智煤洞察┃王国法院士：井工煤矿智能化典型工程示范成效

2025年07月07日 15:02 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

语音播报

点击播放

《智煤洞察》栏目，将不定期推出《智能矿山》杂志创刊以来，具有前瞻性和实用性的过刊文章，提炼要点，重温技术创新理念，发现应用新视角；对比发展现状，分析行业进步轨迹，挖掘更深层次的内涵，以期激发灵感，为未来发展指明方向。

王国法院士在《煤矿智能化重要进展与高质量发展方向》中总结了近年来井工煤矿智能化典型工程示范成效，发表于《智能矿山》2025年第1期。

薄煤层智能化开采进展

煤矿智能化重大进展征集和交流案例显示，山东能源集团杨村煤矿针对薄煤层工作面工人员跟机作业困难、生产效率低、截割精度不足等问题，开展了技术创新与工程实践。杨村煤矿核定生产能力1.15Mt/a，主采煤层平均厚度1.15m，煤层中普遍含有不同厚度的坚硬夹矸和硫化铁结合体，常揭露断层、二合顶等地质构造，直接顶普氏系数f=8~10的石灰岩，底板是铝质泥岩，岩质较软，f≈1.5，遇水易膨胀。面对复杂的赋存条件，杨村煤矿开展综采设备与地质条件的适应性研究，围绕“割得快、运得出、护得住”3个关键点，形成以“矮机身、大功率、高效能、智能化”为特点的第五代薄煤层装备配套体系。以“高感知、高联动、高预警、高效能”为原则，融合应用了数字孪生辅助控制系统、煤矿大模型AI服务平台、煤矿GIS公共服务平台、综采工作面国产惯导、班组协同交互通信系统、多参量耦合模型规划截割等六大创新技术。实现工作面内无人作业，开创了“地面规划采煤、装备自动执行、面内少人无人化作业”。智能化综采工作面生产期间减员75%以上，人工工效提升6倍；单刀割煤用时45min，单班割煤6刀以上；远程截割率近100%，自动跟机移架率达99%，年产达到100万t水平。杨村煤矿多参量耦合截割模型的规划截割操作界面如图1所示。

图1 杨村煤矿多参量耦合规划截割操作界面

超高、超长工作面高效开采创新水平

超高与超长工作面是煤炭智能高效开采的重要攻关方向，随着超大开采空间全覆岩三维动态破断规律与超高煤壁失稳破坏机理、强矿压覆岩结构应力调控机理、超高与超长综采装备群动态响应及高效智能协同作业机制等科学问题的不断解决，超高与超长工作面智能化建设得到了快速发展。

（a）超高工作面智能高效开采进展

2016年，兖矿能源集团金鸡滩煤矿突破了开采极限，在世界上首次成功实现了8.2m超大采高开采，创造了厚煤层开采各项指标世界纪录。2018年，国能神东煤炭上湾煤矿成功使用8.8m液压支架超大采高开采，为8m以上超大采高奠定了技术和实践基础。

2024年，陕煤集团曹家滩煤矿122104工作面10m超大采高一次采全高智能开采取得新进展。研发了ZYA29000/45/100D型“双层伸缩梁+三级护帮板”结构的高强度液压支架；研制了整机高稳定性、大仰角长摇臂三腔分区润滑冷却的MG1200/3350—GWD型智能化采煤机；研发了复合框架中部槽重型刮板输送机、慢变动力特性刮板机启动方法及配套控制方法；搭建了工作面“采−支−运”一体化智能协同作业控制系统及多源系统集成与数据融合分析平台。曹家滩煤矿10m超大采高智能化工作面成套装备如图2所示。

图2 曹家滩煤矿10m超大采高智能化工作面成套装备

（b）超长工作面智能高效开采进展

美国、澳大利亚等国家煤层赋存条件简单，近10年来，采煤工作面向400~450m超长发展。2023年，陕煤集团小保当二号煤矿建设了中厚煤层450m超长工作面，并持续稳定运行，联合天地科技股份有限公司等单位设计研发了450m超长工作面相关综采装备，包括ZY16000/17/32D型超大采高液压支架、MG750/1950—WD型采煤机、SGZ1100/3×1600型刮板输送机、SZZ1350/700型转载机等。通过布置超长工作面，提升了绿色开采水平、产能和开采效率，降低了煤炭损失、采掘接替矛盾和开采成本。工作面自投产以来，全天最高割煤达19刀，最高日产突破4.5万t，平均月产能91.278万t，相比于国内中厚煤层最高月产能提高了3～5倍以上。该项目突破了中厚煤层长期“以设备定开采工艺”的瓶颈，探索出自顶向下的中厚煤层高能积比集成配套模式，单位体积内配置的装机功率相比于目前常规中厚煤层工作面提高了50%以上，建设模式为类似条件矿井提供了解决方案参考。

智能高效掘进建设进展

（a）在半煤岩巷智能快速掘进建设方面

掘进效率不断提升，2024年济宁能源发展集团有限公司朱家峁煤矿建设了以重型掘锚一体机为龙头的“煤海蛟龙”快速掘进工作面，在巷道掘进高度3.3m、岩石厚度1.4~1.6m、f=7以上的半煤岩巷道环境下，创造了月进尺916m的纪录，掘进效率达到原来的2倍以上，智能化水平持续提高。同年，在陕煤集团柠条塔煤矿，通过技术创新和管理革新，建设的以“煤海蛟龙”为核心装备的快掘工作面创造了半煤岩巷道最高日进尺43m、月进尺1050m的纪录。以重型掘锚一体机为龙头的快掘装备应用，为同类条件下煤矿大断面半煤岩巷、坚硬煤层巷、多断层巷等难掘巷道提供了可参考的解决方案。

（b）在老矿区少人高效智能掘进方面

兖矿能源集团兴隆庄煤矿达到最好水平，应用基于“双惯导+全站仪”的组合模式，实现了掘进机在巷道坐标系统中的定位。通过位于掘进机后方的远程定位装置，实时测量定位掘进机的三维坐标，结合掘进机自身姿态、截割部运动状态，确定截割部的三维坐标。根据巷道设计的参数，确定掘进机以及截割部与待掘巷道的相对位置关系。在掘进机实时定位系统的基础上，智能化控制系统应用软件按照设定参数自主控制掘进机完成掘进动作流程。能够根据掘进机空间位置变化和岩壁硬度变化，实时纠正截割部轨迹并调整截割部运动速度。通过三维可视化技术的交互系统，实时展示掘进机和截割部的空间位置，及其与巷道之间的相对位置关系。通过调节变频局部通风机长压短抽通风除尘。经测定，工作面真实除尘率达95%以上，作业环境明显改善。

智能地质保障建设进展

煤矿透明地质技术是煤矿智能化的基础保障，利用精细探测技术获取地质信息，以大数据和云计算支持，借助3D动态建模、人工智能和专家诊断等相关技术，实现地质、工程和环境信息的精细描述、动态表征和分布式发布，能够为智能采掘提供精准的地质导航，为隐蔽致灾地质因素的透明化分析评估提供强有力的技术支撑。当前我国透明地质保障技术总体处于起步阶段，面临的地质条件动态探测、三维地质模型动态生成、地质软件和智能开采控制交互等诸多技术难题正在逐步攻克。

国家能源集团乌海能源有限责任公司与中国煤科西安研究院等单位协同攻关，开展了乌海矿区透明地质保障系统的研究与示范建设。示范工程以老石旦、五虎山、黄白茨、公乌素、利民5处矿井为依托，建立矿井三维地质模型，在地质模型基础上构建瓦斯、水文、火区地质模型，实现多煤层开采智能地质预报。本次示范建设取得了多项成效：

（a）基于随采随掘地震探测技术对采掘工作面范围内静态的构造发育和动态的应力变化进行动态监测，并根据监测结果，实时优化、动态刷新采掘工作面三维地质模型，实现了采掘工作面地质透明化。

（b）攻克了断层类型多样、断层错动及褶皱倒转等复杂构造地质建模难题，构建了矿井级高精度三维地质模型，实现了隐蔽致灾体的透明化表达，为地质剖切、时间域和空间域分析等地质应用提供模型支持。

（c）提出并构建了“矿区−矿井−工作面”三级透明化地质保障技术体系，建立了可“预测、预判、预警”的致灾因素综合预警体系和采掘空间三维地质预测预报体系，形成了“矿井地质−透明地质保障系统−采掘生产”的平台化、标准化、流程化作业模式，实现了地质保障由“辅助生产”向“指导生产”的转变。

智能安全监控建设进展

面对目前煤矿井下复杂环境监控系统图像分辨率低、无法对各种异常状态预警、事故突发时响应速度慢、缺少智能化分析和控制联动等突出问题，济宁能源发展集团有限公司、河南神火集团有限公司、中煤华晋集团有限公司等煤炭企业，应用基于AI视频的矿井安全风险感知与智能防控系统，不断提升煤矿智能安控能力。系统通过开发AI视频分析与识别技术，使得在部分场景光照较暗、遮挡、视角变化和尺度变换等自然环境下，仍具有很好的识别稳定性和鲁棒性，且具有较高的实时性和精度。构建了矿井人−机−环全域视频图像特征检测与识别典型场景库和算法群，实现人员、机器、环境安全隐患的智能图像分析和报警，响应时间不大于10ms，开发泛联兼容的矿井安全风险感知与智能防控平台，实现对煤矿各种安全隐患的有效分析和智能识别。济宁能源发展集团有限公司金桥煤矿泛联兼容的基于AI视频的矿井安全风险感知与智能防控平台应用界面如图3所示。