为破解传统煤矿井下水害防控预警滞后、联动不足、运维困难等行业痛点，夯实智慧矿山安全生产根基，应急管理大学“煤海智防”科创团队经过集中技术攻关，成功研发“煤海智防—煤矿井下水害智能监测与预防系统”。该系统搭建起“监测-预警-防控”全流程闭环防控体系，以贴合井下复杂工况的智能化技术方案，精准破解矿山一线水害治理难题，为煤炭行业安全生产提质增效提供全新技术支撑。
据了解，该系统研发全程立足矿山真实作业场景，聚焦井下高粉尘、强干扰、通信不稳定等复杂环境特点，团队历经多轮硬件优化、算法迭代与模拟场景测试，全面打磨设备性能与系统稳定性，确保整套技术方案可适配各类井下作业环境，具备高可靠性、高实用性的落地特质，真正实现井下场景“用得住、靠得住”的应用目标。
“煤海智防” 系统整体架构示意图
整套系统采用“井下三大硬件+地面智能平台”的模块化架构，各功能模块各司其职、联动协同，形成完整水害防控链路。其中，前端井下感应监测装置是系统数据采集核心，设备按照3至5米间距布设巷道全覆盖监测，可同步精准采集水位、水压、温湿度、瓦斯浓度等多项核心数据，搭配高清红外摄像设备，精准捕捉岩壁细微形变、潮湿变化等早期水害隐患征兆。针对井下通信短板，团队创新采用“有线+无线”双链路冗余传输设计，可实现链路故障自动切换，同时对传输数据全程加密，彻底解决复杂环境下数据传输中断、失真等问题。此外，设备采用模块化拆装结构，零部件故障可单独更换，无需整体拆机升井，大幅降低日常运维难度与作业成本。
智能防水闸门作为系统核心防控屏障，针对性破解了传统人工启闭“避险两难”的行业顽疾。该闸门搭载高精度UWB人员定位闭锁模块，定位精度可达0.3米，系统可自动核验作业区域人员情况，确认无滞留人员后自主执行关闭指令，从根源规避关闸困人风险。同时，系统预留地面远程强制关闭、井下现场手动关闭双重应急备份模式，可应对设备突发故障等极端情况，筑牢多重安全防线。闸门采用高强度钢制密封结构，安装前严格核验岩壁承压强度，可抵御高压水流冲击，为人员安全撤离、险情处置充足预留宝贵时间。
在险情处置环节，系统配套智能抽排水装置实现智能化精准作业，与地面管控平台深度联动，严格遵循“先关闸、后抽水”的安全作业逻辑。设备可根据实时水位数据自主启停，水位未超预警阈值不启动、水位回落至安全线自动停机，有效杜绝无效运转、降低能耗。针对井下水体含煤泥、易堵塞等问题，泵体采用抗气蚀、防堵塞专项优化设计，适配井下复杂水体抽水作业。同时支持多台泵组变频协同运行，根据水情大小动态调节运行功率与设备数量，兼顾水害处置效率与节能效益。
系统工作原理图
地面井下水害监测与预防平台是整套系统的智能中枢，采用边缘计算与云端协同架构，具备极强的兼容性与拓展性。平台可与矿山现有瓦斯监测、人员定位、通风监控等各类安全系统无缝对接，无需大规模替换老旧设备，有效打通各类数据壁垒、破除信息孤岛。依托内置机器学习算法，平台可整合矿山地质资料、历史水害数据、实时监测数据，智能研判各巷道突水风险概率，分级分类触发安全预警。同时，系统可自动留存全流程作业、监测、处置数据，支持一键生成事故复盘报告，既适配矿山日常精细化管理，也可完全满足监管审计工作要求。
“井下工况细微变化都会影响安全生产，每一项技术参数、每一套设备设计都必须经得起现场检验。”团队指导老师张坤强调。相较于传统人工防控与单点设备防控模式，该系统具备四大核心优势。一是自动化程度高，从隐患预警到闸门闭合全程无需现场人工操作，整体响应时长仅5分钟，处置效率远超人工模式;二是安全冗余充足，人员闭锁防护、多重应急操作模式、高强度设备结构形成多层防护，最大限度降低次生安全风险;三是复工效率显著提升，全流程数据可追溯、可复盘，无需人工现场勘探研判，矿山灾后复工周期可缩短三成以上;四是落地成本可控，适配老旧矿山改造、无需大拆大建，多数设备故障可远程排查处置，大幅降低年均运维成本。
项目部分软件著作权与专利受理证书展示
技术研发迭代的同时，团队同步推进核心技术知识产权布局，筑牢科创成果壁垒。目前，项目已斩获十余项计算机软件著作权，拥有授权发明专利1项，相关实用新型专利正在有序申报中，整套系统核心技术实现完全自主可控。经实验室多场景模拟测试，系统预警准确率、闸门响应速度、数据传输稳定性等核心性能指标均达到行业先进水平。凭借扎实的技术创新与贴合行业刚需的解决方案，该项目成功斩获第七届华北科技学院创新创业大赛种子赛特等奖，入选学校重点孵化科创项目。
据团队介绍，该系统是师生扎根矿山一线、回应行业真实需求的实战型科创成果，并非单纯的竞赛作品。下一步，“煤海智防”团队将持续聚焦井下复杂工况，细化优化系统功能、打磨技术细节，持续提升产品适配性与稳定性，全力推动技术成果落地转化，以智能化科创力量筑牢矿山水害安全防线，助力智慧矿山高质量建设。
审核：王峰 郭江涛 石贵明
校对：小强
