摘要：煤炭智能化开采技术受限于井下特殊作业环境，仍需要围绕安全、高效开采两大目标，攻关智能化采煤深水区，突破环境的智能感知，采掘装备的智能决策、控制，自动化执行，形成一套智能化采煤系统。
本文总结了我国当前推广应用的可视化远程干预的智能化采煤技术，并对该技术的局限性进行分析，基于对复杂地质条件下智能化采煤技术、科学难题的分析提出了智能化采煤系统的基本架构和技术内涵，并分析了相应关键技术的突破方向，最后介绍了相关工程技术实践情况，希望为广大煤炭智能化开采工作者提供参考，进一步提升行业技术的发展。
关键词：智能化采煤；智能装备；系统架构；关键技术
引言
煤炭行业自实现综合机械化开采以来，已经逐渐普及自动化开采，并逐渐进入智能化开采阶段，同时，智慧煤矿和智能化矿井概念逐步清晰，标准规范逐步完备，为大规模推广应用奠定了基础。
1基于可视化远程干预的智能化采煤技术现状
1.1基于巡检机器人辅助的工作面智能化
开采机器人是智能化开采系统强有力的补充，将逐步取代人类在危险的综采工作面从事的一些非日常的工作。通过在采掘设备上加装具有合适光源和视觉、听觉、振动等传感器的遥控机器人，经过人工智能化处理，可以维护和管理工作面自主开采作业。
1.2基于视频监控的远程干预综采智能化
1.2.1可视远程干预无人化开采技术
以实现综采工作面常态化无人作业为目标，以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础，以生产系统智能化控制软件为核心，实现在巷道监控中心或地面对综采设备的智能监测与集中控制，确保工作面割煤、推移刮板输送机、移架、运输、消尘等智能化运行，达到工作面连续、安全、高效开采。
1.2.2综采全息远程实时增强现实技术
综采工作面增强现实系统对开采三机装备和开采场景等运动变化物体跟踪注册，通过摄像机定标、计算定位参数，确定摄像机与运动物体间的相对位置和方向；调用三维图形库，将运动参数赋予三维虚拟场景中的虚拟摄像机使之与真实环境中的摄像机保持同步；虚拟增强物体的投影注册，虚拟增强信息与真实场景的合成，建成综采工作面生产时的增强现实远程视觉跟踪控制系统。
1.3采煤机智能化技术
我国煤矿有很大一部分都是井工采矿，在煤矿的深层很容易造成瓦斯聚集的现象，总而引发瓦斯爆炸，由于井工采矿的不可控性，很容易造成岩层坍塌以及突水等地质灾害，使得矿井采矿的过程普遍出现灾害多、人员多，伤亡多以及效率低的现状。采煤机作为采煤过程中的主要挖掘工具，在采煤过程中占有不可忽视的作用，因此对采煤机智能技术的研究开发就显得十分有必要。当前采煤机智能化技术主要是从采煤机对于煤岩层的参数识别和线路截割进行研究，其主要是为了实现采煤机能够在无人驾驶的情况下，对煤岩层进行识别，对于煤矿的各种数据信息能够进行第一手采集并传送到地面数据中心，能够在地下深处对地面进行数据传送，并接收到地面的指示信号，对煤层进行科学合理的开采。
2智能化开采存在的问题
2.1智能化开采技术适应性问题
围岩结构和矿压显现规律不清楚，无有效实时预测与处置技术，不能保障安全连续推进。煤岩层空间信息不精准，无实时高精度感知方法和手段，不能实现精确控制。综采装备控制与煤层信息不关联，无法及时响应煤层动态变化，不能自适应割煤。
2.2科学问题
（1）开采空间多元信息采集及交叉融合。传统采煤多是依赖生产人员经验分析，再做出相应控制决策，而这些决策的依据多是来源于人工感知和经验分析。
如何能够将人工感知通过多功能、多参量、多维度的智能传感器进行替代，实现对煤矿复杂开采空间内煤层、环境、装备的多维对象的信息采集、交叉，继而形成一个由多元数据融合、统一的数据平台，将是后续能够提取出指导生产的有效信息的基础与关键。
（2）智能化采煤决策、控制基础理论。煤炭智能化开采决策与装备控制涉及开采装备与围岩耦合、开采装备群之间相互作用、工作面连续开采工艺选择等多种复杂因素相互关联问题。伴随着煤炭开采，多种因素相关影响、相互作用、相互关联。存在的关键基础理论主要有支架-围岩耦合作用机理，液压支架自适应控制机制、采煤机调高控制机制、装备群协同控制原理、开采行为与生产决策关联规律等。
3智能化采煤系统架构
3.1感知层
感知层是煤矿动力灾害精准预警物联网发展与应用的基础，主要包括前兆信息采集技术和多网接入技术。前兆信息采集技术主要是通过研制光纤微震传感、三轴高灵敏度应力传感、分布式多点激光甲烷监测、钻屑瓦斯解吸指标和钻孔瓦斯涌出初速度测量等泛在传感技术及装备，实现灾害前兆信息的深度感知、高精度监测。多网接入技术主要包括无线自组网技术、路由管理技术、抗干扰技术等。通过研制井下受限空间内ＺｉｇＢｅｅ，６ＬｏＷＰＡＮ，ＷｉＦｉ无线自组网及路由管理技术及装备，开发基于分布式总线的信号连续均匀覆盖的技术及装备，实现非在线监测数据的灵活接入；通过开发多系统近址共建供电源防护及空间布设、多网融合各系统自身抗电磁干扰、干扰源分析及分布规律建模等技术，解决系统及装备的高可靠、抗干扰问题。
3.2应用层
应用层是煤矿动力灾害精准预警物联网发展的目的，主要包括危险区域辨识、智能评价方法和灾害预警服务等。采用大数据深度学习理论，提出面向灾变区域预测模型的全息全局学习方法，进而发现煤矿动力灾害事故的内在规律。
4智能化采煤关键技术
4.1智能开采工艺分析决策技术
推进以综采成套装备为执行系统，依靠高效智能感知-决策模型，实现智能化采煤过程“感知、分析、决策、控制”闭环控制。研究基于液压支架承载特征感知反演的围岩失稳研判依据与控制机理，提出适应液压支架的姿态自适应控制原理，重点解决仰俯采等复杂条件下液压支架自动跟机移架、液压支架自适应控制方法、以及液压支架对围岩的自适应耦合控制等技术难点。构建基于统一平台的综采设备群姿态、位置关系的运动学模型，研究满足综采生产工艺与作业需求的综采设备群分布式协同控制原理，综采设备群在时变多因素干扰下的位姿协同控制方法，装备群协同控制与生产工艺智能结合方法，解决影响工作面连续、稳定推进的刮板输送机上窜下滑、伪斜失调、工作面端部与转载部协同推进等突出问题。
4.2开采系统智能运维技术
由于开采地质条件的不断变化，煤层赋存状态的不确定性，因此智能开采还不能完全离开人的智慧，需要发挥机器和人各自的特长，规避人机各自的短处，现阶段还不能完全离开人的干预和控制。因此，需要建立工作面自动化专家决策系统，融合“人、机、环、管”过程的数据及信息，进行深度数据挖掘，从而实现对工作面的“预测、预判、预控”。
结语
煤层的开采事关能源利用的充分性，对煤矿做到智能化的开采，可以为节省人力，保障更多矿工的生命安全，给更多人带来幸福的生活，给在冬天里被寒冷侵袭的人民群众送来阵阵暖意。智能化采煤设备关键技术的研究是我国步入新的社会主义阶段面临的长大调整，也是我国应对新的国际形势，应该采取的必要措施。
参考文献
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