液壓支架是工作面開采最重要的設(shè)備之一，其狀態(tài)感知及分析對于保障工作面安全、提高開采效率和智能化水平有重要意義。本文以液壓支架壓力和位姿作為研究對象，通過分析綜采工作面液壓支架狀態(tài)感知體系，梳理總結(jié)液壓支架壓力和位姿感知及二者融合分析技術(shù)的研究現(xiàn)狀，展望了液壓支架狀態(tài)感知與分析技術(shù)的發(fā)展趨勢。

液壓支架狀態(tài)感知需求主要包括液壓支架姿態(tài)感知、載荷感知、動作過程感知等。通過傾角傳感器、攝像頭、高度傳感器等采集液壓支架整體位姿及各部件之間的空間信息、液壓支架位置變動信息，進而探索壓力和位姿在時間和空間上的耦合關(guān)系。液壓支架壓力感知：① 獲取液壓支架自身的受力，從而判斷其工作狀態(tài)；② 反映上覆巖層應力變化，保障工作面安全生產(chǎn)。液壓支架位姿感知：① 描述單個液壓支架的空間姿態(tài)；② 描述液壓支架群的空間分布趨勢，反映工作面頂?shù)装迤鸱妥呦颍虎?nbsp;輔助分析工作面礦壓和液壓支架受力狀態(tài)。

工作面液壓支架狀態(tài)感知與分析方法

工作面液壓支架狀態(tài)感知與分析方法

目前，液壓支架可采集的壓力數(shù)據(jù)主要來自立柱壓力傳感器、平衡千斤頂壓力傳感器及銷軸部位的壓力傳感器，數(shù)據(jù)采用有線或無線方式傳輸。基于大數(shù)據(jù)的礦壓分析目前尚未應用于生產(chǎn)實際，無法對生產(chǎn)決策做出輔助。工作面礦壓與巷道壓力數(shù)據(jù)未實現(xiàn)同步測量，未實現(xiàn)整個采場的全面數(shù)據(jù)分析。另外，對于超前液壓支架的關(guān)注度還不夠。利用長短時記憶（LSTM）網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)液壓支架壓力預測，利用遷移學習方法可提升測試模型的泛化能力。

液壓支架位姿感知與分析

液壓支架位姿數(shù)據(jù)主要通過傾角傳感器或氣壓計、液壓計等獲取，多采用有線方式傳輸。現(xiàn)有的液壓支架位姿測量方法主要分為接觸式傳感器測量和視覺傳感器測量。國內(nèi)外學者主要關(guān)注液壓支架位姿對支架各部件之間受力的影響及工作面整體工況的研究，針對各類傾角傳感器的數(shù)據(jù)處理展開研究，未分析各類數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)聯(lián)系和規(guī)律。

工作面液壓支架壓力?位姿數(shù)據(jù)融合分析

目前，液壓支架壓力和位姿數(shù)據(jù)融合分析研究主要圍繞超大采高圍巖與液壓支架關(guān)系、頂板結(jié)構(gòu)對液壓支架阻力的影響、頂板斷裂結(jié)構(gòu)模型對液壓支架設(shè)計的作用、中等埋深厚煤層礦壓與液壓支架工作阻力關(guān)系等方面展開。

展望

大數(shù)據(jù)技術(shù)應用。利用云平臺提供的海量算力提高礦壓分析中數(shù)值模擬計算的速度和頻率；通過采集的工作面真實數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值模擬和相似材料模型試驗的優(yōu)點，利用深度學習等方法對數(shù)據(jù)進行處理和預測。

多維數(shù)據(jù)融合感知與分析。目前尚未開展工作面超前區(qū)域壓力變化與工作面中部液壓支架壓力變化聯(lián)合分析方面的研究。考慮工作面超前區(qū)域支架載荷變化情況及融合位姿數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個采場多維數(shù)據(jù)分析，從而發(fā)現(xiàn)礦山壓力領(lǐng)域新的機理，將是未來研究的重點。

數(shù)字孿生技術(shù)應用。應用數(shù)字孿生技術(shù)可以建立整個綜采工作面走向及傾向方向開采態(tài)勢的可視化模型，從而分析綜采工作面推進過程中的開采態(tài)勢動態(tài)變化。而透明工作面的實現(xiàn)可為支護裝備控制參數(shù)提供優(yōu)化依據(jù)，達到提前預知并應對礦壓災害的目的。