智能示范礦井┃中煤大海則煤礦綜采工作面智能化系統(tǒng)構建與實踐

2026年01月29日 16:42 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

智能示范礦井

“智能示范礦井”欄目 重點推送《智能礦山》“智能示范礦井”專欄刊載的論文，邀請全國各礦井分享最新智能化建設成果、亮點與經(jīng)驗，旨在發(fā)揮典型智能示范礦井引領作用，促進我國礦山智能化建設高質(zhì)量發(fā)展。截至目前，《智能礦山》雜志已刊載72家礦井智能化建設成果論文124篇。 ? 點擊訂閱

文章來源：《智能礦山》2026年第1期“智能示范礦井”欄目

第一作者：袁金星，現(xiàn)任中煤陜西榆林能源化工有限公司第二智能采煤中心主任兼書記，主要從事煤礦一線安全生產(chǎn)管理工作。E-mail：2104782827@qq.com

通訊作者：索志亮，主要從事煤礦一線安全生產(chǎn)相關的技術工作。E-mail：1661134747@qq.com

作者單位：中煤陜西榆林能源化工有限公司

引用格式：袁金星，彭學禮，索志亮，等. 大海則煤礦綜采工作面智能化系統(tǒng)構建與實踐[J]. 智能礦山，2026，7（1）：33-39.

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中煤陜西榆林能源化工有限公司大海則煤礦（簡稱大海則煤礦）20202綜采工作面為深部開采煤層，埋深為636～698.1 m，平均為667.05 m，煤層厚度為5.4～7.31 m，平均為6.41 m，采用一次采全高工藝，雖提高資源回收率，但圍巖擾動范圍大，頂板失穩(wěn)風險較大。煤層直接頂以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及砂泥巖互層為主，平均厚4.64 m，巖性破碎易塌，局部含中砂巖；基本頂為細粒砂巖，平均厚14.1 m，致密堅硬且厚度大，周期性斷裂易能量積聚，導致礦壓顯現(xiàn)劇烈。綜合深埋藏、大采高以及強礦壓特性，工作面面臨頂板控制難度大、礦壓監(jiān)測預警要求高等技術挑戰(zhàn)。

綜采工作面智能化體系架構

綜采工作面智能化體系架構作為現(xiàn)代煤礦智能化安全生產(chǎn)的核心，由地面調(diào)度指揮中心、井下集控平臺、支護控制系統(tǒng)、采煤機控制系統(tǒng)、“三機”控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)7個功能模塊構成，各系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)架構形成有機協(xié)同的整體，綜采工作面智能化體系架構如圖1所示。

圖1 綜采工作面智能化體系架構

綜采工作面智能化體系采用3級架構設計，地面調(diào)度指揮中心承擔決策管理職能，井下集控平臺構成井下控制中樞，支護控制系統(tǒng)、采煤機控制系統(tǒng)、“三機”控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)共同組成設備執(zhí)行層。分層高效協(xié)同運行機制，提高了煤礦生產(chǎn)的效率和安全性，推動了大海則煤礦智能化建設的進程。

井下集控平臺作為煤礦智能化工作面的井下控制核心，采用集中管控的體系架構，由硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)3部分構成。硬件系統(tǒng)包含巷道數(shù)據(jù)中心部署的4臺工業(yè)級上位機，其中2臺作為主控終端，顯示設備運行狀態(tài)，生成作業(yè)規(guī)劃，同時接受外部操作人員控制指令輸入；1臺為視頻專用終端，全方位顯示工作面視頻和重點位置視頻畫面，1臺為備用冗余設備，均采用嵌入式設計鑲嵌于防爆操作臺內(nèi)，形成“三用一備”的冗余控制模式；網(wǎng)絡系統(tǒng)由工業(yè)交換機、光纖環(huán)網(wǎng)及電纜、數(shù)據(jù)線組成，引入雙頻5G融合組網(wǎng)技術；軟件系統(tǒng)基于硬件系統(tǒng)和網(wǎng)絡系統(tǒng)，集成PLC控制、遠程控制、視頻監(jiān)控、急?？刂频裙δ?，20202智能綜采工作面綜合控制界面如圖2所示。

圖2 20202智能綜采工作面綜合控制界面

采煤機智能截割系統(tǒng)

20202綜采工作面配備德國艾柯夫SL1000型采煤機，采高范圍3 700～7 200 mm，設計產(chǎn)能≥6 000 t/h，滾筒直徑3 700 mm，有效截深865 mm。采煤機控制系統(tǒng)集成采煤機本體控制單元、上位機、數(shù)據(jù)交換機及遠程控制平臺。

上位機與數(shù)據(jù)交換機部署于膠運巷道防爆操作臺，采煤機運行數(shù)據(jù)既能通過數(shù)據(jù)交換機傳輸數(shù)據(jù)，也能經(jīng)工作面?zhèn)鬏斊脚_接入到遠程控制平臺，形成雙通道數(shù)據(jù)鏈路，確?？刂浦噶钆c狀態(tài)監(jiān)測的實時可靠性，構建多級協(xié)同的智能化采煤控制體系，在功能實現(xiàn)層面，采煤機智能截割系統(tǒng)涵蓋數(shù)據(jù)顯示、遠程控制、路徑規(guī)劃、安全防護及慣性導航5個核心能力。采煤機智能監(jiān)控系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 采煤機智能監(jiān)控系統(tǒng)界面

（1）在數(shù)據(jù)顯示和遠程控制方面，通過雙通道數(shù)據(jù)鏈路，井下集控平臺能夠?qū)崟r顯示采煤機牽引電機電流、截割電機電流、采煤機行走速度及方向、采煤機位置、牽引電機油溫、搖臂高度、機身傾角、故障信息以及通信狀態(tài)等信息。地面調(diào)度指揮中心基于綜采工作面數(shù)字孿生系統(tǒng)，通過采煤機操控臺向采煤機發(fā)送控制指令進行遠程控制，包括啟停采煤機液壓電機，啟停截割電機，啟停牽引電機，更改行進方向，搖臂升降調(diào)節(jié)等，綜采工作面數(shù)字孿生系統(tǒng)界面如圖4所示，采煤機遠程操控臺如圖5所示。

圖4 綜采工作面數(shù)字孿生系統(tǒng)界面

圖5 采煤機遠程操控臺

（2）在路徑規(guī)劃方面，20202工作面地質(zhì)條件相對復雜，煤層厚度較大，在部分地質(zhì)構造影響下，煤層厚度變化較大。在實際生產(chǎn)中，通過數(shù)字孿生的透明工作面，需要人工進行割煤三刀，生成采煤機割煤三刀的路徑規(guī)劃，割煤技術人員通過遠程控制系統(tǒng)輸入工作面高度修正值，獲得與煤層相適應的割煤曲線。采煤機在后續(xù)割煤過程中，依據(jù)人工割煤的路徑與采高進行記憶割煤。當工作面采高發(fā)生變化時，再次進行人為干預，修正割煤采高值指導下一刀割煤。當遇到地質(zhì)條件變化較大，出現(xiàn)采煤機記憶割煤無法適應的情況時，重復操作人工割煤-記憶路徑-采高修正，實現(xiàn)采煤機記憶割煤的目標。

（3）在安全防護方面，集控平臺實時監(jiān)測液壓支架護幫板狀態(tài)和采煤機運行狀態(tài)，通過預警和報警機制，防止收打護幫板不及時干擾采煤機記憶割煤。

（4）在慣性導航方面，采用高精度陀螺儀、采煤機姿態(tài)傳感器以及圖像識別技術，按照專業(yè)算法計算出刮板輸送機位置曲線，進而推導出采煤機的精確定位。基于采煤機智能控制系統(tǒng)，復雜地質(zhì)條件下的開采精度與安全保障能力得到了顯著提升。

“三機”智能運輸系統(tǒng)

20202綜采工作面配備中煤張家口煤礦機械有限責任公司SGZ1400/3×1600刮板輸送機，SZZ1600/1000轉(zhuǎn)載機，PCM1000破碎機，構建“三機”智能運輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)，與上游的采煤機、液壓支架以及下游膠運巷道輸送帶實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，形成全工作面設備互聯(lián)網(wǎng)絡。采用基于慣性導航技術與行程傳感器融合定位的方式，實時矯正刮板輸送機運行姿態(tài)，確保刮板輸送機平直度。通過分析安裝在工作面機頭位置的高清防爆攝像頭捕捉的圖像，識別大塊煤矸，保護轉(zhuǎn)載機，防止大塊煤矸堵塞轉(zhuǎn)載機。在功能實現(xiàn)層面，系統(tǒng)聚焦數(shù)據(jù)顯示、多機協(xié)同控制、功率智能調(diào)控以及平直度智能調(diào)控4個核心能力，“三機”智能運輸系統(tǒng)界面如圖6所示。

圖6 “三機”智能運輸系統(tǒng)界面

（1）在數(shù)據(jù)顯示方面，井下集控平臺能夠顯示電機電流、減速機油溫和油位、冷卻水溫度和流量、過載報警等信息，實現(xiàn)設備狀態(tài)實時監(jiān)控。

（2）在多機協(xié)同控制方面，本地模式下可單獨控制破碎機、轉(zhuǎn)載機和刮板輸送機；在檢修模式下可解除聯(lián)鎖實現(xiàn)靈活調(diào)控，保障檢修安全；集控模式下支持集控平臺遠程聯(lián)控，一鍵啟停。

（3）在功率智能調(diào)控方面，集控平臺通過實時監(jiān)測刮板輸送機電機電流，建立多級響應體系。當工作面煤壁出現(xiàn)大規(guī)模片幫，導致煤流增加，刮板輸送機電機功率瞬間增大時，觸發(fā)語音報警系統(tǒng)，聯(lián)動采煤機執(zhí)行降速或者停機操作，避免刮板輸送機因過載出現(xiàn)斷鏈等現(xiàn)象。此外刮板輸送機還具備自動張緊、斷鏈停機保護等功能。

（4）在平直度智能調(diào)控方面，通過采用慣性導航技術與行程傳感器，生成刮板輸送機的位置曲線。基于刮板輸送機位置，調(diào)整液壓支架，實現(xiàn)刮板輸送機平直，工作面液壓支架平直，并實現(xiàn)轉(zhuǎn)載機、破碎機和超前支架的順序自動平穩(wěn)前移。智能“三機”運輸系統(tǒng)提升了復雜地質(zhì)條件下運輸系統(tǒng)的穩(wěn)定性和協(xié)同作業(yè)效率。

液壓支架智能跟機系統(tǒng)

20202綜采工作面液壓支架選用中煤北京煤礦機械有限責任公司支撐掩護式液壓支架，工作面長350 m，共174臺液壓支架，其中綜采工作面中間架選用ZY19000/34/72D型液壓支架，共164臺；大落差過渡架選用ZYG19000/34/72D型液壓支架2臺；過渡架選用ZYG19000/34/72D型液壓支架2臺；機頭、機尾選用ZY19000/28/55D型液壓支架，各3臺?；仫L巷道超前支護選用4臺ZZ18000/27/50D型超前液壓支架，膠運巷道超前支護選用2組ZQL2×10500/27/50D型超前液壓支架。液壓支架系統(tǒng)集成控制器、無線遙控器、壓力傳感器、行程傳感器、采高傳感器、電源箱以及主控閥。搭配marco電液控制系統(tǒng)，通過工業(yè)以太網(wǎng)與集控平臺相連，在局部及全工作面范圍內(nèi)對液壓支架進行調(diào)整和修正，實現(xiàn)液壓支架自適應控制。在功能實現(xiàn)層面，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)顯示、設備控制、礦壓分析與預警、跟機自動化控制4個核心功能，液壓支架智能監(jiān)測系統(tǒng)界面如圖7所示。

圖7 液壓支架智能監(jiān)測系統(tǒng)界面

（1）在數(shù)據(jù)顯示方面，系統(tǒng)能夠顯示立柱壓力、推移行程、煤機位置方向、煤層高度、支架姿態(tài)以及護幫板狀態(tài)等。

（2）在設備控制方面，實現(xiàn)按鍵和遠程控制臺對單個支架動作的非自動化控制以及成組支架動作的自動化控制（包括成組收打護幫、成組推移刮板輸送機以及成組降柱-移架-升柱等控制）。液壓支架遠程操控臺如圖8所示。

圖8 液壓支架遠程操控臺

（3）在礦壓分析與預警方面，系統(tǒng)通過歷史數(shù)據(jù)與實時壓力監(jiān)測，構建頂板來壓預警模型，提前預測頂板來壓風險，精準預警支架初撐力不足情況。液壓支架能夠接收礦壓規(guī)劃指令，并及時自動補壓，有效預防頂板初次來壓和周期來壓。

（4）在跟機自動化控制方面，實現(xiàn)工作面設備群智能協(xié)同作業(yè)。隨著采煤機不斷推進，液壓支架自動化允許范圍為3～172架，采煤機前進方向，距離采煤機前滾筒5架，順序收護幫板1架；采煤機前進相反方向，距離采煤機后滾筒7架，順序打護幫板1架，距離采煤機后滾筒15架，順序推移刮板輸送機8架，液壓支架智能跟機移架界面如圖9所示。

圖9 液壓支架智能跟機移架界面

泵站智能調(diào)控系統(tǒng)

20202綜采工作面泵站組合選用無錫煤礦機械股份有限公司BRW630/40乳化泵5臺，BPW630/16A噴霧泵2臺，增壓泵1臺，蓄能器1臺，高壓反沖洗過濾站1臺，清水回液過濾站1臺以及2個乳化液箱、1個清水箱。該泵站組合通過乳化泵“三用兩備”，噴霧泵“一用一備”，多級過濾以及壓力蓄能技術，保障20202綜采工作面液壓系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)的運行需求。在功能實現(xiàn)層面，系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)顯示、遠程控制、智能調(diào)控3個核心功能，泵站智能監(jiān)測系統(tǒng)界面如圖10所示。

圖10 泵站智能監(jiān)測系統(tǒng)界面

（1）在數(shù)據(jù)顯示方面，智能化泵站系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示泵站油溫和油位、出口壓力、液箱液位、乳化液配比濃度以及故障信息等。

（2）在遠程控制方面，實現(xiàn)遠程控制乳化泵、噴霧泵、增壓泵、反沖洗過濾站的啟停以及自動配比功能啟停等功能。

（3）在智能調(diào)控方面，系統(tǒng)基于液壓設備運行和除塵設備運行需求預測模型，動態(tài)優(yōu)化泵站輸出參數(shù)，實現(xiàn)供液量與工作面工況的精準匹配。智能泵站系統(tǒng)通過構建數(shù)據(jù)實時監(jiān)控、供液濃度以及壓力動態(tài)調(diào)節(jié)體系，提升了液壓動力系統(tǒng)的可靠性與能效水平。

視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)

工作面智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)作為智能化工作面開采的“視覺中樞”。通過部署于工作面內(nèi)部、兩巷道及關鍵區(qū)域的高清攝像頭陣列，構建全方位監(jiān)測網(wǎng)絡。系統(tǒng)依托5G+工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)毫秒級圖像傳輸，支持井下集控平臺與地面調(diào)度指揮中心同步顯示多路高清視頻流。集成AI圖像識別算法可實時解析設備動作姿態(tài)、環(huán)境參數(shù)、人員行為及工況異常，通過云端分析協(xié)同決策，自動觸發(fā)設備閉鎖、語音報警等聯(lián)動控制，實現(xiàn)智能化管理。在功能實現(xiàn)層面，系統(tǒng)聚焦于工作面狀態(tài)智能識別與設備聯(lián)動控制，視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖11所示。

圖11 視頻智能監(jiān)控系統(tǒng)界面

（1）在工作面狀態(tài)智能識別方面，視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠通過實時監(jiān)控采煤機割煤、刮板輸送機空間曲線、護幫板姿態(tài)、頂板煤壁狀態(tài)以及人員狀況等信息，為設備協(xié)同作業(yè)提供空間基準與工況數(shù)據(jù)。

（2）在設備聯(lián)動控制方面，系統(tǒng)具備工作面視頻跟機自動切換功能，煤機-支架防碰撞預警機制。

（3）同步構建數(shù)字孿生可視化界面，集成歷史工況回溯與開采工藝優(yōu)化功能，形成環(huán)境感知、風險預警與執(zhí)行反饋的全流程智能管控體系，為工作面透明化運行與少人化操作提供技術支撐。

總結

（1）為實現(xiàn)大海則煤礦智能化工作面的高效運行，以地面指揮控制中心、井下集控平臺和井下設備群為基礎，結合智能決策、數(shù)據(jù)分析、監(jiān)測預警等核心功能，構建綜采工作面智能化協(xié)同控制體系架構。

（2）20202綜采工作面依據(jù)智能生產(chǎn)系統(tǒng)，實現(xiàn)了采煤機記憶割煤、液壓支架跟機移架、運輸系統(tǒng)煤流監(jiān)測、泵站智能調(diào)控以及視頻系統(tǒng)風險識別等功能，在工作面少人化的前提下，提高了安全生產(chǎn)效率，達到減人增安提效的目的。

（3）大海則煤礦20202綜采工作面智能化建設對西部煤炭行業(yè)智能化平臺搭建具有重要的借鑒意義。在復雜的地質(zhì)條件下，綜采工作面智能化建設仍需優(yōu)化和完善，引入深度算法加強數(shù)字孿生系統(tǒng)與現(xiàn)場實際工況的匹配度，實現(xiàn)更深層次的智能化建設。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

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期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團有限公司主管、煤炭科學研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領域產(chǎn)學研用新進展的綜合性技術刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業(yè)/團隊/人物專訪政策解讀視角·觀點智能示范礦井對話革新·改造學術園地、專題報道等。

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