煤矿无人化智能开采系统理论与技术研发进展
Progresses in theory and technological development of unmanned smart mining system
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摘要: 提出以矿井物联网和先进传感等通信方式为支撑环境，构建“ 感知、传输、决策、执行、运 维、监管”六维度智能开采控制系统;基于此系统架构，提出无人化智能开采控制技术路线和系统 方案;最后，对煤矿无人化智能开采系统的理论和技术研发最新进展进行了详细论述。 利用双光谱 热红外摄像及图像增强技术，解决综采工作面生产工况条件下的视觉监控透尘问题;提出多目视频 帧图像融合和全景视频拼接技术，解决工作面大视角覆盖以及实时无死角视频监控问题;利用三维 颜色查找法，解决增强算法在质量和实时性难以满足井下视觉测量任务的问题。 工作面设备自适 应控制进一步发展:构建精准三维地质模型，进行开采预测和模型动态修正，为智能开采提供精准 地质保障;结合采煤机截割模板修正技术、工作面多源信息融合智能控制技术，规划采煤机割煤路 线;利用新一代信息技术，实现高质量的视频传输，满足智能控制及感知设备的无线接入;利用远距 离液压保障技术，在有限开采空间内减轻检修强度、增加安全性。 在行业当前普遍采用的“工作面 内自动控制+远程干预模式” 的智能化开采技术基础上，提出了新一代无人化智能采煤控制技术方 法，设计了“ 井上智能决策、井下自动执行、面内无人作业” 的智能无人开采模式;提出聚焦“ 一网到 底” 的网络型控制系统、基于透明地质的采煤机自主规划割煤技术、云台摄像机自动跟机视频技术 以及基于一体化操作座椅的地面远控平台等关键技术的研发，并应用于黄陵一矿 627 智能化工作 面，实现工作面 1 人巡视，采煤机自主规划截割，地面 2 人远程辅助控制的常态化生产。Abstract: This paper proposes to build a six⁃dimension smart mining control system of “perception，transmission，deci⁃ sion⁃making，implementation，operation and maintenance，and supervision” based on the supporting environment of the mine internet of things and advanced sensing communication methods. Furthermore，under the guidance of this system，the technical route and system scheme of unmanned smart mining control are developed. Finally，the latest development of the theory and technology of unmanned smart mining system in coal mines is discussed in detail. Dual spectrum thermal infrared camera and image enhancement technology are proposed to solve the problem of dust pene⁃ tration of visual monitoring under the production conditions of fully mechanized mining face. The technology of multi⁃ ple⁃camera video frame image fusion and panorama video splicing is proposed to solve the problems of large angle cov⁃ erage and real⁃time dead angle video monitoring in the working face. The 3D color search method is used to solve the problem that the enhancement algorithm is difficult to meet the underground visual measurement task in quality and re⁃ al⁃time. The adaptive control of the working face equipment is further developed，including that the accurate 3D geo⁃ logical model is built，and the mining prediction and dynamic correction of the model is proposed，which provide accu⁃ rate geological support for smart mining. Combined with the correction technology of shearer cutting template and the smart control technology of multi⁃source information fusion of working face，the cutting route of shearer can be predic⁃ ted. The new generation of information technology is used to achieve high⁃quality video transmission and meet the wireless access of smart control and sensing devices. A long⁃distance hydraulic guarantee technology is implemented to alleviate maintenance intensity and improve safety in limited mining space. The Yujialiang Coal Mine has proposed a new generation of smart unmanned coal mining control technology method，and designed a smart unmanned min⁃ ing mode of “intelligent decision⁃making in surface office，automatic execution in underground mine，and unmanned operation in mine working face”. No. 627 smart working face of the Huangling No. 1 Coal Mine has focused on the re⁃ search and development of key technologies such as the network control system of “one network to the bottom”，the autonomous planning coal cutting technology of shearers based on transparent geology，the automatic tracking vide⁃ o technology of PTZ cameras，and the ground remote control platform based on integrated operation seats. Normalized production has been realized with one person patrolling the working face，the shearer independently planning and cut⁃ ting，and two people on the surface for remote auxiliary control.
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期刊类型引用(79)
1. 毛清华，苏毅楠，贺高峰，翟姣，王荣泉，尚新芒. 基于改进YOLOv8模型的井下人员入侵带式输送机危险区域智能识别. 工矿自动化. 2025(01): 11-20+103 . 
百度学术
2. 云俊文，赵仁亮. 基于灵敏度分析的矿用卸荷阀性能优化研究. 机床与液压. 2025(03): 191-198 . 百度学术
3. 李小军，赵明炀，李淼. 基于深度学习的钻孔冲煤量智能识别方法. 煤田地质与勘探. 2025(01): 257-270 . 百度学术
4. 余葱卉. 基于专利文本挖掘的中国煤矿智能化技术演化分析. 科技和产业. 2025(04): 187-192 . 百度学术
5. 王国法，张金虎，任怀伟，杜毅博，张德生，闫汝瑜，于翔. 煤炭高效开采数智技术与成套装备研究及应用. 煤炭学报. 2025(01): 43-64 . 本站查看
6. 赵继云，曹超，王浩，泮延召，黄笛，韩静，苗运江. 液压支架大功率供液系统的现状与智能化发展趋势. 煤炭学报. 2025(01): 676-693 . 本站查看
7. 赵正阳，臧传伟. 矿井智能地质保障系统研究与应用. 中国煤炭. 2025(02): 135-142 . 百度学术
8. 林恩强. 智能开采信号转换器的多功能接口设计与实现. 煤矿机电. 2025(01): 37-41 . 百度学术
9. 郭晋辉. 基于ICEEMDAN-NOA-SVM的采煤机截割部轴承故障诊断技术. 煤炭工程. 2025(02): 156-162 . 百度学术
10. 杨艺，杨艳磊，王田，王科平. 基于多重信息自注意力的综采工作面目标行为识别. 煤炭学报. 2025(02): 1425-1442 . 本站查看
11. 王浥晨，王学文，马凯，李辉，倪强，谢嘉成. 基于全向激光雷达的液压支架护帮板与采煤机防撞监测预警系统研究. 河南理工大学学报(自然科学版). 2025(03): 44-52 . 百度学术
12. 任助理，朱红洋，袁瑞甫，王伸. 三维激光扫描技术在地下矿山中的应用综述与展望. 河南理工大学学报(自然科学版). 2025(03): 89-100 . 百度学术
13. 付翔，闫明. 煤炭开采技术的人工智能应用. 绿色矿山. 2025(01): 63-72 . 百度学术
14. 潘杉，于挺，岳中文，田子建，金庆雨. 轻量化炮孔图像检测与定位方法. 煤炭学报. 2025(03): 1838-1848 . 本站查看
15. 钟振涛. 基于物联网的煤矿开采电气设备远程监控系统研究. 电气技术与经济. 2025(04): 58-60+64 . 百度学术
16. 梁跃辉，石必明，岳基伟，王成，胡涛. 石门揭煤局部防突措施研究进展及展望. 煤矿安全. 2024(01): 1-13 . 百度学术
17. 齐爱玲，王雨，马宏伟. 基于改进门控循环神经网络的采煤机滚筒调高量预测. 工矿自动化. 2024(02): 116-123 . 百度学术
18. 秦泽宇，王伟涛，冯银辉，崔耀，王建兵，王帅. 综采机电设备智能化管控平台研究与应用. 中国煤炭. 2024(02): 77-83 . 百度学术
19. 李伟，孙希奎. 深地煤炭资源安全高效智能化开采关键技术与实践. 煤炭科学技术. 2024(01): 52-64 . 百度学术
20. 王磊，付晨妍，齐俊艳. 基于RT-Thread的液压支架监控分站的设计. 煤炭技术. 2024(03): 250-254 . 百度学术
21. 杨科，范超尘，刘静波，吴劲松，池小楼，张杰. 极复杂条件煤层智能化开采安全保障体系及关键技术. 矿业研究与开发. 2024(03): 164-170 . 百度学术
22. 吴利刚，陈乐，张梁，史建华. 基于轻量化与多信息融合的输送带块煤实时监测方法. 控制工程. 2024(03): 518-525 . 百度学术
23. 王国法，庞义辉，任怀伟，战凯，杜明，张勇，程健，杜毅博，张建中，巩师鑫，王丹丹，孟令宇，孟积渐. 智慧矿山系统工程及关键技术研究与实践. 煤炭学报. 2024(01): 181-202 . 本站查看
24. 才庆祥，陈彦龙. 中国露天煤矿70年成就回顾及高质量发展架构体系. 煤炭学报. 2024(01): 235-260 . 本站查看
25. 刘盛东，杨彩，章俊，李纯阳，任川. 矿井微震与电法耦合监测技术. 煤炭学报. 2024(01): 586-600 . 本站查看
26. 刘峰，郭林峰，张建明，王蕾. 煤炭工业数字智能绿色三化协同模式与新质生产力建设路径. 煤炭学报. 2024(01): 1-15 . 本站查看
27. 毛君，杨润坤，谢苗，卢进南，王贺，刘治翔，王帅. 煤矿智能快速掘进关键技术研究现状及展望. 煤炭学报. 2024(02): 1214-1229 . 本站查看
28. 张琪，盛武. 基于CiteSpace对国内智能矿山领域数字孪生的可视化分析. 兰州工业学院学报. 2024(02): 85-90 . 百度学术
29. 李红伟，王峰. 无人化煤矿挖掘技术发展与应用前景探析. 中国高新科技. 2024(03): 85-87 . 百度学术
30. 付翔，李浩杰，张锦涛，王然风，王宏伟，秦一凡. 综采液压支架中部跟机多模态人机协同控制系统. 煤炭学报. 2024(03): 1717-1730 . 本站查看
31. 张旭辉，王悦，杨文娟，陈鑫，张超，黄梦瑶，刘彦徽，杨骏豪. 基于改进最佳缝合线的矿井图像拼接方法. 工矿自动化. 2024(04): 9-17 . 百度学术
32. 李重重，姚钰鹏. 基于工况触发的采煤机滚筒截割高度模板生成方法. 工矿自动化. 2024(04): 144-152 . 百度学术
33. 徐文辉，钟胜，邹旭，何顶新. 红外图像量化影响目标检测性能实验研究. 实验室研究与探索. 2024(05): 15-20 . 百度学术
34. 黄若洪，吴岩，程云涛，姚红春. 基于微服务架构的智慧矿山基础平台建设. 测绘通报. 2024(S1): 221-225 . 百度学术
35. 袁晓芳，何嘉伟，孙林辉，李竹珺. 智能煤矿综采控制系统双人协同作业情境意识研究. 人类工效学. 2024(02): 1-8+29 . 百度学术
36. 魏文艳，吴桐. 综采工作面智能感知技术的发展应用与前景综述. 煤炭工程. 2024(05): 160-165 . 百度学术
37. 郑闯，李丹宁，冯银辉. 基于工艺驱动的采煤机智能截割调控. 工矿自动化. 2024(05): 23-27+150 . 百度学术
38. 邹云兴，李标. 煤矿采煤机自动拖缆装置及控制方法研究. 工矿自动化. 2024(S1): 179-182 . 百度学术
39. 李向波，王伟，王统诚. 煤矿井下过滤站滤芯材料对比研究. 煤矿机械. 2024(07): 39-41 . 百度学术
40. 牟琦，葛相甫，王新月，李磊，李占利. 基于多尺度梯度域引导滤波的煤矿井下图像增强方法. 工矿自动化. 2024(06): 79-88+111 . 百度学术
41. 时宝，韩浩亮，庞博，包若羽，刘懿，伦嘉云. 新时期煤矿机械化与智能化发展现状及协同路径探讨. 煤炭科技. 2024(03): 1-6 . 百度学术
42. 付振. 基于自适应通信网络的液压支架电液控制器设计与应用. 煤矿机械. 2024(08): 194-198 . 百度学术
43. 李晨鑫. 煤矿用5G关键技术研究现状与发展方向. 工矿自动化. 2024(07): 79-88 . 百度学术
44. 邱锦波，刘聪，吴昊坤，庄德玉，朱胜强. 采煤机智能化发展现状及关键技术展望. 工矿自动化. 2024(07): 64-78 . 百度学术
45. 张云，童亮，来兴平，曹胜根，闫保旭，刘永孜，孙浩强，杨彦斌，何伟. 基于机器视觉的煤尘环境下掘进空间煤岩界面感知与精准识别. 煤炭学报. 2024(07): 3276-3290 . 本站查看
46. 任广燕，史云，李旭，董博，党恩辉. 基于AI智能识别的输送机安全控制应用系统. 陕西煤炭. 2024(09): 153-157 . 百度学术
47. 马言. 恒昇煤业9304工作面风巷主动式超前支护技术研究. 能源技术与管理. 2024(04): 99-101+203 . 百度学术
48. 张泰铭，姚西龙. 基于透明地质规划截割的中厚煤层智能开采模式研究. 煤矿现代化. 2024(05): 61-65+72 . 百度学术
49. 张太生. 基于改进MobileNetV2的钻杆计数方法研究. 自动化应用. 2024(16): 252-255+268 . 百度学术
50. 韩扬. 基于声音传感技术的煤矿综采作业安全监测系统设计. 电声技术. 2024(09): 146-148 . 百度学术
51. 王祖洸，王伸，李东印，李化敏，王文，岳帅帅，李东辉. 基于支架结构运动学的放煤机构精准控制研究. 工矿自动化. 2024(09): 28-40 . 百度学术
52. 陈帅. 大型露天煤矿智能控制开采系统及应用效果. 露天采矿技术. 2024(05): 26-30 . 百度学术
53. 薛旭升，杨星云，岳佳宁，王川伟，毛清华，马宏伟，王荣泉. 煤矿巷道空间毫米波雷达测量特性与重建方法. 煤田地质与勘探. 2024(10): 186-194 . 百度学术
54. 王云飞，赵继云，张鹤，王浩，张阳. 基于神经网络补偿的液压支架群推移系统直线度控制方法. 煤炭科学技术. 2024(11): 174-185 . 百度学术
55. 王国法，张建中，刘再斌，庞义辉，王佟，桑聪. 煤炭绿色开发复杂巨系统数智化技术进展. 煤炭科学技术. 2024(11): 1-16 . 百度学术
56. 刘超，李川田，付玉平. 物联网技术在煤矿工作面标准化应用研究. 内蒙古煤炭经济. 2024(21): 112-114 . 百度学术
57. 田锋. 大阳矿掘进工作面智能化升级研究. 科技创新与生产力. 2024(12): 127-129 . 百度学术
58. 樊红卫，张超，刘金鹏，闫昕山，任跃武，王荣泉，李琳. 一种基于改进DeblurGAN-v2的煤矿带式输送机图像去运动模糊方法. 煤炭学报. 2024(S2): 1234-1247 . 本站查看
59. 雷声，张金虎，李艳鹏，刘培源. 基于HSV空间的煤矿不均匀照度图像修复算法研究. 煤炭科学技术. 2024(S2): 384-392 . 百度学术
60. 季亮，宋鹏飞，邹盛，郝大彬. 机器视觉技术在煤矿智能运输系统的应用综述. 内蒙古煤炭经济. 2023(04): 11-14 . 百度学术
61. 王国法，杜毅博，陈晓晶，王晖，包建军，邢震，贺耀宜，韩安，顾义东. 从煤矿机械化到自动化和智能化的发展与创新实践——纪念《工矿自动化》创刊50周年. 工矿自动化. 2023(06): 1-18 . 百度学术
62. 张鹏，吝柏. 矿井智能化无人化建设研究. 西部探矿工程. 2023(07): 129-131 . 百度学术
63. 王国法，孟令宇. 煤矿智能化及其技术装备发展. 中国煤炭. 2023(07): 1-13 . 百度学术
64. 徐丽丽，栗继祖，徐新华. 基于智能综采集控台人机系统的认知负荷研究. 中国煤炭. 2023(08): 54-64 . 百度学术
65. 邵常雄，高强，毛玉坤. 千万吨级“两矿一核心”5G+工作面全景拼接项目研究. 中国高新科技. 2023(13): 76-77+105 . 百度学术
66. 刘伟. 基于机电液联合的液压支架智能供液系统压力波动特性研究. 自动化应用. 2023(17): 206-208 . 百度学术
67. 任怀伟，张帅，薛国华，赵叔吉，张玉良，李建. 液压支架自动跟机动态规律研究. 工矿自动化. 2023(09): 47-54 . 百度学术
68. 付翔，秦一凡，李浩杰，牛鹏昊. 新一代智能煤矿人工智能赋能技术研究综述. 工矿自动化. 2023(09): 122-131+139 . 百度学术
69. 曹现刚，段雍，赵江滨，杨鑫，赵福媛，樊红卫. 综采设备健康状态评估研究综述. 工矿自动化. 2023(09): 23-35+97 . 百度学术
70. 李晨鑫. 基于5G的矿用装备远程控制技术研究. 工矿自动化. 2023(09): 90-97 . 百度学术
71. 焦明之，沈中丽，周扬明，何新建，贺耀宜. 面向煤矿混合气体检测的神经网络算法研究进展. 工矿自动化. 2023(09): 115-121 . 百度学术
72. 王国法，巩师鑫，申凯. 煤矿智能安控技术体系与高质量发展对策. 矿业安全与环保. 2023(05): 1-8 . 百度学术
73. 马志刚，高照. 云边协同在矿井视频监控系统设计中的应用. 无线互联科技. 2023(19): 79-81 . 百度学术
74. 康红普，任世华，王保强，陈佩佩，郑德志，庞义辉，张亚宁，陈茜，刘跃东，焦小淼. 煤炭工业数字化发展战略研究. 中国工程科学. 2023(06): 170-178 . 百度学术
75. 张鑫. 西北某煤矿智能化矿井建设分析. 煤炭加工与综合利用. 2023(12): 81-86 . 百度学术
76. 李军. 基于振动信号的钻机工况判断研究. 山东煤炭科技. 2023(12): 108-111 . 百度学术
77. 赵安新，黎梁，刘柯，张育刚，王伟峰. 煤矿井下钻孔裂隙识别技术. 西安科技大学学报. 2023(06): 1158-1167 . 百度学术
78. 张启志，刘聪，陈中梁，李翔. 基于惯性导航的工作面直线度检测系统验证装置的研制. 煤矿机电. 2023(06): 7-9+14 . 百度学术
79. 王雷，张硕，徐泽鹏. 智能化建设对井下煤矿工人劳动强度的影响研究. 煤炭经济研究. 2023(11): 72-79 . 百度学术
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