以下內容摘編自中國煤科科技委主任、中國工程院院士康紅普等專家編著的《我國煤炭行業高質量發展戰略研究》，該書近日已由科學出版社出版。《我國煤炭行業高質量發展戰略研究》是康紅普院士在其主導的中國工程院重點戰略咨詢研究項目研究成果的基礎上整理編撰而成，為我國加速構建綠色低碳循環的能源發展新格局提出了獨到的見解，繪制了煤炭行業高質量發展的戰略藍圖。
2025關鍵技術需求
1.精準地質探測與4D-GIS 技術
煤層賦存環境精準探測是進行煤炭資源開發的基礎，其探測精度與可靠性直接影響煤炭資源的安全、高效、智能化開采。由于受制于探測技術與裝備的發展瓶頸，鉆探、物探、化探的探測精度、可靠性、時效性等尚難以滿足要求，制約了煤礦智能化的發展。
對綜采(掘)工作面前方地質體進行超前探測是實現煤礦智能化開采的基礎，應研發基于隨掘、隨采的礦山地質綜合探測技術與裝備，創新探測數據動態解釋技術，開發探測結果實時處理、動態成像等技術，提高探測信息的時效性;構建綜采(掘)工作面探測信息大數據分析平臺，進行鉆探、物探、化探數據的聯合反演，實現綜采(掘)工作面前方地質體的精準探測;開發綜采(掘)工作面采動應力定量探測技術與裝備，實現應力異常區的實時精準探測;研發煤礦井下智能鉆探技術與裝備，實現井下地質探測的地面遠程可視化操控;研發礦井4D-GIS綜合探測與應用系統，建立礦井地質信息時空狀態數據庫，實現對礦井地質歷史信息的演變過程及未來變化趨勢的預測;開發綜采(掘)工作面地質信息綜合管理系統，構建透明綜采(掘)工作面三維地質動態模型，實現地質探測數據的統一協調管理與動態實時三維可視化展現，為實現煤礦井下智能綜采(掘)提供地質探測技術與裝備保障。
2.基于BIM的智能規劃設計技術
井工煤礦開拓規劃與工作面設計是礦井建設的基礎，需要編制大量的技術文件、設計圖紙等，存在重復性勞動量大、修改調整工序復雜、圖紙與文件標準不統一等問題，亟須進行井工煤礦智能化開拓規劃與設計。
統一煤礦開拓規劃原則與標準，明確煤礦規劃設計目標，基于礦井地理信息系統，開發井工煤礦智能規劃與工作面設計系統，基于礦井產量、設備現狀、物料供應等，對接續工作面進行自動規劃設計，實現巷道掘進施工設計、綜采工作面開采系統設計、主/輔運輸系統設計、通風設計、排水設計、供電設計等文字資料與設計圖紙的標準化與智能化。
3.智能建井技術
煤礦建設是煤炭生產的基礎和保障，在大規模新井建設高潮退去后，礦建市場急速萎縮，煤礦建設與新一代信息技術的融合創新、融合發展勢在必行。
在建井工藝、技術與裝備方面，研發千米豎井鉆井關鍵技術及裝備、提控式沉井技術與裝備、千米大直徑反井鉆機、智能電驅動反井鉆機、千米級豎井全斷面掘進關鍵技術與智能控制技術、適應于深埋斜井或巷道的全自動智能化掘進機、智能化全斷面掘進機等，全面提升井巷施工智能化水平。
4.巷道智能快速掘進技術
由于受制于巷道掘進工作面空間狹小、作業環境惡劣、臨時支護困難等，巷道掘進工作面尚處于機械化作業階段，普通煤巷的月掘進進尺一般僅為200~300m，難以保障礦井的正常采掘接續，直接制約了礦井的安全、高效、智能、少人化開采。
基于目前巷道掘進技術與裝備發展現狀，應首先實現巷道掘進與支護的協調快速推進，在切實提高巷道掘進速度、支護速度與掘一支協同作業效率的前提下，開發巷道掘進設備的精準定位與智能導航系統，研發巷道智能超前探測系統，研發智能協同臨時支護裝置，研發巷道智能除塵系統，形成巷道掘進、支護、超前探測、除塵等一體化成套技術與裝備，實現巷道掘進、支護的協同高效作業，大幅減少巷道掘進作業人員數量，實現煤礦井下巷道的智能、少人、快速掘進，切實解決煤礦采掘失衡造成的生產接續矛盾(康紅普等，2021)。
5.工作面智能少人開采技術
目前，在煤層賦存條件較優異的礦區已經實現了綜采工作面采煤機記憶截割、液壓支架自動跟機移架、刮板輸送機變頻協同控制等，并基于LASC定位導航技術實現了采煤機三維空間位置的精確定位及工作面直線度的智能調整，但井下綜采設備的實時精準定位與導航、采煤機自適應智能調高、煤壁片幫冒頂自適應智能控制、刮板輸送機智能調斜、煤流量智能監測與協同控制等尚存在技術瓶頸，制約了綜采工作面由自動化開采向智能化開采邁進。
智能感知、智能決策和自動控制是智能化開采的三要素，針對綜采工作面智能化發展存在的上述問題，應研發綜采工作面三維掃描與地圖構建技術，通過激光掃描、高清與紅外攝像儀同步動態掃描等方法，獲取工作面三維場景信息，采用井下三維模型構建與修改技術，構建井下三維地圖;研究采煤機、液壓支架、刮板輸送機等綜采設備的三維空間位置高精度檢測和姿態精準感知技術，通過引入慣性導航、毫米波、機器視覺等多種傳感技術，為工作面直線度調整及采煤機智能調高提供支撐;研究基于采煤機截割阻力感知的采煤機功率協調、牽引速度調控原理，開發采煤機與煤層自適應控制專家系統，研發采煤機姿態感知技術與裝置，實現采煤機姿態的自動感知與調控，研發采煤機自動調高系統，實現基于煤層賦存條件的采煤機自適應控制;研發綜采工作面分布式多機協同控制技術與系統，通過構建基于統一坐標系的綜采設備群姿態、位置關系運動模型，研究綜采裝備群分布式協同控制原理;研究仰俯采等復雜條件下液壓支架自動跟機移架、液壓支架自適應控制、刮板輸送機智能調速等，實現復雜條件下綜采設備群的多機協同控制。通過綜采工作面智能化開采關鍵技術攻關，切實提高綜采設備與圍巖的自適應控制及協同控制水平，實現井下綜采工作面的安全、 高效、綠色、智能化、少人化開采，并逐步實現有限條件下的無人化開采目標。
6.智能主/輔運輸技術
目前，基于圖像識別、超聲波探測、變頻控制等技術與裝備，基本實現了主煤流運輸系統的異物智能檢測、煤量智能監測、皮帶撕裂智能監測等，在部分礦井實現了主煤流運輸系統的自動化、無人化運行，但對于深部礦區的立井主提升系統尚存在自動化程度低、作業勞動強度大等問題。因此，應進一步大力推廣圖像識別、永磁驅動、變頻控制等技術在主運輸系統的應用，大幅減少主運輸系統作業人員數量、降低煤流線運輸能耗，推進研發立井主提升系統的自動化、智能化技術與裝備，實現井上下全煤流運輸的無人值守與經濟協同運行。
目前，在煤層賦存條件較優越的礦區，無軌膠輪車已經成為礦區的主要輔助運輸設備，極大地提高了礦井人員、物料、設備的運輸能力與效率，并初步實現了無軌膠輪車的井下定位與綜合調度，但無軌膠輪車的定位精度、運行管理模式等尚難以達到智能化、無人化的水平，且井上下物料的運輸管理缺乏統一的標準與模式，尚處于起步階段;對于軌道運輸、單軌吊運輸等其他形式的輔助運輸系統，則主要處于機械化運輸階段，有待實現遙控式自動化運輸。因此，應大力推廣應用井下人員、車輛的精準定位與智能導航技術，積極推進無人駕駛技術在煤礦井下的應用，研發適用于不同運輸場景的井上下智能輔助運輸系統，開發井下物料智能運輸模式，實現井上下人員、物料、設備的運輸路線智能規劃、自動運輸、協同管理。
7.井下危險源智能感知與預測、預警技術
目前，基于水量監測、束管監測與分布式光纖測溫、瓦斯監測、風壓與風量監測等監測技術，基本實現了對水、火、瓦斯、粉塵、頂板等災害的在線實時監測，但受制于災害發生的機理尚不明確、感知設備的精度與時效性較差、感知信息與防控設備尚未實現聯動等，井下重大危險源智能感知與預警尚存在技術瓶頸。
針對現有井下重大危險源智能監測與預警技術瓶頸，應加強研發井下低功耗、高精度、多功能環境監測傳感器，大力推進水、火、瓦斯、粉塵、頂板等災害發生機理與防治技術攻關，有效提高圍巖環境監測信息的可靠性及災害預警的準確性;研發基于溫度與標志性氣體多參量監測的采空區自然發火預測與預警技術，開發智能注氮、注漿裝備，買現米空區自然發火的精準預警與防治措施的智能聯動;推廣應用井下固定排水點的智能監測與抽排技術與裝備，研發移動排水點的水泵自動搬移、管路智能布設等技術，實現從小水窩、中轉水倉、中央水倉的智能抽排;研發風量智能解算與自適應調節技術，實現瓦斯監測、預警與風量調節的智能化;加強對井下沖擊地壓等圍巖動力災害發生機理的研究，研發智能災害預警技術，實現井下災害的智能監測、預警與防治系統的智能聯動;開發井下避災路線智能規劃系統，并與災害監測與預警系統實現聯動，為井下人員避災與逃生提供系統保障。
8.智能化綜合管控平臺及管理技術
推進煤炭行業物聯網技術與通信網絡(5G)、大數據、云計算等技術的融合發展，研發具有高帶寬、低功耗、低延時、大容量、自治愈等特性的無線自組網通信技術與裝備，對煤礦井下末端網絡進行全覆蓋，配合煤礦井下受限空間、強干擾、復雜巷道網絡條件下的多傳感信息融合處理和低時延、高速率、大容量共網傳輸通信技術，滿足井下安全生產各類感知節點接入、信息傳輸與交互的需要。面向井下人員、設備、環境和各類子系統，研究基于物聯網的井下目標(人員、設備)精確定位、運輸物料的精確管控、生產環境的實時監測、車輛調度管理等系統。深化礦山物聯網技術創新、應用創新和管理創新，實現煤炭企業跨部門、跨層級的業務協同和信息資源共享。
面向智慧煤礦建設的一體化感知、分析、決策、集中控制、展示等需求，加快構建開放、安全、數據易于獲取和處理的智慧煤礦智能綜合管理與應用平臺，理，同時為上層應用業務模塊提供數據共享與系統聯動控制支撐。通過構建實時、透明、清晰的礦山采、掘、機、運、通等全系景象平臺，實現對智慧煤礦各子系統的集成操控，解決煤礦智能化建設過程中數據兼容性差、可靠性差、信息孤島、子系統割裂等問題。
2035關鍵技術需求
1.井下復雜極端環境信息感知及穩定可靠傳輸技術
環境、設備狀態的感知是實現智能決策、控制的先決條件。然而，井下狹長、潮濕、粉塵易爆、復雜電磁環境嚴重制約著探測技術的應用。亟待突破的技術包括：煤巖識別技術;井下低照度空間視頻感知技術;極端環境物理場(瓦斯、粉塵、溫度、有害氣體、復雜圍巖體、復合動力災害等)原位監測微納米纖維智能傳感器及可穿戴技術;磁共振礦井水害隱患探測傳感器，利用地磁場磁共振和電磁波感對礦井工作面、頂底板和兩側的水害隱患探測預警，實現工作面前方無盲區含水量、出水量、孔隙度等參數的直接探測預警;具有自組網、自通信、自供電、自定位功能的智能微傳感器等技術。
2.井下復雜環境機器人技術
目前，井下機器人研制還處于起步探索階段，部分固定作業崗位嘗試了井下機器人巡檢作業，但井下防爆機器人特殊環境及自我狀態辨識技術、井下復雜空間的防爆機器人平衡狀態控制及自主避障技術、機器人信息融合及空間路徑規劃技術、井下防爆電源長時可靠供電及自饋電技術、井下多機器人聯合通信及協同 控制平臺等技術亟待攻克。
3.井下大型設備故障智能自診斷與遠程運維技術
實現煤炭開采的連續、可靠、自動運行是智能化開采的核心要求，而工作面設備故障的及時發現和自動化處理是保障其連續可靠運行的核心技術。目前對工作面設備系統級的復合故障和自動化處理方法缺乏研究，嚴重制約了智能化開采的發展。亟須開展數據驅動的開采系統健康狀態評價方法、開采系統衰退行為與變工況下的剩余壽命預測、融合生產調度和維護行為的開采系統雙層機會維修預知決策等技術(王國法等，2019a)。
