极复杂条件下大倾角极薄煤层智能化开采技术应用

1 极复杂条件下大倾角极薄煤层开采的核心难点

1.1 地质环境的复杂性制约

极复杂条件下的大倾角极薄煤层往往伴随多重地质挑战，断层、 褶皱等构造运动导致煤层赋存形态极不稳定，增加了顶板管理和巷道维护的难 集等问题，进一步加剧了开采风险，对设备防爆、防水性能提出了严苛要求。 煤层厚度极大限制了开采空间，传统采煤设备因体积过大难以适配，而定制化设备又面临强度与灵活性的平衡难题，导致资源开采时易出现“采不全”“采不准”的现象。

1.2 设备运行的稳定性难题

大倾角煤层的重力作用使采煤机、液压支架等关键设备易发生下滑、倾倒等事故，设备防倒防滑成为开采过程中的核心技术痛点。在极薄煤层环境中，采煤机截割空间受限，截割滚筒与顶板、底板的距离控制精度要求极高，稍有偏差就可能造成设备损坏或煤炭含矸率上升。液压支架的支护姿态调整同样面临挑战，支架高度低、操作空间狭窄，传统手动控制难以实现精准支护，易引发顶板垮落等安全事故。

1.3 传统开采模式的局限性

传统大倾角极薄煤层开采以人工干预为主，工人在狭小、高危环境中作业，劳动强度大且安全系数低。人工操作对煤岩界面识别、设备运行参数调整的精度有限，导致煤炭资源回收率普遍偏低，部分矿井回收率不足60% 。此外，传统模式下生产数据采集不及时、设备协同性差，难以实现生产过程的动态优化，制约了开采效率的提升。

2 大倾角极薄煤层智能化开采关键技术体系

2.1 定制化智能装备研发

针对大倾角极薄煤层的特殊需求，智能化装备研发聚焦“小型化、高强度、智能化”方向。采煤机方面，采用悬机身式结构设计，通过双截割电机分布式布置减小设备体积，配合高精度惯性导航系统实现实时定位，定位误差控制在±50mm 以内。液压支架配备姿态传感器与电液控制系统，可实时监测倾斜角度、推移行程等参数，当检测到支架倾斜超过3°时，自动启动防倒防滑程序，通过调整推拉千斤顶行程实现姿态矫正。刮板输送机则采用防滑链条与可调式中部槽，通过张力自适应调节技术减少机身下滑量，保障运输系统稳定运行。

2.2 煤岩界面智能识别技术

煤岩界面精准识别是实现自动截割的前提。基于机器视觉与深度学习技术，构建了适用于极薄煤层的煤岩识别模型，通过井下高清摄像头采集煤岩图像，利用MRU-Net++网络强化边缘特征提取能力，分割精度达到 92% 以上。结合激光雷达三维扫描数据，建立煤岩界面动态模型，将识别结果实时传输至采煤机控制系统，实现截割滚筒高度的自动调整，避免截割顶板或底板。现场应用表明，该技术可使煤炭含矸率降低至8%以下，较人工操作降低5 个百分点。

2.3 工作面智能协同控制系统

构建“感知-决策-执行”闭环控制体系，通过布置物联网传感器网络，实时采集采煤机位置、支架压力、瓦斯浓度等200 余项参数，数据传输速率达100Mbps 以上。地面控制中心基于工业互联网平台实现数据融合分析，利用智能决策算法生成生产调度指 trianglelefteq ，通过5G 远程控制技术实现设备协同作业。开发液压支架跟机自动化系统，根据采煤机运行轨迹自动完成降架、推移、升架等动作，跟机响应时间控制在3 秒以内，大幅提升了支护效率。

2.4 远程监控与安全预警系统

搭建矿井三维可视化平台，整合井下地质模型、设备状态、生产数据等信息，实现开采过程的全景展示。通过采煤机远程诊断系统，对设备振动、温度等参数进行实时监测，利用故障树分析技术提前预警潜在故障，故障识别准确率达 90%以上。针对瓦斯、涌水等安全隐患，建立多参数融合预警模型，当监测数据超限时自动触发声光报警，并推送应急处置方案，形成“监测-预警-处置”的安全管理闭环。

3 工程应用实践与成效

3.1 平煤二矿智能化开采实践

平煤二矿在厚度 0.6-0.8 米、倾角 38°-45°的极薄煤层工作面应用智能化开采技术，通过“三减一长一配套”方案优化生产布局。实践中，采用定制化智能采煤机与电液控支架，配合煤岩界面自动识别系统，实现了采高的精准控制。工作面定员从传统开采的15 人减至3 人，生产效率提升 40% ，月产量稳定在2.5 万吨以上。通过智能监测系统实时调控支架姿态，工作面顶板事故发生率较之前下降 80% ，资源回收率提高至 85% ，取得了显著的经济与安全效益。

3.2 大倾角极薄煤层智能化改造工程

某矿针对倾角 42°、厚度 0.5-0.7 米的复杂煤层，实施智能化改造工程。重点解决了设备防倒防滑与自动截割难题，通过优化支架布置参数与采煤机截割路径， 结合姿态闭环控制技术，使设备平均无故障运行时间延长至180 小时。应用远程监控系统后，地面中心可实现工作面全流程远程操控，单班作业人员减少60%，吨煤能耗降低 12% 。工程实践验证了智能化技术在极复杂条件下的适用性，为同类煤层开采提供了技术参考。

4 结论与展望

极复杂条件下大倾角极薄煤层智能化开采技术通过装备定制化、控制精准化、管理可视化的协同创新，有效突破了传统开采的技术瓶颈，实现了安全高效生产。实践表明，智能化技术的应用可显著提升资源回收率、降低安全风险、减少人工投入，为煤炭行业绿色发展提供了有力支撑。

未来，需进一步加强复杂地质条件下的自适应控制研究，提升系统对断层、涌水等突发情况的应对能力；深化人工智能与开采技术的融合，优化智能决策算法的实时性与鲁棒性；推动装备可靠性升级，延长设备在恶劣环境下的使用寿命。随着技术体系的不断完善，大倾角极薄煤层智能化开采将向“少人化、无人化”方向持续迈进，为我国煤炭资源的高效利用与能源安全保障提供坚实技术保障。参考文献：

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