
具体实施方式
以下结合附图以及具体实施例，对本申请的技术方案进行详细描述。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
图1示出了本申请的综放工作面液压支架的结构示意图，图2示出了综放工作面液压支架背压监测压力传感器的布置示意图，图3示出了液压支架背压监测系统的结构示意图。如图1-3所示，本申请提供的液压支架背压监测系统，其包括：多个压力传感器4、液压支架背压数据采集分析装置11和液压支架背压监测上位机8。
多个所述压力传感器4分别布设在液压支架上用于与围岩接触的上表面上。压力传感器4分别用于实时监测液压支架上的背压数据。
所述液压支架背压数据采集分析装置11采集压力传感器4监测的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压监测上位机8。
所述液压支架背压监测上位机8接收背压数据，并根据数学插值算法对背压数据进行分析处理，得到监测结果。
液压支架背压监测系统工作时，在液压支架的上表面上安装压力传感器4；压力传感器4实时监测液压支架上的背压数据。
液压支架背压数据采集分析装置11采集压力传感器4的背压数据，并将背压数据发送至液压支架背压监测上位机。液压支架背压数据采集分析装置11可采用有线供电或者电池供电方式提供工作电源。
液压支架背压监测上位机8根据数学插值算法对背压数据进行分析处理，得到监测结果，并将监测结果以数据图像界面展示，方便工作人员查看。
对于单个液压支架，若发现50％以上区域的背压数据低于预定值，则对该液压支架发出预警，或直接对该液压支架发出1次升柱操作，若该次升柱操作后数据没有明显变化(可能空顶，即液压支架不能提供有效的支撑力，可能会影响推移刮板输送机等操作)，则提示远程监控中心的操作人员进行处理。
液压支架背压监测上位机8可以整体展示整个液压支架以及多个液压支架监测结果，工作人员会根据液压支架背压分布情况，分析判断顶板的垮落情况、液压支架对顶板的支撑状态、顶板垮落线与综采工作面液压支架排列形成的一条线的相对关系等，有利于综采工作面的整体信息化、透明化程度。
本申请提供的液压支架背压监测系统及方法，通过均匀布设在液压支架顶梁、掩护梁、尾梁(综放工作面液压支架)与围岩接触的表面的压力传感器进行数据采集并传输至上位机，根据数学插值算法进行数据处理，实现液压支架与围岩接触的整个上表面的背压监测和数据图形界面展示，结果直观易懂，方便工作人员控制液压支架动作，更好地支护顶板。
本申请提供的液压支架背压监测系统及方法，弥补了现有液压支架监测的不足，一方面有利于充分掌握煤矿采煤工作面液压支架受力，另一方面提高了煤矿采煤工作面的透明程度，有利于直观展示液压支架所承受的围岩作用力及其分布，为安全生产创造良好的条件。
在本实施例中，液压支架背压监测上位机8可采用克里金插值法对背压数据进行分析处理。
进一步地，所述液压支架包括依次连接的顶梁1、掩护梁2、尾梁3，顶梁1、掩护梁2、尾梁3的上表面上均设置有与压力传感器4一一对应的凹陷部，所述压力传感器安装在所述凹陷部内，且与上表面平齐。
通过将压力传感器4安设在凹陷部内，在保证获取背压数据的同时，还可保证液压支架支护工作的顺利进行。
优选地，所述液压支架的顶梁1、掩护梁2、尾梁3的上表面上均设置有多个压力传感器4，可增大对顶梁1、掩护梁2、尾梁3的监测范围，更好地监测背压。
在本实施例中，多个压力传感器4均匀布设在液压支架的顶梁1、掩护梁2、尾梁3的上表面上，以便更好地监测液压支架的背压。
进一步地，位于液压支架顶梁1上的多个所述压力传感器4串联，位于液压支架掩护梁2上的多个所述压力传感器4串联，位于液压支架尾梁 3上的多个所述压力传感器4串联，以方便多个压力传感器4的控制。
优选地，液压支架背压监测系统还包括：顶梁区域数据采集装置5，所述顶梁区域数据采集装置5采集位于液压支架顶梁1上的多个所述压力传感器4的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置11。
通过设置顶梁区域数据采集装置5，可对压力传感器4进行区域化管理，可更好地获取液压支架各部位的背压数据，更好地控制液压支架动作，更好地支护顶板。
同样地，液压支架背压监测系统还包括：掩护梁区域数据采集装置 6，所述掩护梁区域数据采集装置6采集位于液压支架掩护梁2上的多个所述压力传感器4的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置11，以便更好地获取液压支架各部位的背压数据，更好地控制液压支架动作，更好地支护顶板。
同样地，液压支架背压监测系统还包括：尾梁区域数据采集装置7，所述尾梁区域数据采集装置7采集位于液压支架尾梁3上的多个所述压力传感器4的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置11，以便更好地获取液压支架各部位的背压数据，更好地控制液压支架动作，更好地支护顶板。
进一步地，液压支架背压监测系统还包括：液压支架电液控系统上位机9。
液压支架背压监测上位机8与液压支架电液控系统上位机9连接，液压支架背压监测上位机9根据背压数据分析软件得出监测结果，与液压支架电液控上位机9进行数据交换。
液压支架电液控系统上位机9根据监测结果，对相应的液压支架给出动作指令，相应的液压支架完成动作指令规定的动作，以实现液压支架动作的智能化和自动化。
进一步地，液压支架背压监测系统还包括液压支架电液控制器10，液压支架背压数据采集分析装置11可直接向液压支架电液控制器10发送控制指令，液压支架电液控制器根据控制指令动作，以应对特定突出情况，保证液压支架能够及时动作。
基于如上所述的液压支架背压监测系统，本申请还提供一种液压支架背压监测方法，其包括：
(1)液压支架设计阶段，在综放工作面液压支架的顶梁1、掩护梁3、尾梁4与围岩接触的上表面留设安装压力传感器4的凹陷部；
(2)在液压支架顶梁1、掩护梁2、尾梁3对应的凹陷部内分别布设压力传感器用于液压支架背压数据测定；
(3)按液压支架顶梁1、掩护梁2、尾梁3分区将布设的压力传感器连接至各自的分区域数据采集装置，分区域数据采集装置连接至液压支架背压数据采集分析装置；
其中，一个液压支架对应一个液压支架背压数据采集分析装置11。
(4)将相邻的液压支架背压数据采集分析装置11连接，将背压数据传输至监控中心的液压支架背压监测上位机8；液压支架背压背压监测上位机8安装有液压支架背压数据分析软件，液压支架背压数据分析软件根据数学插值算法对采集到的液压支架背压数据进行分析处理，完成液压支架背压监测和数据图形界面展示；
(5)液压支架背压监测上位机8与液压支架电液控系统上位机9连接，液压支架背压监测上位机8根据背压数据分析软件得出的监测结果，与液压支架电液控系统上位机9进行数据交换，液压支架电液控系统上位机9 根据监测结果，对相应的液压支架给出动作指令，相应的液压支架完成动作指令规定的动作；
(6)液压支架背压数据采集分析装置11与所在液压支架的液压支架电液控制器10连接，根据内置的算法，在特定情况下直接给所在液压支架的电液控制器发出控制指令，所在液压支架完成动作指令规定的动作。
实施例1：
如图1、图2和图3所示，某工作面采用四柱低位放顶煤支架，在液压支架设计阶段顶梁1、掩护梁2、尾梁3设计均匀布置的凹陷部，制造完成液压支架后，在凹陷部安装压力传感器4，在液压支架上安设液压支架顶梁区域数据采集装置5、掩护梁区域数据采集装置6、尾梁区域数据采集装置7，上述三个区域数据采集装置连接至液压支架背压数据采集分析装置11，相邻液压支架背压数据采集分析装置互相连接，将数据传输至监控中心的液压支架背压监测上位机8，液压支架背压监测上位机8安装有液压支架背压数据分析软件，液压支架背压数据分析软件根据克里金插值算法对采集到的液压支架背压数据进行分析处理，完成液压支架背压监测和数据图形界面展示。
实施例2：
如图1、图2和图3所示，某工作面采用四柱综采液压支架，该型液压支架无尾梁3，在液压支架设计阶段顶梁1、掩护梁2设计均匀布置的凹陷部，液压支架制造完成后安装压力传感器4，液压支架安设液压支架顶梁区域数据采集装置5、掩护梁区域数据采集装置6，上述两个区域数据采集装置连接至液压支架背压数据采集分析装置11，相邻液压支架背压数据采集分析装置11互相连接，将数据传输至监控中心的液压支架背压监测上位机8，液压支架背压监测上位机8安装有液压支架背压数据分析软件，液压支架背压数据分析软件根据克里金插值算法对采集到的液压支架背压数据进行分析处理，完成液压支架背压监测和数据图形界面展示。
实施例3：
如图1、图2和图4所示，某工作面采用四柱低位放顶煤支架，该型支架装备有液压支架电液控制器10，在液压支架设计阶段顶梁1、掩护梁2、尾梁3设计均匀布置的凹陷部，制造完成后在凹陷部内安装压力传感器4，在液压支架上安设液压支架顶梁区域数据采集装置5、掩护梁区域数据采集装置6、尾梁区域数据采集装置7，上述三个区域数据采集装置连接至液压支架背压数据采集分析装置11，液压支架背压数据采集分析装置互相连接，将数据传输至监控中心的液压支架背压监测上位机8，液压支架背压监测上位机8安装有液压支架背压数据分析软件，液压支架背压数据分析软件根据克里金插值算法对采集到的液压支架背压数据进行分析处理，完成液压支架背压监测和数据图形界面展示。
液压支架背压监测上位机8与液压支架电液控系统上位机9连接，液压支架背压监测上位机8根据背压数据分析软件得出需要某位置的液压支架掩护梁2和尾梁3上方无压力，分析出该位置处的液压支架不需要进行放煤，液压支架背压监测上位机8与液压支架电液控上位机9进行数据交换，液压支架电液控上位机9根据监测结果，对该位置的液压支架给出不予放煤动作指令，相应的液压支架在执行放煤工艺流程动作时跳过，不执行放煤动作。
液压支架背压数据采集分析装置11与所在液压支架的液压支架电液控制器10连接，根据内置的算法，通过计算得到某位置的液压支架在放煤过后掩护梁2和尾梁3上方压力依然大于设置的阈值，在符合放煤工艺流程要求时，直接给所在液压支架的液压支架电液控制器10发出控制指令进行补充放煤动作，所在液压支架完成补充放煤动作。
以上，结合具体实施例对本申请的技术方案进行了详细介绍，所描述的具体实施例用于帮助理解本申请的思想。本领域技术人员在本申请具体实施例的基础上做出的推导和变型也属于本申请保护范围之内。
Claims (8)
1.一种液压支架背压监测系统，其特征在于，包括：多个压力传感器、液压支架背压数据采集分析装置和液压支架背压监测上位机，多个所述压力传感器分别布设在液压支架上用于与围岩接触的上表面上，分别用于实时监测液压支架上的背压数据，所述液压支架背压数据采集分析装置采集压力传感器监测的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压监测上位机，所述液压支架背压监测上位机接收背压数据，并根据数学插值算法对背压数据进行分析处理，得到监测结果；
一个所述液压支架对应一个所述液压支架背压数据采集分析装置；
所述液压支架背压监测系统还包括：
液压支架电液控系统上位机，液压支架背压监测上位机将监测结果发送至液压支架电液控系统上位机，所述液压支架电液控系统上位机根据监测结果对相应的液压支架给出动作指令，相应的液压支架完成动作指令规定的动作；
液压支架电液控制器，液压支架背压数据采集分析装置与其所在液压支架的液压支架电液控制器连接，液压支架背压数据采集分析装置直接向液压支架电液控制器发送控制指令，液压支架电液控制器根据控制指令动作。
2.如权利要求1所述的液压支架背压监测系统，其特征在于，所述液压支架包括依次连接的顶梁、掩护梁和尾梁，顶梁、掩护梁和尾梁的上表面上均设置有与压力传感器一一对应的凹陷部，所述压力传感器安装在所述凹陷部内，且与上表面平齐。
3.如权利要求2所述的液压支架背压监测系统，其特征在于，所述液压支架顶梁、掩护梁、尾梁的上表面上均设置有多个压力传感器，多个压力传感器均匀布设在液压支架顶梁、掩护梁、尾梁的上表面上。
4.如权利要求3所述的液压支架背压监测系统，其特征在于，位于液压支架顶梁上的多个所述压力传感器串联，位于液压支架掩护梁上的多个所述压力传感器串联，位于液压支架尾梁上的多个所述压力传感器串联。
5.如权利要求4所述的液压支架背压监测系统，其特征在于，还包括：顶梁区域数据采集装置，所述顶梁区域数据采集装置采集位于液压支架顶梁上的多个所述压力传感器的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置。
6.如权利要求5所述的液压支架背压监测系统，其特征在于，还包括：掩护梁区域数据采集装置，所述掩护梁区域数据采集装置采集位于液压支架掩护梁上的多个所述压力传感器的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置。
7.如权利要求6所述的液压支架背压监测系统，其特征在于，还包括：尾梁区域数据采集装置，所述尾梁区域数据采集装置采集位于液压支架尾梁上的多个所述压力传感器的背压数据，并将所述背压数据发送至液压支架背压数据采集分析装置。
8.一种基于权利要求1-7任一所述的液压支架背压监测系统的监测方法，其特征在于，包括：
在液压支架的上表面上安装压力传感器；
压力传感器实时监测液压支架上的背压数据；
一个所述液压支架对应一个液压支架背压数据采集分析装置，液压支架背压数据采集分析装置采集压力传感器的背压数据，并将背压数据发送至液压支架背压监测上位机；
液压支架背压监测上位机根据数学插值算法对背压数据进行分析处理，得到监测结果；
液压支架电液控系统上位机接收所述液压支架背压监测上位机传输的所述监测结果，根据所述监测结果对相应的液压支架给出动作指令，相应的液压支架完成动作指令规定的动作；或，
液压支架背压数据采集分析装置直接向其所在液压支架的液压支架电液控制器发送控制指令，液压支架电液控制器根据控制指令动作。
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