要点推送《智能矿山》“智能演示矿井”专栏刊载的论文，邀请天下各矿井分享最新智能修饰备成就、亮点与阅历，旨正在发扬样板智能演示矿井引颈感化，推进我国矿山智能修饰备高质料兴盛。截至目前，《智能矿山》杂志已刊载64家矿井智能修饰备成就论文112篇。

　　作家简介：李伟，博士，探讨员，现任山东能源集团有限公司党委书记、董事长，要紧从事煤炭安详高效开采和干净高效诈骗方面的手艺探讨与工程施行作事。E-mail：/em>

　　援用式样：李伟. 山东能源薄煤层作事面智能化开采更始施行[J]. 智能矿山，2025，1(1)：43-53.

　　煤炭举动我国的主体能源，正在经济兴盛中攻克苛重职位，跟着矿井开采强度扩大、节余供职年限省略，良多煤炭企业逐渐转入薄煤层资源开采阶段。我国薄煤层资源储量充裕，广博分散于80多个矿区，工业储量达98.3亿t，个中可采储量约65亿t，约占全体可采储量20％，山东能源集团有限公司（简称山东能源）国内75处坐蓐煤矿中，具有2m以下薄及较薄煤层的煤矿32处，占比42.6%；32处煤矿资源总量为54.4亿t，2m以下薄及较薄煤层资源量25.8亿t，占总资源量的47.4%。可是受开采工艺及手艺设备等成分控造，国内薄煤层产量仅约占煤炭总产量7%。因为斥地难度大，空间幼，产量及功用低，本钱高，安详机能差，薄煤层开采不绝是限造煤炭企业坐蓐可继续兴盛的困难。

　　山东能源正在陕西改日能源化工有限公司金鸡滩特大型煤矿集成使用了数智化高效开采成套手艺，开创了煤炭数智化高效开采的获胜演示，筑成宇宙首个8.2m超大采高作事面，均匀日产6.16万t，月产153万t，创综采高度、产量及功用的宇宙最高记载。正在千米深井的兖矿能源集团股份有限公司杨村煤矿（简称杨村煤矿）展开智能修饰备工程施行，筑成7302、5305智能综放演示作事面，坐蓐班功课职员由16人减至7人，减员幅度为56%。正在此根蒂上，山东能源联络本身兴盛本质，体系攻闭薄煤层无人开采新课题，摸索走出煤炭工业转型升级、安详高质料兴盛的“山能途径”，获胜打造了杨村煤矿、枣庄矿业（集团）有限仔肩公司滨湖煤矿（简称滨湖煤矿）寻常坐蓐前提下，常态化无人功课的薄煤层作事面。

　　薄煤层煤厚通常约正在1.3m以下，且地质前提变更大，断层、夹矸等地质构造纷乱。以杨村煤矿、滨湖煤矿为例，杨村煤矿17煤，煤层倾角2°~11°,均匀5°;煤层厚度0.95～1.35m，均匀为1.15m，煤层中含有厚度不匀称的坚硬夹矸及硫化亚铁结核体（f=8～10）；直接顶为十一灰岩，均匀厚度为0.83m（f=8～10）；根本顶为粉砂岩，均匀厚度2.4m；直接底为铝质泥岩，均匀厚度2m。滨湖煤矿16煤，煤层倾角5°~10°,均匀8°;煤层厚度0.7～1.71m，均匀为1.23m。直接顶为十下灰岩，厚度2.99～8.19m，具泥岩伪顶，厚0.15～0.44m，十下灰既是直接顶也是根本顶，具二重性，为安靖顶板；直接底以泥岩、砂质泥岩为主，厚0.65～8.33m，采区内存正在落差1/2～2/3分别采高的断层。

　　薄煤层开采除地质前提控造表，面对的要紧题目是空间窄幼，筑造运行及职员行径区域受限，作事面里手走、功课困苦，况且劳动强度较大，全部功课情况恶毒，职业危急大。从工艺及手艺设备使用的角度理解，存正在3个方面的题目。

　　薄煤层作事面体系配套格式不敷优化，坐蓐工艺功用低，端头截割三角煤时刻长，全作事面全部饱动速率慢，难以知足矿区调解开采、坐蓐接续需求。

　　高效开采请求采煤机大功率，高强度开采围岩操纵难度大，请求支架高作事阻力，与开采空间抵触叠加愈加了得，窄幼空间难以部署大功率筑造，低速、低效、高强度作事，高能积比难打破。

　　简易前提下，液压支架全作事面跟机、长途人为干与、视频监控均可完毕，但缺乏煤层前提变更景况下的智能感知、自决计划本事，难以完毕与煤层走势的最佳结婚。

　　山东能源针对整体煤层赋存及开采景况，拉拢中煤科工开采探讨院有限公司等科研单元，基于作事面产能方针导向，更始薄煤层高能积比配套形式，通过协同优化作事面设备间配套尺寸，要点环绕薄煤层开采过机空间、过煤空间、行人空间等手艺特性请求，完毕设备时空配合最优化；正在此根蒂上，对支、采、运成套开采设备机能升级斥地，保证设备牢靠性的条件下，提拔对薄煤层开采前提的顺应性，薄煤层成套开采设备配套示意如图1所示。

　　跟着作事面长度及开采功用的提拔，围岩操纵难度扩大，请求液压支架正在较撰着事阻力下完毕更低的高度支柱，同时拥有抬底、推移、底座调度等性能。针对上述景况，斥地了薄煤层液压支架，作事阻力抵达6000kN，最幼支柱高度0.8m。研发出专用大伸缩比立柱，优化千斤顶导向及进回液布局，完毕支架大比例起落行程，拥有逃避嵌入式顶梁，将液压、电气等元件嵌入顶梁内部，如图2所示，正在保障强度的条件下，完毕过机空间最大化。

　　支护设备配套笔直抬底、倒装推移性能，有用提拔支架对纷乱地质前提的顺应性。作事面巷道基于超前支承压力分散秩序，遵循非等强支护道理，采用两列式强力超前支架和单位式超前支架配套造生长隔绝超前支护，保证高效饱动前提下薄煤层作事面围岩安靖。作事面升级配套为远隔绝无人值守的凑集供液体系，优化供液体系架构及液压元部件参数结婚，液压支架单架降移升时刻由11s省略为5～7s。

　　高产高效对采煤机截割及牵引本事、滚筒装煤本事提出更高请求。针对1.1m以下薄煤层截割，研发了双滚筒电牵引采煤机，单摇臂截割功率550kW，装机功率提拔至1270kW，装备半悬机身加全悬摇臂布局如图3所示，机面高度仅为814mm，过煤空间提拔为304mm，适配宽度为800、900、1000mm的刮板输送机，有用扩大横向过煤尺寸（沿走向对象），过煤面积提拔15%。

　　联络向例机身、爬底板采煤机甜头，采用半悬机身布局，重心正在输送机上，摇臂采用C型悬置，处置薄煤层调顶、挖底题目，同时刷新煤机装煤恶果，截割力大，通过本事强，滚筒优选高强度硬岩截齿，正在含有硫铁矿夹矸且断层多、升浸多、煤层薄的前提下，煤机截割速率由5m/min提拔为8m/min。

　　刮板输送设备通过高链速、大运量，最步地限保障煤流运输本事。薄煤层作事面通常采用沿顶开采工艺，巷道与作事面间存正在约1m的高度差，遵循此特征研发了多铰接自顺应重叠侧卸机头，刮板输送机机头与转载机机尾一格式策画，配套可调式液压抬高装备及盘旋铰接支座等布局如图4所示，完毕输送设备同步神速推移的同时顺应作事面0°～15°角度变更，以及推斜7°的角度变更；机尾遵循巷道沿顶掘进景况，研发了反卧式伸缩机尾，与作事面中部槽近程渡过渡，有用保障端头挖底量。

　　刮板链组件的智能监测、基于负荷分量梯度补充的链条张紧，以及多驱动协同智能操纵手艺，辅帮作事面煤流操纵模子，完毕作事面采运协同操纵。带式输送机机尾采用模块化策画，安置自驱动牵引模块化组合伸缩体系，有用下降带式输送机支架拆除频率，确保了作事面高效坐蓐。

　　智能开采举动完毕煤矿安详高效坐蓐的新手艺方式，正在减人、提效等方面真实提拔了薄煤层的开采功用，山东能源旗下云鼎科技股份有限公司、北斗宇宙股份有限公司与华为手艺有限公司、北京天玛智控科技股份有限公司等单元拉拢展开了一系列更始手艺探讨与施行，造成了涵盖开采辅帮、新闻根蒂、坐蓐执掌等规模内的6大更始性使用成就。

　　研发出国产高精度惯导研发智能综采功课自导向体系（Intelligent mining operation self-steering system，IMOSS），获胜完毕综采作事面主动找直使用，如图5所示，正在山东能源内部10余个矿井完毕体系常态化运转，赢得精良使用恶果，完毕了进口产物的国产化替换。

　　液压支架暂时要紧采用底座倾角传感器对支架推移举办一维监测，无法做到航向、偏移、横滚等多维对象监测，薄煤层作事面空间受限，筑造安详间隙幼，液压支架打滑、丢架、咬架等特地工况难以监测，限造了主动化坐蓐功用进一步提拔。为继续拓展惯导手艺使用场景，处置支架多维神态监测困难，研发出首套基于MEMS惯导手艺的液压支架监控感知体系，为数字孪生辅帮操纵体系供给底层数据支柱，提拔了作事面联贯主动化坐蓐程度。

　　国产高精度惯导体系采用国产芯片，丈量精度高且与表洋进口筑造比拟，筑造本钱大幅下降，具备较好的保护性，可有用进步作事面筑造操纵主动化水平，MEMS惯导手艺的液压支架监控感知体系网罗2个方面的特征。

　　开创国产MEMS惯导使用于液压支架监控感知体系，可丈量液压支架地点新闻、液压支架倾斜景况及航向角偏移景况，识别支架打滑、丢架、咬架等工况，配合液压支架本身调理装备，完毕支架神态角度及时精准调度，MEMS传感器安置地点及丈量精度如图6所示。

　　通过安放IMOSS体系和MEMS惯导手艺，联络自决研发的优化算法和差错补充手艺，完毕对煤机筑造自肯定姿、定位、定向的精准丈量，知足液压支架直线度动态调度需求，并为数字孪生体系、筹备截割体系供给采煤机地点、截割弧线、液压支架行程、偏移量等及时数据，完毕了综采作事面液压支架地点神态新闻及时监测理解、特地状况超限告警提示，进步了综采作事面采煤机、液压支架、刮板输送机位姿监测及时性和体系操纵精度，IMOSS惯导记实采煤机运转轨迹界面如图7所示。

　　薄煤层开采受高度控造，采煤机采用回想截割或分段截割，都必要煤机司机跟机功课，为了保障合理的功课空间，薄煤层作事面开采高度难以降到1.4m以下。采用现有手艺，仅依赖地质模子，正在探测精度、经济性等方面，都无法知足薄煤层筹备截割必要。基于上述景况，通过拉拢手艺攻闭，开创了多参量耦合模子的筹备截割开采形式，帮力薄煤层作事面安详高效无人开采。

　　多参量耦合模子的筹备截割开采手艺已正在杨村煤矿、滨湖煤矿安放使用。正在滨湖煤矿31606作事面，开启多参量耦合模子的筹备截割开采形式后，作事面开采高度从正本的1.5m降到1.25m，根本完毕了煤厚即是采高的开采恶果，液压支架协同联贯主动饱动体系网罗2个方面的特征。

　　通过联贯搜集多刀截割史册数据，输入GIS平台地质模子、IMOSS惯导数据，遵循数字孪生体几何尺寸、邻接闭联和刚性束缚前提，拟合支架神态，天生多参量常识库，经由插值算法、滤波算法等预措置，继续进步筹备截割模子数据精度，有用操纵作事面采高，提拔薄煤层开采功用，下降含矸量，多参量耦合模子的筹备截割开采作事道理如图8所示。

　　为顺应煤层多变的赋存前提，体系交融了MEMS惯导、倾角、行程数据，修建了基于多参量的支架饱动度散点模子，同时交融机头、机尾上窜下滑偏移量，自顺应移用纠偏工艺集，联络采煤工艺同一筹备支架手脚计谋，完毕采煤机与液压支架协同高效运转，支柱作事面联贯无人化开采。

　　针对薄煤层顶板较好、液压支架布局简易等有利前提，充实诈骗数字孪表行艺，基于筑造确实尺寸和地舆确实坐标的作事面模子，交融多源数据，把物理场景转换为确实数字场景，明确出现作事面升浸状况和筑造位姿景况，为长途操纵供给操作提倡和操纵指令，造成面内无人功课的长途操纵形式，数字孪生辅帮操纵体系界面如图9所示。

　　通过使用数字孪生辅帮操纵体系，正在集控中央全息感知作事面物理空间，完毕了作事面实体与数字矿山孪生体的底细照射与及时交互。联络AI手艺谋略理解开采功课、筑造执掌、情况管控，为坐蓐操纵供给计划凭据，有用提拔了作事面智能化程度，将跟机巡视职员从费力浸重现场功课中解放出来，下降了工人劳动强度，为集控中央长途操控、作事面内无人坐蓐供给有力手艺支柱。数字孪生辅帮操纵体系要紧网罗3个方面的特征。

　　尺寸，联络采煤机IMOSS惯导、液压支架MEMS惯导及倾角、行程等种种传感器数据，及时监测筑造运转状况，记实采煤机截割弧线，联络作事面GIS地舆新闻，完毕井下物理空间正在数字宇宙的线）多视角切换的作事面全方位新闻供给长途操控计划凭据

　　数字孪表行艺声援360°视角切换，与视频拼接等形势的固定视角比拟，操控职员可能从任何角度监测作事面，完毕作事面全场景可视化表达。配合电液操纵体系、采煤机电控体系，操控职员全体职掌作事面的及时景况、筑造运转状况，基于多源数据理解结果，辅帮长途操作职员结束采煤机、液压支架联动操纵，分别视角的全场景闪现界面如图10所示。

　　使用盘古大模子AI手艺，交融作事面多个子体系的多源数据，归纳监测预警和特地工况理解，庖代单机预警某人为监测理解，完毕直线度偏离、筑造干预、大块煤等监测预警和操纵交互，有用下降了安详坐蓐危急。

　　薄煤层作事面少人无人化开采，巡检职员必要同时负责多个岗亭的作事，作事面功课职员星散，固定通讯筑造难以知足少人化功课的通讯需求。研发出班组协同交互通讯体系，通过便捷的语音通讯完毕区域协同，交融矿井有线及无线通讯体系，知足正在作事面肆意地点即时通讯的需求，进步了功课疏导功用。

　　正在杨村煤矿、滨湖煤矿安放使用班组协同交互通讯体系，坐蓐功课职员操纵搬动通讯终端，通过单兵通讯使用秩序，可正在作事面肆意地点，与面内功课职员、地面操作职员即时通讯，提拔矿井平常作事传递和应急呼应本事。正在作事面刮板输送机机头、泵站等开机运转噪音较大地点，使器械备降噪本事的骨传导耳机，较守旧有线通讯筑造具备更好的通讯恶果，提拔了班构成员之间疏导质料。煤矿多种语音通讯筑造交融具备2个方面的特征。

　　采用模范SIP订定，种种语音通讯筑造高效融入协同交互通讯体系，完毕了更改通讯体系、搬动通讯体系、矿用播送体系以及井下沿线扩音电话体系互联互通，班组作事职员采用手机、平板电脑、智能腕表等多种通讯终端均可对表联络，完毕天真协同通讯，煤矿多种语音通讯筑造交融体系如图11所示。

　　骨传导耳机是新型单兵设备纳入班组协同交互通讯体系，操纵耳机侧键一触即达，联络智能终端交融通讯使用秩序，神速便捷完毕班组内部通话，耳机采用智能降噪拾音算法，主动过滤无效噪声，正在矿山采掘、洗选、运输等强噪音情况下，知足听得清、说得清的需求，完毕两边高质料通讯联络。骨传导耳机+通讯终端邻接如图12所示。

　　修建了以盘古大模子为底座的矿山行业大模子，完毕了中央锻练、角落推理、云边协同、边用边学、继续优化性能。研发出67类算法模子，全体掩盖了煤矿采、掘、机、运、通及安详执掌等专业，正在矿井提拔安详执掌、降本增效方面发扬了踊跃感化，盘古矿山大模子AI供职平台具备4个方面的特征，AI供职平台界面如图13所示。

　　煤矿安详坐蓐历程中特地样本数据较少且难以获取，守旧幼模子短少巨额特地样本锻练，确凿率低，盘古矿山大模子通过海量矿山行业数据预锻练，参数目大、特地特殊征高，保障了模子高确凿率和高泛化性，比幼模子精度提拔10%，新场景安放后初始精度提拔23%。通过矿山大模子的本质使用，有用途置了煤矿场景落地难、使用恶果不佳的题目，大模子与幼模子本事对照理解如图14所示。

　　守旧幼模子正在面对误报景况时，缺乏实时优化本事，急急影响了寻常使用，而大模子通过云边协同、边用边学架构可能及时反应特地报警新闻，而且主动完毕模子迭代和安放升级，大模子拥有继续自我提拔本事，确保现场使用的场景确凿率高，完毕场景常态化运转，报警措置界面如图15所示。

　　通过大模子和数字孪表行艺的深度交融以及常态化使用，继续进步筹备截割模子数据精度，有利于薄煤层作事面截割的继续优化。通过预测大模子手艺正在精煤洗选、焦化配煤工艺流程的使用，精准操纵产物德料，下降坐蓐本钱，完毕产物德料和坐蓐效益双提拔。

　　（4）大模子全体赋能煤矿安详坐蓐，通过AI践行无监控、不功课煤矿企业正在井上井下区域的环节部位、工艺流程的环节症结安放监控摄像仪，处置了从现场查看到集控监控、过后有据可查等题目。基于大模子的手艺特征，对各点位摄像仪装备分别模子算法，实时预警、神速措置，完毕AI的24h无死角监测预警，全体赋能煤矿安详坐蓐。

　　杨村煤矿和滨湖煤矿引入盘古矿山大模子，诀别正在4703采煤作事面、31606采煤作事面等位置171台摄像仪及230道模子，通过作事面的常态化运转，赢得了3个方面的使用恶果。

　　通过大模子及时监测井下情况、筑造和职员状况，浮现特地景遇时主动当地语音报警并联动筑造紧要闭锁，把危急化解正在隐患前、把隐患驱除正在事变前，提拔安详自管自治本事。比如，及时监测薄煤层采煤作事面大块煤卡堵景况，浮现特地景况时语音报警及联动操纵，完毕了实时浮现并措置大块煤淤堵题目，省略煤炭淤堵酿成的阻碍停机时刻。

　　通过矿山大模子的使用，省略了平常巡检和反复性作事，下降了劳动强度，省略了功课职员，帮力现场功课从少人到无人的变动。比如，正在主煤流运输体系中安放堆煤监测、异物监测、煤仓运转特地状况监控等10多类场景，完毕了机头、机尾及给煤机等环节区域的及时智能监控，下降了巡检人力本钱并提拔了煤矿坐蓐的安详系数。

　　借帮大模子多维度数据理解本事，与数字孪表行艺精细联络，交融理解大块煤、职员地点、支架压力、电机温度等数据，完毕了精准预测，为坐蓐操纵供给计划凭据，有用提拔了作事面的智能化程度。

　　自决研发煤矿GIS群多供职平台，举动山东能源各煤矿根蒂图纸、数据共享、一体化图形平台底座，兼容煤矿常用的AutoCAD和LRGIS等软件体系，通过转换插件完毕原有CAD图纸及LRGIS图纸转换和数据对接，完毕了图形及煤矿根蒂材料数据同源，模范了造图流程执掌，为各使用体系供给同一数据交融图形底座，GIS群多供职平台具备3个方面的特征，体系界面如图16所示。

　　GIS群多供职平台采用C/S架构，设立了从坐蓐一线到集团总部的纵向营业协同形式，完毕煤矿图纸由正本的纸质图纸审批报送，变动为正在线电子化审批图纸。全数图纸完毕了正在线同一执掌，遵循分别专业、分别职级装备分别权限，及时正在线查阅矿井各专业图纸新闻及根蒂数据，避免了图纸多版本反复绘造，图形和数据分别等、分别一等题目，有用强化根蒂数据执掌。

　　GIS群多供职平台供给了GIS数据与图形使用理解供职，声援集团端及矿端种种营业使用体系的优化提拔，完毕矿山职员定位、辅帮运输、地质保证、智能透风、归纳新闻管控等体系图纸和数据的实时同步、主动更新，处置了矿山各专业体系根蒂数据分别步、分别源困难，弥补了大型矿山企业基于同一GIS平台的新闻化体系装备形式的空缺，各体系图纸和数据共享架构如图17所示。

　　通过GIS群多供职平台的根蒂图形供职，联络作事面素描、巷道素描、等值线、地质构造等地测数据，神速修建作事面高精度地质模子。以地质模子、筑造极限规模、惯导电液控本质截割数据为根蒂，修建作事面筹备截割数字模子，为作事面数字孪生和筹备截割开采使用供给数据和图形供职，更好地供职于薄煤层坐蓐。

　　GIS群多供职平台正在山东能源75座矿井全体实行操纵，设立了集团同一图纸数据执掌体系，造成了图纸数据绘造、搜集、上报、执掌及操纵的模范流程，完毕了全集团矿山图纸及各专业数据的同一搜集、执掌及使用，省略联系体系性能的反复装备与多体系底图数据反复保护作事量，造成煤矿坐蓐和安详景遇的“电子沙盘”，赢得了3个方面的明显恶果。

　　薄煤层作事面空间窄幼，对根蒂数据和空间地点新闻真实凿性、同等性及数据质料请求高。基于GIS平台举办作事面地质筑模，联络作事面筑造束缚、本质截割数据、惯导数据等多种理解因素，设立作事面筹备截割模子，为作事面智能筹备截割开采，供给亲切现场本质景况的根蒂地质数据。

　　GIS群多供职平台专精于煤矿智能化的同一根蒂数据和图形平台底座，各专业遵循需求移用，并正在此根蒂上斥地新的使用场景。正在集团层面，可随时调取查阅肆意权属矿井的最新图纸和史册材料，实时职掌煤矿坐蓐近况，为提拔集团全部坐蓐手艺执掌程度奠天命据安定台根蒂，同时为各专业新闻化智能化体系供给图纸数据和GIS性能供职。煤矿抨击地压大数据理解平台，直接从GIS平台获取矿井采掘作事面根蒂新闻和联系图形数据，完毕对微震大能量事变及隐藏致灾成分的拓展使用与执掌。

　　正在矿井层面，可将平台根蒂数据和根蒂性能与各专业本质营业联络，拓展使用于煤矿平常坐蓐手艺执掌作事，数字化赋能煤矿坐蓐手艺材料执掌，完毕粗糙化的数据与图档执掌，进步了科室与区队手艺职员的协同作事功用。

　　总结（1）山东能源正在薄煤层作事面支护、截割、输送设备的设备升级，正在薄煤层高效开采施行中的减人、提效使用恶果，注明设备机能提拔和数智手艺使用是薄煤层开采安详效用、坐蓐功用及归纳效益提拔的需要方式，为煤炭行业的智能化转型和高质料兴盛供给了可鉴戒的“山能样板”。

　　（2）薄煤层作事面临比守旧设备单班割煤3刀、单面月产5万t，进步到单班割煤联贯6刀、单面月产抵达9万t的新程度。杨村煤矿、滨湖煤矿薄煤层智能化作事面筑成运转此后，主动跟机移架率99%，长途截割率100%，有用进步了煤炭资源接纳率，完毕了薄煤层开采坐蓐功用提拔。

　　（3）杨村煤矿、滨湖煤矿使用智能筹备截割精准操纵开采弧线cm，有用杜绝割顶破底地步，下降了原煤灰分、省略了矸石上井，保证了能源绿色供应，完毕了薄煤层开采煤炭质料提拔，两矿均具备单面年产100万t坐蓐本事，每年创效2100万元，完毕了薄煤层开采归纳效益提拔。

　　月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，聚焦矿山智能化范畴产学研用新起色的归纳性手艺刊物。