引言：

煤炭作为我国的主体能源，需按照绿色低碳的发展方向推进其开发利用，智能化开采技术的推广对我国能源的可持续发展和安全建设至关重要，国家发展改革委等八部委联合印发了《关于推进煤矿智能化发展的指导意见》，推动新一代信息技术与煤炭开发利用技术的深度融合，促进新技术和新装备的快速迭代与技术创新，通过创新煤矿智能化综采工作面的控制技术优化开采流程，实现对综采工作面智能化控制系统远程运维管理，减少人员入井、降低生产成本、提高安全性和员工幸福指数。

一、综采工作面智能控制系统

1.1智能化控制系统

该智能化控制系统结合煤层赋存条件，利用工业环形以太网连接地面调度监控中心和井下顺槽监控中心，集成了采煤机智能控制子系统、液压支架电液控制子系统、视频监控子系统及智能集成供液子系统等，系统依托无人化开采工艺、智能感知导航定位及装备协同连续开采控制技术，形成集感知、决策、执行、控制为一体的集中控制系统，该系统对采煤工作面的主要设备进行实时监测和控制，如支架动作、姿态以及采煤机和运输机的运行状态和参数等，通过图像智能识别技术，建设数字孪生还原系统、实现设备位姿的实时模拟与监测；结合支架动作和采煤机红外线位置技术，部署和规划割煤程序，实现采煤机的路径规划和机架协同。

综采工作面的设备运行及控制系统具有动态透明监控的故障监控功能，实现远程故障处理、远程控制及系统性能维护，系统通过上述方式形成成套装备智能控制核心系统，作为操作人员的人机接口与监控平台，通过建立统一的接口和通信协议实现各系统间的数据通信满足生产工艺监控要求，该系统具备先进的故障诊断和容错功能，实时监测各设备运行状态，对每个割煤循环的支架推移、采煤机行程控制量进行定量分析和控制，推进控制行程目标，同时系统具备冗余能力以适应采场不断变化下的自动控制需求^[1]。

1.2智能传感器集成

采煤工作面是煤矿生产的核心区域，也是煤矿智能化建设的重点场景，该区域装备种类繁多，主要包括落煤、支护、运输装备以及供液、供电、通风保障装备等，各类装备之间需要在机械、电气、通讯协议和控制接口等多个层面相互配套，以保障正常生产，智能传感器集成是综采工作面智能控制系统的基础，为系统的研发和推广应用提供全面、精准的数据支持，系统部署了多种先进传感器如动作传感器、高度传感器、摇臂传感器和温度传感器，实时采集工作面开采环境数据和设备运行状态数据，利用LASC技术和惯性导航技术，实现综采工作面直线度自动调整和采煤机行走位置的实时精准定位，确保采煤机行走轨迹的提前规划。研发的一系列智能传感器和智能控制系统为控制能力提供了大量高质量的实时数据支持，实现了对复杂工作面环境的精准感知和状态评估，有力支撑了工作面智能控制和生产管理决策，形成了工作面机、电、液、软一体化的综采工作面远程控制解决方案^[2]。

二、智能规划割煤与动态调节

2.1智能开采控制技术工艺

煤矿智能化的发展推动了高效、安全的无人化开采技术，这种新一代智能开采技术，在无需人员进入的情况下通过采煤机、刮板输送机及液压支架联合作业，实现自动化采煤，技术方案包括“规划割煤+可视化远程干预”，采用高可靠的设备与创新采煤工艺，结合视频拼接识别技术和机器人，形成了“地面规划、装备自动执行、无人面内作业”的工艺流程。综采自动化控制系统采用工作面自动控制与远程监控中心干预相结合的模式，实现了自动找直、远程监控和机器人巡检等核心功能，系统基于三维精准地质模型，打造了数字化智能开采模式，涵盖开采中心、数据中心和云计算平台，具备智能控制、分析决策和故障诊断能力，实现了远程控制、主动感知和智能处理，确保了开采的安全、高效和节能。

2.2实时动态调节控制

工作面环境不断变化，单一的静态工艺参数设置难以满足实际需求，本系统通过智能传感器采集实时数据并结合智能优化算法，实现对关键工艺参数的动态在线调节，确保生产高效、安全运行，系统实时监测煤层厚度、顶板移动、瓦斯浓度等关键状态参数，一旦发现异常情况，立即触发工艺参数的动态优化计算，例如当顶板出现异常移动时，系统将自动降低采煤高度、减小掘进速度以避免顶板冒落；当煤层厚度变化时，系统将相应调整采煤高度以确保高产高效；瓦斯浓度超限时，系统将控制采空区流场参数，加强通风等。实时动态调节不仅确保了生产安全更重要的是能够最大限度地挖掘生产潜能，避免因环境变化而导致的效率损失，与定期人工调整相比，自动化的实时调节更加精准高效，提高了设备利用率和工作面开采效率，系统具备自学习能力，通过持续优化调节策略进一步提升控制质量和精度^[3]。

三、远程监测与故障诊断

3.1设备状态远程监测

综采工作面控制系统采用故障轮巡监测和预警，远程仿真还原井下智能化运行模式，通过统一的远程运维控制平台实现矿井综采工作面的集中、全面远程运维，系统采用远程监测技术，实时监控生产设备状态，为维护和故障诊断提供数据支持。采煤机、液压支架、输送机等关键设备接入监测平台，进行设备状态的智能分析和健康评估，系统支持远程故障处理和控制，实现设备全生命周期监控，这样不仅提升了设备使用效率和运行可靠性，还降低了巡检工作量和人员风险，增强了安全效能，远程运维系统集中化管控能力效果提升，统一管理了分散的工作面智能控制系统。

3.2智能故障诊断与维修

设备全生命周期，远程专业化运维模式融合多种先进技术，构建了智能故障诊断与维修系统，实现故障的快速精准定位和高效运维，最大限度减少停机时间，提高设备利用率，系统通过远程监测数据和模式识别技术，对故障发生的早期征兆进行智能识别并发出故障预警，为维修人员赢得宝贵的响应时间，一旦故障出现，系统将根据故障态势进行智能诊断，快速精准定位故障原因和位置，避免盲目检修带来的时间衍生问题。故障诊断系统内置了设备故障检测项及其对应的检测方法和维修程序知识库，通过故障推理技术进行信息挖掘和决策支持为现场人员提供标准化的检修指导，系统还具备增强现实（AR）辅助维修功能，能够将虚拟的三维设备模型和维修说明叠加显示在实际设备上，指导操作人员进行有序高效的维修作业，系统会对历史故障数据进行分析总结，形成故障案例库，为诊断模型的持续优化提供知识基础，不断提高诊断准确率，确保生产的高效稳定运行^[4]。

四、智能综采工作面的应用效果及安全响应

4.1智能综采工作面控制系统应用分析

综采工作面控制系统显著提高了生产效率约33%，实现了从传统记忆截割到智能规划和自主截割的技术跃进，增强了复杂地质条件下的开采适应性，全工作面无人干预的规划截割生产模式，通过精准控制中心的远程监控和操作实现了设备状态的实时监测和故障处理，采煤机控制系统自动调节截割路径和高度，优化了采煤工艺。

该系统通过集中智能控制采煤机、液压支架、刮板输送机等设备，结合开采工艺和实时数据（如顶板压力、设备倾角等），自适应地管理生产过程，自动执行关键操作如液压支架调整和刮板输送机速度控制，确保工作面的连续生产，巷道超前支架的遥控和远程控制减少了端头尾支护人员的投入，有效提高了工作安全性。

智能化系统实时监控工作面的设备运行，通过自动决策和控制减少了设备故障率和事故处理时间，增加了生产过程的安全性和效率，采煤机的自动截割和记忆截割功能减轻了操作人员的劳动强度，从两人操作减至一人，显著降低了生产成本，提升了效率^[5]。

4.2 安全响应

在灾害发生时综采工作面控制及远程运维管理系统可以通过声光报警装置和闭锁装置，实现预警、急停和设备自动调节等功能，系统通过数据积累分析工作面的顶板压力趋势，预判潜在隐患，将就地操控模式转变为远程集控模式，大幅减少单机设备附近的操作人员，实现远程智能化操作，有效降低工作面内采煤现场的人数，避免工人直接面对灾害事故，切实提高人员安全性，系统能够提前预警和及时处理问题，最大限度降低风险或减少灾害带来的危害^[6]。

五、远程运维管理系统集成

5.1集成化运维管理平台

远程运维中心基于综采工作面控制系统的故障轮巡系统和工业互联网平台，搭建了远程运维装备和全生命周期管理平台，通过大数据分析和故障诊断对工作面生产系统进行监控和管理帮助煤矿企业降本增效，减少运维人员入井，提高系统故障处理效率，远程运维服务管理体系包含设备故障诊断、矿压分析、关键指标分析、多工作面设备姿态数据实时监测、专家知识库、采煤工艺指导及设备健康度评价等功能，提供远程运维增值服务，显著提升智能化开采水平。

综采工作面远程运维系统通过安装点云扫描系统、高清摄像头和传感器，实现对工作面布置情况、设备运行状态、生产环境参数及智能化控制设施的实时监控和数据采集，形成三维数据实景仿真系统，为运维人员提供身临其境的视觉体验，使他们如同置身井下般直观地观察各系统的运行状态，及时发现并处理问题，减少了运维人员进入工作面的需求。

在工作面两端头设置本安型防爆主机部署故障巡检程序，按预设的巡检路线和频率自动检测各系统状态，检测结果通过总线返回端头防爆主机，数据分析后通过光缆上传至地面数据模型，进行状态展示，在地面仿真系统中实时监测智能化控制设备的参数设置、网络通信和逻辑分析情况，预测物理对象的维护需求，发现设备潜在故障风险，系统可设定预警阈值，当数据超出预设范围时及时发出预警，提醒管理者采取措施，显著降低设备故障率，提高运行效率^[7]。

5.2运行全生命周期

综采工作面控制系统及远程运维系统集成了全生命周期运行管理，对设备使用情况进行实时追踪和数据分析，提升设备使用率和安全性，延长其寿命，系统集成了设备健康评估模块，通过深度分析采集的运行数据和建模全面评估设备健康状态，提供维护决策支持，评估模块建立了故障模式库，利用模式识别和故障树分析技术精确判断设备健康状况并融入了设备寿命预测模型，根据运行载荷和磨损预测设备剩余寿命。系统还能进行整体设备群的健康评估，通过大数据挖掘设备故障的时间和环境模式优化设备备品配置和库存管理，评估结果通过运维管理平台展示，管理人员可以查阅设备健康报告和寿命预测，制定检修计划以避免故障，降低维修成本，延长设备使用周期，这些评估结果也为设备更新换代提供决策支持，实现了设备全生命周期的高效管理。

结束语：

综采工作面智能开采控制技术与远程运维管理的应用，可以全面提升综采工作面的智能化采煤工艺和安全作业水平，降低生产运营成本，提高采煤效率和运维人员工效，促进综采工作面智能化控制系统提质增效和智能运维工作提档升级，有效减少了工作面作业人数、降低了作业人员的劳动强度，并有效减少了采煤现场粉尘导致尘肺病的发生几率，极大地提升了煤矿职工的安全感、幸福感和获得感。

参考文献

[1]赵振宇.鑫岩煤矿薄煤层智能化综采工作面关键技术及应用[J].能源技术与管理,2024,49(02):66-69.

[2]李建,任怀伟,巩师鑫.综采工作面液压支架状态感知与分析技术研究[J].工矿自动化,2023,49(10):1-7+103.

[3]王永强，煤矿工作面一体化智能综采成套装备的研究及应用.河南省，郑州煤矿机械集团股份有限公司，2022-12-31.

[4]郑华华.煤矿综采工作面智能化技术分析及应用[J].矿业装备,2022,(06):55-57.

[5]葛世荣,王世博,管增伦,等.数字孪生-应对智能化综采工作面技术挑战[J].工矿自动化,2022,48(07):1-12.

[6]蔡峰.蒙陕地区中厚煤层智能化综采工作面关键技术应用研究[J].中国煤炭,2022,48(05):41-46.

[7]赵亦辉,赵友军,周展.综采工作面采煤机智能化技术研究现状[J].工矿自动化,2022,48(02):11-18+28.