CN114215564B - 一种煤矿支护设备智能预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矿支护设备智能预警方法，通过使用监测模块、储存模块和预警系统进行预警，监测模块包括压力监测模块和定位模块，压力监测模块对工作面液压支架工作阻力进行实时监测，定位模块对工作面液压支架的位置进行监测，储存模块接收监测模块发送的信息并将信息发送到预警系统和远端服务器，预警系统接收储存模块发送的信息并进行处理分析，根据矿井开采实践统计数据确定单个工作面液压支架压力预警阈值和构成一组相邻工作面液压支架的总压力预警阈值，通过判断实际压力值是否大于预警阈值，进行预警提醒。通过应用该方法智能预警，可有效延长工作面液压支架的使用寿命，可及时发现问题，保证设备正常运行，保证生产安全。

Description

一种煤矿支护设备智能预警方法
技术领域
本发明涉及煤矿安全开采技术领域，特别是一种煤矿支护设备智能预警方法。
背景技术
在综采工作面配套设备中，液压支架作为支护顶板的重要设备，使用数量最大，对顶板支护安全及生产影响因素最多，怎样有效提高液压支架使用中的可靠性，使其在尚未影响生产及安全时提前预警，及时处理，达到安全生产的目的尤为关键。
目前我国对液压支架的支护性能主要采用压力表监测，需要人工查验，工作量大，实时准确性较差；个别智能化工作面实施在线压力监测，也未达到智能分析判断、预警效果，因此，研究液压支架智能预警系统非常有必要，一是提供有效数据利于设备可靠性、性价比分析；二是通过设备预警及时发现处理问题，保证设备正常运行；三是对顶板周期来压进行预警，保证生产安全。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种煤矿支护设备智能预警方法。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种煤矿支护设备智能预警方法，通过使用监测模块、储存模块和预警系统进行预警，监测模块包括压力监测模块和定位模块；其中，
压力监测模块，对工作面液压支架工作阻力进行实时监测，并将监测到的工作面液压支架工作阻力及对应时间信息通过无线方式发送至储存模块；
定位模块，对工作面液压支架的位置进行监测，并将监测到的工作面液压支架位置信息通过无线方式发送至储存模块；
储存模块，接收监测模块发送的工作面液压支架工作阻力信息、对应时间信息和位置信息，并将信息发送到预警系统和远端服务器；
预警系统，接收储存模块发送的工作面液压支架工作阻力信息、对应时间信息和位置信息，对接收到的数据进行处理分析，统计工作面液压支架的总数为n，对各工作面液压支架进行编号为X1，X（2）...X（n），根据矿井开采实践统计数据确定单个工作面液压支架压力预警阈值为A（1）、一组相邻工作面液压支架总压力预警阈值为A（n），即构成一组相邻工作面液压支架的数量为｛2，3...i｝时，对应的工作面液压支架总压力预警阈值为｛A（2），A（3）...A（i）｝，其中，i为构成一组相邻工作面液压支架的数量，2≤i<n，则n个工作面液压支架中构成一组相邻液压支架所需的液压支架数量为｛2，3，...i｝时，构成成组的相邻液压支架的总组合数量为Z，则Z=（n-i/2）*（i-1）;获取任一单个工作面液压支架工作阻力a（n），计算构成一组相邻液压支架所需的液压支架数量为｛2，3...i｝时，相应各组工作面液压支架实际总压力值为｛a（2），a（3）...a（i）｝；判断是否存在n个工作面液压支架中任一单个工作面液压支架工作阻力a（n）大于A（1）和/或Z种组合中的｛a（2），a（3）...a（i）｝大于与其相对应的｛A（2），A（3）...A（i）｝的现象，若存在上述现象，则发出预警提醒。
进一步地，所述预警提醒包括一级预警提醒、二级预警提醒和三级预警提醒；预警系统实时获取工作面液压支架工作阻力信息及工作阻力对应的时间信息，若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i）时，发出一级预警提醒；若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i）时，且持续时间大于t1时，则将发出的一级预警提醒改为二级预警提醒；若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i），且持续时间大于t2时，则将发出的二级预警提醒改为三级预警提醒；其中t2大于t1。
进一步地，所述预警系统发出预警提醒时，根据设定的各工作面液压支架的编号及获取的各工作面液压支架的位置信息，附带发出实际压力超过预警阈值的单个或多个液压支架的位置提醒。
进一步地，所述压力监测模块为矿用本安型无线压力传感器，矿用本安型无线压力传感器安装在各工作面液压支架上，储存模块为矿用隔爆兼本安型矿用隔爆兼本安型无线储存器，矿用本安型无线压力传感器和定位模块通过无线信号与矿用隔爆兼本安型无线储存器通讯连接。
进一步地，所述A（1）>A（2）/2>A（3）/3>A（i）/i。
本发明的有益效果：
1、通过应用该方法智能预警，可有效延长工作面液压支架的使用寿命，减少设备修理费用；
2、通过设备预警及时发现处理问题，保证设备正常运行；对顶板周期来压进行预警，保证生产安全，避免人员伤亡和设备损坏事故的发生；通过预警系统监测液压支架的压力变化，能够实现实时监测，相比使用压力表节省人工抄录，且更加准确、及时。
附图说明
图1是监测模块、储存模块和预警系统的结构框图。
实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1所示：一种煤矿支护设备智能预警方法，通过使用监测模块、储存模块和预警系统进行预警，监测模块包括压力监测模块和定位模块；其中，
压力监测模块为矿用本安型无线压力传感器，矿用本安型无线压力传感器安装在各工作面液压支架上，可对工作面液压支架工作阻力进行实时监测，并将监测到的工作面液压支架工作阻力及对应时间信息通过无线方式发送至储存模块；具体采用LORA无线方式发送至储存模块；
定位模块，对工作面液压支架的位置进行监测，并将监测到的工作面液压支架位置信息通过无线方式发送至储存模块；定位模块可以为GPS模块、UWB定位模块或RFID定位模块；
储存模块，接收监测模块发送的工作面液压支架工作阻力信息、对应时间信息和位置信息，并将信息发送到预警系统和远端服务器；储存模块为矿用隔爆兼本安型矿用隔爆兼本安型无线储存器，矿用本安型无线压力传感器和定位模块通过无线信号与矿用隔爆兼本安型无线储存器通讯连接；储存模块通过井下交换机传输到远端服务器；
预警系统，接收储存模块发送的工作面液压支架工作阻力信息、对应时间信息和位置信息，对接收到的数据进行处理分析，统计工作面液压支架的总数为n，液压支架的总数n一般为150~200，对各工作面液压支架进行编号为X1，X（2）...X（n），通过对各工作面液压支架进行编号，可将各工作面液压支架位置信息对其编号对应，便于对工作面液压支架相邻、排列情况进行统计；根据矿井开采实践统计数据确定单个工作面液压支架压力预警阈值为A（1）、一组相邻工作面液压支架总压力预警阈值为A（n），即构成一组相邻工作面液压支架的数量为｛2，3...i｝时，对应的工作面液压支架总压力预警阈值为｛A（2），A（3）...A（i）｝，其中，i为构成一组相邻工作面液压支架的数量，2≤i<n，则n个工作面液压支架中构成一组相邻液压支架所需的液压支架数量为｛2，3，...i｝时，构成成组的相邻液压支架的总组合数量为Z，则Z=（n-i/2）*（i-1）;获取任一单个工作面液压支架工作阻力a（n），计算构成一组相邻液压支架所需的液压支架数量为｛2，3...i｝时，相应各组工作面液压支架实际总压力值为｛a（2），a（3）...a（i）｝；判断是否存在n个工作面液压支架中任一单个工作面液压支架工作阻力a（n）大于A（1）和/或Z种组合中的｛a（2），a（3）...a（i）｝大于与其相对应的｛A（2），A（3）...A（i）｝的现象，若存在上述现象，则发出预警提醒，实现即时预警。
在一具体实施例中，工作面液压支架的总数为200，对各工作面液压支架进行编号为X1，X2...X（200），设定构成一组相邻工作面液压支架所需的液压支架数量最大值为i，则200个工作面液压支架中构成一组相邻液压支架所需的液压支架数量为｛2，3，4...i｝时，对应的组合数量为｛199，198，197...（n-i+1）｝，构成成组的相邻液压支架的总组合数量为Z，Z=（200-i/2）*（i-1）；设定i=5，则存在构成一组相邻工作面液压支架数量为2、3、4、5的情况，即存在2个为一组构成相邻工作面液压支架、3个为一组构成相邻工作面液压支、4个为一组构成相邻工作面液压支架和5个为一组构成相邻工作面液压支架的情况，对应的组合数量为｛199，198，197，196｝，求得Z=790；
根据矿井开采实践统计数据确定单个工作面液压支架压力预警阈值为A（1）、2个为一组构成相邻工作面液压支架的工作面液压支架总压力预警阈值为A（2），3个为一组构成相邻工作面液压支架的工作面液压支架总压力预警阈值为A（3），4个为一组构成相邻工作面液压支架的工作面液压支架总压力预警阈值为A（4），5个为一组构成相邻工作面液压支架的工作面液压支架总压力预警阈值为A（5）；获取各个工作面液压支架工作阻力a（n），计算2个为一组构成相邻工作面液压支架的199种组合中各个组合的实际总压力值a（2），计算3个为一组构成相邻工作面液压支架的198种组合中各个组合的实际总压力值a（3），计算4个为一组构成相邻工作面液压支架的197种组合中各个组合的实际总压力值a（4），计算5个为一组构成相邻工作面液压支架的196种组合中各个组合的实际总压力值a（5），
；判断是否存在a（n）大于A（1）和/或｛a（2），a（3），a（4），a（5）｝大于与其相对应的｛A（2），A（3）、A（4）、A（5）｝的现象，若a（n）>A（1）、a（2）>A（2）、a（3）>A（3）、a（4）>A（4）或者a（5）>A（5）的现象，则发出预警提醒。
为便于提醒相关人员危险的严重性，采取所述预警提醒分为一级预警提醒、二级预警提醒和三级预警提醒的方式；预警系统实时获取工作面液压支架工作阻力信息及工作阻力对应的时间信息，若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i）时，发出一级预警提醒；若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i）时，且持续时间大于t1时，则将发出的一级预警提醒改为二级预警提醒；若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i），且持续时间大于t2时，则将发出的二级预警提醒改为三级预警提醒；其中t2大于t1。根据矿井开采实践统计数据可在预警系统中设定t2和t1数值，例如t1为5秒，t2为10秒。
为便于相关人员获取阻力超阈值的单个液压支架或连续设置的液压支架成组的位置信息，在所述预警系统发出预警提醒时，预警系统还根据设定的各工作面液压支架的编号及获取的各工作面液压支架的位置信息，附带发出实际压力超过预警阈值的单个或多个液压支架的位置提醒，以便于井下人员有序撤离，便于统计记录压力过大位置。
所述压力监测模块为矿用本安型无线压力传感器，型号可选用GPD60W，矿用本安型无线压力传感器安装在各工作面液压支架上，储存模块为矿用隔爆兼本安型矿用隔爆兼本安型无线储存器，矿用本安型无线压力传感器和定位模块通过无线信号与矿用隔爆兼本安型无线储存器通讯连接。
所述A（1）>A（2）/2>A（3）/3>A（i）/i。这样，可实现不同大小区域总压力阈值的精确监测，在预警系统中预设总压力预警阈值时，若设置A（1）为3000KN，则可设置A（2）=5900KN，A（3）=8700KN，A（4）=11400KN，A（5）=14000KN；这样若单个液压支架实际阻力a（n）未达到其阈值A（1），但其仍可能存在接近阈值A（1）的情况，若与其相邻的液压支架实际阻力也接近其阈值，则说明此区域的压力值大，危险性高，有塌方的风险；例如，若相邻两个液压支架实际阻力为2900KN和2950KN，单个液压支架实际阻力未达到其阈值3000KN，但两者总压力值为5850KN，说明此区域的具有较高危险性，通过设置A（2）/2＜A（1），可监测出任一小区域的风险，可便于进行预警；若相邻五个液压支架实际阻力为2855KN、2840KN、2845KN、2850KN、2845KN，通过设置A（5）/5＜A（4）/4＜A（1），可监测出该较大区域压力值偏大，具有较高危险性；通过准确监测某一较大区域和某一较小区域的总压力阈值，进行预警。
通过预警系统计算获得每一次移架产生的工作阻力值，并根据所记录的时间绘制出S-t曲线，当S变化幅度超过预设幅度时，由预警系统记录综采工作面开采距离和时间，并对相邻两次记录数据进行分析计算，获得综采工作面周期来压步距，可实现长时预警，从而便于指导工作面液压支架选型及矿压灾害防控。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种煤矿支护设备智能预警方法，其特征在于，通过使用监测模块、储存模块和预警系统进行预警，监测模块包括压力监测模块和定位模块；其中，
压力监测模块，对工作面液压支架工作阻力进行实时监测，并将监测到的工作面液压支架工作阻力及对应时间信息通过无线方式发送至储存模块；
定位模块，对工作面液压支架的位置进行监测，并将监测到的工作面液压支架位置信息通过无线方式发送至储存模块；
储存模块，接收监测模块发送的工作面液压支架工作阻力信息、对应时间信息和位置信息，并将信息发送到预警系统和远端服务器；
预警系统，接收储存模块发送的工作面液压支架工作阻力信息、对应时间信息和位置信息，对接收到的数据进行处理分析，统计工作面液压支架的总数为n，对各工作面液压支架进行编号为X1，X（2）...X（n），根据矿井开采实践统计数据确定单个工作面液压支架压力预警阈值为A（1）、一组相邻工作面液压支架总压力预警阈值为A（n），即构成一组相邻工作面液压支架的数量为｛2，3...i｝时，对应的工作面液压支架总压力预警阈值为｛A（2），A（3）...A（i）｝，其中，i为构成一组相邻工作面液压支架的数量，2≤i<n，则n个工作面液压支架中构成一组相邻液压支架所需的液压支架数量为｛2，3，...i｝时，构成成组的相邻液压支架的总组合数量为Z，则Z=（n-i/2）*（i-1）;获取任一单个工作面液压支架工作阻力a（n），计算构成一组相邻液压支架所需的液压支架数量为｛2，3...i｝时，相应各组工作面液压支架实际总压力值为｛a（2），a（3）...a（i）｝；判断是否存在n个工作面液压支架中任一单个工作面液压支架工作阻力a（n）大于A（1）和/或Z种组合中的｛a（2），a（3）...a（i）｝大于与其相对应的｛A（2），A（3）...A（i）｝的现象，若存在上述现象，则发出预警提醒。
2.根据权利要求1所述的煤矿支护设备智能预警方法，其特征在于，所述预警提醒包括一级预警提醒、二级预警提醒和三级预警提醒；预警系统实时获取工作面液压支架工作阻力信息及工作阻力对应的时间信息，若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i）时，发出一级预警提醒；若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i）时，且持续时间大于t1时，则将发出的一级预警提醒改为二级预警提醒；若a（n）大于A（1）和/或a（i）大于A（i），且持续时间大于t2时，则将发出的二级预警提醒改为三级预警提醒；其中，t2>t1。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿支护设备智能预警方法，其特征在于，所述预警系统发出预警提醒时，根据设定的各工作面液压支架的编号及获取的各工作面液压支架的位置信息，附带发出实际压力超过预警阈值的单个或多个液压支架的位置提醒。
4.根据权利要求3所述的煤矿支护设备智能预警方法，其特征在于，所述压力监测模块为矿用本安型无线压力传感器，矿用本安型无线压力传感器安装在各工作面液压支架上，储存模块为矿用隔爆兼本安型矿用隔爆兼本安型无线储存器，矿用本安型无线压力传感器和定位模块通过无线信号与矿用隔爆兼本安型无线储存器通讯连接。
5.根据权利要求4所述的煤矿支护设备智能预警方法，其特征在于，所述A（1）>A（2）/2>A（3）/3>A（i）/i。
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