引言

煤矿智能化开采是指利用现代信息技术、人工智能、大数据、物联网等先进技术，对煤矿开采过程进行智能化改造，实现开采作业的自动化、智能化和无人化，提高开采效率，降低人力成本，提升安全水平。近十年来，我国煤矿开采科技创新工作取得了显著成绩，煤炭开采水平已接近或部分达到世界先进水平，但真正实现完全智能开采仍面临诸多难题。

1. 煤矿智能化开采现状分析

1.1 国内现状

近年来，我国煤矿智能化开采技术取得了长足进步。截至2019年底，我国已成功建立200余个智能化采煤工作面，实现了少人化开采。然而，从整体上看，煤矿智能化开采技术仍处于初级阶段，智能化水平参差不齐。主要问题包括：技术成熟度不足：虽然部分技术在实验室或示范项目中取得了成功，但大规模推广应用仍面临技术瓶颈^[1]。地质条件复杂：我国煤矿地质条件复杂多变，智能化开采设备在不同地质条件下的适应性有待提高。标准体系不完善：煤矿智能化开采缺乏统一的技术标准和规范，导致不同企业之间的技术壁垒较高。

1.2 国外现状

进入21世纪以来，国外煤矿开采追求“安全、高效、简单、实用、可靠、经济”的原则，智能开采技术取得了显著进展。以澳大利亚为例，其综采自动化项目（LASC系统）通过采用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法，实现了采煤机位置的三维精确定位和工作面的全自动化割煤。此外，国外煤矿还广泛应用自动化+可视化的开采模式，通过远程操控和智能识别技术，实现了无人或少人开采。

2. 煤矿智能化开采模式

2.1自动化+可视化模式

自动化+可视化的开采模式是将自动化技术与可视化技术相结合，通过先进的智能化技术实现无人或少人开采。该模式的核心在于：

远程操控：利用远程操控技术，操作人员可以在地面或控制中心对井下设备进行实时监控和操作，实现开采作业的远程干预。智能识别：通过智能视频识别、雷达探测等技术，对开采过程中的煤岩进行实时分析，提高开采精度和安全性。数据驱动：基于大数据和云计算平台，对开采过程中的各种数据进行实时采集、处理和分析，为决策提供科学依据。

2.2无人化智能开采模式

无人化智能开采模式是实现煤矿开采智能化的最终目标。该模式通过集成先进的智能化设备和系统，实现开采作业的全面自动化和无人化。具体包括：智能规划截割：基于高可靠的综采成套装备，研发采煤工艺驱动引擎和规划截割控制技术，实现采煤机的智能规划和自动截割。一体化远程操控平台：研发一体化“沉浸式”远程开采操控平台，实现地面规划采煤、装备自动执行、面内无人作业的无人化开采新模式。智能安全保障：通过智能安全防护系统，对矿井生产过程进行实时监测和预警，确保开采作业的安全进行。

3．煤矿智能化开采存在的挑战

煤矿智能化开采在推动行业转型升级和提高生产效率的同时，也面临着一些问题和挑战。这些问题主要集中在技术、管理、人才、标准等方面，具体如下：

3.1技术层面的挑战

数据标准不统一：煤矿生产运营管理过程中存在大量多源异构数据，数据存储方式、处理方法等均存在差异，导致数据之间尚没有实现兼容、互通。这限制了智能化系统的高效运行和数据的深度挖掘。

网络通信协议兼容性差：现有煤矿各系统的通信网络协议多样，各类感知设备采用的通信技术标准各不相同，相互之间不能互联互通，导致信息传输受阻、整体稳定性差。

智能化技术适应性差：智能化开采技术对复杂煤层条件的适应性有待提高，综采设备群的智能协同控制效果有待提升^[2]。特别是在频繁接续的采煤工作面，智能化软件平台需要频繁调整以适应新工作面的变化，增加了软件开发和维护的难度。

5G技术应用尚不成熟：5G技术在煤矿的应用仍处于网络改进层面，缺乏针对煤矿井下环境的深入研发和应用场景的突破。同时，可规模化应用的低成本5G芯片尚未突破，限制了5G智能终端的研发和部署。

“透明地质”技术保障不足：地质探测技术的探测精度、范围尚难以满足煤矿智能化建设要求，地质体三维高精度建模技术有待提升。地质信息与工程信息尚未实现有效融合，影响了智能化开采的精准度和安全性。

3.2管理层面存在的挑战

智能化建设进展不平衡：不同地区、不同煤矿的智能化建设基础和发展水平存在差异，导致整体智能化建设进展不平衡。一些煤矿的智能化建设仍处于初级阶段，未能充分发挥智能化技术的优势。

管理模式不适应智能化发展：传统的管理模式难以适应智能化煤矿的需求，智能化煤矿需要建立与之相适应的管理理念和生产模式。然而，目前许多煤矿在智能化建设过程中仍沿用传统的管理模式，导致智能化系统无法充分发挥其效能。

3.3人才层面存在的挑战

专业技术人才短缺：煤矿智能化建设需要高素质的专业技术人才，包括信息技术、人工智能、采矿工程等多个领域的复合型人才^[3]。然而，目前这类人才短缺，难以满足煤矿智能化建设的需求。

人才培养体系不健全：煤矿智能化建设的人才培养体系尚不健全，缺乏针对智能化技术的专业培训和教育。这导致煤矿员工对智能化技术的掌握程度不高，难以充分发挥智能化系统的效能。

3.4标准层面的问题

标准体系不完善：煤矿智能化建设的相关标准体系尚不完善，缺乏统一的技术标准和规范。这导致不同煤矿在智能化建设过程中采用的技术方案和设备存在差异，难以实现数据的兼容和互通。

4．煤矿智能化开采技术路径

4.1 数据采集与处理

建立矿山传感器网络，实时采集矿井内各种传感器的数据，如温度、湿度、气体浓度等。通过云计算平台进行数据处理和分析，实现对矿井环境的实时监测与预测，为安全生产提供有效支撑。

4.2 远程操控与智能识别

研发液压支架与采煤机模型，创建综合开采工作面的网络传输系统，将以太网和现场总线有机整合在一起，提升远程控制系统的实用性。同时，利用智能视频识别、雷达探测等技术，对开采过程中的煤岩进行实时分析，提高开采精度和安全性。

4.3 自动化生产与设备管理

引入智能化设备和自动化生产系统，如智能矿井机器人、无人驾驶运输车辆等，实现对矿山生产过程的智能化管理和控制。通过自动化设备的应用，提高生产效率和降低人力成本。加大对智能采掘装备、智能运输装备、智能监测监控装备等的研发力度，提高装备的智能化水平和可靠性。推动智能装备在煤矿的广泛应用，减少人工干预，提高开采效率和安全性。数字孪生与虚拟仿真：利用数字孪生技术构建煤矿开采的虚拟模型，实现开采过程的仿真模拟和优化设计。通过虚拟仿真技术，对开采过程中的各种情况进行预测和分析，为实际开采提供科学依据。

4.4 信息化协同与决策支持

建设智慧矿山系统，实现信息的全面共享与协同，提供实时、准确的决策支持。通过数据分析和挖掘，发现潜在问题和优化点，提高整体生产效益，同时，建立矿井安全管理平台，实现远程监控和指挥，及时响应突发事件。

4.5管理体系优化

4.5.1智能化管理平台建设

建设煤矿智能化管理平台，集成生产管理、安全管理、设备管理等各项功能，实现数据的集中管理和智能分析^[4]。通过平台实现对煤矿开采全过程的实时监控和调度，提高管理效率和决策水平。

加大对煤矿智能化开采人才的培养力度，通过教育培训、实践锻炼等方式提高人才的专业素质和技能水平。引进国内外高层次人才和团队，为煤矿智能化开采提供智力支持和技术保障。制定和完善煤矿智能化开采的相关标准和规范，推动煤矿开采的标准化和规范化发展。加强标准的宣贯和执行力度，确保煤矿智能化开采的各项工作符合标准和规范要求。

4.5.2政策支持与推动

国家和地方政府应出台相关政策文件，明确煤矿智能化开采的发展目标和任务，提供政策支持和引导。通过政策引导推动煤矿企业加大智能化开采的投入力度，加快智能化开采的推进速度。加大对煤矿智能化开采的资金投入力度，支持关键技术研发、智能装备研制和示范项目建设等。

通过财政补贴、税收优惠等方式降低煤矿企业的智能化开采成本，提高其积极性。建设一批煤矿智能化开采的示范项目，展示智能化开采的成效和优势。通过经验交流、现场观摩等方式推广示范项目的成功经验和技术成果，带动更多煤矿企业开展智能化开采。

5．煤矿智能化开采未来发展展望

煤矿智能化开采的未来发展趋势呈现出加速推进、技术创新与融合、标准化与规范化、以及生态化建设的鲜明特点。以下是对这些趋势的详细分析：

5.1 加速推进与广泛应用

加速推进：随着国家政策的不断推动以及5G、物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的有效支撑，煤矿智能化建设将持续加速。近年来，国家能源局等部门发布了一系列政策文件，明确提出要加快煤矿智能化建设，促进煤炭行业高质量发展，这些政策为煤矿智能化开采提供了强有力的支持和保障。煤矿智能化开采技术的应用范围将进一步扩大，从少数示范项目逐步推广到全国范围内的煤矿企业。随着技术的不断成熟和成本的降低，越来越多的煤矿将实现智能化开采，提高开采效率和安全性。

5.2技术创新与融合

煤矿智能化开采技术将不断创新，涌现出更多新技术、新装备和新方法。例如，智能机器人、无人驾驶车辆、高精度定位导航系统等先进技术将在煤矿开采中得到广泛应用，提高开采作业的智能化水平。煤矿智能化开采将更加注重多技术的融合应用，通过将人工智能、大数据、物联网等技术与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开采全过程的智能化运行。

5.3标准化与规范化

标准制定：随着煤矿智能化开采技术的不断发展，相关标准和规范的制定将日益完善。通过制定统一的技术标准和规范体系，可以推动不同企业之间的技术交流和合作，提高煤矿智能化开采的规范化和标准化水平。规范实施：在标准制定的基础上，将加强规范的实施和监督力度，通过严格执行相关标准和规范，确保煤矿智能化开采技术的有效应用和安全运行。建立健全煤矿智能化开采的技术标准和规范体系，推动不同企业之间的技术交流和合作。通过标准体系的建立和实施，提高煤矿智能化开采的规范化和标准化水平。

5.4生态化建设

煤矿智能化开采将更加注重绿色发展，通过优化开采工艺、提高资源回收率、减少环境污染等措施，实现煤炭开采与生态环境的和谐共生。智慧矿山是煤矿智能化开采的重要发展方向，通过建设智慧矿山，实现对矿山生产、职业健康与安全、技术支持与后勤保障等进行主动感知、自动分析、快速处理，推动矿山行业向安全、高效、绿色、智能方向发展。

5.5 市场空间与竞争格局

市场空间广阔：随着煤矿智能化开采技术的不断发展和推广应用，市场空间将不断扩大。预计未来几年内，煤矿智能化改造市场规模将持续增长，为相关企业带来巨大商机。竞争格局变化：随着市场的不断扩大和竞争的加剧，煤矿智能化开采行业的竞争格局将发生变化。具有技术创新能力、品牌影响力和市场开拓能力的企业将在竞争中占据优势地位。

结论

煤矿智能化开采是实现煤矿安全高效生产的重要途径，当前我国煤矿智能化开采技术已取得显著进展，但仍面临诸多挑战。未来应继续加强技术创新、标准体系建设和人才培养工作，推动煤矿智能化开采技术的不断发展和完善。通过智能化开采模式的实施和技术路径的探索，实现我国煤矿开采行业的转型升级和高质量发展。

参考文献

[1]王成祥,张良玉.让井下无人采煤成为引领未来煤矿发展新坐标[J].陕西煤矿，2020，35(5):1-6.

[2]袁建平.煤矿智能化开采技术创新与管理[J].煤矿机电,2022,37(3):77-79.

[3]张 科.智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析[J].工程管理与技术探讨, 2023.DOI:10.37155/2717-5189-0508-29.

[4]王敏,葛彦宇.煤矿智能化开采关键控制技术研究[J].内蒙古煤炭经济, 2023(2):31-33.