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(duì)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(duì)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(shì)。

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(dòng)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(dòng)信息，進(jìn)而探索壓力和位姿在時(shí)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(yīng)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(gè)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(shì)，反映工作面頂?shù)装迤鸱妥呦?；?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(lái)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(wú)線方式傳輸。基于大數(shù)據(jù)的礦壓分析目前尚未應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，無(wú)法對(duì)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(shí)現(xiàn)同步測(cè)量，未實(shí)現(xiàn)整個(gè)采場(chǎng)的全面數(shù)據(jù)分析。另外，對(duì)于超前液壓支架的關(guān)注度還不夠。利用長(zhǎng)短時(shí)記憶（LSTM）網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)液壓支架壓力預(yù)測(cè)，利用遷移學(xué)習(xí)方法可提升測(cè)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(jì)、液壓計(jì)等獲取，多采用有線方式傳輸。現(xiàn)有的液壓支架位姿測(cè)量方法主要分為接觸式傳感器測(cè)量和視覺傳感器測(cè)量。國(guó)內(nèi)外學(xué)者主要關(guān)注液壓支架位姿對(duì)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(duì)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(duì)液壓支架阻力的影響、頂板斷裂結(jié)構(gòu)模型對(duì)液壓支架設(shè)計(jì)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(yīng)用。利用云平臺(tái)提供的海量算力提高礦壓分析中數(shù)值模擬計(jì)算的速度和頻率；通過采集的工作面真實(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合數(shù)值模擬和相似材料模型試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，利用深度學(xué)習(xí)等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和預(yù)測(cè)。

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?？紤]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(shí)現(xiàn)整個(gè)采場(chǎng)多維數(shù)據(jù)分析，從而發(fā)現(xiàn)礦山壓力領(lǐng)域新的機(jī)理，將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用。應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)可以建立整個(gè)綜采工作面走向及傾向方向開采態(tài)勢(shì)的可視化模型，從而分析綜采工作面推進(jìn)過程中的開采態(tài)勢(shì)動(dòng)態(tài)變化。而透明工作面的實(shí)現(xiàn)可為支護(hù)裝備控制參數(shù)提供優(yōu)化依據(jù)，達(dá)到提前預(yù)知并應(yīng)對(duì)礦壓災(zāi)害的目的。