放顶煤技术是我国开采厚煤层的主要方法，每年产出的煤炭量约占全国煤炭产量的四分之一，达10亿t以上。放煤作为放顶煤技术独有的工艺具有极其重要的地位，绝大部分放顶煤工作面的放煤产量占整个工作面煤炭产量的一半以上，因此研发能够提高放煤效率和回收率的智能放煤技术意义重大。
▲ 放顶煤开采示意图
最近十余年来，我国综采工作面在基于液压支架电液控制、采煤机记忆割煤、刮板输送机惯导定位的煤矿开采智能化技术研发已经取得了长足进步，尤其是在系统管控平台、机器视觉系统、矿用大模型以及数字孪生技术等方面形成了具有我国特色的技术，总体上看，我国煤矿智能开采技术已经处于世界领先水平，有力地支撑了我国煤炭工业高质量发展。
放顶煤工作面与综采工作面相比，其智能开采既有许多相似之处，更有其特殊性和复杂性。在采煤机割煤、拉移支架、推移前部刮板输送机等方面二者相同，此外放顶煤工作面的采煤机割煤工艺只要采用固定采高的记忆割煤即可，不用进行割煤过程中的煤岩识别和采煤机以及支架调高，但是由于放顶煤工作面多了一个放煤工艺，放煤过程的作业条件不好、智能控制难度大，也没有国内外可以借鉴的智能放煤技术，这就使得放顶煤工作面的全面智能化更加复杂，难度也更大。
▲ 智能化放煤的技术逻辑图
智能放煤技术或者说放煤过程的智能控制是放顶煤工作面智能化的核心和关键，其主要功能就是通过对放出煤流进行检测，智能识别煤矸，以及智能计算放出煤流中的含矸率，然后根据事先确定的含矸率阈值自动关闭放煤口。智能放煤需要具有能够自动分辨顶煤夹矸和顶板矸石的功能，避免夹矸误判，导致夹矸以上顶煤丢失；智能放煤也需要具有能够精准实现高回收率放煤工艺的功能，如顺序放煤、间隔放煤、多轮放煤、组架放煤、逆序放煤、接力放煤，或者上述放煤工艺的组合等。智能放煤可以实现人工难以精准实现的多项放煤工艺，可以精准控制顶煤的含矸率，达到提高回收率的目的，但是其核心是对放出煤流含矸率的精准快速计算和对放煤口的精准控制。
▲ 智能放煤照度非接触测量与动态精准调控示意图
▲ 图像识别智能放煤技术涉及的几种含矸率
▲ 综放开采智能放煤试验平台
▲ C矿122105综放工作面智能化放煤技术应用示意图
中国矿业大学 (北京)王家臣教授团队 在1998年开始思考和研究自动放煤问题，当时的出发点是想解决放煤工人肉眼识别放煤难度大、作业尘雾大、环境差的难题，试图通过红外等技术在工作面端头实现远程控制放煤，后来也曾研究过声波、振动等技术，在现场做了大量试验和数据采集，这些技术可以做到识别煤矸，但是无法计算煤流中的含矸率，达不到工业应用的目的。在探索了多种技术路线后，作者于2009年开始带领团队专注于图像识别智能放煤技术研发，也授权了国内外第一个自动化放煤发明专利(煤矸识别与自动化放煤控制系统，专利号：ZL200910152006.X)，至今已获得放煤与智能放煤方面发明专利授权25件，占全国该方面授权发明专利的49%，也曾获得教育部、煤炭工业协会一等奖。图像识别智能放煤技术于2020年开始在淮北、开滦、潞安、陕煤化、雁宝等煤炭企业进行推广应用，这也是智能放煤众多技术路线中唯一进行工业化应用的技术。为了推广这一有前途的技术，总结作者团队在技术研发过程中的经验与教训，撰写《 》一书，供广大读者借鉴，以期为推动煤炭智能开采有所贡献。
图像识别智能放煤基础与应用
王家臣, 李良晖著
北京 : 科学出版社, 2025. 3
本书对图像识别智能放煤技术进行系统介绍，总结了作者近20年来在智能化放煤方面的基础研究和现场应用成果，提出了智能放煤技术需要实现的功能和技术难点，介绍了煤矿井下煤岩图像处理与特征提取、动态煤流图像增强与去噪技术、煤流含矸率识别技术、复杂外观条件下煤岩识别技术、智能放煤技术系统开发与现场应用效果等。
本书是国内外第一本系统介绍基于图像识别的智能放煤技术开发基础理论与工业应用的学术著作。本书可作为高等院校采矿工程、智能采矿工程、计算机科学与技术、人工智能等相关专业的本科生以及研究生的参考书，也可供从事煤矿开采、煤矿机电等方面的科研及技术人员阅读参考。
本研究得到国家自然科学基金委员会的项目支持[创新群体项目(52121003)、青年基金项目(52404159)、面上基金项目(52374148、52374106)]。
本文摘编自《图像识别智能放煤基础与应用》（王家臣, 李良晖著. 北京 : 科学出版社, 2025. 3）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。
责任编辑：李 雪 李亚佩
（本文编辑：刘四旦）
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