液压支架安全阀工作状态的监测方法
技术领域
本申请涉及煤矿安全开采技术领域，特别是涉及液压支架安全阀工作状态的监测方法。
背景技术
液压支架是煤矿生产中支撑采煤工作面顶板及底板的设备，用于将工作面与采空区隔离，在保证回采工作面内设备和人员安全方面发挥着重要作用，而液压支架立柱的安全阀是保护液压支架超出额定工作阻力实现过载保护的核心元件，其主要参数有开启压力和开启时长等。
液压支架设计额定支护强度(工作阻力)由支架立柱缸径、立柱数量、安全阀开启压力决定。在现场使用中安全阀开启压力大小决定支架能否发挥有效支护顶板作用，安全阀开启压力大于设定值时，立柱乳化液不能及时溢流，无法起到保护支架作用，支架结构件受到损坏；安全阀开启压力小于设定值时，支架无法起到有效支护工作面顶板，顶板下沉量大，易发生顶板灾害。此外，安全阀开启时长也是评价工作面顶板矿压显现强度和支架是否能满足工作面支护要求的重要指标之一。因此，对于及时分析支架安全阀开启压力和开启时长是工作面顶板管理的重要内容。
目前，为了及时分析支架安全阀开启压力和开启时长通过将安全阀从支架拆下的方式监测安全阀开启压力，即在地面采用专用监测系统进行相关监测，费时费力，且无法反映煤矿井下安全阀在工作状态时的实际开启压力和开启时长。可见，安全阀工作状态的监测是保证安全阀在煤矿井下实际开启压力和开启时长准确性的基础，即现有在井下无有效的技术手段实现对安全阀工作状态的监测。
发明内容
有鉴于此，本申请提供液压支架安全阀工作状态的监测方法，主要目的在于解决现有液压支架安全阀需在地面采用专用监测系统进行开启压力监测，费时费力，无法反映煤矿井下安全阀在工作状态时的实际开启压力和开启时长，而现有在井下无有效的技术手段实现对安全阀工作状态的监测的问题。
依据本申请，提供了一种液压支架安全阀工作状态的监测方法，包括：
通过实时监测煤矿工作面液压支架立柱的压力状态，得到液压支架立柱的压力变化数据；
根据所述液压支架立柱的压力变化数据和液压支架立柱安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态。
借由上述技术方案，本申请提供了一种液压支架安全阀工作状态的监测方法，与现有液压支架安全阀需在地面采用专用监测系统进行开启压力监测的方案相比，本申请实施例通过实时监测煤矿工作面液压支架立柱的压力状态，得到液压支架立柱的压力变化数据；根据所述液压支架立柱的压力变化数据和液压支架立柱安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态。本申请能够在煤矿井下液压支架立柱压力监测的基础上，结合液压支架立柱安全阀的工作特征确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态，从而进一步确定安全阀在工作状态时的实际开启压力和开启时长，准确反映出煤矿井下工作中的安全阀的实际工况。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种液压支架安全阀工作状态的监测方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的另一种液压支架安全阀工作状态的监测方法的流程示意图；
图3示出了本申请实施例提供的液压支架的结构示意图；
图4示出了本申请实施例提供的液压支架立柱的结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的液压支架立柱的压力变化数据的曲线示意图；
图6示出了本申请实施例提供的液压支架立柱的另一种压力变化数据的曲线示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
针对现有在井下无有效的技术手段实现对安全阀开启状态的监测的问题。本实施例提供了一种液压支架安全阀工作状态的监测方法，能够在煤矿井下监测液压支架立柱的压力变化数据，并结合液压支架立柱安全阀的工作特征确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态，从而进一步确定安全阀在工作状态时的实际开启压力和开启时长，准确反映出煤矿井下工作中的安全阀的实际工况。如图1所示，该方法包括：
步骤101、通过实时监测煤矿工作面液压支架立柱的压力状态，得到液压支架立柱的压力变化数据。
在本实施例中，在煤矿工作面回采过程中，采用压力传感器对液压支架立柱压力进行实时监测，并将监测到的压力数据通过光缆或电缆实时传输至地面的矿压监测系统，以实现对液压支架立柱压力变化的实时监测。此外，根据液压支架立柱的压力变化数据还可以全面获取液压支架的工作阻力变化情况，以及结合安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架安全阀的工作状态，以及安全阀在工作状态时的实际开启压力和开启时长。
步骤102、根据所述液压支架立柱的压力变化数据和液压支架立柱安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态。
在本实施例中，根据液压支架立柱的压力变化数据和安全阀的工作特征，自动识别安全阀的工作状态，以及安全阀在工作状态时的实际开启压力和开启时长，从而达到评价液压支架工作性能、顶板来压状态、安全阀是否损坏目的。
通过应用本实施例的技术方案，与现有液压支架安全阀需在地面采用专用监测系统进行开启压力监测的方案相比，本实施例通过实时监测煤矿工作面液压支架立柱的压力状态，得到液压支架立柱的压力变化数据；根据所述液压支架立柱的压力变化数据和液压支架立柱安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态。可见，本申请能够在煤矿井下监测液压支架立柱的压力变化数据，并结合液压支架立柱安全阀的工作特征确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态，从而进一步确定安全阀在工作状态时的实际开启压力和开启时长，准确反映出煤矿井下工作中的安全阀的实际工况。
进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例的具体实施过程，提供了另一种液压支架安全阀开启状态的监测方法，如图2所示，该方法包括：
步骤201、通过实时监测煤矿工作面液压支架立柱的压力状态，得到液压支架立柱的压力变化数据。
具体实施中，利用传感器实时监测液压支架立柱内乳化液的压力状态，根据所述乳化液的压力状态，得到预设时间内液压支架立柱的压力变化数据。如图3、4所示，液压支架包括支架前柱301、支架后柱302、设置在立柱外缸侧的用于监测立柱内乳化液压力的传感器303(例如，压力传感器)，进一步地，立柱主要由杆体401、外缸402、安全阀403、传感器404等构成，立柱内装有乳化液405。根据实际应用场景的需要，不对立柱数量进行具体限定，传感器可以是压力传感器或者应力传感器，此处不对传感器的类别及型号进行具体限定。
进一步地，传感器通过监测立柱内乳化液的压力状态，得到一定时间内的压力变化数据，如图5所示，分别为前柱、后柱的压力变化数据，通过结合立柱安全阀的开启和关闭影响乳化液压力的波动和变化的特征，即立柱安全阀的开启和关闭特征，实现传感器对安全阀工作状态的监测，从而进一步反映支架的工作阻力和支护强度。
其中，支架的工作阻力是指支架在工作状态下，受顶板压力作用而反映出来的支撑力。支架工作阻力的计算公式为：
式中，F为支架工作阻力，kN；n为支架立柱数量；P为立柱压力，MPa；D为立柱缸径，m。
支架的支护强度是指支架控顶区范围内，顶板单位面积受到的支架阻力，支架支护强度的计算公式为：
式中，q为支架支护强度，MPa；F为支架工作阻力，kN；A为支架控顶面积，m2。
步骤202、判断所述液压支架立柱的压力变化数据中，相邻监测时间点之间的压力差值是否满足第一预设条件。
具体实施中，在判断液压支架立柱的压力变化数据之前，判断液压支架立柱的压力变化数据是否满足时间要求，以及压力变化数据包含的压力数据是否满足数量要求。若满足所述时间要求和数量要求，则进一步判断液压支架立柱的压力变化数据中，相邻监测时间点之间的压力差值是否满足第一预设条件。
步骤203、根据判断结果和液压支架立柱安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态。
具体实施中，假设在t时间段内每隔0.5min记录一次乳化液的压力数据，共监测得到n个立柱压力数据，依照时间顺序，每个压力数据依次记为Pi(i＝1～n)。根据监测得到的n个立柱压力数据，判断其是否能够满足预设条件，若满足，则确定立柱安全阀的工作状态为开启状态，反之，则确定立柱安全阀的工作状态为关闭状态。
在上述实施例中，为了说明步骤202、203具体的实施过程，作为一种可选方式，具体包括：
根据所述液压支架立柱安全阀的开启特征，若所述液压支架立柱的压力变化数据在压力阈值范围内，则确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态为开启状态；
根据所述液压支架立柱安全阀的关闭特征，若所述液压支架立柱的压力变化数据均大于等于或者小于等于压力阈值，则确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态为关闭状态。
具体实施中，如图6所示，为后柱压力数据Pi和后柱平均压力数据Ai的压力变化数据的曲线图。根据安全阀的工作特征，即开启、关闭原理可知，若一段时间内的立柱压力变化数据在某个压力特定值(例如，平均压力数据)附近波动，则表示安全阀处于开启状态，若一段时间内的立柱压力变化数据一直处于平均压力数据的上方或下方(即大于等于或者小于等于平均压力数据)，则表示安全阀处于未开启状态。需要说明的是，针对安全阀是否处于开启状态的判断方法，可设定压力波动阈值，通过量化立柱压力变化数据在某个压力特定值(例如，平均压力数据)附近波动，保证在一段时间内的立柱压力变化数据在平均压力数据±压力波动阈值的范围内，即确定安全阀处于开启状态。
在上述实施例中，为了说明步骤202具体的实施过程，作为一种可选方式，所述步骤202具体包括：
步骤2021、根据液压支架立柱的压力变化数据，计算出相邻监测时间点之间的压力差值为Bi＝Pi-Pi-1，依照时间顺序，所述压力变化数据包含的压力数据依次为Pi，i＝1～n。
步骤2022、判断计算出的多个压力差值是否均在预设压力差值范围内。
步骤2023、若所述多个压力差值均在预设压力差值范围内，则获取大于0的压力差值数量和小于0的压力差值数量，根据获取结果判断是否满足第一预设条件。
在上述实施例中，作为一种可选方式，所述获取大于0的压力差值数量和小于0的压力差值数量，根据获取结果判断是否满足第一预设条件，具体包括：
当所述多个压力差值包括大于0的压力差值和小于0的压力差值时，判断大于0的压力差值数量和小于0的压力差值数量的差值是否在比较阈值范围内；
若差值在比较阈值范围内，则获取连续大于或等于0的压力数据、连续小于或等于0的压力数据、连续等于0的压力数据，根据获取结果判断是否满足第一预设条件。
进一步地，作为一种可选方式，所述获取连续大于或等于0的压力数据、连续小于或等于0的压力数据、连续等于0的压力数据，根据获取结果判断是否满足第一预设条件，具体包括：
若获取到的连续大于或等于0的压力数据数量、连续小于或等于0的压力数据数量、连续等于0的压力数据数量分别小于等于相应的数量阈值，则满足第一预设条件，反之，则不满足第一预设条件；或者，
若获取到的连续大于或等于0的压力数据累加值、连续小于或等于0的压力数据累加值分别满足相应的预设累加值范围，以及连续等于0的压力数据数量小于等于相应的数量阈值，则满足第一预设条件，反之，则不满足第一预设条件。
具体实施中，若同时满足以下5个条件，则判断安全阀处于开启状态，若不满足其中任一条件，则判断安全阀处于关闭状态，用于判断安全阀工作状态的条件具体为：
(1)当液压支架立柱初撑力生成后，监测一定时间内的压力数据，监测时长t一般不小于10min，包含n(n>4)个压力数据；
(2)计算相邻监测时间点之间两个压力数据的压力差值，记为Bi＝Pi-Pi-1，根据多个压力差值Bi的绝对值|Bi|，判断绝对值|Bi|是否处于预设压力差值范围内，即满足绝对值|Bi|≤3MPa，表示绝对值|Bi|处于预设压力差值范围内。根据实际应用场景的需求，可以根据多个压力差值Bi判断是否处于预设压力差值范围内，即满足-3MPa≤Bi≤3MPa，表示Bi处于预设压力差值范围内，此处不对预设压力差值范围进行具体限定。
(3)根据一定时间内的n个压力数据，获取压力差值Bi>0的总数量，记为K(Bi>0)，压力差值Bi<0的总数量，记为M(Bi<0)，其中K和M≠0，即若K＝0，则表示压力数据呈递降趋势，安全阀处于未开启状态；若M＝0，则表示压力数据呈递增趋势，安全阀处于未开启状态。
进一步地，K和M之间差值的绝对值需满足如下条件：判断|K-M|<＝F，其中F为一个比较阈值，若n＝5～8个，则F＝4；若n＝8～12个，F＝7；若n>12个，F＝0.7*n/2。根据实际应用场景的需求，可以根据K和M之间的差值判断是否处于比较阈值范围内，即满足-F≤K-M≤F，此处不对比较阈值进行具体限定。
(4)根据一定时间内的n个压力数据，获取压力差值Bi连续出现大于或等于0的压力数据数量，记为K0(Bi>＝0)，其累加值记为
例如，若获取到的压力差值Bi的部分序列为-0.1、0、0、0.2、0、0.3、0.6、-1.1，则K0为6，其累加值
在上述实施例中，为了说明步骤203具体的实施过程，作为一种可选方式，所述步骤203具体包括：
步骤2031、若所述压力差值满足预设条件，则根据液压支架立柱安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态为开启状态。
步骤2032、若所述压力差值不满足预设条件，则根据液压支架立柱安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态为关闭状态。
步骤204、根据所述液压支架立柱安全阀的开启状态，确定液压支架立柱安全阀的开启压力和开启时长。
具体实施中，如图6所示，通过上述判断方法确定安全阀的开启状态时，记录此时的液压支架立柱的第一压力数据并作为液压支架立柱安全阀的开启压力，同时记录第一当前时间作为液压支架立柱安全阀的开启时间，继续对安全阀的工作状态进行判断，当确定安全阀的工作状态由开启状态转变为关闭状态时，记录此时的液压支架立柱的第二压力数据，同时记录第二当前时间作为液压支架立柱安全阀的关闭时间，通过计算关闭时间与开启时间的差值，得到液压支架立柱安全阀的开启时长。
根据实际应用场景的需要，液压支架立柱安全阀的开启压力也可以为第二压力数据与第一压力数据的差值，此处不对液压支架立柱安全阀的开启压力的计算原理进行具体限定。
相应地，设定液压支架立柱安全阀的开启压力标准值和开启时长标准值，以便通过开启压力标准值和/或开启时长标准值与液压支架立柱安全阀的实际开启压力和/或实际开启时长的比较，确定液压支架工作性能的好坏、顶板来压状态是否异常、安全阀是否损坏，从而实现对液压支架工作性能的好坏、顶板来压状态是否异常、安全阀是否损坏等评价的智能化判断。
步骤205、对所述煤矿工作面液压支架立柱安全阀的开启状态进行验证，确定所述煤矿工作面液压支架立柱安全阀的最终工作状态。
在上述实施例中，为了说明步骤205具体的实施过程，作为一种可选方式，所述步骤205具体包括：
步骤2051、判断所述液压支架立柱安全阀在开启状态下的压力变化数据中，所述液压支架立柱的压力最值和平均值是否满足第二预设条件。
步骤2052、若满足所述第二预设条件，则确定所述煤矿工作面液压支架立柱安全阀的最终工作状态为开启状态。
步骤2053、若不满足所述第二预设条件，则确定所述煤矿工作面液压支架立柱安全阀的最终工作状态为关闭状态。
在上述实施例中，作为一种可选方式，所述判断所述液压支架立柱安全阀在开启状态下的压力变化数据中，所述液压支架立柱的压力最值和平均值是否满足第二预设条件，具体包括：
判断所述液压支架立柱压力最大值和最小值的差值是否小于预设压力最值差值，以及所述开启时长对应的时间段内的液压支架立柱压力平均值是否大于压力平均阈值；
若所述液压支架立柱压力最大值和最小值的差值小于预设压力最值差值，且所述开启时长对应的时间段内的液压支架立柱压力平均值大于压力平均阈值，则确定所述液压支架立柱的压力最值和平均值满足第二预设条件；
若所述液压支架立柱压力最大值和最小值的差值大于等于预设压力最值差值，和/或所述开启时长对应的时间段内的液压支架立柱压力平均值小于等于压力平均阈值，则确定所述液压支架立柱的压力最值和平均值不满足第二预设条件。
具体实施中，通过步骤201-203确定液压支架立柱安全阀的工作状态后，针对所确定的液压支架立柱安全阀的开启状态做进一步的验证，以保证整个判断过程中避免出现开启状态误判的情况。具体为，在确定液压支架立柱安全阀为开启状态后，从液压支架立柱安全阀在开启状态下的压力变化数据中获取液压支架立柱的压力最大值和最小值，以及根据时间节点获取开启状态下的压力变化数据，并计算出开启时间段内的压力平均值，以便进一步判断是否满足第二预设条件。
例如，在液压支架立柱安全阀的开启时间段内，根据获取到的液压支架立柱的压力最大值Pmax和压力最小值Pmin计算出两者的压力差值，若该压力差值满足Pmax-Pmin<5MPa，且液压支架立柱安全阀开启时间段内的压力平均值P>15MPa，则确定液压支架立柱的压力最值和平均值满足第二预设条件，表示液压支架立柱安全阀的最终工作状态为开启状态；相应地，若该压力差值满足Pmax-Pmin≥5MPa，和/或液压支架立柱安全阀开启时间段内的压力平均值P≤15MPa，则确定液压支架立柱的压力最值和平均值不满足第二预设条件，表示液压支架立柱安全阀的最终工作状态为关闭状态。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与目前现有技术相比，本实施例通过实时监测煤矿工作面液压支架立柱的压力状态，得到液压支架立柱的压力变化数据，从而全面获得液压支架工作阻力变化情况，并根据所述液压支架立柱的压力变化数据和液压支架立柱安全阀的工作特征，确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态，从而达到评价液压支架工作性能、顶板来压状态、安全阀是否损坏目的。可见，本申请能够在煤矿井下监测液压支架立柱的压力变化数据，并结合液压支架立柱安全阀的工作特征确定煤矿工作面液压支架立柱安全阀的工作状态，从而进一步确定安全阀在工作状态时的实际开启压力和开启时长，准确反映出煤矿井下工作中的安全阀的实际工况。
最后所应说明的是，本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的流程并不一定是实施本申请所必须的，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
