智能示范矿井┃ 日推进提速 38%！骆驼山煤矿多源感知采煤机智能系统攻克复杂煤层开采难题

2026年07月01日 12:08 智能矿山杂志责编：铁甲小编作者：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78家矿井智能化建设成果论文131篇。 ➤ 点击订阅

针对复杂地质条件下采煤机截割过程感知不全面、定位不精准、控制不协同及截割策略适应性差等问题，提出一种基于多源协同感知的采煤机智能控制系统；构建融合设备状态、环境参数与煤岩界面识别的多源异构感知网络，结合惯导与UWB的联合定位技术，实现采煤机在复杂工况下的高精度位姿解算；设计自适应协同控制算法，实现截割部调高、牵引调速与液压支架跟机的动态联动控制；提出“记忆截割基准+多源感知动态修正”的融合截割策略，通过实时融合雷达、γ射线与惯导数据，实现在线补偿与优化截割轨迹。该系统在骆驼山煤矿110901工作面现场应用，工作面日推进速度提升38%，劳动强度下降60%，人工干预率<15%。

文章来源：《智能矿山》2026年第5期“智能示范矿井”栏目

作者简介：张明，工程师，现任国能（乌海）能源有限公司骆驼山煤矿机电副总工程师，主要从事煤矿机电运输管理及智能化建设研究工作。E-ｍail：zhangming2892@163.com

作者单位：国能（乌海）能源有限公司骆驼山煤矿

引用格式：张明. 骆驼山煤矿采煤机多源协同感知智能控制系统应用研究 [J]. 智能矿山，2026,7 (5):70-74.

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

煤矿开采深度增加导致地质条件更加复杂，传统开采模式在深部复杂条件下存在技术局限性。采煤机作为综采工作面的“利刃”，直接决定复杂地质条件下煤炭“采得出来”“采得安全”以及“采得高效”。

采煤机智能控制技术是安全高效开采的关键。当前研究主要集中在简单开采条件下的惯性导航定位、传感器网络构建等感知技术层面，以及滚筒调高、速度自适应等控制技术领域，但惯性导航存在累积误差，视觉导航在煤尘环境下精度较低；在感知技术方面，煤岩识别、设备状态监测等缺乏多参数耦合感知能力；在采煤机智能控制技术方面，滚筒调高、速度自适应等多源协同感知的智能控制尚未实现。

国家能源集团乌海能源有限责任公司骆驼山煤矿（简称骆驼山煤矿）作业环境恶劣，集高瓦斯、破碎顶板与复杂地质于一体，传统采煤机智能控制技术难以满足安全高效开采需求。

基于此，笔者针对骆驼山煤矿的开采条件，围绕“感知-定位-控制-截割”全流程技术闭环，研发融合多源感知、精准定位、协同控制的采煤机智能控制系统，在110901工作面完成工业性应用验证，解决复杂耦合开采条件下多源感知协同性差、采煤机控制智能化低等技术难题，实现设备状态、人员空间、直线度等全维度感知，以及滚筒自动调高、自适应调速、安全协同控制等智能化功能，为深部复杂煤层智能化开采提供技术支撑和工程示范。

骆驼山煤矿概况

骆驼山煤矿是新建的大型矿井，设计生产能力1.50 Mt/a，井田面积11.57 km²，采用斜井单水平开拓方式，开采深度为-360~-450 m。矿井地质极复杂，井田内断裂构造及陷落柱较发育，目前主要开采的上组9煤层受奥灰水威胁，顶板为9号煤、泥岩、炭泥岩、薄层黏土岩互层，垂直裂缝显著，易成碎块，属极不稳定顶板，底板为泥岩或砂质泥岩，薄片状，极易破碎，属不稳定底板。矿井首采工作面布置于11采区9号煤层，首采工作面110901工作面设计采高4.8 m，采用走向长壁采煤法，综合机械化采煤工艺，全部垮落法管理顶板。

采煤机智能截割技术研究

2.1 多源协同感知技术

采煤机多源协同感知技术集成18类传感器，构建覆盖“设备-环境-人员”的一体化感知网络，实现全维度、高精度动态监测，为后续定位、控制及截割工艺提供精准数据支撑。

（1）设备状态及环境参数感知

采煤机运行环境状态感知采用分布式传感技术，实现采煤机关键部件状态实时监测，采煤机电控箱及自动化控制系统集成位置监测、摇臂角度感知、摇臂调高、油位、油温、油压、瓦斯监测等传感器，实时显示所监测的传感数据。采煤机运行环境状态感知传感器配置如图1，采煤机控制软件界面如图2所示。

图1 采煤机运行环境状态感知传感器配置

图2 采煤机控制软件界面

液压系统安装压力传感器（测量范围0~40 MPa，精度±0.5% FS）和流量传感器（测量范围0~100 L/min），实时采集油压、油温、油位及水路流量数据；截割电机、牵引电机安装温度传感器（测量范围-40~125 ℃）和电流传感器（测量范围0~500 A），监测电机运行状态；采煤机机身上安装倾角传感器，监测摇臂与机身间夹角，判断摇臂俯仰角；红外瓦斯传感器及断电装置（CH₄测量范围0~4%，响应时间≤10 s），实时监测瓦斯浓度与异常情况的可靠断电控制。

（2）工作面直线度感知

在采煤机内部安装惯性导航系统，准确检测采煤机位置、姿态，描绘出采煤机沿工作面方向及工作面推进方向的曲线数据，实现工作面直线度检测。将刮板输送机实际曲线通过载波通信技术传输到集控平台，并由集控平台进行支架推移行程规划，将需调整数据发送到液压支架电液控制系统，由电液控制系统控制推移油缸行程进行调整，推移刮板输送机调速控制阀，控制精度为<20 mm，可实现工作面直线度调整，整个工作面直线度控制精度<500 mm。

（3）智能视频感知

基于工作面视频系统实现采煤机跟机视频监控，当识别到采煤机即将进入两端头割煤时，上传预警信息至智能化集控系统发出语音提示，提示两端头作业人员撤离，摄像机同时智能识别人员撤离情况，如识别到人员未按规定撤离时，再次提示，直到作业人员撤离。智能视频系统具备作业人员误入识别功能，当识别到作业人员违规进入端头三角区作业，上传预警信息至集控系统。系统可通过工作面配置云台摄像头全景漫游切换，实现工作面智能化割煤远程巡视。

（4）煤岩界面识别技术

煤岩界面识别采用雷达与γ射线融合识别技术，双源传感器数据互补融合，规避单一识别方式的环境干扰问题，精准判断煤岩分界位置，为后续滚筒自动调高、截割参数优化提供核心数据支撑，煤岩界面识别如图3所示。

图3 煤岩界面识别

2.2 精准定位技术

针对顶板破碎环境下定位精度衰减问题，构建“惯导+轴编码器+UWB”多维度定位体系，实现采煤机自身精准定位及人员-设备相对定位双重保障。

（1）采煤机精准定位

在采煤机机身安装惯性导航传感器，实时监测采煤机的行走位置及三维姿态，并利用轴编码器对采煤机位置进行二次校验，结合卡尔曼滤波算法，实现采煤机位置的精准定位，定位误差控制在±0.08 m以内，解决顶板破碎环境下的定位精度衰减问题。

（2）人员-设备相对定位

在液压支架安装UWB定位基站，采煤机机身安装识别标签，工作人员携带定位识别卡，实现采煤机和人员的相对位置定位，定位精度可为±0.3 m，当人员进入预警范围时发出声光报警，采煤机牵引速度自动降至2.8 m/min以下，若人员进入危险范围，立即闭锁采煤机牵引系统，避免安全事故发生。

2.3 自适应协同控制技术

基于多源感知数据与精准定位信息，开发多因素协同控制模型与算法，实现滚筒调高、牵引调速、采支协同的动态自适应控制，提升复杂环境下开采的安全性与效率。

（1）滚筒自动调高控制

构建“采高-顶板稳定性-煤岩界面”协同控制模型，通过采煤机惯导传感器监测采煤机俯仰角，结合倾角传感器测量的摇臂角度，经几何解算获得采煤机实际采高，基于雷达与γ射线融合的煤岩识别结果，确定煤岩界面位置，通过顶板压力传感器监测顶板稳定性，动态调整采高偏差阈值。采煤机采用PID-PWM复合控制算法，驱动数字液压缸实现摇臂调高油缸行程精准控制，实现采高的动态精准调节。

（2）自适应协同调速控制

建立“负载-瓦斯-顶板”多因素调速模型，实时采集截割电机电流、刮板输送机负载、瓦斯浓度、顶板压力等参数，采用模糊神经网络算法对牵引速度进行动态调节。当截割电机电流超过额定值85%或刮板输送机负载超过额定值90%时，牵引速度自动降低20%~30%；当瓦斯浓度超过0.3%时，牵引速度降至1.5 m/min以下；当瓦斯浓度超过0.5%时，采煤机立即停机。

（3）采支协同控制

支架跟机速度自适应调节系统，根据采煤机截割速度和顶板稳定性，动态调整支架移架速度，将控顶距控制在6.125 m以内，顶板暴露时间缩短至2 min以内；机载摄像仪（分辨率1 920×1 080 px）实时监测截割滚筒与顶板、支架的相对位置，实现可视化精准控制。

2.4 基于多源感知融合的智能自适应截割技术

智能自适应截割技术突破传统记忆截割的机械复现局限，构建“记忆截割+智能感知修正”的智能自适应截割体系，深度融合经验驱动的记忆截割与模型驱动的智能感知，以记忆截割为基础工艺参数记录载体，煤岩识别、顶板压力监测等智能感知数据为动态修正依据，使采煤机从“被动执行轨迹”到“主动适应地质变化”转变，实现复杂地质条件下采煤机的自主决策、动态适应与高精度截割，提升开采效率、安全性和煤质指标，多源感知融合的智能自适应截割控制流程如图4所示。

图4 多源感知融合的智能自适应截割控制流程

智能自适应截割系统首先通过示教运行，在采煤机运行过程中记忆采高、截深、采煤机仰角、机身倾角、摇臂倾角、机身位置的具体数据，作为截割的“骨架”模型。记忆截割技术按照实际学习的采煤工艺实现两端头的斜切、割三角煤等工艺。

在自动运行阶段，智能自适应截割系统启动后优先调用记忆截割模型驱动设备运行，雷达与γ射线传感器实时扫描煤岩界面获取煤岩界面识别数据及顶板压力数据，惯导系统实时反馈机身姿态，若地质条件变化，感知数据与记忆截割轨迹偏差超过设定阈值，系统将自动抑制记忆模型指令，输出基于当前煤岩识别结果的控制参数，实现从“被动复现”到“主动适应”的转变。当根据多源感知融合的煤层顶板情况进行采煤机截割参数调整后，智能自适应截割系统自动学习新的记忆截割参数，实现记忆截割参数更新。

现场应用效果与展望

骆驼山煤矿110901工作面安装了智能控制系统，可实现综采工作面设备一键启停与远程集中控制。目前工作面设备及相关系统已在井下工业性试验超过12个月，工作面年推进536 m，月均产煤13.18万t，较预期提升28%；工作面日推进速度达1.8 m/天，较预期提升38%；截割效率提升至280 t/h，无效截割时间减少65%。开采期间未出现严重设备故障情况，采煤机智能截割技术满足生产要求，实现融合瓦斯、煤岩界面、设备状态等多维感知数据的智能截割控制功能，减轻人工劳动强度，提高系统运行效率，工作面现场实施效果见图5。

图5 工作面现场实施效果

采煤机多源协同感知智能控制系统取得了显著的工程应用效果，但仍存在进一步优化空间。

（1）引入深度学习技术，优化控制算法，提升系统对复杂地质条件的自适应能力，实现截割参数的自主决策与动态优化。

（2）集成微震监测、电磁辐射监测等技术，拓展感知维度，构建更全面的灾害预警体系，实现多灾害的超前预测与精准防控。

（3）开发数字孪生系统，建立采煤机-工作面-地质环境的数字映射模型，实现开采过程的虚拟仿真与全生命周期管理。

（4）制定多灾害耦合条件下智能截割技术的行业标准，推进技术标准化，促进技术的规模化推广应用。

结语

针对多灾害耦合条件下采煤机智能截割控制的技术瓶颈，以骆驼山煤矿高瓦斯、顶板破碎、水文地质复杂的开采条件为背景，通过多学科交叉融合，构建了“多源感知-精准定位-自适应控制”三位一体的智能截割技术体系，经过超过12个月的井下工业性试验，设备故障率降低42%以上，劳动强度降低60%，人工干预率<15%，实现了复杂地质条件下采煤机的自主决策、动态适应与高精度截割，为深部复杂煤层智能化开采提供了技术支撑。

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