PPT课件-煤 矿 智 能 化 技 术 现 状 与 展 望

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1、煤 矿 智 能 化 技 术 现 状 与 展 望,目 录一、我国煤矿智能化建设取得显著进展二、人工智能技术推动煤矿智能化创新三、科学有序推进煤矿智能化建设展望四、煤机智能化技术展望五、煤矿无人化智能开采系统理论与技术展望六、煤巷智能快速掘进技术与装备展望七、煤矿安全监控智能化技术展望八、矿山人员、设备、环境感知技术展望,一、我国煤矿智能化建设取得显著进展,明确指出了煤炭在我国能源结构中的重要地位,（一）煤炭发挥着能源兜底保障作用,（一）煤炭发挥着能源兜底保障作用,（一）煤炭发挥着能源兜底保障作用,产量2297亿立方米，增长 5.8%进口11997万吨，同比增 长9.9%天然气,产量20891万吨

2、，增长 2.0%进口56399万吨，同比增 长11.0%原油,产量46.6亿吨，增长 2.9%进口4.7亿吨，增长 61.8%煤炭,（一）煤炭发挥着能源兜底保障作用,（一）煤炭发挥着能源兜底保障作用,智能矿井技术人才密集全面自动化无人开采,中国煤炭工业协会在山东 枣庄组织召开全国煤矿薄 煤层智能开采现场推进会，智能矿山建设成为行业广 泛共识。,中国煤炭工业协会在陕西 神木组织召开全国煤炭行 业两化深度融合型智能矿 山现场会，推动行业开展 智能矿山建设。,陕煤集团黄陵矿业在1 号煤矿率先实现了工 作面有人巡视、无人 操作的智能开采工作 模式。,国家能源集团在锦界 煤矿建成首个井工煤 矿数字矿山示

3、范矿井。,2013年底 2014年 2014年5月 2019年5月,（二）煤矿智能化发展历程,传统矿井劳动密集自动化程度低 伤亡事故频发,新一代信息技术人工智能、工业互联网等,国家能源局、陕西省 人民政府、中国煤炭 工业协会在陕西黄陵 组织召开全国煤矿智 能化建设现场推进会,应急管理部、国家煤 监局在北京组织召开全国矿山智能化建设 和安全发展推进会,国家发改委等八部 门发布关于加快 煤矿智能化发展的 指导意见,应急管理部、国家能 源局、国家煤监局在 山东邹城组织召开全 国煤矿智能化建设现 场推进会,国家矿山安全监 察局召开全国露 天矿山智能化建 设现场推进会,（二）煤矿智能化发展历程,2022

4、年12月,2020年2月,2020年9月,2023年4月,2023年9月,（三）发布一系列重要文件,1.煤矿机器人重点研发目录（国家煤监局）,机器人化开采是智能矿山的核心架构！,（三）发布一系列重要文件2.关于加快煤矿智能化发展的指导意见（国家发改委等八部门）,明确了我国煤炭工业智能化发展的方向，吹响了我国煤矿智能化建设的号角！,（三）发布一系列重要文件3.关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知（国家能源局、矿山局）,（三）发布一系列重要文件4.智能化示范煤矿建设暂行管理办法（国家能源局、国家矿山局）,（三）发布一系列重要文件5.煤矿智能化专家库管理暂行办法（国家能源局、国家矿山局）,（三）发布

5、一系列重要文件6.关于支持鼓励开展煤矿智能化技术装备研发与应用的通知（国家能源局、国,家矿山局）,（三）发布一系列重要文件7.煤矿智能化建设指南（2021年版）（国家能源局、国家矿山局）,分类建设的智能化煤矿建设思路成为行业共识！,（三）发布一系列重要文件8.智能化示范煤矿验收管理办法（试行）（国家能源局）,分级验收的智能化煤矿建设思路成为行业共识！,（三）发布一系列重要文件9.关于公布煤矿智能化专家名单的通知（国家能源局、矿山局）,（三）发布一系列重要文件10.关于开展首批智能化示范煤矿验收工作的通知（国家能源局）,l 2023年底，全国建有智能化采掘工作面超1500个，有 智能化工作面的煤

6、矿达730处、产能占比达到59.5%。l 智能化建设总投资规模约2000亿元.l煤矿井下现场应用机器人达31种。,（四）煤矿智能化建设取得显著进展,（四）煤矿智能化建设取得显著进展,（四）煤矿智能化建设取得显著进展,二、人工智能技术推动煤矿智能化创新,（一）新一轮科技革命和产业变革,（一）新一轮科技革命和产业变革,l 智能化代表着煤炭先进生产力的发展方向新一轮科技革命和产业变革加速演进，以 绿色、智能、泛在为特征的群体性技术革 命正在引发产业分工细化调整；云计算、人工智能、互联网+、大数据等新 一代信息技术加速赋能传统工业，可以解 决煤矿生产中许多长期想解决而难以解决 的问题，催生了煤炭产业智

7、能化的发展。,（一）新一轮科技革命和产业变革,l煤矿信息基础设施5G多频段、多场景 经营生产一体化地质三维可视化 数字化一张图生产、应急融合管控,（二）煤矿智能化技术创新,杨柳煤矿地质三维建模与可视化系统 小纪汗煤矿一张图数字化管理平台,高河煤矿生产经营一体化智能管控平台,大海则煤矿 5G 700M 融合网络,l井工煤矿智能开采电液控及传感器 智能远程供液自动跟机移架采煤机记忆截割 自动割三角煤人员接近防护,（二）煤矿智能化技术创新,小保当煤矿450m超长工作面智能开采 黄陵一矿基于透明地质规划截割的智能开采系统,晓南煤矿薄煤层智能开采,（二）煤矿智能化技术创新l井工煤矿智能开采,（二）煤矿智

8、能化技术创新l井工煤矿智能开采,（二）煤矿智能化技术创新l井工煤矿智能开采,大落差柔性过渡模式,l井工煤矿智能开采10m超大采高成套装备调研,（二）煤矿智能化技术创新,l井工煤矿智能掘进自适应快速截割 液压锚杆钻车皮带自移机尾远程/就地集控人员接近防护,（二）煤矿智能化技术创新,可可盖煤矿超长斜井全断面智能掘进系统,大柳塔煤矿5G+连采机器人群协同作业,黄白茨煤矿边掘边锚快速掘进成套装备,鲍店煤矿一次成型全自动记忆截割,（二）煤矿智能化技术创新l井工煤矿智能掘进,掘支运三位一体快速掘进系统组成,（二）煤矿智能化技术创新l井工煤矿智能掘进,（二）煤矿智能化技术创新l井工煤矿智能掘进,l井工煤矿智

9、能辅助运输电机车运输系统单轨吊运输系统,副立井提升系统无轨胶轮车运输系统辅助运输智能调度平台,（二）煤矿智能化技术创新,塔山煤矿辅助运输安全智能管控系统 赵楼煤矿辅助运输精准调度系统,唐口煤矿立井提升智能化控制系统,l 露天煤矿智能开采设计、穿爆及地测采智能管理平台 5G应用,（二）煤矿智能化技术创新,无人矿卡编组及协同作业边坡监测机器人应用,胜利能源露天矿基于机器人的智 慧运维新模式,伊敏露天矿 5G+无人驾驶绿色清洁运输新模式,天池南露天煤矿无人驾驶车辆编组作业,700M+2.6G+4.9G三频混合组网,西湾露天煤矿5G系统,l智能防灾智能监测 智能诊断 智能预警 智能决策,（二）煤矿智能

10、化技术创新,付村煤矿通风系统智能决策与动态管控平台,王家岭煤矿全矿井 AI 视频安全管理系统,郭屯煤矿设备健康管理与故障诊断系统,布尔台煤矿灾害综合预警监控系统,l智能洗选智能装车 智能分选 智能监测 智能管理,（二）煤矿智能化技术创新,准能选煤厂两级标准选煤数据库及管理系统,鱼卡一号井智能化选矸系统,王坡煤矿装车智能管理系统,神东选煤厂智能决策系统,内蒙 7米一次采全高 工作面项目于2021年完成建设。现场使用供液系统采用三进 三回梯形供液，生产班煤机速度可以跑到12-13米每分 钟。基于电液控声光报警器，研发了UWB无线定位装 置。工作面人员只要携带定位卡，人员位置信息就可以 通过电液控系

11、统进行检测，并上报顺槽集控中心。当人 员进入危险区域时，电液控系统在50ms内及时报警闭 锁支架动作,工作面采用三进三回的供液方式 配合电液控系统控制,（三）井工矿采煤工作面智能控制,工作面融合式定位,快速跟机支护,系统特点l 电液控系统l 自动化系统,快速跟机支护UWB人员接近保护,ll,山西 智能化放顶煤 工作面项目于2023年完成建设。项目开发了综放工作面工艺 驱动引擎平台，实现采放工艺在线编辑离线调用，优化 控制工序，提升工艺适应性；构建智能调速控制模型，实现采、放、运煤流负荷平衡控制，与煤矿主运系统协 同联动；采用多级融合智能放煤技术，放煤自动化率达 85%，煤矸识别准确度达85%以

12、上，2人专职放煤改为 1人兼职放煤，工作面由13人减至7人，自动化跟机率 达到90%以上，干预率降低至10%。系统特点l 放煤工艺驱动引擎 l 智能放煤技术l 智能调速控制模型,l 采、放、运煤流负 荷平衡控制,（三）井工矿采煤工作面智能控制,智能调速,l 自动放煤l 记忆放煤l 智能放煤技术,智能放煤技术,榆林 薄煤层无人化采煤 工作面项目于2022年完成建设。项目建成了“地面规划采煤、装备自动执行、采场无人作业”无人化采煤新模式。地 面控制中心1-2人监控生产，规划、调度采煤工艺，装 备全自动化运行，工作面内无人作业，仅两端头固定岗 位工作业看护；下井人员由7人减少至4人，面内作业 人数减

13、为0人，圆班均衡割煤数达到14刀煤，最高割煤 16 刀整，与传统生产模式圆班平均12 刀煤相比，割煤 效率提升达到16.67%以上。,l 1套工艺：自动化采煤工艺l 2道工序：采煤机割煤工序、支 架支护工序l 3项控制参量：煤层顶、底板截 割高度控制量，工作面推进量,系统特点l 综采装备群主从调度 l 截割模板动态调控l 工作面内无人作业 l 可视化监控、巡检机器人,（三）井工矿采煤工作面智能控制,综采装备群主从调度,四川 急（倾）斜煤层智能化 工作面项目于2023年完成建设。项目属于国内复杂地质条件 下智能化开采代表性矿井，工作面平均倾角56,开发 了急（倾）斜工作面液压支架姿态控制、自动跟

14、机控制 技术，打造了西南地区首个复杂地质条件支架自动跟机 常态化作业模式，单班生产作业人员由原来的16人减 少至10人，面内3人就地干预。系统特点l 急（倾）斜工作面液压支架姿态控制技术l 急（倾）斜工作面自动跟机控制技术,支架姿态控制技术,（三）井工矿采煤工作面智能控制,创造的价值依托AI人工智能，实时分析，无需人员操作，实现全程智能化运行。通过多维度、多 角度的视频识别、分析及统计，及时发现隐患，保障矿山安全生产制度落实，进一步提 升矿山安全生产水平，降低安全事故，为安全生产提供决策支撑。,（四）煤矿AI人工智能视频识别l煤矿AI价值创造解决的问题,人为监督，存在盲点,事后回溯，错失良机,

15、视频众多，无暇顾及,（四）煤矿AI人工智能视频识别l煤矿AI主要功能 隐患识别：对各种设施的不安全状态、设备的异常情况、环境的不安全因素进行识别。煤流量检测：AI智能识别高速摄像仪配合专用激光灯，可以识别皮带上的煤量，对皮带的运量进行大致统计，可以发出信号给皮带控制主机，实现自动保护停机、调速，减少设备磨损和降低能耗。人员行为识别：利用煤矿数字视频监控系统现有的设备，实现井下人员各种常见违章及标准化作业规范的智 能识别，实现自动识别报警、图像抓拍、延时录像等功能。专用设备检测：提升机首、尾绳在线检测；主副井井筒检测；钢缆皮带、候车等的钢丝绳在线检测。联动控制：系统具备联动控制功能，联动规则可由

16、用户设定。根据规则，可以通过通信接口发出控制命令给 第三方系统，实现与自动化系统、广播通信系统等的联动控制。,智能主煤流运输 AI 视频识别应用 综采工作面 AI 视频识别应用 掘进工作面 AI 视频识别应用 智能辅助运输 AI 视频识别应用 智能提升 AI 视频识别应用 智能通风 AI 视频识别应用 智能供电与排水 AI 视频识别应用,（四）煤矿AI人工智能视频识别l煤矿AI主要场景（九大类）,三违管理及重大风险管控 AI 视频识别 应用 选煤厂 AI 视频识别应用,（四）煤矿AI人工智能视频识别l智能主煤流运输 AI 视频识别 皮带大块煤检测，可进行大块尺寸分级、实时检测并抓 拍、分级统计

17、；皮带异物检测，可实时抓拍皮带上的异物，并发出相应 报警信号或联锁停止相关设备；配合主煤流运输控制系统实现集中控制、煤量实时识别、智能调速和闭锁联动功能；转载点堆煤、皮带跑偏、皮带纵撕、皮带表面损伤、驱 动轴超温、巷道烟雾发火等检测,自动报警并抓拍取证 检测，同时可输出 DO 信号控制皮带停车。,l综采工作面AI 视频识别 采煤机的状态识别与跟踪，对采煤机位置、滚筒等目标进行 智能识别，应能自动预警；液压支架支护状态监控功能，识别液压支架支护展开和收起 状态，支护状态异常时，发出控制命令，控制采煤机停车；刮板输送机大块煤识别，可自主设定大块尺寸，对刮板输送 机内的大块煤进行智能识别；刮板输送机

18、断链、拉斜的识别 报警功能。危险区域人员禁入功能，对进入指定危险区域的人员进行识 别并语音提醒并停止刮板输送机的运行；,（四）煤矿AI人工智能视频识别,l掘进工作面AI 视频识别 对掘进区域的人员数量进行统计，超员报警 并能闭锁设备；掘进机危险区域人员入侵识别和联动控制，在掘进机工作区域划定危险区域，人员闯入 时联动掘进机禁止启动或控制掘进机停机，同时矿用本安型 AI 摄像仪现场音频告警。,（四）煤矿AI人工智能视频识别,l智能提升AI 视频识别 尾绳监测功能，检测尾绳运行状态，对摆动异常、尾绳散股、尾绳缠绕、尾绳脱落等异常进行报警 首绳检测功能，全程实时检测每根钢丝绳直径、捻距、断丝、变形、

19、磨损等外观缺陷。井底落煤堆煤检测，检测到堆煤高度达到设定的 阈值时自动报警，同时输出联动控制信号给提升 系统，可控制提升机停勾。箕斗残留检测，实时检测提升箕斗卸载的残留状 态，卸载残留达到设定的阈值自动报警，可控制 提升机停勾。,（四）煤矿AI人工智能视频识别,l智能通风AI 视频识别 识别风门开启/关闭状态 识别到行人、车辆，自动开启/关闭大小风门 识别车辆顶撞风门、同时开启两道风门等违规行为 能实现自动风门的防夹功能 能实现地面监控自动风门、远程控制风门、调节风 门的开启角度。通过地面控制软件实时显示风门视 频图像、运行状态，故障报警、违章记录,（四）煤矿AI人工智能视频识别,l智能供电排

20、水AI 视频识别 泵房和变电站硐室人员识别，语音预警，具备 人员违章识别功能(智能门禁)具备远程摄像头转动及变焦控制功能。设备异 常停机时，摄像头能够自动跳转显示 具备设备状态识别，智能识别仪表数据、设备 运行参数及安全状态识别,（四）煤矿AI人工智能视频识别,l 三违管理及重大风险 管控 AI 视频识别 电子围栏周界识别 人员行为识别 设备环境隐患识别,（四）煤矿AI人工智能视频识别,l 选煤厂 AI 视频识别 超 颗粒识 别、煤泥 水 外 溢识别、筛 子检 测 识别、刮 板机 断链 拉 斜 识别、压滤 机检 测 识别、人 员行 为管 理 等功能,（四）煤矿AI人工智能视频识别,三、科学有序

21、推进煤矿智能化建设展望,（一）煤矿智能化建设正从点面突破向系统延伸,（一）煤矿智能化建设正从点面突破向系统延伸,（一）煤矿智能化建设正从点面突破向系统延伸从单设备人工近距离操作、无人远程遥控，向设备集群自适应调控发展,陕煤集团榆北煤业曹家滩矿山东能源新汶矿业集团新巨龙矿淮北矿业集团袁店二矿,（一）煤矿智能化建设正从点面突破向系统延伸以人为本更加注重矿工身心健康,打造符合矿山作业场景的健康 智能管理支持系统：预知风险，找出人群及个体危险因素,可采用穿戴数据作为数据来源,分层管理提升针对性,建成多种类型、不同模式的智能化示范矿井，基本实现掘进,远程监控。关于加快煤矿智能化发展的指导意见,大型煤矿和

22、灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，实,现井下重点岗位机器人作业，露天煤矿实现智能连续作业和 无人化运输。,工作面减人提效、综采工作面 内少人或无人操作、井下和露 天煤矿固定岗位的无人值守与,系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的 煤矿智能化体系。,（二）煤矿智能化建设三阶段目标,各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多 系统集成的煤矿智能化,2021,2025,2035,l 煤矿智能化建设发展不平衡不充分80%以上的智能化工作面集中在晋蒙陕鲁豫 智能系统常态化运行水平不高l 智能化关键技术问题仍在探索数据多源异构、复杂煤层掘进的平行作业问题 适应中小煤矿的智能

23、化装备少,l 煤炭企业面临智能化人才缺口尤其在新疆等边远地区，智能化建设依靠外力l 供应商与建设矿井均面临标准化难题智能化产品可标准化少，需定制化多l 标准规范尚不够健全存在数据、接口标准不统一等问题,忧,（二）煤矿智能化建设三阶段目标（存在问题）,l煤矿智能化建设仍处于初级阶段 已形成薄与极薄煤层智能综采、中厚煤层智能综采、厚煤层智能综采、特 厚煤层智能综放模式，（进一步完善实现远控、无人的场景）。针对不同地质条件推广应用TBM掘进机、煤巷快掘系统、掘进机器人系统、智能化综掘设备等。主煤流运输、供电、供排水、通风系统等远程集中控制。（实现智能无人控制）在智能地质保障、智能防灾、智能快掘、智能

24、辅运、智能感知决策等领域 存在着明显技术短板，煤炭物联网、云计算、5G等信息技术融合急需加强。,（三）加快推进煤矿智能化建设,l 推动类建设条件井工煤矿和露天煤矿按照中级以上标准开展智能化建设，、类建设条件井工煤矿按照初级以上标准开展建设。l 升级验收标准，补充定量指标，在此基础上推动智能化示范煤矿开展升级验收。l 后续启动的智能化示范煤矿，应重点围绕智能掘进、智能物探、智能辅助运输、智能灾害预警、煤矿工业互联 网等难题开展攻关突破和应用示范。l 不断提升煤矿智能系统常态化运行水平（完成2023全国煤矿采煤工作面智能创新大赛）。l 形成示范煤矿攻关核心技术难题引领带动，其他煤矿结合自身条件加快

25、推广应用成熟的智能化技术装备，并瞄 准自身的难点和短板开展重点建设积极跟进的新局面。,（三）加快推进煤矿智能化建设,四、煤机智能化技术展望,十三五”以来，我国主要煤机装备基本实现 了国产化，关键装备如“三机一架”已达到 国际领先或先进水平。煤机智能装备支撑系统、智能综采综放装 备、智能快速掘进支护成套装备、主/辅助 运输系统智能装备和煤矿机器人等为智能 煤矿建设提供了强大支撑。,（一）煤机技术发展概况：,（二）煤机智能化关键技术支撑体系：煤矿智能装备支撑技术：包括矿井透明地质精细化模型构建、煤矿灾害预测与防治、煤矿环境的智能感知与实时重构等。智能综采综放技术：如采煤机姿态感知、视频监控、记忆截

26、 割、自主定位等智能化技术。智能快速掘进技术：涉及智能超前探测、掘进装备的位姿精 准检测与导向、煤岩特性智能识别等。主/辅助运输系统智能感知与控制技术：包括智能驱动、自动 张紧、自移机尾、智能保护和煤流智能管控等。煤矿机器人技术：如本体防爆安全设计、多传感器融合环境 智能感知与障碍识别、自主定位与导航等。,（三）煤机产业发展方向：关键基础材料和先进加工工艺：提升煤机装备的可 靠性。柔性制造和虚拟仿真：实现煤机装备的个性化定制 和小批量生产。煤机装备再制造：促进煤机装备的绿色化、低碳化 发展。5G+工业互联网深度融合：提升煤机装备的生产链 和价值链内涵。工业大数据与人工智能：推动煤机装备智能创新

27、。物联网智能感知与互联：改善产品质量，提高生产 效率。信息物理系统与数字孪生系统：为煤机装备提供研 发、生产和服务过程的状态智能感知。,（四）技术发展方向：加强煤机智能技术与装备攻关：重点突破精准地质探 测、智能综采综放、连续高效主煤流/无人驾驶辅助 运输等技术与装备。完善煤机研制人才支撑体系：引进国外先进管理与技 术装备，构建“政产学研资”紧密合作的创新生态。规划引导与产业布局优化：推进产业链现代化，打造 高效协同产业链。建立煤机研制创新生态系统：加快相关法律法规、产 业政策的制定/修订，提高产品创新研发能力和可靠 性保障能力。,五、煤矿无人化智能开采系统理论与技术展望,系统架构：以矿井物联

28、网等为支撑环境，构建了以智能控制一体化中心为大脑、采支运设备为躯干、通信协议为神经网 络的综采智能开采控制体系，开发“感知、传输、决策、执行、运维、监管”6 个维 度的煤矿无人化智能化开采系统。新模式：形成以 5G、大数据、人工智能、区块链、物联网等新一代信息技术为基 础的“安全绿色，高效智能”的无人化智 能开采新模式。,（一）煤矿无人化智能开采系统及支撑环境：,开采控制路线：以综采自动化控制系统等三 大系统为基础，结合可视化远程干预技术，依靠新一代信息技术提升采煤智能化水平。发展阶段：经历了“有人巡视，中部跟机”“自 动找直，全面跟机”“无人巡视，远程干预”三 个阶段，未来将向“透明开采，面

29、内无人”发 展。,（二）无人化智能开采控制技术路线：,（三）无人化智能开采存在的问题：采煤机智能截割技术：1）精准地质模型的构建。赋存条件较复 杂工作面的精准地质建模技术仍有待进一步突破。2）煤岩界面识别 技术。随着深度学习、机器视觉、地质雷达等技术的逐渐发展进步，取得了一些进展，煤岩界面识别技术仍有待发展进步。3）采煤机精 准定位与自适应控制技术。难以实现三维空间的精准定位，液压油 缸的控制精度一般较低。液压支架智能自适应支护技术：1）机械结构的限制。工作面中 部液压支架的架型已经较为成熟，围岩断裂失稳形成的载荷远大于 液压支架的支护作用力。2）液压支架与围岩耦合控制机理的限制。立柱压力进行

30、监测，支护状态(姿态)并不清晰，围岩断裂结构、液压 支架载荷与支护状态之间的耦合关系也尚不明确，液压支架压力异 常原因不明，支护工况进行超前预测困难。3）液压支架智能控制系 统的限制。智能控制策略尚不成熟，油缸精度、部件间隙影响。,无线/无接触式智能高可靠性传感技术。现有传感器对井 下阴暗、潮湿复杂环境的适应性较差，可靠性低，且多为 有线、接触式传感器，布设困难、数据可靠性差。基于视 频图像识别、地质雷达、激光扫描等技术的无线/无接触 式传感器具有监测数据可靠性高、稳定性好、布设灵活等 优点，相关技术亟待突破。工作面高精度地质探测与精细建模技术。现有钻探、物探 等探测技术的探测精度、可靠性、探

31、测数据的可解释性等 仍然不能满足地质建模的要求，地质建模算法仍有待提高；除传统煤层厚度、断层、陷落柱等地质探测外，还应研发 非接触式应力探测技术，为精细地质模型构建奠定基础。,（四）探索、研究发展方向：,煤岩界面智能识别技术。煤岩界面识别一直是制约工作面 智能化开采的难题，虽然采用基于精准地质建模的智能截 割技术可以在一定程度上绕开该技术，但作为截割控制策 略的判断准则，该技术很难真正被绕开，基于地质雷达、视频图像识别等煤岩界面识别技术仍亟待突破。人员与设备三维空间高精度定位技术。传统定位技术主要 是进行平面位置定位，且定位精度难以满足要求，为了适 应工作面采煤机智能截割、刮板输送机直线度控制

32、、液压 支架位姿自适应调整等要求，亟需开展三维空间高精度定 位技术。,（四）探索、研究发展方向：,开采环境与开采系统耦合作用机理。工作面开采过程中环 境参数、工艺参数、设备参数等多参数的自适应耦合是智 能化开采的关键，如瓦斯浓度与采煤机割煤速度、煤壁稳 定性与支架支护参数等，环境感知信息与工作面开采系统 的耦合作用机制尚不清晰，亟待突破。工作面多设备协同控制技术。目前，采煤机、液压支架、刮板输送机等单机设备均具有不同程度的智能化功能，但 不同设备之间的智能联动控制策略尚不十分清晰，液压支 架群组自适应协同控制尚未实现，机架协同作业水平也未 满足智能化开采的要求，相关技术亟待提高。,（四）探索、

33、研究发展方向：,综采设备群故障智能诊断与远程运维技术。综采设备的 可靠性一直是制约工作面实现智能开采的难题。亟需开 展综采设备故障自诊断技术，基于多因素故障分析预测 模型，及时发现设备的潜在故障信息，提高设备的开机 率；亟需开展设备远程运维技术研发，提高设备运维水 平，降低运维成本。工作面多功能巡检机器人研发。井下复杂环境作业机器 人研发尚处于起步阶段，基于采煤机电缆槽的轨道机器 人已经在工作面推广应用，但机器人的功能比较单一，尚难以满足工作面智能化开采要求，亟需开展工作面多 功能机器人，以及机器人群协同作业技术，真正将工人 从井下繁重、危险的作业环境中解放出来。,（四）探索、研究发展方向：,

34、六、煤巷智能快速掘进技术与装备展望,巷道掘进的重要性：巷道掘进是井工煤矿的重 要生产环节，对实现安全高效开采至关重要。近年来，工作面自动化、智能化开采技术的发 展对巷道掘进提出了更高要求，包括提高掘进 速度、减少作业人员、改善作业环境等。影响掘进速度的因素：巷道掘进速度主要取决 于巷道地质与生产条件、掘进工艺与设备、支 护形式、参数、工艺及设备、运输系统以及各 个环节的相互匹配性。,（一）研究现状,超前探测：距离短、精度低、速度慢，地质数据不全面，可视化程度低。掘进控制：单机自动化程度低，多机协同作业能力差，整体开机率较低。支护：临时支护主动性、及时性较差，缺乏煤帮临时支护，锚杆（索）施工工艺

35、复杂，高度依赖人工，支护占用时间长，难以实现自动化，支 护与掘进设备协同性差。运输：支护材料的运输高度依赖人工，用人多，劳动强度高，辅助运输 已成为制约快速掘进的难题之一。控制：掘进、支护、运输等设备之间缺乏有效的通信手段，装备离散、工艺不连续，协同控制理论基础薄弱，装备群协同控制系统水平较低。监测：缺乏对掘进机、支护装备工况的实时、在线监测和随掘空顶区稳 定性监测，缺乏巷道全生命周期全方位、多源数据、实时精准监测系统，缺乏监测数据快速分析、反馈算法，不能及时指导支护设计的优化。,（二）存在问题：,（三）发展方向 总体目标：根据煤矿不同地质条件，开展煤巷快速掘进技术与装备集中攻关，使掘进与支护

36、作业由依赖人工到机械化、自动化、智能化，实现减人、提效。掘进全过程任务：包括掘前准备、掘中监控、掘后评价。掘前准备要进行地 质力学测试与评估，分析围岩稳定性等；掘中监控要实时监测围岩条件变化 等；掘后评价要进行施工质量检测与矿压监测等。掘进模式：根据我国煤巷地质条件，对于稳定巷道，优先采用掘锚一体化机 组；对于一般条件、断面较小的巷道，可采用小型化的掘锚一体化机组；对 于不稳定巷道，可采用悬臂式掘进机配有效临时支护和机载锚杆钻机的方式。自动化、智能化框架：将超前探测、掘进、支护、运输、通风、降尘等全系 统进行自动化、智能化升级，实现智能、高效、少人甚至无人。包括快速、准确的围岩地质力学参数获取

37、技术，掘进装备高精度定位、导航技术仪器，自动化、智能化截割技术，临时支护技术，锚杆、锚索自动化施工技术与装 备，巷道围岩稳定性自主评价与动态智能支护设计。,七、煤矿安全监控智能化技术展望,煤矿安全技术发展概况：我国煤炭安全技术发展经历了起步期、提升期、快速发展期、技术转型期和智能化发展期，目前已构 建了生态优先、绿色低碳、智能高效的安全生产技术体系。煤炭安全生产面临的挑战：随着开采深度增加，地应力升高、扰动效应增强，灾害风险加剧，且灾害呈现耦合致灾的变化特 征，超前预测预警与防治难度加大。煤矿灾害防治面临的挑战：矿井灾害尤其是多灾种耦合致灾机 理尚未完全掌握，灾害信息尚未实现面域化全面感知，专

38、业壁 垒现象阻碍数据的融合分析，灾害监测、防治、生产未形成有 效协同，精准地质保障能力不足。,（一）煤矿安全生产与智能安控的现状l煤矿安全技术发展概况：,l要求煤矿灾害防治和安全管理深 度融合于开采活动的所有环节，有效融合多源信息，构建安全生 产领域知识图谱。,（二）煤矿灾害智能化防治发展需求,井下安全隐患 AI 视频监测技术：对井下实时视频图像数据 进行处理，实现对人员违章操作、不规范作业和设备设施安 全隐患的自动识别、记录、报警、联动控制。智能高精度传感技术：智能传感器应具备自适应、智能组态、自推演与自学习的典型功能。火灾智能防治技术：通过采用多种技术，对内、外因火灾的 相关致灾因素和发火

39、前兆信息进行实时监测和集中显示，实 现对井下火灾的智能预测、预警与控制。冲击地压智能防治技术：通过建立全维感知体系、预警指标 体系和防治技术与装备，实现对冲击地压的智能预测、预警,（三）煤矿智能安控关键技术,与防治。,（三）煤矿智能安控关键技术l瓦斯灾害智能防治技术：瓦斯灾害智能防治技术：通过建立预警模型，联网实时采集感知数据并进行数据处理与多源信息融合，实现 瓦斯灾害超前预警与联动控制。,（三）煤矿智能安控关键技术l工作面顶板灾害智能防治技术：工作面顶板灾害智能防治技术：基于液压支架与围岩的“三耦合”理论，建立工作面顶板灾害预测、预警系统，实现对工作面顶板灾害的智能预测与预警。,l水灾智能防

40、治技术：水灾智能防治技术：使用多种技术对 矿井水的突水水源和通道进行探测与 识别，建立水文实时监测数据库及水 实时害防治模型库，实现水灾的前兆 判识和超前预警。,（三）煤矿智能安控关键技术,l井下粉尘智能防治技术：井下粉尘智能防治技术：通过研究粉尘 产生、扩散机理与降尘机制，建立智能 感知系统，并与自动化高效除尘装置实 现智能联动控制。,（三）煤矿智能安控关键技术,八、矿山人员、设备、环境感知技术展望,重要性：煤炭在我国一次性能源和消费结构中 占据主导地位，但随着开采深度的增加，矿山 安全生产面临严峻挑战。技术融合：物联网、大数据、人工智能等技术 的融合为解决矿山安全生产问题提供了全新的 解决

41、方案。现状问题：当前矿山物联网建设尚处于起步阶 段，存在诸多智能化感知、控制、管理与决策 问题，尚未形成成熟的物联网解决方案。,（一）背景与挑战,（二）矿山安全生产物联网技术体系建设：目标与内容：形成面向矿山安全生产的智能化服务 体系，开展基础理论研究、组织技术攻关、制定标 准、研发网络与技术装备、研究大数据处理与服务 技术体系及平台并通过示范工程完善相关研究。人机环状态感知理论与方法：基于分析关键要 素状态机理和演化规律，研究信息统一描述方法、融合交互分析方法、“虚实融合”感知模型、大数据 分析方法等，为安全态势预测预警提供支撑。人机环状态感知关键技术：智能传感技术、高 效信息交互与融合通信

42、网络技术以及大数据管理平 台。智能化应用服务：研究矿山设备智能调度与协同管 控优化方法、安全态势评价指标和方法体系，研发 安全态势分析及预测预警系统。,基于本体的人机环感知信息统一描述方法：提出信息统一描 述方法，解决多源异构问题，实现信息的描述、交换、共享和 重用，设计信息交互体系，构建矿山人员、设备和环境本体。基于数字孪生的“虚实融合”感知体系：分析关键要素状态机理 和演化规律，建立“虚实融合”感知体系，完成物理模型重构，设计虚拟智能体，实现虚拟数字模型对物理实体模型的演化模 拟等。基于语义的人机环运行状态知识库：结合“虚实融合”感知体 系，研究运行状态模式与异常发生机制，建立知识关联关系

43、与 指标体系，构建人员行为安全状态知识库、矿山设备系统/关键 部件状态知识库和矿山环境描述指标体系。人机环状态判识方法：分析不安全状态特征，研究多源感知 信息的内在关联及时空分布特性，建立安全状态实时诊断与智 能辨识模型与算法，包括人员不安全行为识别方法、矿山设备,（三）矿山人 机 环虚实融合感知关键理论：,系统状态分析与诊断预测方法、环境安全感知跨时空预测模型。,智能传感技术：开展矿用光学等多参数传感机理与装置的研 制工作，解决传感器存在的问题，为矿山物联网提供技术支 撑；研究工作面生产过程感知技术，实现地下开采装备精确 定位和导航；研究能量自动捕获技术，研发能量自治传感装 置；开展传感装置

44、智能化集成研究。编码标准与交互协议：建设兼容、规范的编码体系，研究编 码方法、逻辑表达模型、交互协议校验平台等，实现矿山物 联网的动态编码和解析，满足数据分发和时延敏感应用需求。融合通信网络技术：研究适应矿山网络结构特点的融合通信 网络架构与传输技术，满足矿山物联网综合接入服务的需求，建立融合网络架构，满足不同信息化应用的需求。矿山物联网数据平台：研究信息高效接入与预处理、矿山大 数据分布式存储、分布式计算服务和大数据分析等技术，构,（四）矿山人 机 环信息感知关键技术：,建安全可靠的矿山大数据处理与服务平台。,智能调度与协同管控：研究设备运行状态多 源传感器数据融合分析与状态诊断方法，实 现多设备之间的协同管控，提升矿山安全生 产过程中的多目标优化。安全态势分析与预测预警：研发矿山安全态 势分析及预测预警系统，实现对矿山安全态 势的评价与预测信息的多维可视化，解决复 杂环境下矿山安全态势难以预测的问题。,（五）智能应用关键技术：,谢 谢！,