智能示范矿井┃于波总经理：亭南煤矿多元灾害下综放工作面智能化建设实践

2025年06月03日 17:14 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

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智能示范矿井

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文章来源：《智能矿山》2025年第5期智能示范矿井栏目

第一作者：于波，高级工程师，现任陕西长武亭南煤业有限责任公司总经理，主要从事煤矿智能化采煤技术应用、智能装备与自动化系统研发的相关研究工作。E-mail：1805003906@qq.com。

作者单位：陕西长武亭南煤业有限责任公司；中煤科工开采研究院有限公司；天地科技股份有限公司

引用格式：于波，陈志刚，于庆海，等. 亭南煤矿多元灾害下综放工作面智能化建设实践[J]. 智能矿山，2025，6(4)：16-22.

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陕西长武亭南煤业有限责任公司亭南煤矿井田面积35.54 km，核定生产能力450万t/a。2006年10月投产以来，开采范围和深度不断加大，矿井安全管理难度持续攀升。为破解高瓦斯、强冲击、大涌水复杂地质条件安全高效开采难题，亭南煤矿搭建全时空多元立体防灾治灾精准防控体系。

先后开展了工作面智能化开采技术研究，优化了面长与支护参数，研制了大工作阻力强力自动放煤支架，攻克了自动放煤、基于煤流平衡“三机”协同控制、工作面人员安全保障、工作面智能降尘、自动排水清淤等系列技术难题，建成全矿首个238 m智能化综放工作面，实现了多元灾害叠加复杂地质条件下采煤机记忆割煤、跟机移架、三角煤自动截割、三机两架协同控制、数据集成融合、放煤状态自动感知与控制、工作面视频监控与设备状态远程监控的稳定运行，工作面采煤机自动化率与跟机率均>87%，形成智能化自动割煤+人工干预辅助放煤的智能化放顶煤开采生产模式。

2412综放工作面地质情况

亭南煤矿2412综放工作面长度2 115 m，倾向长度238 m，最大煤厚16.4 m，平均煤厚11.3 m，埋深414~773 m，直接顶以砂质泥岩、泥岩为主，岩性松软，岩体强度低，承载能力低；回采期间预测正常涌水量为542 m/h，最大涌水量813 m/h；属于高瓦斯、中等冲击危险性工作面，绝对瓦斯涌出量为17.04 m/min、相对瓦斯涌出量为2.68 m/t。

针对高瓦斯、大涌水、强冲击多元灾害耦合叠加难题，亭南煤矿提出先治后产、以智促产的双轮驱动战略，推进重大灾害治理与智能化矿山建设相结合，探索多元灾害耦合叠加、复杂地质条件特厚煤层综放工作面智能化建设道路。

全时空多元立体防灾治灾精准防控体系

（1）“三位一体”瓦斯安全防治与综合利用体系

瓦斯自动监测按照分源监测、全面布控的原则，安装安全监测系统，在2412工作面超前支架、进风与回风隅角等处设置瓦斯检查点，工作面高瓦斯区域布置瓦斯传感器，构建工作面瓦斯自动监测网络，实时监测工作面瓦斯含量，做到全面布控、不留死角，“一通三防”智能综合管控平台如图1所示。

图1 一通三防智能综合管控平台

瓦斯智能抽采按照先抽后采、超前预抽的原则，在2412措施巷、西翼进风大巷等布设6个千米钻场，引进ZDY20000LD型煤矿用全液压坑道钻机施工120 mm钻孔，在2412工作面创出单孔孔深1 506 m的好成绩，打破彬长地区定向长钻孔孔深纪录；研发多级扩孔工艺，在2412回风巷及西翼进风大巷运料道布设12个高位钻孔；引进ZDY7300LX型钻机，在2412运输巷及回风巷布设332个顺层钻孔，全方位进行工作面瓦斯抽采，将工作面瓦斯含量降到可采范围，ZDY20000LD型千米钻机如图2所示。

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图2 ZDY20000LD型千米钻机

瓦斯利用方面坚持瓦斯抽采、利用并举的原则，建设了张家咀瓦斯发电站和中塬风井2座地面瓦斯发电站，配置17台瓦斯发电机组，装机总容量10 200 kW/h，利用柴油压燃技术，实现瓦斯浓度5%发电，满足主、副井应急供电要求，张家咀瓦斯发电站如图3所示。

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图3 张家咀瓦斯发电站

智能通风围绕系统可靠、装备先进、管理科学、决策智能的目标，研发矿井通风智能综合管控平台，通过通风网络智能优化、装备水平提升和智能算法应用，确保矿井通风系统稳定可靠运行。

（2）综合管控冲击地压防治技术体系

安装微震、应力、地音监测系统，联合研发顶板爆破孔自动装药机，精准定位与语音提醒一体化智能限员装置，配合钻屑法与CT探测卸压效果检测装置，实现治理区域精准圈定与靶向治理，构建形成区域与局部、动载与静载相结合的综合管控防冲治理技术体系，创造冲击地压工作面低应力下回采条件，矿压监测系统如图4所示，2412工作面智能限员装置如图5所示。

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图4 矿压监测系统

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图5 2412工作面智能限员装置

（3）主动防控水害安全防治技术体系

落实精细探查、疏防结合、清污分流、集中排水的水害防治理念，利用水文动态监测系统综合分析工作面回采与洛河组含水层水位变化特点，判断回采对工作面含水层的影响，提升水害防控的主动性。基于引、沉、分、清、压、排的工作面水害治理思路，优化两巷集中排水点，研发3级自动排水清淤系统，分级沉淀处理、分类自动清淤，实现煤粉进仓量降低和清水入仓，提高大涌水工作面水害防治的安全性，水文动态监测预警系统如图6所示。

图6 水文动态监测预警系统

特厚煤层智能化综放装备研发与应用

（1）大功率智能采煤系统

亭南煤矿采煤机装机总功率由930 kW提升到1 860 kW，配备高强度、高抗压摇臂和破岩型截割滚筒，提高截割效率，自动跟机模式下截割速度5.5~7.0 m/min，实现单面达产。安装位置监测、摇臂角度感知、摇臂调高、油位、油温、瓦斯监测等传感器，具备自主定位、姿态监测、远程控制、无线遥控、工况检测、故障诊断等功能，实现瓦斯超限自动预警停机。采煤机牵引部两端安装YYT-G60射雾器，利用喷雾泵高压水自动驱动风扇转动，实现采煤机无电耗自动喷雾降尘作业，MG750/1860—GWD采煤机如图7所示。

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图7 MG750/1860—GWD采煤机

（2）重载智能支护系统

研制彬长矿区首套10 m以上特厚煤层智能强力放顶煤液压支架，工作阻力达到20 000 kN，满足冲击地压特厚煤层复杂条件工作面支护需要；液压支架配备压力、行程、倾角传感器，配合电液控制系统，实现支架初撑力智能监测、自动补压和支护状态异常预警，提高了液压支架跟机移架效率；支架尾梁和插板安装倾角和雷达测距传感器，自动监测尾梁和插板在放煤过程中的倾角与行程，基于放煤空间位态、放煤口开度与顶煤冒落速度、形态的量化关系，形成自主控制为主、人工末端干预为辅的智能放煤技术，ZF20000/26/48液压支架如图8所示，倾角与毫米波雷达如图9所示。

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图8 ZF20000/26/48液压支架

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图9 倾角与毫米波雷达

（3）高可靠智能运输系统

升级改造刮板输送机监控系统，配备永磁同步变频调速一体机，具备运行工况监测、断链停机保护、故障诊断等功能，根据前后部刮板输送机电机功率、电流、转矩等参数自主计算前后部刮板输送机运输煤量，基于刮板输送机煤流超负荷、煤流均衡、煤流空载或少载状态的智能监测，自动调整前后部刮板输送机运行速度、采煤机截割速度和液压支架放煤口大小，SGZ1000/2×1000刮板输送机如图10所示。

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图10 SGZ1000/2×1000刮板输送机

带式输送机具备煤量、带速、温度等运行工况自动监测和远程控制功能，基于永磁同步滚筒+变频器的软启动方式，实现带式输送机0~3.15 m/s智能调速、节能运行，相比传统带式输送机节能降耗20%~30%。带式输送机布置RBCDD隔爆型带式电磁除铁器，除去夹杂在煤流中的锚杆、锚索等铁磁性物质；安装2PLF120/200型破碎机，实现大块煤和矸石破碎；安装SWD1810脱水筛，减少原煤含水量，实现煤水分离，保障了主煤流高可靠运输。

（4）腐蚀性水质多级净化与自动过滤供液系统

建成了智能3 000 m远距离供液系统，具有智能化集成控制、系统运行信息检测与上传等功能，实现乳化液浓度保持在3%~5% 恒压供液。针对矿井水质差、远程供液管路内壁锈蚀严重，高压反冲洗滤芯堵塞，严重影响工作面液压系统稳定运行，在井下一盘区建立矿井水深度处理系统，2412泵站安装净化水装置，形成2级冗余净化水系统，集成自动配液站、具备进水过滤、高压反冲洗、自动配液、液位自动控制功能，提升供液系统质量，保障智能化系统常态化高效运行，高压过滤器滤芯（多级过滤应用前后对比）如图11所示，2412工作面水净化前后对比如图12所示。

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图11 高压过滤器滤芯（多级过滤应用前后对比）

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图12 2412工作面水净化前后对比

（5）2级智能集控中心

建立地面和井下2级智能集控中心，装备SAC电液控系统、SAM自动化系统及采煤机自动化开采系统，实时获取工作面输送机、转载机、破碎机等设备信息，突破三角煤破煤、扫底、浮煤清理和端头支架协同控制自动运行难题，具备自动跟机移架、采煤机记忆截割、三角煤自动截割、跟机自动放煤及端头三机两架协同控制功能，实现工作面设备状态监测与显示、能耗分析、故障诊断与自动预警；优化综放工作面智能化回采工艺与控制程序，开发伪斜控制软件，实现液压支架姿态智能感知、采煤机远程控制、输送机上窜下滑监控与自动跟机移架等常态化运行。

搭建了综放工作面大数据分析平台，基于支架工作阻力、循环末阻力、最大初撑力等历史数据和矿压显现规律分析，实现工作面来压步距、来压强度超前预判，为工作面安全推采、现场人员设备安全提供数据支撑；智能集控中心实现综放工作面设备的一键启停、单台设备远程启停和工作面“三机”设备集中控制，自动跟机移架率、采煤机自动截割率均>87%，井上/井下智能集控中心如图13所示。

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图13 井上/井下智能集控中心

（6）3级自动排水清淤系统

研发了清淤机+钻孔泄水+刮板上料机+旋流高频筛+水仓清仓机+压滤机的全流程3级自动排水清淤系统。工作面煤泥水由回风巷清淤机进行1级处理；随后由泄水管道自流至工作面下90 m二四盘区泄水回风巷内，管道下方150 m范围内搭建挡墙、设置沉淀池进行2级处理；沉淀池煤泥水内设置刮板式上料机，煤泥水中>3 mm颗粒物经重力脱水，转运至联络巷转载带式输送机，<3 mm颗粒物经煤泥水汇集到集水池，由排水泵排到二四盘区泄水回风巷进行3级处理，煤泥水经煤泥水入料机输送到煤泥水浓缩机，浓缩成<0.074 mm颗粒物随溢流管道进入集水池，>0.074 mm颗粒物随底流进入振动筛式固液分离机，经脱水筛上>0.3 mm颗粒物转运至带式输送机，筛下<0.3 mm颗粒物随底流落入集水池，煤泥水汇集到水仓口集水池内，沉淀之后进入水仓。基于全流程3级自动排水清淤系统，满足大涌水工作面自动排水与淤泥自动清除需要，3级自动排水清淤系统如图14所示。

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图14 3级自动排水清淤系统

亭南煤矿智能化建设成效

（1）成套智能化装备应用，提升采煤效率

2412工作面应用全套智能化装备，采煤机装机总功率由930 kW提升到1 860 kW，自动跟机模式下截割速度5.5 m/min。原双工作面生产每天投入生产作业人数72人，智能化工作面建成后，每天仅需投入生产作业人员24人，每班8人，生产效率提升45%。

（2）智能开采常态化运行，降低劳动强度

工作面采煤机记忆截割、三角煤自动截割、跟机移架与三机两架协同控制等常态化运行。生产期间，支架工仅需巡视和补充拉架，煤机司机由专职操作转变为巡视和监护，放煤工仅需人工辅助干预放煤。探索实施集约化生产制度，每周二、周五长时检修4 h，其余时间每天检修1 h，工人每月轮休8天，达到智能化减人提效，降低劳动强度的目标。

（3）推广永磁变频技术应用，降低生产成本

2412工作面带式输送机采取永磁同步滚筒驱动，转载机、刮板输送机、乳化泵均采用变频一体机，具备高压异步电动机重载软启动、软停车和运行过程自动控制功能，启动电流小、力矩大、速度平稳、对电网冲击小，节约电能20%~30%，与2408工作面相比，日平均节电1 286 kW·h，显著降低生产成本。

（4）面宽设计优化，节约投入成本

在200 m综放工作面成熟经验基础上，综合考虑灾害影响因素以及设备生产能力，将200 m面宽优化为238 m，共计节省4 000 m巷道掘进的人工、设备、材料成本投入，工作面安撤成本减少272万元，回收长度2 000 m 共计4.8万t煤柱。

（5）瓦斯发电综合利用，实现节能减排

坚持瓦斯抽采和利用并举的原则，建有张家咀瓦斯发电站和中塬风井瓦斯发电站，利用柴油压燃技术，实现瓦斯浓度5%发电，满足主、副井应急供电要求。自投用以来，累计利用瓦斯9 522万m，发电19 044万kWh，节约电费10 474万元，减排二氧化碳1 289万t。

（6）智能监测管控，提高工程质量

工作面液压支架安装采高、压力、行程、倾角及毫米波雷达传感器，实现支架初撑力智能监测自动补压和俯仰角、倾斜异常状态监测预警，指导作业人员及时调整支架状态，保证支架对顶板的有效支护。同时，采煤机记忆截割，实现自动监控与滚筒高度的精准控制，保证了顶底板的截割平整度，为支架自动拉移提供了有利条件，提高工作面工程质量。

（7）多元立体灾害防治，提高安全水平

通过实施三位一体瓦斯安全防治技术、综合管控冲击地压防治技术与主动防控水害安全防治技术，构建了工作面全时空多元立体防灾治灾精准防控技术体系，实现了煤矿瓦斯、冲击地压、水害等多元灾害的精准预判、超前预警和科学防治，实现了高瓦斯矿井低瓦斯开采和工作面有水无害，全面提升矿井安全管理水平。

（8）3级沉淀过滤清捞，提升排水安全

基于引、沉、分、清、压、排的工作面水害治理思路，建成清淤机+钻孔泄水+刮板上料机+旋流高频筛+水仓清仓机+压滤机为一体的3级自动排水清淤系统，实现煤粉进仓量降低和清水入仓。对标传统巷道水泵管传排水，每年可减少2次水仓清捞，按照每次60天进行计算，每班清捞水仓4人，年可节约人工成本55万元，有力提升矿井排水安全。

结语

基于机械化换人、自动化减人、智能化少人的智能采煤工作面建设理念，亭南煤矿在智能化综放工作面建设和应用过程中，立足2412采煤工作面的实际条件，在引入成套SAC、SAM等综采自动化系统的基础上，优化采煤工作面回采工艺流程，实现了工作面液压支架自动跟机移架、采煤机记忆截割、三角煤自动截割和放煤口自动控制，液压支架自动跟机移架常态化运行>87%，保障高瓦斯、强冲击、大涌水复杂条件下的安全高效生产。2412智能化综放工作面的成功建设为陕西彬长矿区以及类似条件下的综放工作面智能化建设提供可复制借鉴的亭南方案。

END

编辑丨李莎

审核丨赵瑞

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《智能矿山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦矿山智能化领域产学研用新进展的综合性技术刊物。

主编：王国法院士

投稿网址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

联系人：李编辑 010-87986441

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