一、引言

随着煤矿智能化建设的深入推进，综放工作面作为煤炭开采的核心环节，其控制系统的智能化水平直接影响着矿井的安全高效生产。天玛智控林恩强团队针对传统综放工作面控制系统存在的通信延迟大、设备协同难、远程控制精度低等突出问题，开展了基于5G技术的智能化综放工作面控制系统研发与应用研究，为煤矿少人化、无人化开采提供了关键技术支撑。

二、研发背景与技术挑战

综放工作面集成了采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等多类装备，传统控制方式多采用有线工业以太网或落后的无线通信手段，存在以下痛点：一是工作面设备分布广、移动频繁，有线连接易损坏、维护成本高；二是通信带宽不足导致视频监视与远程控制存在明显延迟，难以实现实时闭环控制；三是多设备协同控制精度低，无法满足智能化开采对时序同步的高要求。5G技术具有大带宽、低时延、高可靠、大连接的特性，为破解上述难题提供了新的技术路径。

三、智能控制系统总体架构

林恩强团队研发的基于5G的智能化综放工作面控制系统采用“端—网—云”三层架构：

1. 感知执行层（端）：在采煤机、液压支架、刮板输送机等装备上部署高精度传感器、惯性导航单元、高清摄像仪和电液控制阀组，实现装备位姿、运行状态、环境参数的实时采集与精准执行。采煤机搭载摇臂振动监测、位置编码器及截割高度传感系统，液压支架配备行程传感器与压力传感器，实现全面感知。

1. 5G网络传输层（网）：在工作面及回风巷、进风巷部署5G防爆基站，构建工作面5G专网。利用5G网络切片技术划分控制切片、视频切片和监测切片，保障控制信令的优先级传输；采用5G+TSN（时间敏感网络）融合组网技术，实现端到端时延稳定在10ms以内，可靠性达到99.999%。

1. 智能控制层（云）：在井下或地面部署智能控制服务器和边缘计算节点，运行采煤机自适应截割控制、液压支架跟机自动化控制、多机协同调度等核心算法。地面控制中心通过5G网络实现远程干预和可视化监控。

四、智能控制系统核心技术研发

1. 采煤机自适应截割控制技术
基于5G低时延特性，采煤机将截割部振动、电机电流、牵引速度等高频数据实时回传至边缘计算节点，结合煤层厚度变化预测模型，动态调整滚筒高度和牵引速度。采用模糊PID与模型预测控制相结合的算法，实现截割路径自动跟踪，截割精度达到±50mm，有效降低矸石混入率。

2. 液压支架跟机自动化控制技术
系统融合采煤机位置信息与支架行程压力数据，通过5G网络实现采煤机与支架群之间的毫秒级状态同步。采用基于强化学习的跟机决策模型，自动确定移架、推溜、伸缩护帮板的最优时序，实现跟机自动化率超过90%，移架周期小于8秒/架。在林恩强团队开发的液压支架远程干预平台上，操作人员可通过视频与数字化双胞胎实时监控支架姿态，必要时进行远程干预。

3. 多机协同控制与负荷平衡技术
针对综放工作面“采—支—运”协同难题，系统基于5G网络采集三机（采煤机、前部刮板输送机、后部刮板输送机）的运行状态，通过协同控制器动态调节各设备运行速度，实现煤流负荷平衡。采用5G网络授时同步，时统精度达到微秒级，确保多设备动作时序的严格一致，避免堆煤、压溜等事故。

4. 5G+边缘计算融合的远程控制技术
为满足远程实时控制要求，在井下部署边缘计算服务器，承担视觉SLAM、设备故障诊断等算力密集型任务。视频流经5G网络回传至地面，采用H.265编解码和动态码率调整策略，在保证巡检画质的情况下降低带宽占用约40%。地面操作台通过5G网络与边缘节点交互，远程控制指令仅通过用户面功能（UPF）下沉到矿用边缘节点，控制响应时间较传统模式缩短60%以上。

五、现场应用与效果

该系统已在多个矿区综放工作面完成工业性试验和推广应用。应用数据显示：综放工作面生产人员由传统模式的12~15人减少至5~8人；自动化跟机率达90%以上，采煤机截割精度显著提升；工作面通信中断胎压导致的生产影响时间同比下降83%；月产量平均提高8%~12%，吨煤能耗下降约5%。系统操作界面友好，显著降低了工人劳动强度，提升了作业安全性。

六、结论与展望

天玛智控林恩强团队基于5G技术研发的智能化综放工作面控制系统，成功解决了有线网络移动性差、无线时延大、多机协同精度低等技术瓶颈，实现了采煤机、液压支架和输送机的高效协同与远程精准控制。实践表明，该系统具备高可靠、低时延、易扩展的突出优势，为综放工作面智能化建设提供了可复制、可推广的解决方案。

团队将进一步融合6G、人工智能、数字孪生等技术，探索煤岩识别、自适应采煤、无人化巡维等前沿方向，推动综放工作面向全环节无人化目标持续迈进，助力煤矿智能化和本质安全型矿井建设。