一种高效采煤工作面支架压力智能调控系统

本发明涉及煤矿设备，尤其涉及一种高效采煤工作面支架压力智能调控系统。

背景技术：

1、厚硬煤层具有埋藏浅、煤质坚硬等特征，在采用高综采工艺开采时普遍出现截割牵引速度低、采煤机机身振动强烈、截齿损耗严重等煤壁截割困难问题。

2、工作面开采过程中，煤壁和支架共同承担顶板压力。现有的研究与应用极大提高了坚硬煤层工作面开采效率，但是主要是通过爆破、水力压裂等人为外力弱化煤层，缺乏调整支架阻力改变厚硬煤层煤壁力学状态，实现硬煤弱化来提高坚硬煤层采煤效率。不同顶板状态作用于煤壁-支架上的载荷显著变化，周期来压前，顶板悬露长度最长，煤壁上顶板压力大、煤质疏松易截割，而工作面顶板控制困难，应调整液压支架阻力保证顶板控制安全；正常顶板状态，支架后方悬露顶板长度不断增大，支架顶梁后方顶板与端面顶板塑性破坏区范围不断增大，在有效控顶前提下，应调整支架阻力满足煤壁弱化要求；周期来压后，顶板悬露长度较小，工作面围岩较易控制，但是坚硬煤层上顶板压力较小，应调整液压支架阻力实现煤壁弱化。煤壁低效截割是支架阻力与顶板状态不匹配，致使矿山压力不能有效破煤的结果。煤壁和支架共同承担顶板压力，降低支架阻力有利于矿山压力向煤壁转移破煤，但有效控顶要求支架有一定支护强度。

3、为了进一步提高坚硬煤层工作面开采效率，因此，本发明提供一种高效采煤工作面支架压力智能调控系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出了一种高效采煤工作面支架压力智能调控系统，在不同顶板状态(周期来压前、正常回采、周期来压后)顶板安全控制的要求下，实现精准快速调整液压支架工作支撑力改变煤壁上的载荷用于压裂破煤，能有效解决厚硬煤壁弱化，并将信息直观地展示数据的分布、变化、趋势和关系、便于用户理解和分析，从而做出更加准确的决策和判断。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高效采煤工作面支架压力智能调控系统，包括：

3、信息获取模块：用于构建矿井液压支架数据库，并实时监测现场采煤装备工作数据；

4、分析评价模块：用于通过分析评价矿井采煤装备效率和顶板稳定状态，进行液压支架的实施动作决策；

5、动态调整模块：用于根据所述分析评价模块的输出结果，获得决策，基于所述决策进行动态自主智能调控。

6、优选地，所述信息获取模块包括远程监控单元和数据库构建单元，所述远程监控单元用于采集现场采煤装备工作数据，并将所述现场采煤装备工作数据传输到所述数据库构建单元；所述数据库构建单元用于根据历史同类工程获取的现场数据，导入来自外部设备或者网络的数据文件，形成基础数据库，并将所述基础数据库的数据与所述现场采煤装备工作数据进行大数据对比，对数据库中的数据进行补充及更新，构建所述矿井液压支架数据库。

7、优选地，导入所述来自外部设备或者网络的数据文件的数据接口包括usb接口、网络接口、蓝牙接口和无线传输接口；其中，在导入过程中还将生成数据导入日志、记录数据导入的时间、来源、数量以及导入过程中的异常情况，并将生成的数据保存在本地储存或者远程服务器中。

8、优选地，所述基础数据库包括顶板下沉量与采煤速度关系数据库、支架压力与采煤速度关系数据库、支架压力和顶板变形与顶板稳定状态关系数据库。

9、优选地，所述现场采煤装备工作数据包括支架压力、活柱下缩、采煤机前进速度、支架泄压率、刮板机电流和采煤机电流数据。

10、优选地，所述分析评价模块包括状态评价单元，所述状态评价单元用于对采煤效率和顶板稳定状态进行评价，其中，根据顶板的变形量数据、压力分布数据和应力状态评价所述顶板的稳定状态，根据采煤机前进速度、刮板机电流和采煤机电流评价采煤效率。

11、优选地，所述状态评价单元中还设置有判定标准，所述判定标准为：

12、若采煤效率正常，顶板稳定状态正常，则做出无控制动作的决策；

13、若采煤效率正常，顶板稳定状态不正常，则做出增大支撑力的决策；

14、若采煤效率不正常，顶板稳定状态正常，则做出减小支撑力的决策；

15、若采煤效率不正常，顶板稳定状态不正常，则做出增大支撑力的决策；

16、其中，所述采煤效率正常为采煤机前进速度、刮板机电流和采煤机电流均达到设计目标值，所述设计目标值根据同类工作面的平均历史数据确定；若所述采煤机前进速度、刮板机电流和采煤机电流均未达到所述设计目标值，则采煤效率不正常；所述顶板稳定状态正常为未出现顶板变形量、支架压力以及支架卸压次数超出预警值的情况，所述顶板稳定状态不正常为顶板变形量、支架压力以及支架卸压次数超出预警值的情况。

17、优选地，所述增大支撑力的决策为液压支架泵站开启，支架增压；所述减小支撑力的决策为液压支架泄压阀开启，支架降压，其中，在所述支架增压过程中，控制器根据实际需要逐步增加液压支架的支撑力；在所述支架降压的过程中，控制器根据顶板的状态变化逐渐减少液压支架的支撑力，确保支架能够稳定的支撑顶板。

18、优选地，所述系统还包括数据展示模块，所述数据展示模块用于将采煤监测数据通过图形、表格、文本形式进行展示。

19、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

20、本发明基于配置在液压支架的数据库以及液压支架上的传感器监测数据，形成基础数据库，确定调控原则，实时将数据库的数据与现场监测的数据进行大数据对比，补充并更新数据库信息，提升数据库数据准确度。通过对采煤效率和顶板稳定状态的评价，对两者实时具体情况做出精准判断，保证工作面液压支架使用正确的调压策略，实现支架阻力与顶板状态匹配，致使矿山压力能有效破煤，并且也要保证液压支架支护强度，不至于工作面顶板丧失稳定性；随后做出具体实施动作，进行液压支架增压或者泄压，保证液压支架姿态正常；对于顶板稳定性和采煤效率监测，当出现数据库对比异常时，及时调整其调压策略，符合工作面开采情况，实现稳定支撑和矿山压力有效破煤兼顾，最终达到高效采煤的目的。

技术特征：

1.一种高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，所述信息获取模块包括远程监控单元和数据库构建单元，所述远程监控单元用于采集现场采煤装备工作数据，并将所述现场采煤装备工作数据传输到所述数据库构建单元；所述数据库构建单元用于根据历史同类工程获取的现场数据，导入来自外部设备或者网络的数据文件，形成基础数据库，并将所述基础数据库的数据与所述现场采煤装备工作数据进行大数据对比，对数据库中的数据进行补充及更新，构建所述矿井液压支架数据库。

3.根据权利要求2所述的高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，导入所述来自外部设备或者网络的数据文件的数据接口包括usb接口、网络接口、蓝牙接口和无线传输接口；其中，在导入过程中还将生成数据导入日志、记录数据导入的时间、来源、数量以及导入过程中的异常情况，并将生成的数据保存在本地储存或者远程服务器中。

4.根据权利要求2所述的高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，所述基础数据库包括顶板下沉量与采煤速度关系数据库、支架压力与采煤速度关系数据库、支架压力和顶板变形与顶板稳定状态关系数据库。

5.根据权利要求2所述的高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，所述现场采煤装备工作数据包括支架压力、活柱下缩、采煤机前进速度、支架泄压率、刮板机电流和采煤机电流数据。

6.根据权利要求1所述的高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，所述分析评价模块包括状态评价单元，所述状态评价单元用于对采煤效率和顶板稳定状态进行评价，其中，根据顶板的变形量数据、压力分布数据和应力状态评价所述顶板的稳定状态，根据采煤机前进速度、刮板机电流和采煤机电流评价采煤效率。

7.根据权利要求6所述的高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，所述状态评价单元中还设置有判定标准，所述判定标准为：

8.根据权利要求7所述的高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，所述增大支撑力的决策为液压支架泵站开启，支架增压；所述减小支撑力的决策为液压支架泄压阀开启，支架降压，其中，在所述支架增压过程中，控制器根据实际需要逐步增加液压支架的支撑力；在所述支架降压的过程中，控制器根据顶板的状态变化逐渐减少液压支架的支撑力，确保支架能够稳定的支撑顶板。

9.根据权利要求1所述的高效采煤工作面支架压力智能调控系统，其特征在于，所述系统还包括数据展示模块，所述数据展示模块用于将采煤监测数据通过图形、表格、文本形式进行展示。

技术总结本发明涉及煤矿设备技术领域，尤其涉及一种高效采煤工作面支架压力智能调控系统，包括：信息获取模块：用于构建矿井液压支架数据库，并实时监测现场采煤装备工作数据；分析评价模块：用于通过分析评价矿井采煤装备效率和顶板稳定状态，进行液压支架的实施动作决策；动态调整模块：用于根据分析评价模块的输出结果，获得决策，基于决策进行动态自主智能调控；数据展示模块：用于将采煤监测数据通过图形、表格、文本形式进行展示。本发明通过对采煤效率和顶板稳定状态进行评价，对两者实时具体情况做出精准判断，保证工作面液压支架使用正确的调压策略，实现支架阻力与顶板状态匹配，致使矿山压力能有效破煤。技术研发人员：王亚军,郭奋超,杨军,付强,唐家瑞,甄恩泽,周鹏受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/12