创效超17亿，20余座大型露天煤矿验证！中国煤科沈阳设计院曾祥玉高工解读：露天矿主生产链智能化演进路径

2026年06月15日 15:32 智能矿山杂志责编：铁甲小编作者：智能矿山杂志

摘要

针对我国露天煤矿智能化建设存在理论标准缺失、工程实施路径不明、智能化场景生态领域不成熟等核心痛点，开展露天矿主生产链智能化演进关键技术研究与应用，攻克数字孪生场景重构、采剥全流程协同管控、远程智能操控、全链条常态化无人运行等核心技术，构建露天煤矿智能化建设成套理论体系和多维度智能化分级评价体系，研发露天矿智能化综合管控平台，提出智能化场景生态理论，形成可复制推广的智能化建设实施路径与技术架构。研究成果已在国内20 余座大型露天煤矿实现规模化应用，填补了行业理论与标准空白。

该成果在煤炭无人化开采数智技术研讨会暨成果发布会上进行了发布点击链接查看详情

文章来源：《智能矿山》2026年第5期“煤炭无人化开采数智技术重大成果专题”

第一作者：曾祥玉，高级工程师，现任中煤科工集团沈阳设计研究院露天矿无人化智能开采研究室主任，主要从事智能矿山相关研究工作。E-mail：466246131@qq.com

作者单位：中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司

引用格式：曾祥玉，莫龙，田凤亮，等. 露天矿主生产链智能化演进关键技术研发与应用 [J]. 智能矿山，2026，7 (5):24-29.

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

露天煤矿主生产链贯通“地质勘探-穿孔爆破-岩层剥离-煤层采装-煤炭运输-渣土排弃”的直接生产流程，主生产链智能化技术演进的规范化和标准化是煤炭资源高效开采的核心驱动力。近年来，国家密集出台煤矿智能化政策，明确要求大型露天煤矿基本实现智能化，然而主生产链智能化仍存在技术瓶颈。约50%的露天矿停留于基础信息化阶段，关键工艺数字化覆盖率<60%，系统间数据通信率<35%。智能化技术的迭代升级为破解上述行业难题提供了核心路径，但受采剥工艺过程离散性、智能化技术发展尚处于起步阶段等因素制约，当前国内露天矿智能化建设多以采剥作业链单环节碎片化改造为主，生产各环节独立运行、多工序协同性不足，采剥作业链整体运行效率偏低，亟待解决的关键问题包括以下3个方面。

（1）智能化建设成套理论与标准体系缺失

我国露天煤矿智能化建设尚处于初期发展阶段，行业尚未形成统一的智能化建设成套理论与技术标准，建设目标、范畴界定模糊，现有评价方式主观性强、指标权重模糊，缺乏科学的分级评价体系。

（2）主生产链智能化范式与实施路径不明确

当前智能化建设多为单环节碎片化改造，缺乏科学可复制的建设范式与实施路径，主生产链业务与信息化技术脱节，系统间数据独立，缺少全系统协同的综合管控平台与全场景解决方案。

（3）智能化场景生态理论体系不完善

行业尚未形成成熟的智能化场景生态理论，数字孪生场景重构、全流程业务再造技术空白，常态化无人运行核心技术存在瓶颈，系统自主决策能力薄弱，适配的管理与升级模式缺失。

基于此，中煤科工集团沈阳设计研究院有限公司（简称沈阳设计院）紧扣行业重大技术需求，开展露天矿主生产链智能化演进关键技术系统性研究，为提升我国露天煤矿智能化建设水平、实现全流程常态化无人运行提供成套技术支撑。

主要研究内容

笔者以露天煤矿“地质勘探-穿孔爆破-岩层剥离-煤层采装-煤炭运输-渣土排弃”全链条智能化技术演进模式规范化为核心，围绕理论体系构建、建设范式创新、智能化场景生态应用研发3大核心方向开展系统性研究，露天矿主生产链智能化核心内容研究路线如图1所示。

图1 露天矿主生产链智能化核心内容研究路线

（1）开展露天煤矿智能化建设理论研究

构建露天煤矿智能化建设的成套理论，制定涵盖基础设施、智能系统、数据交互等关键领域的11项技术标准，建立统一的矿山智能化建设“话语体系”，填补国内该领域标准空白，全行业的智能化建设有章可循、有法可依。提出“安全生产-高效开采-职业健康”三位一体智能化建设目标，界定露天煤矿智能化建设范畴和智能化分级定义，并建立露天煤矿多维度多层次智能化分级评价指标体系和评价方法，促进露天煤矿智能化建设的标准化、规范化。

（2）开展露天矿主生产链智能化建设范式研究

创建“数据-技术-业务”三方协同的主生产链智能化建设方法体系；提出“地质模型动态重构、开采计划智能优化、设备智能集群调度、全生命周期数字孪生”相融合的露天煤矿主生产链智能化技术架构，提出“技术研发-系统集成-工程示范”的露天矿主生产链智能化建设实施路径，并在20余座智能化示范露天煤矿，将实践经验凝练成可复制、可推广的实施指南；研发集成多子系统的露天煤矿智能化综合管控平台，建立矿山工程设计-采购-施工的立体管控框架，形成覆盖“生产-安全-管理”的智能化场景集群解决方案。

（3）开展露天煤矿智能化场景生态应用研发

研究基于数字孪生的露天煤矿智能化场景重构技术，建立“人-机-环-管”协同优化的智能化发展范式；提出智能化露天矿主生产链全过程的业务流程再造方法，构建“数据贯通-业务重构-架构革新-生态演进”的渐进式智能化系统升级模式；开展主生产链多维度智能决策理论体系研究，研发全系统协同优化与自主闭环控制技术群，建立适应智能矿山的新型组织管理体系。

关键技术创新

提出露天煤矿智能化建设成套理论、形成“技术研发-系统集成-工程示范”的露天矿主生产链智能化建设实施路径、构建基于场景生态理论的主生产链智能化系统升级和智能常态化运行技术体系、研发露天矿智能设计和集群调度系统、露天矿采剥设备AI故障诊断及人员安全预警系统，露天矿主生产链智能化演进研发架构如图2所示。

图2 露天矿主生产链智能化演进研发架构

（1）提出露天煤矿智能化建设成套理论

以“安全生产-高效开采-职业健康”三位一体的露天煤矿智能化总体建设体系，界定露天煤矿智能化建设范畴和智能化分级定义；构建多维度、多层次的智能化露天煤矿分级评价指标体系；提出基于AHP的智能化露天煤矿分级评价方法，可解决传统评价主观性强、指标权重模糊的难题，实现露天煤矿智能化建设的标准化和规范化。该体系可解决露天煤矿智能化建设标准缺失、传统评价主观性强、指标权重模糊等难题，达到智能化建设标准化、规范化的目的，“标准驱动-平台支撑-场景适配”三位一体的技术体系如图3所示。

图3 “标准驱动-平台支撑-场景适配”三位一体的技术体系

（2）构建露天矿主生产链智能化建设实施路径

创建集“数据-技术-业务”三维协同于一体的主生产链智能化建设方法体系；提出融合“地质模型动态重构-开采计划智能优化-设备智能集群调度-全生命周期数字孪生”的露天煤矿主生产链智能化技术架构；研发集成多子系统的露天煤矿智能化综合管控平台，实现覆盖“生产-设备-安全-管理”智能化子系统的协同贯通，业务全过程数据贯通率提升30%；建立矿山工程设计-采购-施工的立体管控框架，形成智能化场景集群解决方案，智能化子系统的协同贯通界面如图4所示。

图4 智能化子系统的协同贯通界面

（3）构建主生产链智能化系统升级技术体系

面向露天煤矿高级智能建设的多源异构数据融合不足、业务线上化率低下、组织管理体系滞后等难题，提出露天煤矿智能化场景生态理论，建“人-机-环-管”协同优化的智能化发展范式；基于数字孪生的露天煤矿智能化场景重构技术，提出智能化露天煤矿的主生产链全过程业务流程再造方法，构建“数据全域贯通-业务流程重构-技术架构革新-生态融合演进”的渐进式智能化系统升级模式，主生产链业务线上化率达到70%；主生产链多维度智能决策理论体系，全系统协同优化与自主闭环控制技术群，建立适应智能矿山的新型组织管理体系，推动露天煤矿智能化系统规范化升级，5大场景的智能生态化联动体系如图5所示。

图5 5大场景的智能生态化联动体系

（4）构建主生产链智能常态化运行技术体系

针对露天矿安全生产全流程管控与无人化作业核心需求，研究面向露天矿的北斗安全生产监测技术，实现矿山全要素高精度实时安全监测；提出磁感应透地与LoRa扩频通信融合的无线起爆技术，研制便携式低频磁感应发射机和小型化无线起爆磁感应接收机，解决复杂环境下起爆信号安全稳定传输的难题；提出露天矿复杂场景下无人驾驶感知技术，构建复杂环境多线程决策规划及自适应精确控制模型，研发弱网环境下露天矿大规模无人驾驶卡车智能调度技术，实现露天矿无人运输装备规模化常态化安全运行，主生产链智能常态化运行界面如图6所示。

图6 主生产链智能常态化运行界面

（5）露天矿智能设计和集群调度系统

在智能设计层面，构建露天矿全生命周期智能设计体系，融合地质勘探大数据、煤层赋存特征及开采工艺要求，研发露天矿采剥方案智能优化设计模块，实现开采境界、采剥台阶参数、排土场规划等核心设计内容的算法化推演与智能化优化；结合数字孪生技术搭建设计方案可视化仿真平台，可对设计方案进行三维场景模拟与工况推演，提前预判设计方案在生产实施中的适配性，实现设计方案从“经验制定”向“数据驱动”和“仿真验证”的转变，提升露天矿开采设计的科学性、精准性与前瞻性。在集群调度层面，针对车辆轨迹数据进行欧式距离计算和轨迹聚类，构建路网骨架，利用图论法构建道路的拓扑结构，建立露天矿运输系统网络模型，实现采排区域路网的动态更新，更新频率提升至1次/天。集群调度流程如图7所示。

图7 集群调度流程

（6）采剥设备AI故障诊断及人员安全预警系统

引入YOLO视觉检测提高对现场小目标装备的检测精度，结合ByteTrack算法降低系统误报风险，通过ONNX优化参数量并结合B/S架构开发了故障诊断平台。采用液压采剥设备零损伤改造专用电磁阀组和改造方法；研究采剥设备复杂动作轨迹的智能控制技术；研发采剥设备故障数据采集和自动诊断技术；提出随机高并发条件下设备分布状态预测和防撞分级预警方法；研发人员不安全行为和体征状态智能分析预警技术，开发出端侧智能单元。

应用效果与推广前景

露天矿主生产链智能化演进关键技术自2018年起，已在20余座露天煤矿完成规模化工程应用，全面适配不同应用场景的定制化、个性化建设需求，核心应用成效包括以下4个方面。

（1）生产全流程效率实现跨越式提升

通过打通露天矿主生产链业务流与信息流断层，实现各智能子系统深度协同，推动开采工艺与智能技术深度耦合，重塑生产场景生态与业务流程，完成生产系统技术框架全面重构。改造后矿山生产效率较传统模式最高提升18%，生产设备运输效率较人工驾驶提升18%，核心示范矿山生产效率提升9%～18%，全面优化生产流程与资源配置，增加设备有效作业时间，提高煤炭产出效率。

（2）减人增效与经营效益成果突出

智能化改造实现生产环节减人6%的核心目标，累计为应用企业创造直接经济效益超17.46亿元，单项目最高创效达8.93亿元，各示范矿山单矿创效规模覆盖8 325～25 800 万元。

（3）绿色低碳转型与成本管控成效显著

智能化建设全面优化了矿山生产资源配置模式，在提效增产的同时，降低矿山运营成本和碳排放量，形成可复制推广的集约高效、绿色低碳生产新模式。

（4）行业核心技术瓶颈实现系统性突破

依托规模化工程应用，全面攻克了露天矿主生产链智能化建设标准、评价体系、场景重构、业务流程再造等行业共性技术难题，验证了技术的成熟度、系统的可靠性与模式的普适性，为全行业智能化升级提供了成套技术支撑与标准化建设模板。

结语

露天矿主生产链智能化演进关键技术已在20余座露天煤矿得到规模化验证，输出11项核心技术标准，为全国露天矿山提供了“标准化复制模板”。智能综合管控平台、数字孪生技术、多维度决策理论等直接应用于露天金属矿等非煤领域，为相邻矿产资源开发提供“跨行业迁移范式”，开拓广阔外溢空间。成果可提升煤炭开采效率，实现运营成本与碳排放量双降，是煤炭行业绿色低碳转型的典范。

编辑丨李莎

审核丨赵瑞

煤炭科学研究总院期刊中心拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录8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。

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

刊载栏目：企业/团队/人物专访政策解读视角·观点智能示范矿井对话革新·改造学术园地、专题报道等。

投稿网址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

👉 征稿函详见链接： 征稿┃《智能矿山》面向广大读者征稿，欢迎投稿

期刊成果：创刊5年来，策划出版了“中国煤科煤矿智能化成果”“陕煤集团智能化建设成果”“聚焦煤炭工业‘十四五’高质量发展”等特刊/专题30多期。主办“煤矿智能化重大进展发布会”“煤炭清洁高效利用先进成果发布会”“《智能矿山》理事、特约编辑年会暨智能化建设论坛”“智能矿山零距离”“矿山智能化建设运维与技术创新高新研修班”等活动20余次。组建了理事会、特约编辑团队、卓越人物等千余人产学研用高端协同办刊团队，打造了“刊-网-号-群-库”全覆盖的1+N全媒体传播平台，全方位发布矿山智能化领域新技术、新产品、新经验。

👉 具体详见链接：《智能矿山》创刊5周年回顾

联系人：李编辑 010-87986441

邮发代号：82-476

👉 期刊订阅详见链接：欢迎订阅┃《智能矿山》杂志2026年订阅开始了！

往期荐读