王鵬星

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)正新煤焦有限責(zé)任公司和善煤礦，山西 沁源 046500）

引言

液壓支架可為井下綜采工作面內(nèi)工作人員、設(shè)備等提供相對(duì)安全的空間，但是由于液壓支架工作環(huán)境惡劣、負(fù)載大，因此對(duì)液壓支架工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)可在一定程度上提升液壓支架的運(yùn)行可靠性[1-2]。液壓支架故障往往是多因素綜合作用的結(jié)果，因此在對(duì)液壓支架狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)應(yīng)使用傳感器對(duì)多個(gè)參數(shù)同時(shí)進(jìn)行監(jiān)控[3-4]。多傳感器信息融合技術(shù)可將各類傳感器監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行融合分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架狀態(tài)的全方位監(jiān)測(cè)，提高監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠性[5]。

1 工程概況

山西某礦3605綜采工作面位于6采區(qū)南側(cè)，采面南側(cè)、北側(cè)分別為實(shí)體煤以及采空區(qū)，東側(cè)、西側(cè)分別為采區(qū)集中運(yùn)輸巷、采區(qū)邊界煤柱。工作面回采的3號(hào)煤層埋深平均為3.8 m，采用綜采方式開(kāi)采，采面設(shè)計(jì)走向回采距離為1 205 m、斜長(zhǎng)220 m。3號(hào)煤層頂板、底板均是較為堅(jiān)硬的灰?guī)r、砂巖，采面回采期間頂板來(lái)壓較大。

工作面采用的MG-300/700-WD采煤機(jī)割煤、SGZ-764/800刮板機(jī)運(yùn)煤、液壓支架型號(hào)為ZY10000/26/55，設(shè)計(jì)推進(jìn)速度為6.4 m/d。由于采面回采期間頂板來(lái)壓較為明顯，為此將多傳感器信息融合技術(shù)應(yīng)用到工作面液壓支架工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)中。

2 液壓支架監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件及軟件結(jié)構(gòu)

2.1 硬件結(jié)構(gòu)

多傳感器信息融合技術(shù)具有可靠性強(qiáng)、穩(wěn)定性高以及信息處理結(jié)果精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn)，將該技術(shù)應(yīng)用到液壓支架工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)中可顯著提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。具體系統(tǒng)功能模塊包括有多傳感器組合模塊、多傳感器信息管理模塊（包括有信息采集、處理、監(jiān)測(cè)、分析等功能模塊）等[6-7]。文中具體采用決策級(jí)信息融合結(jié)構(gòu)對(duì)液壓支架多傳感器監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行分析。

在液壓支架上布置有傾角、壓力、位置等各類傳感器對(duì)支架工作參數(shù)、狀態(tài)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，從而確保液壓支架可靠運(yùn)行。各類傳感器監(jiān)測(cè)獲取到的信息通過(guò)數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備等發(fā)送至數(shù)據(jù)傳輸接口，并通過(guò)主機(jī)監(jiān)測(cè)設(shè)備內(nèi)置的專業(yè)處理軟件進(jìn)行多傳感器信息融合分析，如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

在液壓支架上布置的傾角傳感器類型為固定擺動(dòng)式，可滿足采面液壓支架傾角監(jiān)測(cè)需要。具體采面液壓支架上隨機(jī)布置的傳感器數(shù)量、類型等應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整。在傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸方面，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)，采用無(wú)線傳輸方式。

2.2 監(jiān)測(cè)軟件結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置的監(jiān)測(cè)軟件結(jié)構(gòu)包括有中央處理器、異步傳輸接口、串行外設(shè)接口、電源模塊等構(gòu)成。中央處理器用以對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)獲取到的信息進(jìn)行處理，并對(duì)關(guān)鍵信息參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化；電源模塊為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供電力，確保系統(tǒng)可平穩(wěn)運(yùn)行；其他預(yù)留的監(jiān)測(cè)模塊主要用以確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與外界間的協(xié)調(diào)、通信以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)核心為傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取、傳輸以及數(shù)據(jù)分析。在3605綜采工作面液壓支架上布置的傳感器類型有壓力、位移、傾角等三類，通過(guò)分析上述三類傳感器信息即可對(duì)液壓支架工作狀態(tài)進(jìn)行判定。在監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)層融合單元主要作用時(shí)將采集獲取到的信息與數(shù)據(jù)庫(kù)中已知的標(biāo)準(zhǔn)信息進(jìn)行比對(duì)，從而對(duì)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行判定，確定液壓支架工作狀態(tài)是否存在異常。傳感器監(jiān)測(cè)獲取到的壓力、最大行程等參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)層融合進(jìn)行處理，并與原始數(shù)據(jù)一并傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)以數(shù)據(jù)層融合處理結(jié)果為依據(jù)對(duì)液壓支架工作狀態(tài)進(jìn)行判定。具體數(shù)據(jù)融合層單元控制程序工程流程見(jiàn)圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)融合層單元控制程序工程流程

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)通過(guò)多個(gè)傳感器對(duì)液壓支架狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行預(yù)處理、信息特征提取、時(shí)域及頻域特征等進(jìn)行分析，后得到液壓支架工作狀態(tài)特征模型，并將液壓支架實(shí)際特征模型與數(shù)據(jù)庫(kù)中的模型特征進(jìn)行比對(duì)，從而掌握液壓支架工作狀態(tài)。為了考察監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，在3605綜采工作面20號(hào)、25號(hào)、30號(hào)、35號(hào)、40號(hào)以及45號(hào)液壓支架上布置壓力、位移、傾角等傳感器，并使用多傳感器信息融合技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。在現(xiàn)場(chǎng)使用人工方法對(duì)液壓支架壓力、位移以及傾角等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的液壓支架狀態(tài)信息監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3所示。

從圖3看出，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取得到的液壓支架位移值與現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)定的位移值具有較高的吻合度，數(shù)據(jù)偏差較小，表明基于多傳感器信息融合技術(shù)構(gòu)建的液壓支架工作狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果較為可靠，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可較好地反映液壓支架工作狀態(tài)。

圖3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的液壓支架狀態(tài)信息對(duì)比結(jié)果

4 結(jié)論

1）采用壓力、位移以及傾角等傳感器對(duì)液壓支架狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)多傳感器信息融合技術(shù)對(duì)狀態(tài)信息進(jìn)行綜合分析，可顯著提高監(jiān)測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度及可靠性。

2）在工作面現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值間偏差較小，可滿足對(duì)液壓支架工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需要。