煤炭科学技术

作者：李明忠, 乔永力, 闫汝瑜, 魏文艳,

关键词：超长工作面, 智能化开采, 自适应控制, 多源感知融合, 数字孪生, 决策系统,

针对我国中厚煤层超长工作面开采面临的矿压显现复杂、设备群协同控制失稳、系统感知与决策实时性不足，以及传统“井下操作为主、地面干预为辅”生产模式难以满足安全高效少人化开采要求等一系列关键技术挑战，研究旨在突破中厚煤层超长工作面智能化控制关键技术，实现从局部自动化向系统智能化的跨越，为构建千万吨级现代化矿井提供系统解决方案。研究采用了理论分析、技术研发、系统集成与工程实践验证相结合的方法。首先，研发了液压支架自适应支护与协同控制技术，构建了基于支护状态模板曲线库的超前预测模型，并利用多传感器融合的姿态感知系统实现闭环控制，提出了基于数据驱动的智能供液动态耦合控制方法，形成了复杂地质条件下自适应跟机的智能决策支持系统。其次，构建了多源融合高精度感知与数字孪生技术体系，集成三维激光测量、视觉识别与惯导校正，实现了工作面空间的高精度实时重建；建立了面向液压系统的多物理场耦合机理模型，并基于此开展了虚实结合的故障预警与诊断方法研究，开发了可自适应匹配应用场景的液压数字孪生原型系统。再者，研发了动态自优化智能决策与协同调度技术，包括基于AI视觉的刮板输送机煤流状态智能监测与负荷平衡控制、采煤机智能规划割煤、工作面及两巷设备联动联控以及采煤机智能防碰撞技术。最终，创新性地提出了“井上决策−井下执行”的智能化开采新模式，通过构建集地面智能监控中心、大数据分析中心和全景视频拼接技术于一体的远程控制平台，将复杂的数据分析与智能决策上移至地面，井下设备则作为自主执行终端。研究成果在兖矿能源（鄂尔多斯）有限公司相关煤矿及陕西小保当矿业有限公司成功应用。工程实践表明，应用该技术体系后，单个工作面推进度提高15%～40%，液压支架跟机率不低于95%，单班工作面作业人员由12人减少至2人以下，降幅超过83%，实现了平均16～18刀/d的高效开采，单刀割煤产量提升31.25%～66.67%，创造了采煤机平均速度不低于15 m/min、单刀开采时间小于45 min的行业高效记录。研究表明：所研发的中厚煤层超长工作面智能化控制系统，有效解决了复杂矿压环境下设备群协同控制、高精度实时感知与智能决策等难题，构建的“井上决策−井下执行”新模式为行业智能化开采提供了可复制、可推广的全新范式，显著提升了煤炭资源采出率、开采效率和本质安全水平。

来源：2026年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

查看煤炭科学技术杂志2026年第5期