薄煤层工作面空间局限、温度高、湿度大、煤灰重、工况复杂，人工在工作面操作空间狭小，遇紧急情况时，没有躲避空间；在进行跟机操作时，需要在工作面内爬行，长期在薄煤层工作面内的操作人员不同程度均患有职业病，当采煤机行进速度较快时，人员跟机作业效率低下，造成跟机丢架、生产效率较低，无法满足矿井生产经营要求，现有装备与开采技术无法满足薄煤层安全高效生产。

通过调研分析国内近3年薄煤层工作面采用的全新装备，涵盖西北、山东、西南、东北区域矿井，薄煤层工作面地质条件、开采方式等诸多因素导致产量低、经济效益差的现象一直未能取得突破，投入产出比低的局面没有得到根本改变。目前国内多数矿井的采高为1.6～1.8m的中厚偏薄煤层年产为60万～100万t，1.3m及以下薄煤层开采的工作面数量较少，国内研发薄煤层智能化装备及控制系统的厂家较少，工作面作业人数多为2～4人，目前尚未实现薄煤层工作面无人开采。

经过多年强力开采，部分矿区中、厚煤层资源已近枯竭，薄煤层安全高效开采已成为薄煤层矿区生产发展的途径之一。研发智能化无人开采技术，解决长期薄煤层开采经济效益低、安全性差等问题，实现薄煤层工作面安全、高效、无人化生产。薄煤层无人化开采过程中，主要存在5个方面的问题。

（1）开采工艺方面

三角煤跟机功能、两巷设备联动需反复调试，周期长，不能满足开采条件快速变化，多模式自动移架在现有架构较难实现。

（2）截割模板方面

传统的记忆割煤数据（采高、挖底）适应性不强，以上刀的学习数据为主，无法实现动态优化及连续性开采。

（3）控制系统硬件方面

隔爆计算机资源无法满足全工作面海量数据处理要求，可靠性和稳定性不足；视频系统占用带宽较大，导致视频卡顿，黑屏等现象较多，严重影响远程操控的可靠性。现有支架控制器、主流摄像仪等结构松散，占用空间大，在薄煤层的应用效果较差。

（4）控制系统软件方面

传统的多计算机协同方式，数据延时大，数据共享困难，系统较复杂，可靠性较低。

（5）人机交互方面

传统的交互方式以操作台、遥控手柄为主，按键数量少，功能单一，无法满足全工作面设备系统协同控制、参数动态调整、视频调度等需要。

针对薄煤层无人化智能开采存在的问题，围绕4个技术角度开展创新研究，形成薄煤层无人化智能开采控制技术的解决方案如图1所示。

针对控制系统主机性能不足等问题，构建了全新的C/S架构的LongwallMind6.0软件平台。以地面高性能服务器为基础，通过光纤以太网专线或矿井环网，形成了一套高可靠的控制系统平台。

薄煤层无人化控制平台集监测、控制、视频、音频、通信等技术于一体，以工艺引擎为核心，融合了数字化割煤、动态截割模板优化、动态工艺表运行、工作面找直、触控操作等系列技术，形成了完整、全面、标准化的工作面智能化开采控制软件，实现采煤机与液压支架高效协同。具备跨平台应用功能，支持高可用技术；插件式扩展能力，满足不同工作面的个性化需求；集成国内大多数设备厂商的驱动，统一了通信协议标准，LongWallMind6.0控制系统软件架构如图2所示。

为实现综采工作面设备协同控制一张图，采煤机割煤工艺、电液控跟机工艺的灵活编制，工艺阶段参数化、程序化控制等功能目标。研究了采煤工艺图形化编制方法，通过表格形式进行采煤工艺离线编辑，灵活设计多种采煤工艺表，支持在线实时工艺阶段任务监测、按照工艺表阶段任务控制采煤机执行割煤生产、控制支架电液控跟机动作，人机交互功能可根据生产实际情况，实现了采煤机割煤工艺的跳转、工艺表控制功能，工艺表编辑器如图3所示。

图3 工艺表编辑器

针对截割模板数据适应性问题，从软件算法建立可靠的数据采集、分析模块，实时收集每个割煤循环内的滚筒截割高度数据，通过分析历史数据，使用插值算法、滤波算法，计算每个支架位置滚筒最佳高度，有效缓解了因传感器异常导致的数据不准、精度不够等硬件问题；系统增加了人工干预修正功能，采煤工人根据工作经验，结合采煤机截割电流、振动信号、粉尘浓度、视频识别等多种数据，判断滚筒高度准确性，实时在线修正模板数据；通过开采工艺引擎，实时更新主机下发模板数据，使模板数据更健壮，更加贴近生产，截割模板优化流程如图4所示。

图4 截割模板优化流程

为提高井下工作面视频监控的可用性、利用率和安全性，引入流媒体技术，通过数据分片和流式传输技术，实现视频摄像头实时播放、按需直播、多路分发、多协议转发和录像及回看功能。基于LongWallMind6平台提供视频调度服务，实现综采工作面实时视频跟机播放和动态切换；在流媒体基础上搭建智能视频识别和特征提取，搭建智能视频服务器集群增强AI算力，提升智能视频性能和效果，解决了摄像头资源局限和网络带宽受限等问题。

流媒体服务器主要功能包括视频转码、视频直播、视频点播、视频转发、播出协议转换、视频加密与防盗链、大并发播出、CDN加速、终端播放适配、快速集成代码和样例、集成API接口等。流媒体服务器作为工作面摄像仪的管控一体化平台，为SAV视频客户端、智能视频客户端提供视频播放和调度，流媒体系统视频流传输设计如图5所示。

图5 流媒体系统视频流传输设计

针对地面操作方式，研究符合采煤机司机和支架操作工的地面操作平台，辅助操作人员进行工艺选择、截割模板的调整和控制。地面控制中心操作岛替代传统的地面分控中心，并集成了井下运输巷监控中心功能，通过调整监视器升降平台、人机工程座椅及交互屏幕角度，为地面操作人员提供舒适的作业环境。

操作岛部署了全新的无人化采煤控制软件LongWallMind6.0平台，融合工艺表驱动引擎、规划截割、数字孪生、智能视频、工作面直线度控制等功能，实现了采煤机、液压支架全自动、智能化运行。地面操作员也可通过触控屏调度、跳转开采工艺，也可根据工作面写实数据调整截割模板。通过跟机视频画面远程调整和干预采煤机。地面操作员可及时准确地掌握工作面生产作业情况，形成了“地面规划采煤、装备自动执行、面内无人作业”的无人化采煤新模式，沉浸式操作岛的远程操控平台如图6所示。

图6 沉浸式操作岛的远程操控平台

（1）软件+网络+控制3维度全新开采模式

基于C/S软件、井上/井下万兆直连网络和主从调度控制方法3个维度，形成了1套采煤工艺、2道控制工序、3项控制参量、4种调整策略的综采装备群主从调度控制方法，开发了采煤工艺驱动引擎技术，创新了加减刀、反向推移刮板输送机等自适应纠偏调控工艺，实现了综采装备群100%协同自动作业，突破了综采装备群复杂工序下协同控制关键难题，无人化控制系统技术架构如图7所示。

图7 无人化控制系统技术架构

（2）远-中-近阶梯式截割参数预测模型

基于截割历史模板AI规划、整刀规划、超前调整及BTS精准控制，研发了截割参数预测模型、截割模型轨迹碰撞算法，构建了采煤机截割滚筒导航路径可视化调控方法，创新实践了“地面规划路径+地质写实验证”相结合的工程作业模式，实现了动态规划的截割模板准确率大于95%，达到了采煤机精准割煤控制。

（3）工作面及两巷设备协同推进

提出了支架控制功能模块组态化编辑和自动移架多模式控制方法，实现了支架控制功能“一键式”配置；研发了工作面及两巷设备协同推进技术，实现了工作面与两巷装备100%自动协同推进；提出了基于液压支架推进度散点模型的下一割煤循环支架推进量预设算法，确保工作面连续推进状态可控。

（4）薄煤层无人化项目实施标准化路线

提出了薄煤层无人化项目实施的“配套标准化、安装标准化、网络标准化、软件标准化”4个标准化路线，并在多个项目中应用并实施，为同类项目施工和部署积累了整套标准化流程。以枣庄矿业（集团）有限责任公司滨湖煤矿（简称滨湖煤矿）31606薄煤层控制系统最快部署工作面为例，无人化系统通信调试、硬件安装、软件调试等，从工作面试刀到实现地面割煤仅用10天完成。

2023年2月—9月，薄煤层无人化智能开采控制在国家能源集团神东煤炭榆家梁煤矿揭榜项目中，实现了43207工作面连续7个月常态无人化开采模式，于2023年9月召开成果发布会，并获得2023年全国煤矿十大技术成果。

2023年11月，薄煤层无人化智能项目所在的兖矿能源集团股份有限公司杨村煤矿（简称杨村煤矿）4703工作面和滨湖煤矿31610薄煤层工作面分别荣获2023全国煤矿采煤工作面智能创新大赛薄煤层智能综采赛道特等级和一等级。

2024年6月至今，不断完善和提升开采方案和技术细节，在杨村煤矿通过4703和滨湖煤矿31606的2个薄煤层工作面，开采效率提升了30%，采高降低了0.1m，平均少割矸石8cm，吨位煤质提高了400kcal，年收入超过4000万元，年生产能力为百万吨，经济效益显著。

2024年6月18日，由国家能源局主办、中国煤炭工业协会协办，山东能源集团承办的全国薄煤层智能化开采现场经验交流会，杨村煤矿4703工作面和滨湖煤矿31606的薄煤层工作面作为现场示范点，向行业展示了无人化技术创新点，北京天玛智控科技股份有限公司协同山东能源集团有限公司打造国内首次采用“AI+1+2+0”的薄煤层无人化开采典范。

“地面规划采煤、装备自动执行、面内无人作业”的采煤模式，从全国2个试点逐步推广到陕蒙、西北、华北、西南多个区域性试点，为行业薄煤层无人化开采提供示范方案。

薄煤层无人化智能开采控制已经在国家能源集团、山东能源集团、淮河能源集团、贵州安晟能源有限公司、陕西陕煤黄陵矿业有限公司、陕西延长石油巴拉素煤业有限公司等10多个工作面推广应用。