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(shè)成果、亮點與經(jīng)驗，旨在發(fā)揮典型智能示范礦井引領(lǐng)作用，促進我國礦山智能化建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展。截至目前，《智能礦山》雜志已刊載64家礦井智能化建設(shè)成果論文112篇。 ? 點擊訂閱

文章來源：《智能礦山》2025年第1期理事單位特刊“智能示范礦井”專欄

作者簡介：李偉，博士，研究員，現(xiàn)任山東能源集團有限公司黨委書記、董事長，主要從事煤炭安全高效開采和清潔高效利用方面的技術(shù)研究與工程實踐工作。E-mail：sdnyliwei@shandong-energy.com

作者單位：山東能源集團有限公司

引用格式：李偉. 山東能源薄煤層工作面智能化開采創(chuàng)新實踐[J]. 智能礦山，2025，1(1)：43-53.

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煤炭作為我國的主體能源，在經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)重要地位，隨著礦井開采強度增加、剩余服務(wù)年限減少，很多煤炭企業(yè)逐步轉(zhuǎn)入薄煤層資源開采階段。我國薄煤層資源儲量豐富，廣泛分布于80多個礦區(qū)，工業(yè)儲量達98.3億t，其中可采儲量約65億t，約占全部可采儲量20％，山東能源集團有限公司（簡稱山東能源）國內(nèi)75處生產(chǎn)煤礦中，擁有2m以下薄及較薄煤層的煤礦32處，占比42.6%；32處煤礦資源總量為54.4億t，2m以下薄及較薄煤層資源量25.8億t，占總資源量的47.4%。但是受開采工藝及技術(shù)裝備等因素限制，國內(nèi)薄煤層產(chǎn)量僅約占煤炭總產(chǎn)量7%。由于開發(fā)難度大，空間小，產(chǎn)量及效率低，成本高，安全性能差，薄煤層開采一直是制約煤炭企業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的難題。

山東能源在陜西未來能源化工有限公司金雞灘特大型煤礦集成應(yīng)用了數(shù)智化高效開采成套技術(shù)，開創(chuàng)了煤炭數(shù)智化高效開采的成功示范，建成世界首個8.2m超大采高工作面，平均日產(chǎn)6.16萬t，月產(chǎn)153萬t，創(chuàng)綜采高度、產(chǎn)量及效率的世界最高紀(jì)錄。在千米深井的兗礦能源集團股份有限公司楊村煤礦（簡稱楊村煤礦）開展智能化建設(shè)工程實踐，建成7302、5305智能綜放示范工作面，生產(chǎn)班作業(yè)人員由16人減至7人，減員幅度為56%。在此基礎(chǔ)上，山東能源結(jié)合自身發(fā)展實際，系統(tǒng)攻關(guān)薄煤層無人開采新課題，探索走出煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、安全高質(zhì)量發(fā)展的“山能路徑”，成功打造了楊村煤礦、棗莊礦業(yè)（集團）有限責(zé)任公司濱湖煤礦（簡稱濱湖煤礦）正常生產(chǎn)條件下，常態(tài)化無人作業(yè)的薄煤層工作面。

薄煤層智能化開采的現(xiàn)狀分析

1.1 地質(zhì)條件分析

薄煤層煤厚一般約在1.3m以下，且地質(zhì)條件變化大，斷層、夾矸等地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。以楊村煤礦、濱湖煤礦為例，楊村煤礦17煤，煤層傾角2°~11°,平均5°;煤層厚度0.95～1.35m，平均為1.15m，煤層中含有厚度不均勻的堅硬夾矸及硫化亞鐵結(jié)核體（f=8～10）；直接頂為十一灰?guī)r，平均厚度為0.83m（f=8～10）；基本頂為粉砂巖，平均厚度2.4m；直接底為鋁質(zhì)泥巖，平均厚度2m。濱湖煤礦16煤，煤層傾角5°~10°,平均8°;煤層厚度0.7～1.71m，平均為1.23m。直接頂為十下灰?guī)r，厚度2.99～8.19m，具泥巖偽頂，厚0.15～0.44m，十下灰既是直接頂也是基本頂，具二重性，為穩(wěn)定頂板；直接底以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，厚0.65～8.33m，采區(qū)內(nèi)存在落差1/2～2/3不同采高的斷層。

1.2 工藝及技術(shù)裝備分析

薄煤層開采除地質(zhì)條件限制外，面臨的主要問題是空間狹小，設(shè)備運轉(zhuǎn)及人員活動區(qū)域受限，工作面內(nèi)行走、作業(yè)困難，而且勞動強度較大，整體作業(yè)環(huán)境惡劣，職業(yè)危害大。從工藝及技術(shù)裝備應(yīng)用的角度分析，存在3個方面的問題。

（1）現(xiàn)有低效開采工藝無法支持快速連續(xù)開采

薄煤層工作面系統(tǒng)配套方式不夠優(yōu)化，生產(chǎn)工藝效率低，端頭截割三角煤時間長，全工作面整體推進速度慢，難以滿足礦區(qū)協(xié)調(diào)開采、生產(chǎn)接續(xù)需求。

（2）狹窄空間嚴重制約開采裝備性能提升

高效開采要求采煤機大功率，高強度開采圍巖控制難度大，要求支架高工作阻力，與開采空間矛盾疊加更加突出，狹小空間難以布置大功率設(shè)備，低速、低效、高強度工作，高能積比難突破。

（3）煤層條件變化下無人干預(yù)及實時智能開采能力不足

簡單條件下，液壓支架全工作面跟機、遠程人工干預(yù)、視頻監(jiān)控均可實現(xiàn)，但缺乏煤層條件變化情況下的智能感知、自主決策能力，難以實現(xiàn)與煤層走勢的最佳匹配。

薄煤層成套開采裝備迭代升級

山東能源針對具體煤層賦存及開采情況，聯(lián)合中煤科工開采研究院有限公司等科研單位，基于工作面產(chǎn)能目標(biāo)導(dǎo)向，創(chuàng)新薄煤層高能積比配套模式，通過協(xié)同優(yōu)化工作面裝備間配套尺寸，重點圍繞薄煤層開采過機空間、過煤空間、行人空間等技術(shù)特征要求，實現(xiàn)裝備時空配合最優(yōu)化；在此基礎(chǔ)上，對支、采、運成套開采裝備性能升級開發(fā)，保障裝備可靠性的前提下，提升對薄煤層開采條件的適應(yīng)性，薄煤層成套開采裝備配套示意如圖1所示。

圖1 薄煤層成套開采裝備配套示意

2.1 支護裝備升級

隨著工作面長度及開采效率的提升，圍巖控制難度增加，要求液壓支架在較大工作阻力下實現(xiàn)更低的高度支撐，同時具有抬底、推移、底座調(diào)整等功能。針對上述情況，開發(fā)了薄煤層液壓支架，工作阻力達到6000kN，最小支撐高度0.8m。研發(fā)出專用大伸縮比立柱，優(yōu)化千斤頂導(dǎo)向及進回液結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)支架大比例升降行程，具有隱藏嵌入式頂梁，將液壓、電氣等元件嵌入頂梁內(nèi)部，如圖2所示，在保證強度的前提下，實現(xiàn)過機空間最大化。

圖2 薄煤層液壓支架及嵌入式結(jié)構(gòu)頂梁

支護裝備配套垂直抬底、倒裝推移功能，有效提升支架對復(fù)雜地質(zhì)條件的適應(yīng)性。工作面巷道基于超前支承壓力分布規(guī)律，根據(jù)非等強支護原理，采用兩列式強力超前支架和單元式超前支架配套形成長距離超前支護，保障高效推進條件下薄煤層工作面圍巖穩(wěn)定。工作面升級配套為遠距離無人值守的集中供液系統(tǒng)，優(yōu)化供液系統(tǒng)架構(gòu)及液壓元部件參數(shù)匹配，液壓支架單架降移升時間由11s減少為5～7s。

2.2 截割裝備升級

高產(chǎn)高效對采煤機截割及牽引能力、滾筒裝煤能力提出更高要求。針對1.1m以下薄煤層截割，研發(fā)了雙滾筒電牽引采煤機，單搖臂截割功率550kW，裝機功率提升至1270kW，配備半懸機身加全懸搖臂結(jié)構(gòu)如圖3所示，機面高度僅為814mm，過煤空間提升為304mm，適配寬度為800、900、1000mm的刮板輸送機，有效增加橫向過煤尺寸（沿走向方向），過煤面積提升15%。

圖3 薄煤層采煤機半懸機身結(jié)構(gòu)

結(jié)合常規(guī)機身、爬底板采煤機優(yōu)點，采用半懸機身結(jié)構(gòu)，重心在輸送機上，搖臂采用C型懸置，解決薄煤層調(diào)頂、挖底問題，同時改善煤機裝煤效果，截割力大，通過能力強，滾筒優(yōu)選高強度硬巖截齒，在含有硫鐵礦夾矸且斷層多、起伏多、煤層薄的條件下，煤機截割速度由5m/min提升為8m/min。

2.3 輸送裝備升級

刮板輸送裝備通過高鏈速、大運量，最大限度保證煤流運輸能力。薄煤層工作面一般采用沿頂開采工藝，巷道與工作面間存在約1m的高度差，根據(jù)此特點研發(fā)了多鉸接自適應(yīng)重疊側(cè)卸機頭，刮板輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機機尾一體式設(shè)計，配套可調(diào)式液壓抬高裝置及旋轉(zhuǎn)鉸接支座等結(jié)構(gòu)如圖4所示，實現(xiàn)輸送裝備同步快速推移的同時適應(yīng)工作面0°～15°角度變化，以及推斜7°的角度變化；機尾根據(jù)巷道沿頂掘進情況，研發(fā)了反臥式伸縮機尾，與工作面中部槽近水平過渡，有效保證端頭挖底量。

圖4 薄煤層重疊側(cè)卸機頭

刮板鏈組件的智能監(jiān)測、基于負荷分量梯度補償?shù)逆湕l張緊，以及多驅(qū)動協(xié)同智能控制技術(shù)，輔助工作面煤流控制模型，實現(xiàn)工作面采運協(xié)同控制。帶式輸送機機尾采用模塊化設(shè)計，安裝自驅(qū)動牽引模塊化組合伸縮系統(tǒng)，有效降低帶式輸送機支架拆除頻率，確保了工作面高效生產(chǎn)。

薄煤層智能化開采創(chuàng)新技術(shù)及實踐

智能開采作為實現(xiàn)煤礦安全高效生產(chǎn)的新技術(shù)手段，在減人、提效等方面切實提升了薄煤層的開采效率，山東能源旗下云鼎科技股份有限公司、北斗天地股份有限公司與華為技術(shù)有限公司、北京天瑪智控科技股份有限公司等單位聯(lián)合開展了一系列創(chuàng)新技術(shù)研究與實踐，形成了涵蓋開采輔助、信息基礎(chǔ)、生產(chǎn)管理等范圍內(nèi)的6大創(chuàng)新性應(yīng)用成果。

3.1 綜采工作面國產(chǎn)慣導(dǎo)應(yīng)用

研發(fā)出國產(chǎn)高精度慣導(dǎo)研發(fā)智能綜采作業(yè)自導(dǎo)向系統(tǒng)（Intelligent mining operation self-steering system，IMOSS），成功實現(xiàn)綜采工作面自動找直應(yīng)用，如圖5所示，在山東能源內(nèi)部10余個礦井實現(xiàn)系統(tǒng)常態(tài)化運行，取得良好應(yīng)用效果，實現(xiàn)了進口產(chǎn)品的國產(chǎn)化替代。

圖5 工作面自動找直效果

液壓支架當(dāng)前主要采用底座傾角傳感器對支架推移進行一維監(jiān)測，無法做到航向、偏移、橫滾等多維方向監(jiān)測，薄煤層工作面空間受限，設(shè)備安全間隙小，液壓支架打滑、丟架、咬架等異常工況難以監(jiān)測，制約了自動化生產(chǎn)效率進一步提升。為持續(xù)拓展慣導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用場景，解決支架多維姿態(tài)監(jiān)測難題，研發(fā)出首套基于MEMS慣導(dǎo)技術(shù)的液壓支架監(jiān)控感知系統(tǒng)，為數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)提供底層數(shù)據(jù)支撐，提升了工作面連續(xù)自動化生產(chǎn)水平。

國產(chǎn)高精度慣導(dǎo)系統(tǒng)采用國產(chǎn)芯片，測量精度高且與國外進口設(shè)備相比，設(shè)備成本大幅降低，具備較好的維護性，可有效提高工作面設(shè)備控制自動化程度，MEMS慣導(dǎo)技術(shù)的液壓支架監(jiān)控感知系統(tǒng)包括2個方面的特點。

（1）基于MEMS慣導(dǎo)技術(shù)，實現(xiàn)支架姿態(tài)精準(zhǔn)測量及調(diào)整

首創(chuàng)國產(chǎn)MEMS慣導(dǎo)應(yīng)用于液壓支架監(jiān)控感知系統(tǒng)，可測量液壓支架位置信息、液壓支架傾斜情況及航向角偏移情況，識別支架打滑、丟架、咬架等工況，配合液壓支架自身調(diào)節(jié)裝置，實現(xiàn)支架姿態(tài)角度實時精準(zhǔn)調(diào)整，MEMS傳感器安裝位置及測量精度如圖6所示。

圖6 MEMS傳感器安裝位置及測量精度

（2）傳感數(shù)據(jù)為數(shù)字孿生、規(guī)劃截割提供設(shè)備實時位姿信息

通過部署IMOSS系統(tǒng)和MEMS慣導(dǎo)技術(shù)，結(jié)合自主研發(fā)的優(yōu)化算法和誤差補償技術(shù)，實現(xiàn)對煤機設(shè)備自主定姿、定位、定向的精準(zhǔn)測量，滿足液壓支架直線度動態(tài)調(diào)整需求，并為數(shù)字孿生系統(tǒng)、規(guī)劃截割系統(tǒng)提供采煤機位置、截割曲線、液壓支架行程、偏移量等實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了綜采工作面液壓支架位置姿態(tài)信息實時監(jiān)測分析、異常狀態(tài)超限告警提示，提高了綜采工作面采煤機、液壓支架、刮板輸送機位姿監(jiān)測實時性和系統(tǒng)控制精度，IMOSS慣導(dǎo)記錄采煤機運行軌跡界面如圖7所示。

圖7 IMOSS慣導(dǎo)記錄采煤機運行軌跡界面

3.2 多參量耦合模型的規(guī)劃截割開采

薄煤層開采受高度限制，采煤機采用記憶截割或分段截割，都需要煤機司機跟機作業(yè)，為了保證合理的作業(yè)空間，薄煤層工作面開采高度難以降到1.4m以下。采用現(xiàn)有技術(shù)，僅依靠地質(zhì)模型，在探測精度、經(jīng)濟性等方面，都無法滿足薄煤層規(guī)劃截割需要。基于上述情況，通過聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，首創(chuàng)了多參量耦合模型的規(guī)劃截割開采模式，助力薄煤層工作面安全高效無人開采。

多參量耦合模型的規(guī)劃截割開采技術(shù)已在楊村煤礦、濱湖煤礦部署應(yīng)用。在濱湖煤礦31606工作面，開啟多參量耦合模型的規(guī)劃截割開采模式后，工作面開采高度從原來的1.5m降到1.25m，基本實現(xiàn)了煤厚即是采高的開采效果，液壓支架協(xié)同連續(xù)自動推進系統(tǒng)包括2個方面的特點。

（1）多參量耦合模型的規(guī)劃截割開采

通過連續(xù)采集多刀截割歷史數(shù)據(jù)，輸入GIS平臺地質(zhì)模型、IMOSS慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)字孿生體幾何尺寸、連接關(guān)系和剛性約束條件，擬合支架姿態(tài)，生成多參量知識庫，經(jīng)過插值算法、濾波算法等預(yù)處理，持續(xù)提高規(guī)劃截割模型數(shù)據(jù)精度，有效控制工作面采高，提升薄煤層開采效率，降低含矸量，多參量耦合模型的規(guī)劃截割開采工作原理如圖8所示。

圖8 多參量耦合模型的規(guī)劃截割開采工作原理

（2）液壓支架協(xié)同連續(xù)自動推進

為適應(yīng)煤層多變的賦存條件，系統(tǒng)融合了MEMS慣導(dǎo)、傾角、行程數(shù)據(jù)，構(gòu)建了基于多參量的支架推進度散點模型，同時融合機頭、機尾上竄下滑偏移量，自適應(yīng)調(diào)用糾偏工藝集，結(jié)合采煤工藝統(tǒng)一規(guī)劃支架動作策略，實現(xiàn)采煤機與液壓支架協(xié)同高效運行，支撐工作面連續(xù)無人化開采。

3.3 數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)

針對薄煤層頂板較好、液壓支架結(jié)構(gòu)簡單等有利條件，充分利用數(shù)字孿生技術(shù)，基于設(shè)備真實尺寸和地理真實坐標(biāo)的工作面模型，融合多源數(shù)據(jù)，把物理場景轉(zhuǎn)換為真實數(shù)字場景，清晰展現(xiàn)工作面起伏狀態(tài)和設(shè)備位姿情況，為遠程控制提供操作建議和控制指令，形成面內(nèi)無人作業(yè)的遠程控制模式，數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)界面如圖9所示。

圖9 數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)界面

通過應(yīng)用數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)，在集控中心全息感知工作面物理空間，實現(xiàn)了工作面實體與數(shù)字礦山孿生體的虛實映射與實時交互。結(jié)合AI技術(shù)計算分析開采作業(yè)、設(shè)備管理、環(huán)境管控，為生產(chǎn)控制提供決策依據(jù)，有效提升了工作面智能化水平，將跟機巡視人員從艱苦繁重現(xiàn)場作業(yè)中解放出來，降低了工人勞動強度，為集控中心遠程操控、工作面內(nèi)無人生產(chǎn)提供有力技術(shù)支撐。數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)主要包括3個方面的特點。

（1）現(xiàn)場多參量傳感器實現(xiàn)數(shù)字孿生

數(shù)字孿生輔助控制系統(tǒng)基于工作面設(shè)備真實

尺寸，結(jié)合采煤機IMOSS慣導(dǎo)、液壓支架MEMS慣導(dǎo)及傾角、行程等各類傳感器數(shù)據(jù)，實時監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，記錄采煤機截割曲線，結(jié)合工作面GIS地理信息，實現(xiàn)井下物理空間在數(shù)字世界的真實映射。

（2）多視角切換的工作面全方位信息提供遠程操控決策依據(jù)

數(shù)字孿生技術(shù)支持360°視角切換，與視頻拼接等形式的固定視角相比，操控人員可以從任何角度監(jiān)測工作面，實現(xiàn)工作面全場景可視化表達。配合電液控制系統(tǒng)、采煤機電控系統(tǒng)，操控人員全面掌握工作面的實時情況、設(shè)備運行狀態(tài)，基于多源數(shù)據(jù)分析結(jié)果，輔助遠程操作人員完成采煤機、液壓支架聯(lián)動控制，不同視角的全場景展示界面如圖10所示。

圖10 不同視角的全場景展示界面

（3）AI數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)預(yù)警控制交互

應(yīng)用盤古大模型AI技術(shù)，融合工作面多個子系統(tǒng)的多源數(shù)據(jù)，綜合監(jiān)測預(yù)警和異常工況分析，取代單機預(yù)警或人工監(jiān)測分析，實現(xiàn)直線度偏離、設(shè)備干涉、大塊煤等監(jiān)測預(yù)警和控制交互，有效降低了安全生產(chǎn)風(fēng)險。

3.4 班組協(xié)同交互通信系統(tǒng)

薄煤層工作面少人無人化開采，巡檢人員需要同時承擔(dān)多個崗位的工作，工作面作業(yè)人員分散，固定通信設(shè)備難以滿足少人化作業(yè)的通信需求。研發(fā)出班組協(xié)同交互通信系統(tǒng)，通過便捷的語音通信實現(xiàn)區(qū)域協(xié)同，融合礦井有線及無線通信系統(tǒng)，滿足在工作面任意位置即時通信的需求，提高了作業(yè)溝通效率。

在楊村煤礦、濱湖煤礦部署應(yīng)用班組協(xié)同交互通信系統(tǒng)，生產(chǎn)作業(yè)人員使用移動通信終端，通過單兵通信應(yīng)用程序，可在工作面任意位置，與面內(nèi)作業(yè)人員、地面操作人員即時通信，提升礦井日常工作傳達和應(yīng)急響應(yīng)能力。在工作面刮板輸送機機頭、泵站等開機運行噪音較大位置，使用具備降噪能力的骨傳導(dǎo)耳機，較傳統(tǒng)有線通信設(shè)備具備更好的通信效果，提升了班組成員之間溝通質(zhì)量。煤礦多種語音通信設(shè)備融合具備2個方面的特點。

（1）多種語音通信設(shè)備高效融合

采用標(biāo)準(zhǔn)SIP協(xié)議，各類語音通信設(shè)備高效融入?yún)f(xié)同交互通信系統(tǒng)，實現(xiàn)了調(diào)度通信系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)、礦用廣播系統(tǒng)以及井下沿線擴音電話系統(tǒng)互聯(lián)互通，班組工作人員采用手機、平板電腦、智能手表等多種通信終端均可對外聯(lián)絡(luò)，實現(xiàn)靈活協(xié)同通信，煤礦多種語音通信設(shè)備融合系統(tǒng)如圖11所示。

圖11 煤礦多種語音通信設(shè)備融合系統(tǒng)

（2）骨傳導(dǎo)耳機滿足班組即時高質(zhì)量通信

骨傳導(dǎo)耳機是新型單兵裝備納入班組協(xié)同交互通信系統(tǒng)，使用耳機側(cè)鍵一觸即達，結(jié)合智能終端融合通信應(yīng)用程序，快速便捷實現(xiàn)班組內(nèi)部通話，耳機采用智能降噪拾音算法，自動過濾無效噪聲，在礦山采掘、洗選、運輸?shù)葟娫胍舡h(huán)境下，滿足聽得清、說得清的需求，實現(xiàn)雙方高質(zhì)量通信聯(lián)絡(luò)。骨傳導(dǎo)耳機+通信終端連接如圖12所示。

圖12 骨傳導(dǎo)耳機+通信終端連接

3.5 盤古礦山大模型AI服務(wù)平臺

構(gòu)建了以盤古大模型為底座的礦山行業(yè)大模型，實現(xiàn)了中心訓(xùn)練、邊緣推理、云邊協(xié)同、邊用邊學(xué)、持續(xù)優(yōu)化功能。研發(fā)出67類算法模型，全面覆蓋了煤礦采、掘、機、運、通及安全管理等專業(yè)，在礦井提升安全管理、降本增效方面發(fā)揮了積極作用，盤古礦山大模型AI服務(wù)平臺具備4個方面的特點，AI服務(wù)平臺界面如圖13所示。

圖13 AI服務(wù)平臺界面

（1）大模型準(zhǔn)確率高、泛化性好，提高了場景應(yīng)用效果

煤礦安全生產(chǎn)過程中異常樣本數(shù)據(jù)較少且難以獲取，傳統(tǒng)小模型缺少大量異常樣本訓(xùn)練，準(zhǔn)確率低，盤古礦山大模型通過海量礦山行業(yè)數(shù)據(jù)預(yù)訓(xùn)練，參數(shù)量大、異常獨特性高，保證了模型高準(zhǔn)確率和高泛化性，比小模型精度提升10%，新場景部署后初始精度提升23%。通過礦山大模型的實際應(yīng)用，有效解決了煤礦場景落地難、應(yīng)用效果不佳的問題，大模型與小模型能力對比分析如圖14所示。

圖14 大模型與小模型能力對比分析

（2）大模型云邊協(xié)同、邊用邊學(xué)架構(gòu)，保證了常態(tài)化運行

傳統(tǒng)小模型在面臨誤報情況時，缺乏及時優(yōu)化能力，嚴重影響了正常應(yīng)用，而大模型通過云邊協(xié)同、邊用邊學(xué)架構(gòu)能夠?qū)崟r反饋異常報警信息，并且自動實現(xiàn)模型迭代和部署升級，大模型具有持續(xù)自我提升能力，確保現(xiàn)場應(yīng)用的場景準(zhǔn)確率高，實現(xiàn)場景常態(tài)化運行，報警處置界面如圖15所示。

圖15 報警處置界面

（3）大模型與生產(chǎn)管理深度融合，促進了減人提效增安

通過大模型和數(shù)字孿生技術(shù)的深度融合以及常態(tài)化應(yīng)用，持續(xù)提高規(guī)劃截割模型數(shù)據(jù)精度，有利于薄煤層工作面截割的持續(xù)優(yōu)化。通過預(yù)測大模型技術(shù)在精煤洗選、焦化配煤工藝流程的應(yīng)用，精準(zhǔn)控制產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效益雙提升。

（4）大模型全面賦能煤礦安全生產(chǎn)，通過AI踐行無監(jiān)控、不作業(yè)煤礦企業(yè)在井上井下區(qū)域的關(guān)鍵部位、工藝流程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)部署監(jiān)控攝像儀，解決了從現(xiàn)場查看到集控監(jiān)控、事后有據(jù)可查等問題。基于大模型的技術(shù)特點，對各點位攝像儀配置不同模型算法，及時預(yù)警、迅速處置，實現(xiàn)AI的24h無死角監(jiān)測預(yù)警，全面賦能煤礦安全生產(chǎn)。

楊村煤礦和濱湖煤礦引入盤古礦山大模型，分別在4703采煤工作面、31606采煤工作面等地點171臺攝像儀及230路模型，通過工作面的常態(tài)化運行，取得了3個方面的應(yīng)用效果。

（1）安全管理由事后追溯向事前預(yù)警轉(zhuǎn)變

通過大模型實時監(jiān)測井下環(huán)境、設(shè)備和人員狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常狀況時自動本地語音報警并聯(lián)動設(shè)備緊急閉鎖，把風(fēng)險化解在隱患前、把隱患消除在事故前，提升安全自管自治能力。例如，實時監(jiān)測薄煤層采煤工作面大塊煤卡堵情況，出現(xiàn)異常情況時語音報警及聯(lián)動控制，實現(xiàn)了及時發(fā)現(xiàn)并處理大塊煤淤堵問題，減少煤炭淤堵造成的故障停機時間。

（2）由勞動密集向精簡高效轉(zhuǎn)變

通過礦山大模型的應(yīng)用，減少了日常巡檢和重復(fù)性工作，降低了勞動強度，減少了作業(yè)人員，助力現(xiàn)場作業(yè)從少人到無人的轉(zhuǎn)變。例如，在主煤流運輸系統(tǒng)中部署堆煤監(jiān)測、異物監(jiān)測、煤倉運行異常狀態(tài)監(jiān)控等10多類場景，實現(xiàn)了機頭、機尾及給煤機等關(guān)鍵區(qū)域的實時智能監(jiān)控，降低了巡檢人力成本并提升了煤礦生產(chǎn)的安全系數(shù)。

（3）由粗放管理向精細化管理轉(zhuǎn)變

借助大模型多維度數(shù)據(jù)分析能力，與數(shù)字孿生技術(shù)緊密結(jié)合，融合分析大塊煤、人員位置、支架壓力、電機溫度等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了精準(zhǔn)預(yù)測，為生產(chǎn)控制提供決策依據(jù)，有效提升了工作面的智能化水平。

3.6 煤礦GIS公共服務(wù)平臺

自主研發(fā)煤礦GIS公共服務(wù)平臺，作為山東能源各煤礦基礎(chǔ)圖紙、數(shù)據(jù)共享、一體化圖形平臺底座，兼容煤礦常用的AutoCAD和LRGIS等軟件系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)換插件實現(xiàn)原有CAD圖紙及LRGIS圖紙轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)對接，實現(xiàn)了圖形及煤礦基礎(chǔ)資料數(shù)據(jù)同源，規(guī)范了制圖流程管理，為各應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)融合圖形底座，GIS公共服務(wù)平臺具備3個方面的特點，系統(tǒng)界面如圖16所示。

圖16 GIS公共服務(wù)平臺界面

（1）建立圖紙協(xié)同審批業(yè)務(wù)模式，強化集團技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理

GIS公共服務(wù)平臺采用C/S架構(gòu)，建立了從生產(chǎn)一線到集團總部的縱向業(yè)務(wù)協(xié)同模式，實現(xiàn)煤礦圖紙由原來的紙質(zhì)圖紙審批報送，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€電子化審批圖紙。所有圖紙實現(xiàn)了在線統(tǒng)一管理，根據(jù)不同專業(yè)、不同職級配置不同權(quán)限，實時在線查閱礦井各專業(yè)圖紙信息及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免了圖紙多版本重復(fù)繪制，圖形和數(shù)據(jù)不一致、不統(tǒng)一等問題，有效加強基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。

（2）建立集團級統(tǒng)一時空GIS數(shù)據(jù)庫，提供數(shù)據(jù)支撐與圖形應(yīng)用分析服務(wù)

GIS公共服務(wù)平臺提供了GIS數(shù)據(jù)與圖形應(yīng)用分析服務(wù)，支持集團端及礦端各類業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)化提升，實現(xiàn)礦山人員定位、輔助運輸、地質(zhì)保障、智能通風(fēng)、綜合信息管控等系統(tǒng)圖紙和數(shù)據(jù)的及時同步、自動更新，解決了礦山各專業(yè)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不同步、不同源難題，填補了大型礦山企業(yè)基于統(tǒng)一GIS平臺的信息化系統(tǒng)建設(shè)模式的空白，各系統(tǒng)圖紙和數(shù)據(jù)共享架構(gòu)如圖17所示。

圖17 各系統(tǒng)圖紙和數(shù)據(jù)共享架構(gòu)

（3）構(gòu)建工作面高精度地質(zhì)模型，為采煤工作面提供數(shù)據(jù)和圖形服務(wù)

通過GIS公共服務(wù)平臺的基礎(chǔ)圖形服務(wù)，結(jié)合工作面素描、巷道素描、等值線、地質(zhì)構(gòu)造等地測數(shù)據(jù)，快速構(gòu)建工作面高精度地質(zhì)模型。以地質(zhì)模型、設(shè)備極限范圍、慣導(dǎo)電液控實際截割數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建工作面規(guī)劃截割數(shù)字模型，為工作面數(shù)字孿生和規(guī)劃截割開采應(yīng)用提供數(shù)據(jù)和圖形服務(wù)，更好地服務(wù)于薄煤層生產(chǎn)。

GIS公共服務(wù)平臺在山東能源75座礦井全面推廣使用，建立了集團統(tǒng)一圖紙數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，形成了圖紙數(shù)據(jù)繪制、采集、上報、管理及使用的標(biāo)準(zhǔn)流程，實現(xiàn)了全集團礦山圖紙及各專業(yè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、管理及應(yīng)用，減少相關(guān)系統(tǒng)功能的重復(fù)建設(shè)與多系統(tǒng)底圖數(shù)據(jù)重復(fù)維護工作量，形成煤礦生產(chǎn)和安全狀況的“電子沙盤”，取得了3個方面的顯著效果。

（1）提供現(xiàn)場基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)

薄煤層工作面空間狹小，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和空間位置信息的準(zhǔn)確性、一致性及數(shù)據(jù)質(zhì)量要求高。基于GIS平臺進行工作面地質(zhì)建模，結(jié)合工作面設(shè)備約束、實際截割數(shù)據(jù)、慣導(dǎo)數(shù)據(jù)等多種分析要素，建立工作面規(guī)劃截割模型，為工作面智能規(guī)劃截割開采，提供貼近現(xiàn)場實際情況的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)。

（2）提升集團整體管理水平

GIS公共服務(wù)平臺專精于煤礦智能化的統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和圖形平臺底座，各專業(yè)根據(jù)需求調(diào)用，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的應(yīng)用場景。在集團層面，可隨時調(diào)取查閱任意權(quán)屬礦井的最新圖紙和歷史資料，及時掌握煤礦生產(chǎn)現(xiàn)狀，為提升集團整體生產(chǎn)技術(shù)管理水平奠定數(shù)據(jù)和平臺基礎(chǔ)，同時為各專業(yè)信息化智能化系統(tǒng)提供圖紙數(shù)據(jù)和GIS功能服務(wù)。煤礦沖擊地壓大數(shù)據(jù)分析平臺，直接從GIS平臺獲取礦井采掘工作面基礎(chǔ)信息和相關(guān)圖形數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對微震大能量事件及隱蔽致災(zāi)因素的拓展應(yīng)用與管理。

（3）提升礦井協(xié)同工作效率

在礦井層面，可將平臺基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)功能與各專業(yè)實際業(yè)務(wù)結(jié)合，拓展應(yīng)用于煤礦日常生產(chǎn)技術(shù)管理工作，數(shù)字化賦能煤礦生產(chǎn)技術(shù)資料管理，實現(xiàn)精細化的數(shù)據(jù)與圖檔管理，提高了科室與區(qū)隊技術(shù)人員的協(xié)同工作效率。

總結(jié)

（1）山東能源在薄煤層工作面支護、截割、輸送裝備的裝備升級，在薄煤層高效開采實踐中的減人、提效應(yīng)用效果，表明裝備性能提升和數(shù)智技術(shù)應(yīng)用是薄煤層開采安全效能、生產(chǎn)效率及綜合效益提升的必要手段，為煤炭行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展提供了可借鑒的“山能樣板”。

（2）薄煤層工作面對比傳統(tǒng)裝備單班割煤3刀、單面月產(chǎn)5萬t，提高到單班割煤連續(xù)6刀、單面月產(chǎn)達到9萬t的新水平。楊村煤礦、濱湖煤礦薄煤層智能化工作面建成運行以來，自動跟機移架率99%，遠程截割率100%，有效提高了煤炭資源回收率，實現(xiàn)了薄煤層開采生產(chǎn)效率提升。

（3）楊村煤礦、濱湖煤礦應(yīng)用智能規(guī)劃截割精準(zhǔn)控制開采曲線，平均少割矸石10cm，有效杜絕割頂破底現(xiàn)象，降低了原煤灰分、減少了矸石上井，保障了能源綠色供應(yīng)，實現(xiàn)了薄煤層開采煤炭質(zhì)量提升，兩礦均具備單面年產(chǎn)100萬t生產(chǎn)能力，每年創(chuàng)效2100萬元，實現(xiàn)了薄煤層開采綜合效益提升。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國法院士

投稿網(wǎng)址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯(lián)系人：李編輯 010-87986441

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