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、亮點與經驗，旨在發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量發展。截至目前，《智能礦山》雜志已刊載68家礦井智能化建設成果論文117篇。 ? 點擊訂閱

文章來源：《智能礦山》2025年第5期智能示范礦井欄目

第一作者：于波，高級工程師，現任陜西長武亭南煤業有限責任公司總經理，主要從事煤礦智能化采煤技術應用、智能裝備與自動化系統研發的相關研究工作。E-mail：1805003906@qq.com。

作者單位：陜西長武亭南煤業有限責任公司；中煤科工開采研究院有限公司；天地科技股份有限公司

引用格式：于波，陳志剛，于慶海，等. 亭南煤礦多元災害下綜放工作面智能化建設實踐[J]. 智能礦山，2025，6(4)：16-22.

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陜西長武亭南煤業有限責任公司亭南煤礦井田面積35.54 km，核定生產能力450萬t/a。2006年10月投產以來，開采范圍和深度不斷加大，礦井安全管理難度持續攀升。為破解高瓦斯、強沖擊、大涌水復雜地質條件安全高效開采難題，亭南煤礦搭建全時空多元立體防災治災精準防控體系。

先后開展了工作面智能化開采技術研究，優化了面長與支護參數，研制了大工作阻力強力自動放煤支架，攻克了自動放煤、基于煤流平衡“三機”協同控制、工作面人員安全保障、工作面智能降塵、自動排水清淤等系列技術難題，建成全礦首個238 m智能化綜放工作面，實現了多元災害疊加復雜地質條件下采煤機記憶割煤、跟機移架、三角煤自動截割、三機兩架協同控制、數據集成融合、放煤狀態自動感知與控制、工作面視頻監控與設備狀態遠程監控的穩定運行，工作面采煤機自動化率與跟機率均>87%，形成智能化自動割煤+人工干預輔助放煤的智能化放頂煤開采生產模式。

2412綜放工作面地質情況

亭南煤礦2412綜放工作面長度2 115 m，傾向長度238 m，最大煤厚16.4 m，平均煤厚11.3 m，埋深414~773 m，直接頂以砂質泥巖、泥巖為主，巖性松軟，巖體強度低，承載能力低；回采期間預測正常涌水量為542 m/h，最大涌水量813 m/h；屬于高瓦斯、中等沖擊危險性工作面，絕對瓦斯涌出量為17.04 m/min、相對瓦斯涌出量為2.68 m/t。

針對高瓦斯、大涌水、強沖擊多元災害耦合疊加難題，亭南煤礦提出先治后產、以智促產的雙輪驅動戰略，推進重大災害治理與智能化礦山建設相結合，探索多元災害耦合疊加、復雜地質條件特厚煤層綜放工作面智能化建設道路。

全時空多元立體防災治災精準防控體系

（1）“三位一體”瓦斯安全防治與綜合利用體系

瓦斯自動監測按照分源監測、全面布控的原則，安裝安全監測系統，在2412工作面超前支架、進風與回風隅角等處設置瓦斯檢查點，工作面高瓦斯區域布置瓦斯傳感器，構建工作面瓦斯自動監測網絡，實時監測工作面瓦斯含量，做到全面布控、不留死角，“一通三防”智能綜合管控平臺如圖1所示。

圖1 一通三防智能綜合管控平臺

瓦斯智能抽采按照先抽后采、超前預抽的原則，在2412措施巷、西翼進風大巷等布設6個千米鉆場，引進ZDY20000LD型煤礦用全液壓坑道鉆機施工120 mm鉆孔，在2412工作面創出單孔孔深1 506 m的好成績，打破彬長地區定向長鉆孔孔深紀錄；研發多級擴孔工藝，在2412回風巷及西翼進風大巷運料道布設12個高位鉆孔；引進ZDY7300LX型鉆機，在2412運輸巷及回風巷布設332個順層鉆孔，全方位進行工作面瓦斯抽采，將工作面瓦斯含量降到可采范圍，ZDY20000LD型千米鉆機如圖2所示。

圖2 ZDY20000LD型千米鉆機

瓦斯利用方面堅持瓦斯抽采、利用并舉的原則，建設了張家咀瓦斯發電站和中塬風井2座地面瓦斯發電站，配置17臺瓦斯發電機組，裝機總容量10 200 kW/h，利用柴油壓燃技術，實現瓦斯濃度5%發電，滿足主、副井應急供電要求，張家咀瓦斯發電站如圖3所示。

圖3 張家咀瓦斯發電站

智能通風圍繞系統可靠、裝備先進、管理科學、決策智能的目標，研發礦井通風智能綜合管控平臺，通過通風網絡智能優化、裝備水平提升和智能算法應用，確保礦井通風系統穩定可靠運行。

（2）綜合管控沖擊地壓防治技術體系

安裝微震、應力、地音監測系統，聯合研發頂板爆破孔自動裝藥機，精準定位與語音提醒一體化智能限員裝置，配合鉆屑法與CT探測卸壓效果檢測裝置，實現治理區域精準圈定與靶向治理，構建形成區域與局部、動載與靜載相結合的綜合管控防沖治理技術體系，創造沖擊地壓工作面低應力下回采條件，礦壓監測系統如圖4所示，2412工作面智能限員裝置如圖5所示。

圖4 礦壓監測系統

圖5 2412工作面智能限員裝置

（3）主動防控水害安全防治技術體系

落實精細探查、疏防結合、清污分流、集中排水的水害防治理念，利用水文動態監測系統綜合分析工作面回采與洛河組含水層水位變化特點，判斷回采對工作面含水層的影響，提升水害防控的主動性?；谝?、沉、分、清、壓、排的工作面水害治理思路，優化兩巷集中排水點，研發3級自動排水清淤系統，分級沉淀處理、分類自動清淤，實現煤粉進倉量降低和清水入倉，提高大涌水工作面水害防治的安全性，水文動態監測預警系統如圖6所示。

圖6 水文動態監測預警系統

特厚煤層智能化綜放裝備研發與應用

（1）大功率智能采煤系統

亭南煤礦采煤機裝機總功率由930 kW提升到1 860 kW，配備高強度、高抗壓搖臂和破巖型截割滾筒，提高截割效率，自動跟機模式下截割速度5.5~7.0 m/min，實現單面達產。安裝位置監測、搖臂角度感知、搖臂調高、油位、油溫、瓦斯監測等傳感器，具備自主定位、姿態監測、遠程控制、無線遙控、工況檢測、故障診斷等功能，實現瓦斯超限自動預警停機。采煤機牽引部兩端安裝YYT-G60射霧器，利用噴霧泵高壓水自動驅動風扇轉動，實現采煤機無電耗自動噴霧降塵作業，MG750/1860—GWD采煤機如圖7所示。

圖7 MG750/1860—GWD采煤機

（2）重載智能支護系統

研制彬長礦區首套10 m以上特厚煤層智能強力放頂煤液壓支架，工作阻力達到20 000 kN，滿足沖擊地壓特厚煤層復雜條件工作面支護需要；液壓支架配備壓力、行程、傾角傳感器，配合電液控制系統，實現支架初撐力智能監測、自動補壓和支護狀態異常預警，提高了液壓支架跟機移架效率；支架尾梁和插板安裝傾角和雷達測距傳感器，自動監測尾梁和插板在放煤過程中的傾角與行程，基于放煤空間位態、放煤口開度與頂煤冒落速度、形態的量化關系，形成自主控制為主、人工末端干預為輔的智能放煤技術，ZF20000/26/48液壓支架如圖8所示，傾角與毫米波雷達如圖9所示。

圖8 ZF20000/26/48液壓支架

圖9 傾角與毫米波雷達

（3）高可靠智能運輸系統

升級改造刮板輸送機監控系統，配備永磁同步變頻調速一體機，具備運行工況監測、斷鏈停機保護、故障診斷等功能，根據前后部刮板輸送機電機功率、電流、轉矩等參數自主計算前后部刮板輸送機運輸煤量，基于刮板輸送機煤流超負荷、煤流均衡、煤流空載或少載狀態的智能監測，自動調整前后部刮板輸送機運行速度、采煤機截割速度和液壓支架放煤口大小，SGZ1000/2×1000刮板輸送機如圖10所示。

圖10 SGZ1000/2×1000刮板輸送機

帶式輸送機具備煤量、帶速、溫度等運行工況自動監測和遠程控制功能，基于永磁同步滾筒+變頻器的軟啟動方式，實現帶式輸送機0~3.15 m/s智能調速、節能運行，相比傳統帶式輸送機節能降耗20%~30%。帶式輸送機布置RBCDD隔爆型帶式電磁除鐵器，除去夾雜在煤流中的錨桿、錨索等鐵磁性物質；安裝2PLF120/200型破碎機，實現大塊煤和矸石破碎；安裝SWD1810脫水篩，減少原煤含水量，實現煤水分離，保障了主煤流高可靠運輸。

（4）腐蝕性水質多級凈化與自動過濾供液系統

建成了智能3 000 m遠距離供液系統，具有智能化集成控制、系統運行信息檢測與上傳等功能，實現乳化液濃度 保持在3%~5% 恒壓供液。針對礦井水質差、遠程供液管路內壁銹蝕嚴重，高壓反沖洗濾芯堵塞，嚴重影響工作面液壓系統穩定運行，在井下一盤區建立礦井水深度處理系統，2412泵站安裝凈化水裝置，形成2級冗余凈化水系統，集成自動配液站、具備進水過濾、高壓反沖洗、自動配液、液位自動控制功能，提升供液系統質量，保障智能化系統常態化高效運行，高壓過濾器濾芯（多級過濾應用前后對比）如圖11所示，2412工作面水凈化前后對比如圖12所示。

圖11 高壓過濾器濾芯（多級過濾應用前后對比）

圖12 2412工作面水凈化前后對比

（5）2級智能集控中心

建立地面和井下2級智能集控中心，裝備SAC電液控系統、SAM自動化系統及采煤機自動化開采系統，實時獲取工作面輸送機、轉載機、破碎機等設備信息，突破三角煤破煤、掃底、浮煤清理和端頭支架協同控制自動運行難題，具備自動跟機移架、采煤機記憶截割、三角煤自動截割、跟機自動放煤及端頭三機兩架協同控制功能，實現工作面設備狀態監測與顯示、能耗分析、故障診斷與自動預警；優化綜放工作面智能化回采工藝與控制程序，開發偽斜控制軟件，實現液壓支架姿態智能感知、采煤機遠程控制、輸送機上竄下滑監控與自動跟機移架等常態化運行。

搭建了綜放工作面大數據分析平臺，基于支架工作阻力、循環末阻力、最大初撐力等歷史數據和礦壓顯現規律分析，實現工作面來壓步距、來壓強度超前預判，為工作面安全推采、現場人員設備安全提供數據支撐；智能集控中心實現綜放工作面設備的一鍵啟停、單臺設備遠程啟停和工作面“三機”設備集中控制，自動跟機移架率、采煤機自動截割率均>87%，井上/井下智能集控中心如圖13所示。

圖13 井上/井下智能集控中心

（6）3級自動排水清淤系統

研發了清淤機+鉆孔泄水+刮板上料機+旋流高頻篩+水倉清倉機+壓濾機的全流程3級自動排水清淤系統。工作面煤泥水由回風巷清淤機進行1級處理；隨后由泄水管道自流至工作面下90 m二四盤區泄水回風巷內，管道下方150 m范圍內搭建擋墻、設置沉淀池進行2級處理；沉淀池煤泥水內設置刮板式上料機，煤泥水中>3 mm顆粒物經重力脫水，轉運至聯絡巷轉載帶式輸送機，<3 mm顆粒物經煤泥水匯集到集水池，由排水泵排到二四盤區泄水回風巷進行3級處理，煤泥水經煤泥水入料機輸送到煤泥水濃縮機，濃縮成<0.074 mm顆粒物隨溢流管道進入集水池，>0.074 mm顆粒物隨底流進入振動篩式固液分離機，經脫水篩上>0.3 mm顆粒物轉運至帶式輸送機，篩下<0.3 mm顆粒物隨底流落入集水池，煤泥水匯集到水倉口集水池內，沉淀之后進入水倉?；谌鞒?級自動排水清淤系統，滿足大涌水工作面自動排水與淤泥自動清除需要，3級自動排水清淤系統如圖14所示。

圖14 3級自動排水清淤系統

亭南煤礦智能化建設成效

（1）成套智能化裝備應用，提升采煤效率

2412工作面應用全套智能化裝備，采煤機裝機總功率由930 kW提升到1 860 kW，自動跟機模式下截割速度5.5 m/min。原雙工作面生產每天投入生產作業人數72人，智能化工作面建成后，每天僅需投入生產作業人員24人，每班8人，生產效率提升45%。

（2）智能開采常態化運行，降低勞動強度

工作面采煤機記憶截割、三角煤自動截割、跟機移架與三機兩架協同控制等常態化運行。生產期間，支架工僅需巡視和補充拉架，煤機司機由專職操作轉變為巡視和監護，放煤工僅需人工輔助干預放煤。探索實施集約化生產制度，每周二、周五長時檢修4 h，其余時間每天檢修1 h，工人每月輪休8天，達到智能化減人提效，降低勞動強度的目標。

（3）推廣永磁變頻技術應用，降低生產成本

2412工作面帶式輸送機采取永磁同步滾筒驅動，轉載機、刮板輸送機、乳化泵均采用變頻一體機，具備高壓異步電動機重載軟啟動、軟停車和運行過程自動控制功能，啟動電流小、力矩大、速度平穩、對電網沖擊小，節約電能20%~30%，與2408工作面相比，日平均節電1 286 kW·h，顯著降低生產成本。

（4）面寬設計優化，節約投入成本

在200 m綜放工作面成熟經驗基礎上，綜合考慮災害影響因素以及設備生產能力，將200 m面寬優化為238 m，共計節省4 000 m巷道掘進的人工、設備、材料成本投入，工作面安撤成本減少272萬元，回收長度2 000 m 共計4.8萬t煤柱。

（5）瓦斯發電綜合利用，實現節能減排

堅持瓦斯抽采和利用并舉的原則，建有張家咀瓦斯發電站和中塬風井瓦斯發電站，利用柴油壓燃技術，實現瓦斯濃度5%發電，滿足主、副井應急供電要求。自投用以來，累計利用瓦斯9 522萬m，發電19 044萬kWh，節約電費10 474萬元，減排二氧化碳1 289萬t。

（6）智能監測管控，提高工程質量

工作面液壓支架安裝采高、壓力、行程、傾角及毫米波雷達傳感器，實現支架初撐力智能監測自動補壓和俯仰角、傾斜異常狀態監測預警，指導作業人員及時調整支架狀態，保證支架對頂板的有效支護。同時，采煤機記憶截割，實現自動監控與滾筒高度的精準控制，保證了頂底板的截割平整度，為支架自動拉移提供了有利條件，提高工作面工程質量。

（7）多元立體災害防治，提高安全水平

通過實施三位一體瓦斯安全防治技術、綜合管控沖擊地壓防治技術與主動防控水害安全防治技術，構建了工作面全時空多元立體防災治災精準防控技術體系，實現了煤礦瓦斯、沖擊地壓、水害等多元災害的精準預判、超前預警和科學防治，實現了高瓦斯礦井低瓦斯開采和工作面有水無害，全面提升礦井安全管理水平。

（8）3級沉淀過濾清撈，提升排水安全

基于引、沉、分、清、壓、排的工作面水害治理思路，建成清淤機+鉆孔泄水+刮板上料機+旋流高頻篩+水倉清倉機+壓濾機為一體的3級自動排水清淤系統，實現煤粉進倉量降低和清水入倉。對標傳統巷道水泵管傳排水，每年可減少2次水倉清撈，按照每次60天進行計算，每班清撈水倉4人，年可節約人工成本55萬元，有力提升礦井排水安全。

結 語

基于機械化換人、自動化減人、智能化少人的智能采煤工作面建設理念，亭南煤礦在智能化綜放工作面建設和應用過程中，立足2412采煤工作面的實際條件，在引入成套SAC、SAM等綜采自動化系統的基礎上，優化采煤工作面回采工藝流程，實現了工作面液壓支架自動跟機移架、采煤機記憶截割、三角煤自動截割和放煤口自動控制，液壓支架自動跟機移架常態化運行>87%，保障高瓦斯、強沖擊、大涌水復雜條件下的安全高效生產。2412智能化綜放工作面的成功建設為陜西彬長礦區以及類似條件下的綜放工作面智能化建設提供可復制借鑒的亭南方案。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

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《智能礦山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦礦山智能化領域產學研用新進展的綜合性技術刊物。

主編：王國法院士

投稿網址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

聯系人：李編輯 010-87986441

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