集支架选型评价与支架全周期状态监测一体的监测方法

1.本发明涉及采煤领域，尤其涉及一种集支架选型评价与支架全周期状态监测一体的监测方法。


背景技术：

2.目前现有的支架选型评价方法以及现有的支架选型评价体系是依据人工经验，由人工计算、数字模拟的方式计算支架承载应力，对于支架选型评价目前尚处于空白阶段，未形成完备系统方法体系；同时，现有的支架全周期状态监测方法，主要是对工作面支架实时状态的监测，缺乏对支架承载年限，承载阶段的深入分析，因此，有必要研究一种集支架选型评价与支架全周期状态监测一体的监测方法来对上述问题进行完善。


技术实现要素：

3.本发明目的是针对上述问题，提供一种提高支架选型准确性、可靠性的集支架选型评价与支架全周期状态监测一体的监测方法。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
5.集支架选型评价与支架全周期状态监测一体的监测方法，包括以下步骤：
6.s1、根据液压支架各核心部位的选型设计要求以及液压支架现场使用中反馈的现场基础数据信息，将影响支架选型评价系统的指标分为一级评价指标与二级评价指标；
7.s2、获取支架选型评价系统内的各项一级评价指标与二级评价指标的权重关系；
8.s3、利用熵值法计算工作面全部液压支架中一级评价指标与二级评价指标的权重，采用加权求和公式计算出支架选型评价系统中各工作面样本的评价得分值；
9.s4、根据历史经验分析，建立评价标准，参照评价标准与各工作面样本的评价得分值，确定各工作面支架选型评价系统的评级；
10.s5、将影响液压支架全周期状态监测系统的指标分为一级评价指标与二级评价指标；分别获取工作面各液压支架在全周期内各项一级评价指标与二级评价指标的权重关系；
11.s6、利用熵值法分别计算工作面各液压支架中一级评价指标与二级评价指标的权重，采用加权求和公式计算工作面中各液压支架全周期状态监测系统的得分值和各分项一级评价指标的得分值；
12.s7、依据历史经验，建立液压支架全周期状态监测系统的评价标准和各分项一级评价指标的评价标准；参照评价标准与各液压支架全周期状态监测系统的得分值和各分项一级评价指标的得分值，确定工作面液压支架全周期状态监测系统的各分项模块评级。
13.进一步的，所述步骤s1中，支架选型评价系统内的一级评价指标包括：阻力合理性、来压稳定性、跟机及时性、架型有效性、寿命安全性；二级评价指标包括：初撑力达标率x1、最大工作阻力均值x2、支架工作阻力富裕率x3、支架时间加权平均阻力x4、来压期间安全阀最大开启率x5、立柱压力最大增阻率x6、来压期间立柱最大下移量x7、平均跟机移架率x8、
单架移架平均时间x9、工作面平均瓦斯浓度x
10
、工作面瓦斯超限次数x
11
、支架使用年限x
12
、支架累计承载过煤量x
13
、支架累计承载循环数x
14
、支架月故障发生频次x
15
。
14.进一步的，所述步骤s2中，支架选型评价系统，一级评价指标权重与二级评价指标权重关系如下：
15.阻力合理性权重＝ξ
x1
+ξ
x2
+ξ
x3
+ξ
x4
；
16.来压稳定性权重＝ξ
x5
+ξ
x6
+ξ
x7
；
17.跟机及时性权重＝ξ
x8
+ξ
x9
；
18.架型有效性权重＝ξ
x10
+ξ
x11
；
19.寿命安全性权重＝ξ
x12
+ξ
x13
+ξ
x14
+ξ
x15
；
20.其中，ξ
x1
为初撑力达标率权重，ξ
x2
为最大工作阻力均值权重，ξ
x3
为支架工作阻力富裕率权重，ξ
x4
为支架时间加权平均阻力权重，ξ
x5
为来压期间安全阀最大开启率权重，ξ
x6
为立柱压力最大增阻率权重，ξ
x7
为来压期间立柱最大下移量权重，ξ
x8
为平均跟机移架率权重，ξ
x9
为单架移架平均时间权重，ξ
x10
为工作面平均瓦斯浓度权重，ξ
x11
为工作面瓦斯超限次数权重，ξ
x12
为支架使用年限权重，ξ
x13
为支架累计承载过煤量权重，ξ
x14
为支架累计承载循环数权重，ξ
x15
为支架月故障发生频次权重。
21.进一步的，所述步骤s3具体包括以下步骤：
22.s31、在实验室或者实际应用中采集p个样本；
23.s32、搭建p个样本与各项评价指标的原始数据矩阵；得到：
[0024][0025]
其中，x
ij
表示第i个样本第j项工作面支护质量评级的数值；
[0026]
s33、对各项评价指标进行标准化处理；得到：
[0027]
评价指标越大对系统发展越有利时，采用正向指标计算公式；其计算公式为：
[0028]
正向指标：
[0029]
评价指标越小对系统发展越有利时，采用负向指标计算公式：其计算公式为：
[0030]
负向指标：
[0031]
其中，x
′
ij
为第i个样本第j项评价指标的标准化值；xj为第i个样本的第j项指标值；x
min
为i个样本的第j项评价指标的最小值；x
max
为i个样本的第j项评价指标的最大值；
[0032]
s34、计算第j项支架选型评级评价指标下第i个样本值的比重；其计算公式为：
[0033][0034]
其中，p
ij
为第j项评价指标下第i个样本值的比重；x
′
ij
为第i个样本的标准化值；q
为评价指标总数；
[0035]
s35、计算熵值，其计算公式为：
[0036][0037]
其中，ej为第j项评价指标的信息熵值；q为评价指标总数；p为样本数量；p
ij
为第j项评价指标下第i个样本值的比重；
[0038]
s36、求取差异系数，其计算公式为：
[0039]gj
＝1-ej；
[0040]
其中，gj为第j项评价指标的差异系数；ej为第j项评价指标的信息熵值；
[0041]
s37、求取二级指标权重，其计算公式为：
[0042][0043]
其中，wj为第j项评价指标的权重；gj为第j项评价指标的差异系数；p为样本数量；
[0044]
s38、将一级评价指标对应的二级指标权重相加求和，即可得到一级指标的权重；
[0045]
s39、计算支架选型评级价值得分，其计算公式为：
[0046][0047]
其中，si为第i个方案的支架选型评价系统评价得分值；wj为第i个方案的第j项评价指标的权重；p
ij
为第j项评价指标下第i个样本值的比重；p为样本数量。
[0048]
进一步的，所述步骤s5中，影响液压支架全周期状态监测系统的一级评价指标包括单架阻力合理性、单架寿命安全性；二级评价指标包括单架初撑力达标率、单架最大工作阻力均值、单架时间加权平均阻力、单架移架平均时间、单架使用年限、单架累计承载过煤量、单架累计承载循环数、单架月故障发生频次。
[0049]
进一步的，所述步骤s5中，一级评价指标权重与二级评价指标权重关系如下：
[0050]
单架阻力合理性权重＝ξ
y1
+ξ
y2
+ξ
y3
+ξ
y4
；
[0051]
单架寿命安全性权重＝ξ
y5
+ξ
y6
+ξ
y7
+ξ
y8
；
[0052]
其中，ξ
y1
为单架初撑力达标率权重，ξ
y2
为单架最大工作阻力均值权重，ξ
y3
为单架时间加权平均阻力权重，ξ
y4
为单架移架平均时间权重，ξ
y5
为单架使用年限权重，ξ
y6
为单架累计承载过煤量权重，ξ
y7
为单架累计承载循环数权重，ξ
y8
为单架月故障发生频次权重。
[0053]
与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：
[0054]
本发明通过实现支架选型模块数值化、历史承载数据化，同时根据各指标对支架选型的重要性计算各指标的权重，实现影响支架选型参数的全周期、全要素分析，从不同角度、不同方面，更加客观准确的动态评估支架选型合理性，以及支架历史承载状态的全周期状态监测分析。解决了现有支架选型依赖经验论，缺乏数据支撑的技术问题，同时对于传统
的支架选型提供多样性的验证分析基础，提高了支架选型的准确性、可靠性，给煤矿开采工作的安全性进一步作出了保障。
附图说明
[0055]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]
图1为本发明的框架结构图；
[0057]
图2为支架选型评价系统中各评价指标体系图；
[0058]
图3为液压支架全周期状态监测系统中各评价指标体系图。
具体实施方式
[0059]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0060]
如图1、图2和图3所示，本实施例公开了一种集支架选型评价与支架全周期状态监测一体的监测方法，包括以下步骤：
[0061]
s1、根据液压支架各核心部位选型设计要求，以及液压支架现场使用中反馈的现场基础数据信息，将影响支架选型评价系统的指标分为一级评价指标与二级评价指标；
[0062]
支架选型评价系统内一级评价指标包括：阻力合理性、来压稳定性、跟机及时性、架型有效性、寿命安全性。二级评价指标包括：初撑力达标率x1、最大工作阻力均值x2、支架工作阻力富裕率x3、支架时间加权平均阻力x4、来压期间安全阀最大开启率x5、立柱压力最大增阻率x6、来压期间立柱最大下移量x7、平均跟机移架率x8、单架移架平均时间x9、工作面平均瓦斯浓度x
10
、工作面瓦斯超限次数x
11
、支架使用年限x
12
、支架累计承载过煤量x
13
、支架累计承载循环数x
14
、支架月故障发生频次x
15
。
[0063]
s2、计算支架选型评价系统内各项一级评价指标与二级评价指标；
[0064]
支架选型评价系统中，一级评价指标权重与二级评价指标权重关系如下：
[0065]
阻力合理性权重＝ξ
x1
+ξ
x2
+ξ
x3
+ξ
x4
；
[0066]
来压稳定性权重＝ξ
x5
+ξ
x6
+ξ
x7
；
[0067]
跟机及时性权重＝ξ
x8
+ξ
x9
；
[0068]
架型有效性权重＝ξ
x10
+ξ
x11
；
[0069]
寿命安全性权重＝ξ
x12
+ξ
x13
+ξ
x14
+ξ
x15
；
[0070]
其中，初撑力达标率权重ξ
x1
，最大工作阻力均值权重ξ
x2
，支架工作阻力富裕率权重ξ
x3
，支架时间加权平均阻力权重ξ
x4
，来压期间安全阀最大开启率权重ξ
x5
，立柱压力最大增阻率权重ξ
x6
，来压期间立柱最大下移量权重ξ
x7
，平均跟机移架率权重ξ
x8
，单架移架平均时间权重ξ
x9
，工作面平均瓦斯浓度权重ξ
x10
，工作面瓦斯超限次数权重ξ
x11
，支架使用年限权重ξ
x12
，支架累计承载过煤量权重ξ
x13
，支架累计承载循环数权重ξ
x14
，支架月故障发生频次
权重ξ
x15
。
[0071]
支架选型评价系统中，二级评价指标计算过程如下：
[0072]
样本单位：工作面
[0073]
计算周期：工作面全部生产期间。
[0074]
二级评价指标计算步骤如下：
[0075]
s21、初撑力达标率x1：x1＝a1÷
a1×
100％
[0076]
其中，x1为支架初撑力达标率；a1为全部支架初撑力大小满足设定值的个数；a1为全部支架初撑力总个数。
[0077]
s22、最大工作阻力均值x2：
[0078]
其中，x2为最大工作阻力均值；c
ij,j
为j号支架第ij个压力；mj为j号支架总计压力数；b1为全部支架个数；
[0079]
s23、支架工作阻力富裕率x3：
[0080]
其中，x3为支架工作阻力富裕率；c
i,j
为j号支架第i个支架压力；mj为j号支架总计压力数；t
i,j
为j号支架第i个支架压力持续时长；tj为j号支架全部压力承载总时长；b1为全部支架个数；c0为额定承载压力。
[0081]
s24、支架时间加权平均阻力x4：
[0082]
其中，x4为架时间加权平均阻力；c
i,j
为j号支架第i个支架压力；mj为j号支架总计压力数；t
i,j
为j号支架第i个支架压力持续时长；tj为j号支架全部压力承载总时长；b1为全部支架个数。
[0083]
s25、来压期间安全阀最大开启率x5：x5＝max(e1÷
b1,e2÷
b1…
,ei÷
b1…
,en÷
b1)
[0084]
其中，x5为来压期间安全阀最大开启率；ei为第i次来压期间安全阀开启支架数；n为工作面累计来压次数；b1为全部支架个数。
[0085]
s26、立柱压力最大增阻率x6：
[0086][0087]
其中，x6为来压期间立柱压力最大增阻率；c
i,j
为j号支架第i个支架压力；mj为j号支架总计压力数；n为工作面累计来压次数；b1为全部支架个数。
[0088]
s27、来压期间立柱最大下移量x7：
[0089]
①
(h-h
min
)
2-f
12-2
×
f2×
(h-h
min
)
×
cosα+2
×
f2×
f1＝0；
[0090]
②
x7＝max[(f
1,2,1-f
1,1,1
),
…
(f
1,i,1-f
1,i-1,1
),
…
(f
1,n1,1-f
1,n1-1,1
),
……
(f
x,2,j-f
x,1，j
),
…
(f
x,i,j-f
x,i-1,j
),
…
(f
x,nj,j-f
x,ni-1,j
)
……
(f
n,2,b1-f
n，1,b1
),
…
(f
n,i,1-f
n,i-1,b1
),
…
(f
n,nb1,j-f
n,nb1-1,b1
)]
[0091]
其中，x7为来压期间立柱压力最大下移量；h为支架实时承载采高；h
min
为支架最小
承载高度；h
max
为支架最大承载高度；f1为立柱在h高度下比h
min
高度下伸长量；f2为立柱在h
max
高度下伸长量；α为立柱在h
max
高度下与竖向方向夹角；f
x,i,j
为j号立柱在第x次来压内第i个f1值。n为工作面累计来压次数；ni为i号f1值总数，b1为全部支架个数。
[0092]
s28、平均跟机移架率x8：
[0093]
其中，x8为平均跟机移架率；gi为第i个割煤循环内完成移架支架数；g1为总计割煤循环数；b1为全部支架个数。
[0094]
s29、单架移架平均时间x9：
[0095]
其中，x9为单架移架平均时间；h
i,j
为第j号支架第i次移架时间；h1为j号支架总移架次数；b1为全部支架个数。
[0096]
s210、工作面平均瓦斯浓度x
10
：
[0097]
其中，x
10
为工作面平均瓦斯浓度；ii为第i个瓦斯浓度数据；i
max
为瓦斯浓度数据总数。
[0098]
s211、工作面瓦斯超限次数x
11
：统计瓦斯浓度值超过设定值的次数。
[0099]
s212、支架使用年限x
12
：统计支架累计使用年限周期。
[0100]
s213、支架累计承载过煤量x
13
：依据皮带秤数据，统计支架累计承载煤量。
[0101]
s214、支架累计承载循环数x
14
：x
14
＝g1，其中，g1为总计割煤循环数。
[0102]
s215、支架月故障发生频次x
15
：其中，ki为第个月支架故障次数；k1为支架累计运行月数；
[0103]
s3、利用熵值法计算工作面全部液压支架的一级评价指标与二级评价指标的权重，根据上述构建的熵值法评价模型，采用加权求和公式计算工支架选型评价系统各工作面样本的评价值；
[0104]
通过熵值法计算得到支架选型评价系统评级得分包括以下步骤：
[0105]
s31、在实验室或者实际应用中采集p个样本；
[0106]
s32、搭建p个样本与各项支架选型评级评价指标的原始数据矩阵；得到：
[0107]
其中，x
ij
表示第i个样本第j项工作面支护质量评级的数值；
[0108]
s33、消除因量纲不同对评价结果造成的影响，对各项支架选型评级评价指标进行标准化处理；得到：
[0109]
指标越大对系统发展越有利时，采用正向指标计算公式；其计算公式为：
[0110]
正向指标：
[0111]
指标越小对系统发展越有利时，采用负向指标计算公式：其计算公式为：
[0112]
负向指标：
[0113]
其中，x
′
ij
为第i个样本第j项指标的标准化值；xj为第i个样本的第j项指标值；x
min
为i个样本的第j项指标的最小值；x
max
为i个样本的第j项指标的最大值；
[0114]
s34、计算第j项支架选型评级评价指标下第i个样本值的比重；其计算公式为：
[0115][0116]
其中，p
ij
为第j项指标下第i个样本值的比重；x
′
ij
为第i个样本的标准化值；q为评价指标总数；
[0117]
s35、计算熵值，其计算公式为：
[0118][0119]
其中，ej为第j项指标的信息熵值；q为评价指标总数；p为样本数量；p
ij
为第j项指标下第i个样本值的比重；
[0120]
s36、求取差异系数，其计算公式为：
[0121]gj
＝1-ej；
[0122]
其中，gj为第j项指标的差异系数；ej为第j项指标的信息熵值；
[0123]
s37、求取二级指标权重，其计算公式为：
[0124][0125]
其中，wj为第j项指标的权重；gj为第j项指标的差异系数；p为样本数量；
[0126]
s38、求取一级指标权重，将一级指标权对应的二级指标权重重叠加求和，即可得到个一级指标的权重。
[0127]
s39、计算支架选型评级价值得分，其计算公式为：
[0128][0129]
其中，si为第i个方案的支架选型评级价值得分；wj为第i个方案的第j项指标的权重；p
ij
为第j项指标下第i个样本值的比重；p为样本数量；
为支架累计运行月数；
[0154]
s6、利用熵值法分别计算工作面各支架的一级评价指标与二级评价指标的权重，采用步骤s31至步骤s39中的熵值法代入计算，计算液压支架全周期状态监测系统各评价指标权重及液压支架全周期状态监测系统下各指标得分及样本总得分；
[0155]
s7、依据历史经验，建立液压支架全周期状态监测系统综合评价和各分项一级指标评价标准。参照评价标准与各液压支架样本的综合评价得分值和各分项一级指标得分值，确定工作面液压支架全周期状态监测系统各分项模块评级；
[0156]
根据液压支架全周期状态监测系统评价结果将支架全周期状态监测结果分为：支架状态健康、支架状态一般、支架状态较差、支架需要检修(如下表所示)。
[0157]
综合评估值＜6060～7575～90＞90评判标准支架需要检修支架状态较差支架状态一般支架状态健康
[0158]
如图2所示，评价支架选型评价的一级评价指标有：阻力合理性、来压稳定性、跟机及时性、架型有效性、寿命安全性；
[0159]
1、阻力合理性判断步骤；
[0160]
其中，一级评价指标阻力合理性主要包括二级指标有：初撑力达标率权重ξ
x1
，最大工作阻力均值权重ξ
x2
，支架工作阻力富裕率权重ξ
x3
，支架时间加权平均阻力权重ξ
x4
，
[0161]
样本单位：工作面
[0162]
计算周期：工作面全部生产期间。
[0163]
(1)初撑力达标率x1：x1＝a1÷
a1×
100％
[0164]
其中，x1为支架初撑力达标率；a1为全部支架初撑力大小满足设定值的个数；a1为全部支架初撑力总个数。
[0165]
(2)最大工作阻力均值x2：
[0166]
其中，x2为最大工作阻力均值；c
ij,j
为j号支架第ij个压力；mj为j号支架总计压力数；b1为全部支架个数；
[0167]
(3)支架工作阻力富裕率x3：
[0168]
其中，x3为支架工作阻力富裕率；c
i,j
为j号支架第i个支架压力；mj为j号支架总计压力数；t
i,j
为j号支架第i个支架压力持续时长；tj为j号支架全部压力承载总时长；b1为全部支架个数；c0为额定承载压力。
[0169]
(4)支架时间加权平均阻力x4：
[0170]
其中，x4为架时间加权平均阻力；c
i,j
为j号支架第i个支架压力；mj为j号支架总计压力数；t
i,j
为j号支架第i个支架压力持续时长；tj为j号支架全部压力承载总时长；b1为全部支架个数。
[0171]
2、来压稳定性判断步骤；
[0172]
其中，一级评价指标来压稳定性主要包括二级指标有：来压期间安全阀最大开启率权重ξ
x5
，立柱压力最大增阻率权重ξ
x6
，来压期间立柱最大下移量权重ξ
x7
。
[0173]
(1)来压期间安全阀最大开启率x5：x5＝max(e1÷
b1,e2÷
b1…
,ei÷
b1…
,en÷
b1)
[0174]
其中，x5为来压期间安全阀最大开启率；ei为第i次来压期间安全阀开启支架数；n为工作面累计来压次数；b1为全部支架个数。
[0175]
(2)立柱压力最大增阻率x6：
[0176][0177]
其中，x6为来压期间立柱压力最大增阻率；c
i,j
为j号支架第i个支架压力；mj为j号支架总计压力数；n为工作面累计来压次数；b1为全部支架个数。
[0178]
(3)来压期间立柱最大下移量x7：
[0179]
①
(h-h
min
)
2-f
12-2
×
f2×
(h-h
min
)
×
cosα+2
×
f2×
f1＝0；
[0180]
②
x7＝max[(f
1,2,1-f
1,1,1
),
…
(f
1,i,1-f
1,i-1,1
),
…
(f
1,n1,1-f
1,n1-1,1
),
……
(f
x,2,j-f
x,1，j
),
…
(f
x,i,j-f
x,i-1,j
),
…
(f
x,nj,j-f
x,ni-1,j
)
……
(f
n,2,b1-f
n，1,b1
),
…
(f
n,i,1-f
n,i-1,b1
),
…
(f
n,nb1,j-f
n,nb1-1,b1
)]
[0181]
其中，x7为来压期间立柱压力最大下移量；h为支架实时承载采高；h
min
为支架最小承载高度；h
max
为支架最大承载高度；f1为立柱在h高度下比h
min
高度下伸长量；f2为立柱在h
max
高度下伸长量；α为立柱在h
max
高度下与竖向方向夹角；f
x,i,j
为j号立柱在第x次来压内第i个f1值。n为工作面累计来压次数；ni为i号f1值总数，b1为全部支架个数。
[0182]
3、跟机及时性判断步骤；
[0183]
其中，一级评价指标跟机及时性主要包括二级指标有：平均跟机移架率权重ξ
x8
，单架移架平均时间权重ξ
x9
[0184]
(1)平均跟机移架率x8：
[0185]
其中，x8为平均跟机移架率；gi为第i个割煤循环内完成移架支架数；g1为总计割煤循环数；b1为全部支架个数。
[0186]
(2)单架移架平均时间x9：
[0187]
其中，x9为单架移架平均时间；h
i,j
为第j号支架第i次移架时间；h1为j号支架总移架次数；b1为全部支架个数。
[0188]
4、架型有效性判断步骤；
[0189]
其中，一级评价指标架型有效性主要包括二级指标有：工作面平均瓦斯浓度权重ξ
x10
，工作面瓦斯超限次数权重ξ
x11
。
[0190]
(1)工作面平均瓦斯浓度x
10
：
[0191]
其中，x
10
为工作面平均瓦斯浓度；ii为第i个瓦斯浓度数据；i
max
为瓦斯浓度数据总数。
[0192]
(2)工作面瓦斯超限次数x
11
：统计瓦斯浓度值超过设定值的次数。
[0193]
5、寿命安全性判断步骤；
[0194]
其中，一级评价指标寿命安全性主要包括二级指标有：支架使用年限权重ξ
x12
，支架累计承载过煤量权重ξ
x13
，支架累计承载循环数权重ξ
x14
，支架月故障发生频次权重ξ
x15
。
[0195]
(1)支架使用年限x
12
：统计支架累计使用年限周期。
[0196]
(2)支架累计承载过煤量x
13
：依据皮带秤数据，统计支架累计承载煤量。
[0197]
(3)支架累计承载循环数x
14
：x
14
＝g1，其中，g1为总计割煤循环数。
[0198]
(4)支架月故障发生频次x
15
：其中，ki为第个月支架故障次数；k1为支架累计运行月数；
[0199]
对工作面综合稳定性进行评估，其操作步骤为：
[0200]
s1、获取计算求得的工作面评价15项指标：初撑力达标率x1、最大工作阻力均值x2、支架工作阻力富裕率x3、支架时间加权平均阻力x4、来压期间安全阀最大开启率x5、立柱压力最大增阻率x6、来压期间立柱最大下移量x7、平均跟机移架率x8、单架移架平均时间x9、工作面平均瓦斯浓度x
10
、工作面瓦斯超限次数x
11
、支架使用年限x
12
、支架累计承载过煤量x
13
、支架累计承载循环数x
14
、支架月故障发生频次x
15
。
[0201]
s2、利用熵值法搭建指标评价体系，搭建15项顶板稳定性评价指标：初撑力达标率x1、最大工作阻力均值x2、支架工作阻力富裕率x3、支架时间加权平均阻力x4、来压期间安全阀最大开启率x5、立柱压力最大增阻率x6、来压期间立柱最大下移量x7、平均跟机移架率x8、单架移架平均时间x9、工作面平均瓦斯浓度x
10
、工作面瓦斯超限次数x
11
、支架使用年限x
12
、支架累计承载过煤量x
13
、支架累计承载循环数x
14
、支架月故障发生频次x
15
。
[0202]
s3、在实验室或者现在实际应用中采集相关数据，取样次数p不宜过小，搭建15项支架选型评价样本。
[0203]
s4、搭建p个样本与各项支架选型评级评价指标的原始数据矩阵；得到：
[0204][0205]
其中，x
ij
表示第i个样本第j项工作面支护质量评级的数值；
[0206]
s5、消除因量纲不同对评价结果造成的影响，对各项支架选型评级评价指标进行标准化处理；得到：
[0207]
指标越大对系统发展越有利时，采用正向指标计算公式；其计算公式为：
[0208]
正向指标：
[0209]
指标越小对系统发展越有利时，采用负向指标计算公式：其计算公式为：
[0210]
负向指标：
[0211]
其中，x
′
ij
为第i个样本第j项指标的标准化值；xj为第i个样本的第j项指标值；x
min
为i个样本的第j项指标的最小值；x
max
为i个样本的第j项指标的最大值；
[0212]
s6、计算第j项支架选型评级评价指标下第i个样本值的比重；其计算公式为：
[0213][0214]
其中，p
ij
为第j项指标下第i个样本值的比重；x
′
ij
为第i个样本的标准化值；q为评价指标总数；
[0215]
s7、计算熵值，其计算公式为：
[0216][0217]
其中，ej为第j项指标的信息熵值；q为评价指标总数；p为样本数量；p
ij
为第j项指标下第i个样本值的比重；
[0218]
s8、求取差异系数，其计算公式为：
[0219]gj
＝1-ej；
[0220]
其中，gj为第j项指标的差异系数；ej为第j项指标的信息熵值；
[0221]
s9、求取二级指标权重，其计算公式为：
[0222][0223]
其中，wj为第j项指标的权重；gj为第j项指标的差异系数；p为样本数量；
[0224]
s10、求取一级指标权重，将一级指标权对应的二级指标权重重叠加求和，即可得到个一级指标的权重。
[0225]
s11、计算支架选型评级价值得分，其计算公式为：
[0226][0227]
其中，si为第i个方案的支架选型评级价值得分；wj为第i个方案的第j项指标的权重；p
ij
为第j项指标下第i个样本值的比重；p为样本数量。
[0228]
s12、通过支架选型评级价值得分，根据经验分析的方法，确定工作面综合稳定评级。
[0229]
本发明从液压支架与工作面适配性、液压支架来压期稳定性、跟机可靠性、架型选择合理性、寿命与工作面服务年限适配性方面综合分析，实现选型液压支架与工作面的各项工作指标评价打分，依据选型评价标准并给定评价选型支架与工作面的磨合评价。
[0230]
对液压支架全周期状态监测进行评估，其操作步骤为：
[0231]
1、采用熵值法，搭建指标评价体系，搭建8项支护质量评价指标：单架初撑力达标
率y1、单架最大工作阻力均值y2、单架时间加权平均阻力y3、单架移架平均时间y4、单架使用年限y5、单架累计承载过煤量y6、单架累计承载循环数y7、单架月故障发生频次y8；
[0232]
2、经过分析，液压支架全周期状态监测系统的一级评价指标有：单架阻力合理性、单架寿命安全性(如图3所示)；
[0233]
(1)单架阻力合理性判断步骤；
[0234]
其中，一级评价指标单架阻力合理性主要包括二级指标有：单架初撑力达标率y1，单架最大工作阻力均值y2，单架时间加权平均阻力y3，单架移架平均时间y4，
[0235]
①
单架初撑力达标率y1：y1＝l1÷
l1×
100％
[0236]
其中，y1为单架初撑力达标率；l1为支架初撑力大小满足设定值的个数；l1为支架初撑力总个数。
[0237]
②
单架最大工作阻力均值y2：
[0238]
其中，y2为单架最大工作阻力均值；c
ji
为支架第i次割煤循环内的第j个压力；c
ci
为支架第i次割煤循环内最后一个压力；g1为支架经历割煤循环次数；
[0239]
③
单架时间加权平均阻力y3：
[0240]
其中，y3为单架时间加权平均阻力；ci为支架第i个支架压力；mi为支架总计压力数；ti为支架第i个支架压力持续时长；t为支架全部压力承载总时长；c0为额定承载压力。
[0241]
④
单架移架平均时间y4：
[0242]
其中，y4为单架移架平均时间；ri为支架第i次移架耗时；r0为移架总次数。
[0243]
(2)单架寿命安全性判断步骤；
[0244]
其中，一级评价指标单架寿命安全性主要包括二级指标有：单架使用年限y5，单架累计承载过煤量y6，单架累计承载循环数y7，单架月故障发生频次y8。
[0245]
①
单架使用年限y5：统计支架累计使用年限周期。
[0246]
②
单架累计承载过煤量y6：依据皮带秤数据，统计支架累计承载煤量。
[0247]
③
单架累计承载循环数y7：y7＝g1，其中，g1为单架移架次数。
[0248]
④
单架月故障发生频次y8：其中，oi为第个月支架故障次数；o0为支架累计运行月数；
[0249]
3、采用步骤s3至步骤s9中的熵值法代入计算，计算液压支架全周期状态监测系统各评价指标权重及液压支架全周期状态监测系统下各指标得分及样本总得分。
[0250]
4、利用求取的权重计算得到液压支架全周期状态监测得分。
[0251]
5、依据液压支架全周期状态监测得分，根据经验对液压支架全周期状态进行评级。
[0252]
本专利系统依据支架历史阻力状态分析，确定支架承载情况，同时根据服务年限、承载煤量、故障频次信息综合对支架状态打分，依据各模块得分，采用定时分析的方式，可实现液压支架全周期状态有效监测。
[0253]
本发明通过实现支架选型模块数值化、历史承载数据化，同时根据各指标对支架选型的重要性计算各指标的权重，实现影响支架选型参数的全周期、全要素分析，从不同角度、不同方面，更加客观准确的动态评估支架选型合理性，以及支架历史承载状态的全周期状态监测分析。解决了现有支架选型依赖经验论，缺乏数据支撑，同时对于传统的支架选型提供多样性的验证分析基础，提高了支架选型的准确性、可靠性，给煤矿开采工作的安全性进一步作出了保障。