智煤洞察┃王國法院士：井工煤礦智能化典型工程示范成效

2025年07月07日 15:02 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

語音播報

點擊播放

《智煤洞察》欄目，將不定期推出《智能礦山》雜志創刊以來，具有前瞻性和實用性的過刊文章，提煉要點，重溫技術創新理念，發現應用新視角；對比發展現狀，分析行業進步軌跡，挖掘更深層次的內涵，以期激發靈感，為未來發展指明方向。

王國法院士在《煤礦智能化重要進展與高質量發展方向》中總結了近年來井工煤礦智能化典型工程示范成效，發表于《智能礦山》2025年第1期。

薄煤層智能化開采進展

煤礦智能化重大進展征集和交流案例顯示，山東能源集團楊村煤礦針對薄煤層工作面工人員跟機作業困難、生產效率低、截割精度不足等問題，開展了技術創新與工程實踐。楊村煤礦核定生產能力1.15Mt/a，主采煤層平均厚度1.15m，煤層中普遍含有不同厚度的堅硬夾矸和硫化鐵結合體，常揭露斷層、二合頂等地質構造，直接頂普氏系數f=8~10的石灰巖，底板是鋁質泥巖，巖質較軟，f≈1.5，遇水易膨脹。面對復雜的賦存條件，楊村煤礦開展綜采設備與地質條件的適應性研究，圍繞“割得快、運得出、護得住”3個關鍵點，形成以“矮機身、大功率、高效能、智能化”為特點的第五代薄煤層裝備配套體系。以“高感知、高聯動、高預警、高效能”為原則，融合應用了數字孿生輔助控制系統、煤礦大模型AI服務平臺、煤礦GIS公共服務平臺、綜采工作面國產慣導、班組協同交互通信系統、多參量耦合模型規劃截割等六大創新技術。實現工作面內無人作業，開創了“地面規劃采煤、裝備自動執行、面內少人無人化作業”。智能化綜采工作面生產期間減員75%以上，人工工效提升6倍；單刀割煤用時45min，單班割煤6刀以上；遠程截割率近100%，自動跟機移架率達99%，年產達到100萬t水平。楊村煤礦多參量耦合截割模型的規劃截割操作界面如圖1所示。

圖1 楊村煤礦多參量耦合規劃截割操作界面

超高、超長工作面高效開采創新水平

超高與超長工作面是煤炭智能高效開采的重要攻關方向，隨著超大開采空間全覆巖三維動態破斷規律與超高煤壁失穩破壞機理、強礦壓覆巖結構應力調控機理、超高與超長綜采裝備群動態響應及高效智能協同作業機制等科學問題的不斷解決，超高與超長工作面智能化建設得到了快速發展。

（a）超高工作面智能高效開采進展

2016年，兗礦能源集團金雞灘煤礦突破了開采極限，在世界上首次成功實現了8.2m超大采高開采，創造了厚煤層開采各項指標世界紀錄。2018年，國能神東煤炭上灣煤礦成功使用8.8m液壓支架超大采高開采，為8m以上超大采高奠定了技術和實踐基礎。

2024年，陜煤集團曹家灘煤礦122104工作面10m超大采高一次采全高智能開采取得新進展。研發了ZYA29000/45/100D型“雙層伸縮梁+三級護幫板”結構的高強度液壓支架；研制了整機高穩定性、大仰角長搖臂三腔分區潤滑冷卻的MG1200/3350—GWD型智能化采煤機；研發了復合框架中部槽重型刮板輸送機、慢變動力特性刮板機啟動方法及配套控制方法；搭建了工作面“采?支?運”一體化智能協同作業控制系統及多源系統集成與數據融合分析平臺。曹家灘煤礦10m超大采高智能化工作面成套裝備如圖2所示。

圖2 曹家灘煤礦10m超大采高智能化工作面成套裝備

（b）超長工作面智能高效開采進展

美國、澳大利亞等國家煤層賦存條件簡單，近10年來，采煤工作面向400~450m超長發展。2023年，陜煤集團小保當二號煤礦建設了中厚煤層450m超長工作面，并持續穩定運行，聯合天地科技股份有限公司等單位設計研發了450m超長工作面相關綜采裝備，包括ZY16000/17/32D型超大采高液壓支架、MG750/1950—WD型采煤機、SGZ1100/3×1600型刮板輸送機、SZZ1350/700型轉載機等。通過布置超長工作面，提升了綠色開采水平、產能和開采效率，降低了煤炭損失、采掘接替矛盾和開采成本。工作面自投產以來，全天最高割煤達19刀，最高日產突破4.5萬t，平均月產能91.278萬t，相比于國內中厚煤層最高月產能提高了3～5倍以上。該項目突破了中厚煤層長期“以設備定開采工藝”的瓶頸，探索出自頂向下的中厚煤層高能積比集成配套模式，單位體積內配置的裝機功率相比于目前常規中厚煤層工作面提高了50%以上，建設模式為類似條件礦井提供了解決方案參考。

智能高效掘進建設進展

（a）在半煤巖巷智能快速掘進建設方面

掘進效率不斷提升，2024年濟寧能源發展集團有限公司朱家峁煤礦建設了以重型掘錨一體機為龍頭的“煤海蛟龍”快速掘進工作面，在巷道掘進高度3.3m、巖石厚度1.4~1.6m、f=7以上的半煤巖巷道環境下，創造了月進尺916m的紀錄，掘進效率達到原來的2倍以上，智能化水平持續提高。同年，在陜煤集團檸條塔煤礦，通過技術創新和管理革新，建設的以“煤海蛟龍”為核心裝備的快掘工作面創造了半煤巖巷道最高日進尺43m、月進尺1050m的紀錄。以重型掘錨一體機為龍頭的快掘裝備應用，為同類條件下煤礦大斷面半煤巖巷、堅硬煤層巷、多斷層巷等難掘巷道提供了可參考的解決方案。

（b）在老礦區少人高效智能掘進方面

兗礦能源集團興隆莊煤礦達到最好水平，應用基于“雙慣導+全站儀”的組合模式，實現了掘進機在巷道坐標系統中的定位。通過位于掘進機后方的遠程定位裝置，實時測量定位掘進機的三維坐標，結合掘進機自身姿態、截割部運動狀態，確定截割部的三維坐標。根據巷道設計的參數，確定掘進機以及截割部與待掘巷道的相對位置關系。在掘進機實時定位系統的基礎上，智能化控制系統應用軟件按照設定參數自主控制掘進機完成掘進動作流程。能夠根據掘進機空間位置變化和巖壁硬度變化，實時糾正截割部軌跡并調整截割部運動速度。通過三維可視化技術的交互系統，實時展示掘進機和截割部的空間位置，及其與巷道之間的相對位置關系。通過調節變頻局部通風機長壓短抽通風除塵。經測定，工作面真實除塵率達95%以上，作業環境明顯改善。

智能地質保障建設進展

煤礦透明地質技術是煤礦智能化的基礎保障，利用精細探測技術獲取地質信息，以大數據和云計算支持，借助3D動態建模、人工智能和專家診斷等相關技術，實現地質、工程和環境信息的精細描述、動態表征和分布式發布，能夠為智能采掘提供精準的地質導航，為隱蔽致災地質因素的透明化分析評估提供強有力的技術支撐。當前我國透明地質保障技術總體處于起步階段，面臨的地質條件動態探測、三維地質模型動態生成、地質軟件和智能開采控制交互等諸多技術難題正在逐步攻克。

國家能源集團烏海能源有限責任公司與中國煤科西安研究院等單位協同攻關，開展了烏海礦區透明地質保障系統的研究與示范建設。示范工程以老石旦、五虎山、黃白茨、公烏素、利民5處礦井為依托，建立礦井三維地質模型，在地質模型基礎上構建瓦斯、水文、火區地質模型，實現多煤層開采智能地質預報。本次示范建設取得了多項成效：

（a）基于隨采隨掘地震探測技術對采掘工作面范圍內靜態的構造發育和動態的應力變化進行動態監測，并根據監測結果，實時優化、動態刷新采掘工作面三維地質模型，實現了采掘工作面地質透明化。

（b）攻克了斷層類型多樣、斷層錯動及褶皺倒轉等復雜構造地質建模難題，構建了礦井級高精度三維地質模型，實現了隱蔽致災體的透明化表達，為地質剖切、時間域和空間域分析等地質應用提供模型支持。

（c）提出并構建了“礦區?礦井?工作面”三級透明化地質保障技術體系，建立了可“預測、預判、預警”的致災因素綜合預警體系和采掘空間三維地質預測預報體系，形成了“礦井地質?透明地質保障系統?采掘生產”的平臺化、標準化、流程化作業模式，實現了地質保障由“輔助生產”向“指導生產”的轉變。

智能安全監控建設進展

面對目前煤礦井下復雜環境監控系統圖像分辨率低、無法對各種異常狀態預警、事故突發時響應速度慢、缺少智能化分析和控制聯動等突出問題，濟寧能源發展集團有限公司、河南神火集團有限公司、中煤華晉集團有限公司等煤炭企業，應用基于AI視頻的礦井安全風險感知與智能防控系統，不斷提升煤礦智能安控能力。系統通過開發AI視頻分析與識別技術，使得在部分場景光照較暗、遮擋、視角變化和尺度變換等自然環境下，仍具有很好的識別穩定性和魯棒性，且具有較高的實時性和精度。構建了礦井人?機?環全域視頻圖像特征檢測與識別典型場景庫和算法群，實現人員、機器、環境安全隱患的智能圖像分析和報警，響應時間不大于10ms，開發泛聯兼容的礦井安全風險感知與智能防控平臺，實現對煤礦各種安全隱患的有效分析和智能識別。濟寧能源發展集團有限公司金橋煤礦泛聯兼容的基于AI視頻的礦井安全風險感知與智能防控平臺應用界面如圖3所示。