智能示范礦井┃山西大遠煤業大傾角急傾斜煤礦智能化掘進工作面建設實踐

2025年10月10日 15:44 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70家礦井智能化建設成果論文121篇。 ? 點擊訂閱

文章來源：《智能礦山》2025年第9期“智能示范礦井”欄目

第一作者：何國友，工程師，主要從事大傾角三軟厚煤層采礦技術設計工作。E-mail：Hgy185x@163.com

通訊作者：王毅穎，博士，碩士研究生導師，主要從事電力電子變壓器研究。E-mail：yatesyy@163.com

作者單位：山西大遠煤業有限公司；河北工程大學；水利部海委漳衛南運河邯鄲河務局；河北省冀南新區現代裝備制造協同創新中心

引用格式：何國友，隋福祿，孟慶黎，等.山西大遠煤業大傾角急傾斜煤礦智能化掘進工作面建設實踐[J].智能礦山，2025，6(9)：19-23.

點擊文末左下角閱讀原文，免費下載閱讀pdf全文

關注微信公眾號，了解更多礦山智能化建設進展

井工煤礦大傾角急傾斜煤礦巖層運動機理復雜，井下環境狹窄、作業空間受限、安全可靠性低，綜合機械化、智能化建設難度較大。掘進工作面存在生產過程復雜、裝備系統龐大、作業環境惡劣等特點，在機械化、自動化開采基礎上，應進一步推進信息化和工業化深度融合，開展以智能化掘進工作面、智能化運輸為重點內容的掘運智能化創新，提高生產效率、減少勞動定員，保證安全生產，促進急傾斜煤礦的可持續發展。

山西大遠煤業工程概況

山西大遠煤業有限公司（簡稱山西大遠煤業）是山西省2009年兼并重組單獨保留礦井，設計生產能力120萬t/a，基本構造形態為一單斜構造，地層走向北東，傾向北西，傾角30°～45°，一般為40°，目前采用單水平開采，水平標高+1 200 m。開采+1 200 m標高以淺區域。

山西大遠煤業1502運輸巷道智能化掘進工作面使用掘錨機+單體支護的掘進工藝，掘進工作面采用掘錨一體機進行一次成巷作業，支護方式為錨網索支護。配套設備為兩臂掘錨機、機載臨時支護裝置、帶式轉載機以及帶式輸送機，帶式輸送機配備了自移機尾裝置，通過絞車進行位移。掘進過程中，破落的煤經帶式轉載機運至帶式輸送機，再經主運輸送帶運輸到地面，所需材料通過無極繩卡軌車運輸，實現了掘進工作面掘進、支護、運輸、輔運的機械化、自動化，掘錨一體機+帶式轉載機+帶式輸送機如圖1所示。

圖1 掘錨一體機+帶式轉載機+帶式輸送機

智能化礦山系統架構設計

2.1 智能化礦山總體設計

山西大遠煤業的智能型礦山建設結構為全局優化、區域分級、多點協作。針對山西大遠煤業特殊應用情境和生產技術需求，形成了智能挖掘、輔助運輸、安全監督、集中指揮、分類供應的完整系統，連接不同應用場景、不同環節、不同位置的控制系統和信息。

智能化礦山以標準體系為依托，搭建覆蓋所有領域的感知網絡，并打造出快速的數據交換路徑，滿足數據在煤礦企業內外統一應用的需求。搭建大型數據應用中心及多元服務平臺，滿足各個業務部門需求，提高生產能效、優化生產流程，山西大遠煤業智能化礦山建設結構如圖2所示。

圖2 山西大遠煤業智能化礦山建設結構

2.2 智能化礦山網絡基礎建設

煤礦行業數字化、網絡化、智能化建設，形成了現場總線、工業以太網、礦用WiFi6、4G/5G移動通信等有線/無線并存的通信網絡，承載掘進工作面、礦井人員定位、數據安全傳輸等各種業務應用場景。

煤礦網絡建設是掘進工作面、煤流運輸等各系統互聯和數據傳輸交換的基礎，也是數據通信聯絡的核心傳輸通道。建設高速、高可靠的通信網絡，滿足數據、文件、視頻等實時傳輸要求，滿足礦井主干網絡帶寬>1 000 Mbit/s，大型礦井主干網絡帶寬>10 000 Mbit/s。在構筑煤炭工業網絡時，獨立配置地面和井下網絡，可承載 Ethernet/IP、PROFINET及其他多種工業以太網協議。

為保障山西大遠煤業數字煤礦建設的數據信息穩定、可靠、高速傳輸，實現了視頻、語音、數據傳輸的多網合一。地面通信網絡采用萬兆骨干、千兆匯聚、百兆到桌面，且無線覆蓋；支持光纖多模、單模、超五類雙絞線等多種傳輸介質的方式建設。工業以太網交換機作為網絡系統的關鍵部件，具備防爆、電源可調節范圍寬廣（>20%）、過壓和過流保護的功能，易于安裝、操作、維護，滿足故障警告和定位、故障時切換至冗余鏈路<500 ms等特性，適應井下高溫、潮濕、高粉塵的惡劣條件，山西大遠煤業網絡拓撲結構示意如圖3所示。

圖3 山西大遠煤業網絡拓撲結構示意

（1）地面主干網絡建設

地面主干網絡配置2臺萬兆環網交換機且互為備份，作為整個環網的核心交換機，2臺核心交換機啟用VRRP協議、冗余配置，為終端設備提供無縫隙的路由交換服務，2臺交換機正常運行時，各自承載數據傳輸，若1臺交換設備出現故障，另1臺設備承載全部數據傳輸，確保數據傳輸無需無縫切換，滿足負荷平衡且互為備份。

（2）井下主干環網建設

井下安裝4臺礦用隔爆兼本質安全型網絡接口，配接萬兆交換機與地面數據中心機房核心交換機共同構成主環。主干環網交換機承載主干環網數據通信以及子系統接入，實現與地面核心交換機的通信。

通過井上井下網絡建設，實現工業電視、應急廣播、人員定位、安全監控、掘進工作面遠程供電移變信息等系統數據傳輸至地面中心機房。

2.3 智能化礦山數據存儲及處理

山西大遠煤業的網絡基礎建設，實現了各種數據的互聯互通。但在智能化發展過程中，不同的智能化應用場景產生的大量數據離散存儲，關聯性弱、應用和分析難度大，存在煤礦海量數據利用效率低、綜合性應用差等問題。

山西大遠煤業建設了煤礦數據存儲和處理中心，解決掘進工作面及其他系統間的多個數據庫間的異構性和不兼容性；建設了基于多種數據庫的存儲方式，根據不同數據需求，分類設計存儲系統，滿足不同應用場景。數據中心按主副架構設計，采用雙機集群系統，提高系統的可用性。為滿足井上井下的協作需求，礦井服務器采用冗余配置。數據存儲和處理中心可快速存儲并讀取各種類型數據，包括實時信息、歷史記錄、業務信息等，并根據需要統計、查詢和分析信息。

大傾角急傾斜智能化掘進工作面建設

山西大遠煤業大傾角急傾斜掘進工作面實現了綜合機械化智能掘進方式，通過安裝的傳感器、數據采集、遙控控制元、網絡通信、位置檢測元、斷面自動截割、截割部負載自適應、視頻采集、液壓系統、電氣系統等單元，實現單元設備的運轉自動控制、工況在線監測、故障診斷等功能，主要包括以下6個方面。

（1）通過布設的多種感應器，實時監控掘進機位置和姿態，并監測掘進機俯仰和傾斜角度，主要涵蓋水平偏移角、俯仰角、橫滾角、水平偏移距離、車前距離。采用激光掃描儀與機身多傳感器數據整合的懸臂式挖掘機定位檢查策略，實現挖掘機的精確定位。運用激光掃描儀精確定位功能，輔助高清攝像頭捕捉切割頭精確定位，融合挖掘機內多個傳感器實時采集數據，實現設備遠程自動化管理、實時工況監控和故障診斷的功能。

（2）掘進機在自動截割過程中，因截割阻力導致掘進機位置發生變化。位置自動補償功能因掘進機機身偏移導致截割頭截割路徑發生變化，保證截割頭按照設定截割路徑自動截割；通過掘進系統大數據分析與傳感器精準傳送數據，實現截割自主導航、坡度追蹤功能。

（3）利用數學模型和多種傳感器的協同作用，計算機操縱掘進機切割臂的旋轉和升降液壓缸，實現自動切割斷面的功能。

（4）對于常見的矩形巷道斷面，根據遠程遙控中心上位機輸入斷面的寬、高數據，計算機控制系統自動計算特征點，控制截割頭作業運動曲線；對于梯形或半圓拱形等不規則巷道斷面，輸入斷面曲線模型，建立特征值點，確定截割頭作業軌跡。

（5）掘進設備采用綜合機械化掘進方式，借助無線基站，完成設備內部的無線接收裝置與遠程控制傳輸裝置的無線傳輸，實現有線/無線網絡間的無縫轉換，實現自主導航、坡度追蹤和自動截割功能。

（6）基于人員識別定位，實現掘進面現場人員防護。當掘進工作期間，人員接近掘進機超過閾值設定距離，設備自動報警甚至停機；機身安裝防撞傳感器，通過檢測機身與巷道左右煤幫，實現防撞聯鎖。預設掘進機與左右煤幫、掘進面報警距離，實現防撞預警，防撞預警功能可擴展為人員接近告警、掘進與在掘和已掘巷道空間關系功能。

山西大遠煤業的大傾角急傾斜掘進工作面使用了綜合機械自動化作業技術裝備，滿足礦井采掘接替需求，掘進速度達到了預期標準，實現了數字化挖掘數據分類和儲存，并具備三維地質建模能力。遠程集控平臺遠程集中管理掘進工作面的感知信息。

綜合智能化管控平臺建設

山西大遠煤業基于互通互聯的網絡基礎，建設了綜合智能化管控平臺系統，主要包括4個功能平臺。

（1）GIS“一張圖”平臺

構建GIS“一張圖”平臺，集成急傾斜掘進工作面及安全監測監控、生產過程自動化、輔助生產類及業務管理信息化等系統數據信息，實現了煤礦掘進工作面的生產、監測、運輸、視頻監控等子系統數據的集成共享，統一數據的安全生產調度指揮，提高生產能效、優化生產流程、創新生產方式。

（2）礦井水文動態監測系統

綜合智能化管控平臺中集成礦井水文動態監測系統，通過點位布置圖在井下掘進工作面等位置建設觀測點，采集各觀測點水文數據，通過工業環網傳輸到地面服務器進行分析，為煤礦掘進過程中的防治水提供依據，為礦井防治水工作提供數據支持，確保礦井安全生產運行，智能化管控平臺水文動態監測系統界面如圖4所示。

圖4 智能化管控平臺水文動態監測系統界面

（3）礦井雙預控信息平臺

建設了礦井雙預控信息平臺，主要包括安全風險管控流程、隱患排查治理流程、標準和考核的智能化維護和管理3個方面，建立記錄、統計、分析、預警和跟蹤檢查為一體的智能化信息平臺，提供機制規范運行、過程管理的運行保障，智能化管控平臺雙預控信息系統界面如圖5所示。

圖5 智能化管控平臺雙預控信息系統界面

（4）掘進工作面可視化系統

掘進工作面可視化系統基于紅外高清攝像頭，采用無線WiFi和光纖傳輸信號，實時呈現掘進工作面監控視頻，實現對掘進設備運行狀態、人員作業情況、工作環境安全狀況等關鍵要素的實時監控與預警，提高掘進作業的安全性和生產效率，智能化管控平臺可視化系統界面如圖6所示。

圖6 智能化管控平臺可視化系統界面

（5）煤炭產量檢測系統

煤炭產量檢測平臺實時采集、分析并展示煤炭開采過程中各時段的產量信息，精確記錄生產數據與設備運行狀態，通過直觀數據圖表與報警提示功能，輔助管理人員優化生產決策，實現煤礦產量的精細化、智能化管理，智能化管控平臺煤炭產量檢測系統界面如圖7所示。

圖7 智能化管控平臺煤炭產量檢測系統界面

結語

山西大遠煤業針對大傾角急傾斜礦井的具體開采情況和特殊工藝要求，研究了煤礦智能化建設的總體系統架構，構建了井上下萬兆冗余環網，以及多場景、多源信息存儲和處理系統，研發了大傾角急傾斜智能化掘進工作面，搭建了融合智能掘進工作面、水文動態監測、安全生產管理等不同業務場景的綜合智能化管控平臺，完成了大傾角急傾斜礦井的智能化初步建設，實現了遠程操作、危險區域無人作業、改善作業環境；減少了勞動定員，掘進面單班崗位人員為5～9人，降低了掘進成本，提高了單產效率，對促進急傾斜煤礦的智能化發展具有重要的意義。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄7種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業最大最權威的期刊集群。

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/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。

投稿網址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

?? 征稿函詳見鏈接： 征稿┃《智能礦山》面向廣大讀者征稿，歡迎投稿

期刊成果：創刊5年來，策劃出版了“中國煤科煤礦智能化成果”“陜煤集團智能化建設成果”“聚焦煤炭工業‘十四五’高質量發展”等特刊/專題30多期。主辦“煤礦智能化重大進展發布會”“煤炭清潔高效利用先進成果發布會”“《智能礦山》理事、特約編輯年會暨智能化建設論壇”“智能礦山零距離”“礦山智能化建設運維與技術創新高新研修班”等活動20余次。組建了理事會、特約編輯團隊、卓越人物等千余人產學研用高端協同辦刊團隊，打造了“刊-網-號-群-庫”全覆蓋的1+N全媒體傳播平臺，全方位發布礦山智能化領域新技術、新產品、新經驗。

?? 具體詳見鏈接：《智能礦山》創刊4周年回顧

聯系人：李編輯 010-87986441

郵發代號：82-476

?? 期刊訂閱詳見鏈接：歡迎訂閱┃《智能礦山》雜志2025年訂閱開始了！

往期薦讀