寨崖底矿智能化综采发展现状及技术体系研究

郭亮亮

（山西柳林寨崖底煤业有限公司，山西 吕梁 033300）

摘要：为突破传统煤炭综采模式面临的安全风险高、生产效率低等瓶颈，以寨崖底矿智能化综采实践为研究对象，系统梳理其2018 年以来从薄煤层到厚煤层智能化综采工作面的发展历程，分析核心技术突破与应用成效，构建“设备-感知-网络-平台-应用”5层智能化综采技术体系。研究表明，寨崖底矿通过技术迭代实现了从单点装备智能向系统协同少人/无人化的跨越，“0+3+2”无人化模式常态化运行使工作面单班人员缩减至5人，生产效率提升13.8%～16.7%，安全事故率下降80%以上。针对当前复杂地质适配性不足、核心技术自主化程度低等挑战，提出技术创新、标准完善、人才培养等发展方向，为煤矿智能化综采的推广应用提供参考。

关键词：寨崖底矿；智能化综采；技术体系；无人化开采；煤矿智能化

中图分类号：TD82      文献标志码：A      文章编号：2095-0802-(2026)05-0256-04

Current Development Status and Technical System of Intelligent Fully Mechanized

Mining in Zhaiyadi Coal Mine

GUO Liangliang

(Liulin Zhaiyadi Coal Industry Co., Ltd. of Shanxi, Lvliang 033300, Shanxi, China)

Abstract: To address the bottlenecks of high safety risks and low production efficiency in traditional coal fully mechanized mining, taking the intelligent fully mechanized mining practice at Zhaiyadi Coal Mine as the research object, the development trajectory of intelligent fully mechanized mining faces from thin coal seams to thick coal seams since 2018 was systematically reviewed, key technological breakthroughs and application achievements were analyzed, and a five -layer intelligent fully mechanized mining technical system consisting of "equipment perception network platform application" was constructed. The research shows that through technological iteration, Zhaiyadi Coal Mine has achieved a leap from single-equipment intelligence to system-coordinated, unmanned/minimally manned operations. The normalized operation of the "0 +3 +2" unmanned mode has reduced the number of personnel per shift to five, increased production efficiency by 13.8%-16.7%, and reduced the safety accident rate by over 80%. In response to current challenges such as insufficient adaptability to complex geological conditions and low levels of independent core technology, this paper proposes development directions including technological innovation, standard improvement, and talent cultivation, providing a reference for the promotion and application of intelligent fully mechanized mining in coal mines.

Key words: Zhaiyadi Coal Mine; intelligent fully mechanized mining; technical system; unmanned mining; coal mine intelligence

煤炭作为中国的主体能源，消费量占一次能源消费总量的56%以上，在保障国民经济稳定运行中发挥着不可替代的作用。但传统综采模式受技术条件限制，面临高瓦斯、冲击地压等多重安全隐患，同时存在人力成本高、资源利用率低、生产效率不足等突出问题，难以满足煤炭行业高质量发展的需求。在此背景下，《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》^[1]《煤矿智能化建设指南（2021年版）》^[2]以及山西省《全省煤矿智能化建设基本要求及评分办法（试行）》等政策文件相继出台，将智能化综采列为煤炭行业转型升级的核心路径。寨崖底矿紧跟行业发展趋势，自2018年起启动智能化综采核心项目建设，历经3812薄煤层综采工作面、3914厚煤层综采工作面及3815中厚煤层综采工作面的迭代实践，积累了丰富的现场应用经验，实现了从远程干预到自主运行的技术跨越。截至2025年，该矿智能化综采

已进入深度应用阶段，但在复杂地质条件适配、核心部件研发、煤岩精准识别等方面仍存在短板。本文通过分析寨崖底矿智能化综采的发展现状，构建其技术体系架寨崖底矿智能化综采发展现状及技术体系研究构，探讨面临的挑战与发展方向，为同类煤矿智能化改造提供借鉴。

1 寨崖底矿智能化综采发展背景

中国煤炭行业长期面临安全与效率的双重压力，传统人工作业为主的综采模式，在高地应力、高瓦斯等复杂地质条件下，人员高强度作业极易引发安全事故，同时生产效率受人为因素影响较大，资源浪费现象严重。随着新一代智能信息技术与煤炭工业的深度融合，智能化综采成为破解行业发展瓶颈的关键手段。国家层面的政策引导为煤矿智能化发展提供了明确方向，要求到2025年大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系。

寨崖底矿积极响应政策号召，将智能化综采发展列为矿井核心战略。自2018年起，该矿以3812薄煤层综采工作面为试点，开启智能化改造之路，随后逐步拓展至3914厚煤层综采工作面，最终在3815中厚煤层综采工作面实现技术整合与升级。经过多年实践，该矿完成了从单点装备智能化控制到多设备系统协同的技术突破，构建了“地面集控+顺槽监护+面内无人”的开采模式，智能化综采技术水平显著提升。但在实践过程中，复杂地质条件下智能装备的稳定性不足、高端传感器与核心控制程序依赖进口、煤岩界面识别精度不高等问题逐渐凸显，成为制约智能化综采技术向更高水平发展的关键因素。

2 寨崖底矿智能化综采发展现状

2.1 核心发展进展

2.1.1 技术层面突破

寨崖底矿智能化综采技术的发展，彻底改变了传统井下人工作业模式，实现了地面集控中心远程操控采煤作业，并完成了从“远程干预”到“自主运行”的升级，在单机装备智能与系统协同控制领域取得多项关键突破。1）液压支架自动跟机技术实现全覆盖，突破了两端头支架自动跟机的技术难题，实现全工作面支架的协同移架与支护；2）采煤机截割技术完成迭代，从记忆截割升级为自适应截割，可根据煤层赋存条件实时调整截割参数，提升截割效率与煤炭回收率；3）视频监控系统优化升级，将监控工位由4个增至6个，监控范围从采煤机前后滚筒延伸至机身及拖缆装置，实现拖缆装置运行状态的实时监测，有效解决拖缆槽卡挂问题；4）传感器技术完成有线到无线的转型，液压支架配备的倾角、位移等传感器采用无线传输方式，解决了传统有线传感器线缆繁杂、易损坏的问题，提升了设备运行稳定性；5）控制系统程序优化，通过算法改进提高液压支架跟机率，降低漏架率，实现支架与采煤机截割速度的协同匹配，进一步提升生产效率；6）建立井上下实时通信系统，并对视频摄像头增设语音对讲功能。

2.1.2 应用模式创新

寨崖底矿成功构建“0+3+2”无人化开采模式并实现常态化运行，重构了综采工作面作业组织架构。其中“0”代表工作面内无人作业，“3”代表顺槽安排3人进行设备监护巡视，“2”代表地面集控中心2人负责远程操控与监控。该模式的应用使工作面单班人员配置从传统的11人缩减至5人，实现了“面内无人、顺槽监护、地面监控”的智能化开采格局。

2.1.3 效能显著提升

智能化综采技术的应用为寨崖底矿带来了安全与效率的双重提升。数据显示，智能化改造后工作面生产效率提升13.8%～16.7%，煤炭资源回收率显著提高；同时，井下人员数量大幅减少，安全事故率下降80%以上，彻底扭转了传统综采“人海战术”的作业模式，实现了安全高效开采的目标。

2.2 典型应用案例——3812薄煤层智能化综采工作面

3812薄煤层综采工作面是寨崖底矿智能化综采的标杆工程，该工作面直接顶板为L1灰岩，部分区域有0.3～0.5m的伪顶，底板为泥岩、碳质泥岩，采高仅1.1 m，装机功率461 kW，属于典型的薄煤层复杂开采条件。针对薄煤层开采空间狭小、采煤机“大功率”与“小机身”之间的矛盾突出以及采煤机记忆截割、液压支架自动跟机、视频监控、远程控制及故障诊断

等关键系统设备故障率高、工人劳动强度大等问题，矿方决定在该工作面全面应用智能化综采技术，组建一支高素质大学生采煤队伍，以“吸收、创新、超越”为主线，走出去引进来，兼收并蓄，学用结合，在不懈努力下实现：1）地面集控中心一键启停井下固定设备；2）采煤机远程控制、数据远程监测；3）液压支架全工作面自动跟机、远程补架、远程推溜、端头斜切进刀自动跟机、压力在线分析；4）运输设备在驱动未实现变频控制的情况下实现远程启停自动调速、自动监测；5）视频自动跟机切换并开发视频拾音系统，实现地面与全工作面任何地点的随时通信。

该工作面总推进760 m，其中1m极限采高推进110 m，过地质构造50 m，手动推进350 m，自动化远程控制推进250 m。从单班手动最高4刀到自动化远程控制最高6刀，从全天手动最高12刀到自动化远程控制最高14刀，从手动生产单班人员配置14人到自动化远程控制单班井下5人，其中工作面2人，两顺槽3人，突破了薄煤层条件下“三机”协同联动技术难题，构建了“0+3+2”无人化开采模式，实现工作面内无人作业，顺槽3人监护、地面2人监控的作业模式，单班人员缩减至5人。经实践验证，该工作面单产达到486t，

生产效率提升13.8%，成为国内薄煤层智能化开采的示范案例，为同类矿井薄煤层智能化改造提供了可复制的经验。

3 寨崖底矿智能化综采核心技术体系

寨崖底矿智能化综采技术体系以“设备-感知-网络-平台-应用”5层架构为核心，各层级协同联动、数据互通，形成闭环式智能化管控体系，实现综采工作面开采全流程的智能决策与执行。

3.1 技术体系架构

“设备-感知-网络-平台-应用”5层架构是智能化综采技术的核心框架。设备层通过经验和考察对原先设备进行大刀阔斧的改造，保证设备灵活和平稳运行，为智能化控制奠定基础；感知层是数据采集的基础；网络层是数据传输的保障；平台层是智能决策的核心；应用层是技术落地的载体。5层架构相互支撑，共同构成智能化综采的技术闭环。

3.2 各层级核心技术

3.2.1 设备层

设备层是智能化控制的基础，感知、网络、平台、应用体系即便完善，但设备无法执行或执行无法同步跟进，则智能化综采将无法落地。将设备列车改为远距离供电供液，乳化泵采用大压力大流量，以满足智能化跟机过程中多台液压支架的同时动作需求；液压支架将控制阀中总进回液及单组阀的进回液流量加大，确保在设置时间内完成所有姿态的动作；采煤机滚筒直径调整为800 mm，保障高效截割，同时加大牵引功率，保障极端地质条件下的牵引能力；刮板输送机驱动部采用变频一体机技术，带式输送机采用永磁同步电机驱动，采煤机、刮板输送机、转载机、带式输送机通过煤量监测系统实现实时速度可调。

3.2.2 感知层

感知层是智能化综采的“神经末梢”，采用多源传感器融合技术，部署压力、位移、红外、行程等多种类型传感器，结合惯性导航、雷达、激光定位设备，构建全方位、高精度的数据采集网络。该层级实时采集井下环境参数（瓦斯浓度、温度、湿度）、设备运行状态（姿态、负载、故障信息）、煤岩界面特征等关键数据。同时，集成视频AI识别技术，实现护帮片帮监测、人员越界智能预警等功能，数据传输延时控制在200 ms以内，为后续智能决策提供精准、实时的数据支撑。

3.2.3 网络层

网络层是智能化综采的数据传输通道，构建“工业环网+5G+边缘计算”的混合网络架构，采用“有线+无线”双备份传输模式，保障井下复杂恶劣环境下数据传输的稳定性与低时延性。其中，工业环网为核心数据传输提供可靠支撑，5G技术实现高清视频、语音、数据的三网合一传输，满足设备实时控制的带宽需求；边缘计算技术则实现数据本地实时处理，降低云端数据传输压力，提升设备协同控制的响应速度，满足无人化开采的实时性要求。

3.2.4 平台层

平台层是智能化综采的“大脑中枢”，搭建大数据平台、AI算法模型库与数字孪生平台三大核心平台。大数据平台实现多源异构数据的整合、存储与管理；AI算法模型库内置故障预警、路径优化、煤岩识别等算法模型，为智能决策提供算法支撑；数字孪生平台构建工作面虚拟镜像，实时映射物理工作面的设备状态、环境参数与生产进程，通过虚实交互实现开采过程的可视化管控。云端架构的应用则实现全域数据协同共享，支撑地面集控中心的远程监控与调度指挥。

3.2.5 应用层

应用层是智能化综采技术的落地载体，聚焦综采工作面核心生产环节，实现关键工序的智能化运行。在开采环节，实现采煤机自适应截割、液压支架自动跟机移架及“采煤机-液压支架-刮板输送机”三机协同控制；在运输环节，实现运输系统一键启停、煤量实时监测与异物智能识别；在安全环节，巡检机器人覆盖固定岗点与关键设备区域，实现环境监测、设备巡检全自主运行，最终形成全流程智能化应用体系。

4 寨崖底矿智能化综采面临的挑战与发展方向

4.1 核心挑战

4.1.1 复杂地质条件适配性不足

井下地质条件复杂多变，高地应力、高瓦斯、冲击地压、煤层赋存不稳定等问题突出，现有智能装备在复杂工况下的运行稳定性与适应性有待提升。例如，在煤层厚度突变区域，采煤机自适应截割精度下降；在高地应力区域，液压支架支护参数调整滞后，难以满足动态支护需求。

4.1.2 核心技术设备自主化程度低

高端传感器、核心控制程序、特种元器件等关键技术与产品对外依赖程度较高，技术自主可控性不足。设备不仅采购成本高，且后期运维服务响应慢，制约了智能化综采技术的升级迭代，同时存在供应链安全风险。

4.1.3 数据治理体系不完善

不同厂家设备的数据接口与通信协议不统一，导致数据采集标准各异，数据融合与共享难度大。大量数据资源处于“孤岛”状态，未能得到有效挖掘与利用，难以支撑深度智能化决策，数据价值未能充分发挥。

4.1.4 复合型人才短缺

智能化综采技术涉及煤炭开采、信息技术、人工智能、大数据分析等多个领域，兼具煤炭开采专业知识与信息技术能力的复合型人才稀缺。现有技术人员难以满足智能化设备运维与技术创新的需求，制约了智能化综采技术的落地应用与持续优化。

4.1.5 经济成本压力大

智能化改造前期投入较高，包括设备采购、系统搭建、人员培训等费用，且效益回收周期较长。对于部分中小型煤矿而言，资金压力较大，智能化改造的积极性不足。

4.2 发展方向

4.2.1 强化技术创新，提升复杂工况适配能力

聚焦煤岩界面精准识别、自适应截割控制、智能支护决策等核心技术，开展产学研用协同攻关。研发适配复杂地质条件的智能装备，例如，开发具有自主学习能力的采煤机截割算法，提升煤层厚度突变区域的截割精度；研制动态支护液压支架，实现支护参数的实时调整，满足高地应力区域的支护需求；同时，加快核心部件国产化替代，突破高端传感器、控制芯片等技术，提升技术自主可控性。

4.2.2 完善标准体系，推进数据资源整合共享

制定煤矿智能化数据采集、传输、存储等统一标准，规范设备接口与通信协议，打破数据“孤岛”。搭建矿井级数据共享平台，实现多源数据的整合与深度挖掘，利用大数据分析技术优化生产流程，提升智能决策水平。同时，推动行业标准的制定与推广，为煤矿智能化发展提供标准化支撑。

4.2.3 加强人才培养，构建复合型人才队伍

深化高校与企业的合作，推动高校增设煤矿智能化相关专业，定向培养兼具煤炭开采与信息技术知识的复合型人才。企业内部开展常态化技术培训，提升现有人员的智能化技术水平；同时，加大高端人才引进力度，构建“高校-科研院所-企业”协同育人机制，弥补人才缺口。

4.2.4 创新发展模式，降低智能化改造成本

探索“政府引导+企业主导+社会资本参与”的智能化改造模式，缓解企业资金压力。推广智能化装备租赁、共享服务等新型商业模式，同时，深化数字孪生与AI大模型的融合应用，推动智能化综采向“无人化、透明化、绿色化”转型，实现安全高效与绿色低碳的协同发展。

5 结束语

寨崖底矿智能化综采的实践表明，智能化综采技术是破解传统煤炭开采瓶颈的有效路径，通过构建“设备-感知-网络-平台-应用”5层技术体系，能够实现从单点装备智能到系统协同少人/无人化的跨越。该矿通过技术迭代与模式创新，显著提升了生产效率与安全水平，为同类矿井智能化改造提供了参考。当前，煤矿智能化综采仍面临复杂地质适配性不足、核心技术自主化程度低等挑战，未来需通过技术创新、标准完善、人才培养与模式优化，推动智能化综采技术向更高水平发展，助力煤炭行业实现高质量转型升级。

参考文献：

［1］ 中华人民共和国国家发展和改革委员会，国家能源局，中华人民共和国应急管理部，等.关于加快煤矿智能化发展的指导意见［A］.2020-02-25.

［2］ 国家能源局，国家矿山安全监察局.煤矿智能化建设指南（2021年版）［A］.2021-06-05.