智能示范矿井┃山西大远煤业大倾角急倾斜煤矿智能化掘进工作面建设实践

2025年10月10日 15:44 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

智能示范矿井

“智能示范矿井”栏目 重点推送《智能矿山》“智能示范矿井”专栏刊载的论文，邀请全国各矿井分享最新智能化建设成果、亮点与经验，旨在发挥典型智能示范矿井引领作用，促进我国矿山智能化建设高质量发展。截至目前，《智能矿山》杂志已刊载70家矿井智能化建设成果论文121篇。 ➤ 点击订阅

文章来源：《智能矿山》2025年第9期“智能示范矿井”栏目

第一作者：何国友，工程师，主要从事大倾角三软厚煤层采矿技术设计工作。E-mail：Hgy185x@163.com

通讯作者：王毅颖，博士，硕士研究生导师，主要从事电力电子变压器研究。E-mail：yatesyy@163.com

作者单位：山西大远煤业有限公司；河北工程大学；水利部海委漳卫南运河邯郸河务局；河北省冀南新区现代装备制造协同创新中心

引用格式：何国友，隋福禄，孟庆黎，等.山西大远煤业大倾角急倾斜煤矿智能化掘进工作面建设实践[J].智能矿山，2025，6(9)：19-23.

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井工煤矿大倾角急倾斜煤矿岩层运动机理复杂，井下环境狭窄、作业空间受限、安全可靠性低，综合机械化、智能化建设难度较大。掘进工作面存在生产过程复杂、装备系统庞大、作业环境恶劣等特点，在机械化、自动化开采基础上，应进一步推进信息化和工业化深度融合，开展以智能化掘进工作面、智能化运输为重点内容的掘运智能化创新，提高生产效率、减少劳动定员，保证安全生产，促进急倾斜煤矿的可持续发展。

山西大远煤业工程概况

山西大远煤业有限公司（简称山西大远煤业）是山西省2009年兼并重组单独保留矿井，设计生产能力120万t/a，基本构造形态为一单斜构造，地层走向北东，倾向北西，倾角30°～45°，一般为40°，目前采用单水平开采，水平标高+1 200 m。开采+1 200 m标高以浅区域。

山西大远煤业1502运输巷道智能化掘进工作面使用掘锚机+单体支护的掘进工艺，掘进工作面采用掘锚一体机进行一次成巷作业，支护方式为锚网索支护。配套设备为两臂掘锚机、机载临时支护装置、带式转载机以及带式输送机，带式输送机配备了自移机尾装置，通过绞车进行位移。掘进过程中，破落的煤经带式转载机运至带式输送机，再经主运输送带运输到地面，所需材料通过无极绳卡轨车运输，实现了掘进工作面掘进、支护、运输、辅运的机械化、自动化，掘锚一体机+带式转载机+带式输送机如图1所示。

图1 掘锚一体机+带式转载机+带式输送机

智能化矿山系统架构设计

2.1 智能化矿山总体设计

山西大远煤业的智能型矿山建设结构为全局优化、区域分级、多点协作。针对山西大远煤业特殊应用情境和生产技术需求，形成了智能挖掘、辅助运输、安全监督、集中指挥、分类供应的完整系统，连接不同应用场景、不同环节、不同位置的控制系统和信息。

智能化矿山以标准体系为依托，搭建覆盖所有领域的感知网络，并打造出快速的数据交换路径，满足数据在煤矿企业内外统一应用的需求。搭建大型数据应用中心及多元服务平台，满足各个业务部门需求，提高生产能效、优化生产流程，山西大远煤业智能化矿山建设结构如图2所示。

图2 山西大远煤业智能化矿山建设结构

2.2 智能化矿山网络基础建设

煤矿行业数字化、网络化、智能化建设，形成了现场总线、工业以太网、矿用WiFi6、4G/5G移动通信等有线/无线并存的通信网络，承载掘进工作面、矿井人员定位、数据安全传输等各种业务应用场景。

煤矿网络建设是掘进工作面、煤流运输等各系统互联和数据传输交换的基础，也是数据通信联络的核心传输通道。建设高速、高可靠的通信网络，满足数据、文件、视频等实时传输要求，满足矿井主干网络带宽>1 000 Mbit/s，大型矿井主干网络带宽>10 000 Mbit/s。在构筑煤炭工业网络时，独立配置地面和井下网络，可承载 Ethernet/IP、PROFINET及其他多种工业以太网协议。

为保障山西大远煤业数字煤矿建设的数据信息稳定、可靠、高速传输，实现了视频、语音、数据传输的多网合一。地面通信网络采用万兆骨干、千兆汇聚、百兆到桌面，且无线覆盖；支持光纤多模、单模、超五类双绞线等多种传输介质的方式建设。工业以太网交换机作为网络系统的关键部件，具备防爆、电源可调节范围宽广（>20%）、过压和过流保护的功能，易于安装、操作、维护，满足故障警告和定位、故障时切换至冗余链路<500 ms等特性，适应井下高温、潮湿、高粉尘的恶劣条件，山西大远煤业网络拓扑结构示意如图3所示。

图3 山西大远煤业网络拓扑结构示意

（1）地面主干网络建设

地面主干网络配置2台万兆环网交换机且互为备份，作为整个环网的核心交换机，2台核心交换机启用VRRP协议、冗余配置，为终端设备提供无缝隙的路由交换服务，2台交换机正常运行时，各自承载数据传输，若1台交换设备出现故障，另1台设备承载全部数据传输，确保数据传输无需无缝切换，满足负荷平衡且互为备份。

（2）井下主干环网建设

井下安装4台矿用隔爆兼本质安全型网络接口，配接万兆交换机与地面数据中心机房核心交换机共同构成主环。主干环网交换机承载主干环网数据通信以及子系统接入，实现与地面核心交换机的通信。

通过井上井下网络建设，实现工业电视、应急广播、人员定位、安全监控、掘进工作面远程供电移变信息等系统数据传输至地面中心机房。

2.3 智能化矿山数据存储及处理

山西大远煤业的网络基础建设，实现了各种数据的互联互通。但在智能化发展过程中，不同的智能化应用场景产生的大量数据离散存储，关联性弱、应用和分析难度大，存在煤矿海量数据利用效率低、综合性应用差等问题。

山西大远煤业建设了煤矿数据存储和处理中心，解决掘进工作面及其他系统间的多个数据库间的异构性和不兼容性；建设了基于多种数据库的存储方式，根据不同数据需求，分类设计存储系统，满足不同应用场景。数据中心按主副架构设计，采用双机集群系统，提高系统的可用性。为满足井上井下的协作需求，矿井服务器采用冗余配置。数据存储和处理中心可快速存储并读取各种类型数据，包括实时信息、历史记录、业务信息等，并根据需要统计、查询和分析信息。

大倾角急倾斜智能化掘进工作面建设

山西大远煤业大倾角急倾斜掘进工作面实现了综合机械化智能掘进方式，通过安装的传感器、数据采集、遥控控制元、网络通信、位置检测元、断面自动截割、截割部负载自适应、视频采集、液压系统、电气系统等单元，实现单元设备的运转自动控制、工况在线监测、故障诊断等功能，主要包括以下6个方面。

（1）通过布设的多种感应器，实时监控掘进机位置和姿态，并监测掘进机俯仰和倾斜角度，主要涵盖水平偏移角、俯仰角、横滚角、水平偏移距离、车前距离。采用激光扫描仪与机身多传感器数据整合的悬臂式挖掘机定位检查策略，实现挖掘机的精确定位。运用激光扫描仪精确定位功能，辅助高清摄像头捕捉切割头精确定位，融合挖掘机内多个传感器实时采集数据，实现设备远程自动化管理、实时工况监控和故障诊断的功能。

（2）掘进机在自动截割过程中，因截割阻力导致掘进机位置发生变化。位置自动补偿功能因掘进机机身偏移导致截割头截割路径发生变化，保证截割头按照设定截割路径自动截割；通过掘进系统大数据分析与传感器精准传送数据，实现截割自主导航、坡度追踪功能。

（3）利用数学模型和多种传感器的协同作用，计算机操纵掘进机切割臂的旋转和升降液压缸，实现自动切割断面的功能。

（4）对于常见的矩形巷道断面，根据远程遥控中心上位机输入断面的宽、高数据，计算机控制系统自动计算特征点，控制截割头作业运动曲线；对于梯形或半圆拱形等不规则巷道断面，输入断面曲线模型，建立特征值点，确定截割头作业轨迹。

（5）掘进设备采用综合机械化掘进方式，借助无线基站，完成设备内部的无线接收装置与远程控制传输装置的无线传输，实现有线/无线网络间的无缝转换，实现自主导航、坡度追踪和自动截割功能。

（6）基于人员识别定位，实现掘进面现场人员防护。当掘进工作期间，人员接近掘进机超过阈值设定距离，设备自动报警甚至停机；机身安装防撞传感器，通过检测机身与巷道左右煤帮，实现防撞联锁。预设掘进机与左右煤帮、掘进面报警距离，实现防撞预警，防撞预警功能可扩展为人员接近告警、掘进与在掘和已掘巷道空间关系功能。

山西大远煤业的大倾角急倾斜掘进工作面使用了综合机械自动化作业技术装备，满足矿井采掘接替需求，掘进速度达到了预期标准，实现了数字化挖掘数据分类和储存，并具备三维地质建模能力。远程集控平台远程集中管理掘进工作面的感知信息。

综合智能化管控平台建设

山西大远煤业基于互通互联的网络基础，建设了综合智能化管控平台系统，主要包括4个功能平台。

（1）GIS“一张图”平台

构建GIS“一张图”平台，集成急倾斜掘进工作面及安全监测监控、生产过程自动化、辅助生产类及业务管理信息化等系统数据信息，实现了煤矿掘进工作面的生产、监测、运输、视频监控等子系统数据的集成共享，统一数据的安全生产调度指挥，提高生产能效、优化生产流程、创新生产方式。

（2）矿井水文动态监测系统

综合智能化管控平台中集成矿井水文动态监测系统，通过点位布置图在井下掘进工作面等位置建设观测点，采集各观测点水文数据，通过工业环网传输到地面服务器进行分析，为煤矿掘进过程中的防治水提供依据，为矿井防治水工作提供数据支持，确保矿井安全生产运行，智能化管控平台水文动态监测系统界面如图4所示。

图4 智能化管控平台水文动态监测系统界面

（3）矿井双预控信息平台

建设了矿井双预控信息平台，主要包括安全风险管控流程、隐患排查治理流程、标准和考核的智能化维护和管理3个方面，建立记录、统计、分析、预警和跟踪检查为一体的智能化信息平台，提供机制规范运行、过程管理的运行保障，智能化管控平台双预控信息系统界面如图5所示。

图5 智能化管控平台双预控信息系统界面

（4）掘进工作面可视化系统

掘进工作面可视化系统基于红外高清摄像头，采用无线WiFi和光纤传输信号，实时呈现掘进工作面监控视频，实现对掘进设备运行状态、人员作业情况、工作环境安全状况等关键要素的实时监控与预警，提高掘进作业的安全性和生产效率，智能化管控平台可视化系统界面如图6所示。

图6 智能化管控平台可视化系统界面

（5）煤炭产量检测系统

煤炭产量检测平台实时采集、分析并展示煤炭开采过程中各时段的产量信息，精确记录生产数据与设备运行状态，通过直观数据图表与报警提示功能，辅助管理人员优化生产决策，实现煤矿产量的精细化、智能化管理，智能化管控平台煤炭产量检测系统界面如图7所示。

图7 智能化管控平台煤炭产量检测系统界面

结语

山西大远煤业针对大倾角急倾斜矿井的具体开采情况和特殊工艺要求，研究了煤矿智能化建设的总体系统架构，构建了井上下万兆冗余环网，以及多场景、多源信息存储和处理系统，研发了大倾角急倾斜智能化掘进工作面，搭建了融合智能掘进工作面、水文动态监测、安全生产管理等不同业务场景的综合智能化管控平台，完成了大倾角急倾斜矿井的智能化初步建设，实现了远程操作、危险区域无人作业、改善作业环境；减少了劳动定员，掘进面单班岗位人员为5～9人，降低了掘进成本，提高了单产效率，对促进急倾斜煤矿的智能化发展具有重要的意义。

编辑丨李莎

审核丨赵瑞

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期刊简介

《智能矿山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中国煤炭科工集团有限公司主管、煤炭科学研究总院有限公司主办的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

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