[发明专利]一种矿山液压支架系统早期故障实时预警方法

说明书

本发明公开了一种矿山液压支架系统早期故障实时预警方法,包括离线训练和在线监测两个阶段，其中，离线训练确定液压支架系统的健康指标的门限值，在线监测阶段实时采集液压支架系统的工作参数，计算工作参数的Hotelling’s统计量和统计量与健康指标的门限值比较，判定液压支架系统是否出现故障；将液压支架系统的工作参数间相关性的异常改变作为液压支架系统早期故障特征，采用主元分析法将标准化后的液压支架系统的工作参数的样本数据投影到主元子空间和残差子空间，在这两个子空间上分别构建Hotelling’s统计量和统计量，用来定量描述工作参数间的相关性的变化程度，能够有效克服现有的单变量阈值检测法对早期故障不敏感的不足。

技术领域

本发明属于液压支架系统故障检测的技术领域，特别涉及一种矿山液压支架系统早期故障实时预警方法。

背景技术

矿山开采过程中支护是必需的，液压支架系统是矿山综合机械化开采的核心设备，一旦发生故障，将导致顶板岩石冒落，造成人员伤亡和设备损毁，危害极大。保障矿山正常连续开采，需要首先确保液压支架系统的安全、可靠工作。然而，液压支架系统结构复杂，且长期承受矿山的高负荷、交变应力作用，其工作安全性面临着严重的威胁，这些原因导致液压支架系统在实际使用中故障率偏高。例如，白龙煤矿在一次抽检中发现，某工作面96架液压支架中，有61架存在不同程度的乳化液泄漏问题，故障率达64％。及时诊断液压支架系统出现的故障，保障液压支架系统正常工作，是矿山安全开采的迫切需求。

液压支架系统的故障检测技术是液压支架故障诊断领域的一个关键技术。液压支架系统的故障检测技术是指利用状态观测器、信号处理、或工程经验等方法分析、处理采集到的液压支架系统状态信息，判断当前设备运行是否出现故障。该技术是实施液压支架系统故障类型识别的前提。我国现有的液压支架系统故障检测技术，本质上为单变量阈值检测法。该方法将采集到的液压支架系统工作参数与预先设定的阈值相比较，当超出预设定阈值时，即判定液压支架系统出现了故障，然后发出故障警报。这种方法能够实现对液压支架系统中、后期故障的检测，但是在故障早期阶段，其特征信息微弱，液压支架系统的工作参数往往并不会表现出大幅偏离正常范围的情况，而是仍在正常范围内波动。现有技术难以应对这种情况，故无法实现对液压支架系统早期故障的检测预警。

经对现有技术的文献检索发现，公开文件“一种液压支架工况的预警方法”(中国发明专利，公开号：CN112145231A，公开日：2020.12.29)提出了一种液压支架系统故障检测预警方法，该公开文件自述为：“本申请公开了一种液压支架工况的预警方法，涉及煤矿安全开采技术领域，其中方法包括：实时监测煤矿工作面所有液压支架的工作阻力数据；根据每个采煤循环中的工作阻力变化数据，确定用于评价液压支架工况的多个评价指标的指标值；根据所述评价指标的指标值，生成预警信息。其技术方案为，对煤矿工作面所有液压支架的工作阻力数据进行实时监测，能够在煤矿综采工作面回采过程中，通过液压支架工作阻力数据分析，确定用于综合评价液压支架工况的多个评价指标，从而实现对液压支架工况的实时监测、分析和预警，及时定位支架支护和顶板管理当中存在的问题，对于保障综采工作面顶板安全具有重要作用”。其不足之处是：描述液压支架工作状态的“评价指标”，是通过将初撑力、平均工作阻力等工作参数的测量值与预设定标准值相比较得到，属于单变量阈值检测法，仅能实现对中、后期故障检测，不能在故障早期做出故障预警，故难以有效避免故障带来的危害。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种矿山液压支架系统早期故障实时预警方法，其为基于工作参数相关性监测的液压支架系统早期故障的实时检测方法；不同于现有的单变量阈值检测法，该方法将工作参数间相关性的异常改变，作为液压支架系统早期故障特征，通过实时监测工作参数间相关性的变化，实现对早期故障的检测和预警。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：