能耗降低40%！天玛智控尹春雷：综采工作面智能照明控制工艺与应用

2025年09月17日 16:07 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

为解决煤矿综采工作面传统照明设备功能单一、能耗高、缺乏配套辅助指引与动态控制等问题，提出智能照明与液压支架开采工艺的自动协同控制方法，设计智能照明控制工艺，实现地面规划截割中不同动作区域灯光分区指导及调整。智能照明工艺在小屯煤矿1702工作面应用后，满足不同场景照明需求并实现动态节能，解决了地面人员视觉分辨动作区域困难的问题，促进综采工作面智能化开采的安全生产与动态节能。

文章来源：《智能矿山》2025年第8期“学术园地”栏目

作者简介：尹春雷，现任北京天玛智控科技股份有限公司产品经理，主要从事煤矿智能化、煤矿控制软件的相关研究工作。E-mail：15510681673@163.com

作者单位：北京天玛智控科技股份有限公司

引用格式：尹春雷.综采工作面智能照明控制工艺与应用[J].智能矿山，2025，6(8)：83-86.

点击文末左下角阅读原文，免费下载阅读pdf全文

关注微信公众号，了解更多矿山智能化建设进展

煤矿井下综采工作面照明系统综合兼顾安全性、功能性与智能化要求。智能化采煤工作面采用矿用LED无频闪照明，对视频系统与工作面提供良好的光照条件，每台矿用LED灯照度>4 000 Lux，智能化采煤工作面巷道、设备列车、移动变电站等场所采用矿用LED无频闪固定照明，每台矿用LED灯照度>6 000 Lux，布置地点应符合《煤矿综采采区设计规范》（GB50536）相关规定。

综采工作面是煤矿生产的核心区域，照明系统与开采工艺的智能化水平直接影响生产效率与安全性。传统照明系统功能单一、能源浪费、缺乏动态调控等问题；传统光源能耗高、显色性差，且依赖人工操作无效照明占比约35%。

为解决以上问题，以贵州大方煤业有限公司小屯煤矿（简称小屯煤矿）1702工作面为例，针对薄煤层复杂地质条件（顶板破碎、底板松软等），开发了智能照明与液压支架开采工艺的协同控制系统。通过千兆网络型控制平台（Longwallmind）与动态分区算法，实现灯光指引与设备动作的精准匹配，解决传统照明无法适应自动化开采需求的问题。

开采工艺整体设计

1.1 液压支架自动化控制体系

液压支架作为综采工作面的核心支护设备，智能化控制依托电液控制系统与多模态协同算法，实现了高效、精准的顶板控制。自适应跟机技术通过位移传感器、压力传感器及姿态传感器实时采集支架状态，结合分布式蓄能供液系统优化液压流量分配，全工作面移架平均时间小于8 s。针对底板松软等特殊工况，系统采用标准移架与特性移架双模式一键切换机制，确定规划截割工艺，自动化开采工艺界面如图1所示。

图1 自动化开采工艺界面

1.2 智能照明的协同需求

液压支架动作与照明系统的实时交互，通过智能化技术实现安全高效协同，包括区域指引与动态响应功能。

（1）区域指引基于综采工作面网格化分区方法，将采煤机截割区域与支架移动范围划分为回风端头、进风端头、三角煤及中部采煤等区域。通过集成机器视觉识别系统，实时监测支架与采煤机开采的空间位置，并结合LED照明系统的多色温调节功能，区域指引整体设计思路如图2所示。

图2 区域指引整体设计思路

（2）采用不同颜色灯光标识作业区域，白色冷光标记采煤机作业区域，黄色暖光标识待移架，红色警示带标定危险边界。分区标识系统降低人工视觉分辨误差>30%，尤其在低照度或煤尘干扰环境下显著提升安全性。

综采工作面部署设计

2.1 工作面基本情况

小屯煤矿1702工作面可采走向长度480.8 m，倾斜长150.0 m，面积72 120 m²。工作面范围内煤层厚度0.8～1.4 m，平均厚度1.13 m，可采储量12.17万t。1702综采工作面安装的设备为液压支架102组，刮板输送机、采煤机、破碎机各1部，带式输送机2部，转载机1部，电站设备21车以及工作面电缆管路等。

2.2 工作面智能照明适应性配置

在煤矿井下照明的平均照度计算中，采用平均照度法。工作面平均照度（_av，Lux）为灯具数量（）、单个灯具光通量（，lm）、利用系数（为0.3～0.6，由灯具类型和空间反射率决定）、维护系数（，煤矿井下取0.7～0.8，考虑灰尘和老化等影响）的乘积，除以照明区域面积（，m），即工作面平均照度等于灯具数量、单个灯具光通量、利用系数、维护系数相乘的结果，再除以照明区域面积，计算煤矿井下工作面的平均照度情况，用于指导照明设计与评估。

小屯煤矿1702工作面煤层厚度最高1.4 m，支架中心距1.75 m，切眼宽度5.6 m，=999.6 m根据每3架1台，共计34台；空间反射率较低，取0.3；井下粉尘多，维护系数较低，取0.7。正常光照强度需结合具体场景判断，根据《煤矿设计规范》，井下关键区域最低照度要求，_av=5 Lux，需要单个灯具光通量必须>700 lm。

根据现场测试情况，选用智能照明灯为红、蓝、冷白、暖白4种颜色，且可自定义灯光闪烁频率，具备多种模式灯光报警功能，与网络型控制器通信，可警示液压支架不同工作状态，提醒工作面内人员注意安全；支架灯可自定义调节亮度，有利于降低工作面功耗；支架灯外壳为铸钢材质，具有IP66防护等级，适配井下不同类型工作面。智能照明灯实物关键技术参数包括3个方面，智能照明灯实物如图3所示。

图3 智能照明灯实物

（1）供电电源工作电压：AC127 V±10%。

（2）光源：平均照度为150 Lux（照射距离2 m）；额定光通量为3 512 lm；峰值光强为1 551 cd；光源颜色及最大功率为暖白光40 W、冷白光40 W、红光10 W、蓝光10 W；色温为暖白光3 000 K/冷白光5 700 K，色温可配置。

（3）Zigbee通信：工作频率2.4±0.1 GHz；通信信道：24（可配置）；发射功率0～20 dBm；最大传输距离10 m（无遮挡）。

2.3 设备与网络架构

液压支架电液控制系统配置含压力传感器、红外接收器、测高传感器。智能照明模块每3架部署1组，集成LED光源、无线通信模块。井下万兆环网实现支架控制器、照明终端与地面调度中心的数据交互。

智能照明灯网络架构采用分层分布式设计，清晰展示了从控制终端到终端设备的完整通信链路，设备通信网络结构如图4所示。核心控制层利用千兆型网络控制器与智能照明灯通过Zigbee无线通信，进行控制交互；网络传输层为有线千兆以太网交换机，构建网络骨干节点，实现地面监控中心到智能照明灯的数据交换。通过分层解耦设计，实现了照明系统的集中管理与本地自治相结合，在保证控制精度的同时提升了系统可靠性。

图4 设备通信网络结构

智能照明控制工艺实现

3.1 动态分区与协同控制算法

煤矿井下场景的智能照明动态分区与协同控制算法，结合环境感知、人员定位及能源优化需求，根据开采、检修等不同作业场景，设定亮度等级。智能照明采用通信架构内置ZigBee模块，构建Mesh网络，支持100 m内自组网，确保信号全覆盖。

每个灯具作为智能体，分布式决策，利用共享人员位置、环境数据，实现机来全亮、机走渐灭的跟随照明效果。灯光分区与协同控制逻辑，灯光动态分区与协同控制如图5所示。

图5 灯光动态分区与协同控制

（1）采煤机作业区：高亮度冷白光覆盖截割范围。

（2）支架动作区：暖白光覆盖支架动作范围，红色警示闪烁标识动作支架。

（3）人员安全区：低功耗蓝光标记避险通道，感应距离可调。

3.2 灯光协同控制流程

控制系统展示了综采工作面环境下的动态区域生成。通过3条并行路径同步获取关键数据，开采工艺参数、采煤机实时运行轨迹（位置、方向、速度）及井下人员定位信息，数据流汇聚至中央服务器，经决策算法融合分析后，执行动态区域智能划分。

灯光协同控制系统根据空间定位结果触发3种响应机制，当识别到采煤机作业区时，下达冷白色指令，支架作业区激活暖白色指令，人员安全区则切换蓝色指令。若设备或人员处于非特定区域，自动进入默认的低色温蓝色节能模式。最终完成了所有决策路径汇集，形成闭环控制。流程通过多源数据实时交互与智能决策，实现了采矿作业的安全性与能效管理的双重优化，灯光协同控制流程如图6所示。

图6 灯光协同控制流程

3.3 节能控制策略

通过环境光传感器与人员定位数据，实现人来灯亮、人走灯灭。空闲时段降低照明功率，动态电源管理降低无效能耗36%。在作业区和动作区进行色温提升，采用高色温指标LED光源，减少色彩失真导致的误判。动态控制灯光工艺，年节电约2.5万度。

智能照明的综采工作应用

针对煤矿“三软”和“双突”的特殊条件，结合煤矿实际生产工艺，定制化千兆控制系统和Longwallmind系统解决方案，地面规划截割控制界面如图7所示。为实现地面远程开采模式，引入智能照明辅助指引和协同控制系统，解决地面人员视觉切换和区域快速定位的问题，支持了地面规划截割的推广应用。

图7 地面规划截割控制界面

液压支架处于支架动作区，该范围内智能照明处于暖白色灯光，支架动作区灯光如图8所示，采煤机作业区灯光如图9所示，具有明显视觉差。在支架动作区，支架进行动作过程中，通过红色闪烁进行预警提示，支架推移刮板输送机动作中预警灯光如图10所示。

图8 支架动作区灯光

图9 采煤机作业区灯光

图10 支架推移刮板输送机动作中预警灯光

经过支架动作区，支架不进行必要动作，处于人员安全区，该区域为无人状态，结合人员定位，降低灯光亮度和色温，一段时间后进入节能模式，人员安全区灯光如图11所示。

图11 人员安全区灯光

智能照明控制系统在小屯煤矿1702工作面实施后，灯光分区指引使支架移架响应时间缩短至5 s，开采效率提升，循环周期减少18%。节能效果方面，动态调控策略降低照明能耗40%，年节约电费约25万元。安全生产方面，事故率降低，故障灯具远程诊断率100%。

智能照明控制系统模块化设计支持不同地质条件的快速适配，满足大倾角工作面灯光倾斜校准；地面远程运维方面，通过云台视频与井下平板监控，减少人工巡检频次50%。

结语

通过智能照明与液压支架的协同控制，实现了综采工作面照明-开采-安全的一体化调控。综采工作面的“光”不再是简单的照明工具，而是智能化开采的“神经末梢”，是工艺状态的可视化载体，也是人机协同的交互界面，更是无人化场景的基础支撑。小屯煤矿1702工作面应用表明，该系统在地面和自动化开采模式下具有显著的辅助指导优势，为煤矿智能化升级提供了可复制的解决方案。

编辑丨李莎

审核丨赵瑞

煤炭科学研究总院期刊出版公司拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录7种、中文核心期刊9种、中国科技核心期刊11种、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊4种，是煤炭行业最重要的科技窗口与学术交流阵地，也是行业最大最权威的期刊集群。

《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

邮发代号：82-476

往期荐读