吳駿一，王 沖，楊海江，倪雪松，4

(1.華北科技學(xué)院 計(jì)算機(jī)學(xué)院,北京 東燕郊 065201;2.燕山大學(xué)里仁學(xué)院 電氣工程及自動(dòng)化系,河北 秦皇島 063500;3.華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院,北京 東燕郊 065201;4.華北科技學(xué)院 保衛(wèi)處,北京 東燕郊 065201)

0 引言

煤炭作為我國(guó)的主體能源，不僅在能源結(jié)構(gòu)中占有較大比重，而且非常符合我國(guó)的能源稟賦和進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展需求。近年來(lái)，雖然國(guó)內(nèi)煤礦開(kāi)采產(chǎn)能以超高速度提升，但是開(kāi)采模式較粗放，工礦企業(yè)整體生產(chǎn)效率低、前沿技術(shù)應(yīng)用少、信息流通速率慢、智能化水平低等問(wèn)題也都一一顯露了出來(lái)，具體表現(xiàn)為多種數(shù)據(jù)同步傳輸不可靠、部分采集數(shù)據(jù)不可信、遠(yuǎn)程控制實(shí)時(shí)性差和智能決策準(zhǔn)確性低等問(wèn)題[1]。隨著數(shù)字化、信息化、機(jī)械化、自動(dòng)化開(kāi)采的步進(jìn)，煤炭行業(yè)智能化開(kāi)采的相關(guān)概念也日趨清晰；智能開(kāi)采的必然要求是主要采煤系統(tǒng)具有智能感知與決策，自我學(xué)習(xí)和執(zhí)行的能力。在信息技術(shù)更迭和行業(yè)間技術(shù)交叉融合的背景下，煤炭行業(yè)面臨著巨大的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)遇和轉(zhuǎn)型壓力；發(fā)現(xiàn)亟需突破的先行核心技術(shù)并找到煤炭開(kāi)采的發(fā)展方向，尋求一種更加高效、系統(tǒng)化、智慧化的發(fā)展模式成為當(dāng)務(wù)之急，如何實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采智能化、無(wú)人化一直是政府學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。

立足于更好地進(jìn)行智能開(kāi)采學(xué)術(shù)研究的出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)從對(duì)智能開(kāi)采的理論研究向科研成果孵化的轉(zhuǎn)化；這就需要對(duì)我國(guó)學(xué)術(shù)界既往的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行總結(jié)，總結(jié)歸納智能開(kāi)采領(lǐng)域的現(xiàn)有研究成果?？紤]到中國(guó)幅員遼闊，煤礦藏資源的分布具有區(qū)域性，那么專門(mén)從事于智能開(kāi)采領(lǐng)域研究的高影響力科研機(jī)構(gòu)具有什么樣的空間分布特征？有關(guān)領(lǐng)域的專家學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域的發(fā)展做出了什么樣的貢獻(xiàn)？產(chǎn)生了何種深遠(yuǎn)影響？這是本文首先思考的問(wèn)題。緊接著，通過(guò)對(duì)智能開(kāi)采領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀的分析研究，可以發(fā)現(xiàn)智能開(kāi)采研究的焦點(diǎn)都有哪些，研究的主題是如何隨著時(shí)間演進(jìn)的；并施以系統(tǒng)分析，對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做出大膽預(yù)測(cè)。

相較于已有研究成果，本文將通過(guò)對(duì)中國(guó)期刊網(wǎng)(CNKI)論文進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化來(lái)呈現(xiàn)當(dāng)前中國(guó)學(xué)界對(duì)于智能開(kāi)采的研究思路，總結(jié)智能開(kāi)采領(lǐng)域研究的發(fā)展路徑，從空間分布特征與時(shí)間序列兩個(gè)角度探索新的研究焦點(diǎn)和預(yù)測(cè)未來(lái)的演進(jìn)趨勢(shì)，以期指導(dǎo)智能開(kāi)采領(lǐng)域的學(xué)術(shù)性研究，并且有利于實(shí)現(xiàn)從理論向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)化。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

智能開(kāi)采始于采掘機(jī)械和電液控制系統(tǒng)智能化研究，這是智能開(kāi)采的底層支撐[2]。20世紀(jì)90年代，我國(guó)煤炭機(jī)械化已經(jīng)經(jīng)歷了近十年的發(fā)展歷程，基本實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化設(shè)備自研發(fā)，并開(kāi)始投入研發(fā)電液控制系統(tǒng)[3, 4]；2020年是我國(guó)全面建成小康社會(huì)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，選用這三十年間的文獻(xiàn)進(jìn)行分析，在較大跨度的時(shí)間范圍內(nèi)廣泛選取樣本能保證數(shù)據(jù)分析的可靠性和可信性。作者著眼于中國(guó)國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，于2020年12月31日登入中國(guó)期刊網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫(kù)，采集并整理了智能開(kāi)采領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)2228篇，數(shù)據(jù)的具體篩選條件見(jiàn)表1。中國(guó)期刊網(wǎng)(CNKI)是國(guó)內(nèi)最具有權(quán)威性的科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)索引工具之一，是用于國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)計(jì)量研究的理想數(shù)據(jù)源。

表1 數(shù)據(jù)來(lái)源

智能開(kāi)采實(shí)際上是一個(gè)廣泛的主題，涉及到很多學(xué)科領(lǐng)域。單純使用智能開(kāi)采進(jìn)行主題搜索，所搜索的智能開(kāi)采文獻(xiàn)的可能涉及范圍小、相關(guān)系數(shù)低，事實(shí)上，沒(méi)有一項(xiàng)研究本身能夠解決智能開(kāi)采研究主題的選擇所帶來(lái)的復(fù)雜性。因此本文通過(guò)在專業(yè)檢索中構(gòu)造邏輯表達(dá)式來(lái)進(jìn)行研究。為盡可能全面地覆蓋近年來(lái)智能開(kāi)采研究領(lǐng)域，更好地追溯智能開(kāi)采領(lǐng)域的發(fā)展軌跡，故選取專業(yè)檢索的方式，時(shí)間范圍均設(shè)置為1990年～2020年，最終確定了以上2228篇文獻(xiàn)。

1.2 研究方法

繼2003年科學(xué)知識(shí)圖譜這一概念首次提出，美國(guó)德雷賽爾大學(xué)的陳超美教授于2005年推出運(yùn)行在JVM虛擬機(jī)上的免費(fèi)開(kāi)源軟件——CiteSpace——被廣泛地用于知識(shí)映射和文獻(xiàn)共被引研究，通過(guò)CiteSpace的將引文數(shù)據(jù)可視化為若干圖表，而在文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)中把這類圖看作科學(xué)知識(shí)圖譜[5, 6]。我選用CiteSpace(5.6.R3 SE 64位)就智能開(kāi)采研究文獻(xiàn)進(jìn)行機(jī)構(gòu)作者的空間分布特征繪圖和關(guān)鍵詞的共詞分析以及聚類分析。本文借助以上制圖實(shí)現(xiàn)對(duì)智能開(kāi)采領(lǐng)域潛在演化機(jī)制的分析，并找出可以作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的文獻(xiàn)，研究智能開(kāi)采領(lǐng)域當(dāng)前的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

本文通過(guò)從國(guó)內(nèi) CNKI 數(shù)據(jù)庫(kù)中采集到的數(shù)據(jù)，首先研究了智能開(kāi)采領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)和個(gè)人的合作特征，然后通過(guò)圖譜分析得到智能開(kāi)采領(lǐng)域的研究主題、演進(jìn)趨勢(shì)及研究熱點(diǎn)，最后梳理和掌握該領(lǐng)域在國(guó)內(nèi)的發(fā)展路徑及未來(lái)方向，為國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域研究提供新思路。

2 智能開(kāi)采研究領(lǐng)域的空間特征分布

2.1 高影響力機(jī)構(gòu)的空間特征分布

跟蹤重要團(tuán)隊(duì)的研究方向是該領(lǐng)域得以發(fā)展的重要導(dǎo)向。通過(guò)對(duì)發(fā)文機(jī)構(gòu)的分析可以得出國(guó)內(nèi)各機(jī)構(gòu)在智能開(kāi)采領(lǐng)域的貢獻(xiàn)及影響力。通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)智能開(kāi)采領(lǐng)域發(fā)文量前10的機(jī)構(gòu)如表2所示。

表2 高影響力機(jī)構(gòu)排序表

由表2可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)文量最多的是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)( 北京) 31篇，明顯高于其他機(jī)構(gòu)，說(shuō)明該機(jī)構(gòu)在智能開(kāi)采研究領(lǐng)域貢獻(xiàn)較大，該機(jī)構(gòu)的“礦業(yè)工程”專業(yè)處于世界一流學(xué)科水平，在智能開(kāi)采研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先位置，其研究成果眾多，具有較大的影響力。由圖1可知中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)與煤炭科學(xué)研究院、天地科技公司、北京大學(xué)有合作關(guān)系且共現(xiàn)關(guān)系顯著;其余研究機(jī)構(gòu)組成相對(duì)零散的網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有明顯顯示出與其他機(jī)構(gòu)存在跨機(jī)構(gòu)合作關(guān)系，表明以機(jī)構(gòu)獨(dú)立研究為主。

2.2 重要發(fā)文作者分布特征

研究領(lǐng)域內(nèi)優(yōu)秀作者的存在則是該領(lǐng)域發(fā)展的根本動(dòng)力。通過(guò)作者合作網(wǎng)絡(luò)(圖2)可以發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域存在一個(gè)合作高度緊密、極具有影響力的科研合作團(tuán)體。主要成員由王國(guó)法、范京道、龐義輝、任懷偉、毛善軍等學(xué)者組成。王國(guó)法院士于20世紀(jì)90年代初，主持創(chuàng)新研發(fā)了新型低位放頂煤液壓支架等關(guān)鍵技術(shù)裝備；首次提出了液壓支架與圍巖的“三耦合”原理和設(shè)計(jì)方法；首次實(shí)現(xiàn)煤礦常態(tài)化工作面有人巡視、無(wú)人操作的智能綜采；主持建立了中國(guó)綜采和液壓支架技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，是我國(guó)采煤成套技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全國(guó)產(chǎn)化的領(lǐng)軍人物。

圖1 高影響力機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)

圖2 重要發(fā)文作者合作網(wǎng)絡(luò)

追蹤重要作者并結(jié)合表3可以發(fā)現(xiàn)排名前十的作者大部分隸屬于企業(yè)，發(fā)文被引量明顯領(lǐng)先其他作者的是任懷偉、王國(guó)法、袁亮等學(xué)者。任懷偉發(fā)文量上處于領(lǐng)先位置并在煤礦綜采裝備系統(tǒng)、工作面智能化控制和智能礦山關(guān)鍵技術(shù)研究上有重要貢獻(xiàn)[7, 8]；袁亮院士在瓦斯抽采、共采等方面的研究頗有建樹(shù)[9, 10]。上述三位學(xué)者的貢獻(xiàn)對(duì)煤礦智能開(kāi)采領(lǐng)域相關(guān)研究有著非常深遠(yuǎn)的影響。在合作網(wǎng)絡(luò)圖譜中，結(jié)點(diǎn)越大說(shuō)明出現(xiàn)頻次越多，連線越粗說(shuō)明合作關(guān)系越密切。

表3 重要發(fā)文作者排序表

進(jìn)一步挖掘重要作者信息并結(jié)合圖1可以發(fā)現(xiàn)，以王國(guó)院士法為核心，包括范京道、趙國(guó)瑞等數(shù)位作者的共現(xiàn)合作關(guān)系顯著且合作關(guān)系密切，組成一個(gè)最大的作者共現(xiàn)合作網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)，該團(tuán)隊(duì)主要關(guān)注領(lǐng)域是煤炭綜采理論與技術(shù)實(shí)踐、先進(jìn)裝備研發(fā)以及體系建設(shè)。

結(jié)合表2、圖3分析智能開(kāi)采領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀可以看出重要作者及團(tuán)隊(duì)的研究方向?qū)χ悄荛_(kāi)采領(lǐng)域研究熱點(diǎn)的探索十分具有前瞻性。結(jié)合表2可以得出重要發(fā)文作者的所屬機(jī)構(gòu)與發(fā)文機(jī)構(gòu)的發(fā)文量有較強(qiáng)關(guān)聯(lián)，例如隸屬于中國(guó)煤炭科工集團(tuán)的王國(guó)法院士團(tuán)隊(duì)、安徽理工大學(xué)的袁亮院士團(tuán)隊(duì)、天地科技股份有限公司的任懷偉團(tuán)隊(duì)的發(fā)文量都占各自機(jī)構(gòu)發(fā)文量的很大比重，說(shuō)明機(jī)構(gòu)中的重要作者對(duì)機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域的發(fā)展起正向作用，同時(shí)也反映出機(jī)構(gòu)的研究力量較為集中，形成了穩(wěn)定的、突出的核心研究群體，各機(jī)構(gòu)將來(lái)可以從多方面、多角度來(lái)進(jìn)行研究人才的培養(yǎng)。通過(guò)分析重要作者合作關(guān)系及團(tuán)隊(duì)研究領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)智能開(kāi)采領(lǐng)域研究集中于煤礦安全、煤礦生產(chǎn)技術(shù)及管理、煤礦綜采裝備與智能控制等方面。

3 研究熱點(diǎn)與前沿

3.1 國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域的研究主題

國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域所涉及的研究主題十分豐富，但是真正反映文獻(xiàn)關(guān)注點(diǎn)與思維角度的關(guān)鍵詞一般只有3～5個(gè)。對(duì)于選自智能開(kāi)采這一特定領(lǐng)域的若干文獻(xiàn)：提取其核心內(nèi)容的詞頻分布，對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行共現(xiàn)，找到智能開(kāi)采領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)構(gòu)建共詞網(wǎng)絡(luò)，可以清晰地體現(xiàn)學(xué)科結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)集中程度：智能開(kāi)采領(lǐng)域的關(guān)鍵詞結(jié)點(diǎn)用一個(gè)彩色圓表示，彩色圓環(huán)由若干圈彩色年輪組成，被引用的次數(shù)越多繪制出的結(jié)點(diǎn)就越大。年輪的顏色代表結(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)年代，有助于分析研究領(lǐng)域熱點(diǎn)問(wèn)題和演進(jìn)趨勢(shì)；年輪的厚度代表結(jié)點(diǎn)的中介中心度，年輪層越厚這個(gè)節(jié)點(diǎn)的中介中心度就越高，結(jié)點(diǎn)就越重要[11]。

在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中(圖3)共被引頻次較高的20個(gè)關(guān)鍵詞如表4所示。從表4可以看出最重要的五個(gè)關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)分別是“煤礦”、“智能”、“采煤機(jī)”、“應(yīng)用”和“物聯(lián)網(wǎng)”。這說(shuō)明在國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采研究領(lǐng)域，以上五個(gè)領(lǐng)域是主要的研究主題；位于可視化的圖譜右側(cè)，集中程度高。圖3中存在“智能”、“智能開(kāi)采”或“智能化開(kāi)采”等含義相近的關(guān)鍵詞，可以歸結(jié)為“智能化”是最常見(jiàn)的關(guān)鍵字，因?yàn)槊禾块_(kāi)采本就是一個(gè)包含著巨大信息體量的行業(yè)，在項(xiàng)目施工及管理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的信息。在關(guān)鍵詞的頻次上可以看出，與智能化和管理相關(guān)的關(guān)鍵詞都有著較高的被引頻次，在產(chǎn)生大量信息和文檔的項(xiàng)目管理過(guò)程中實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)交換和信息管理是智能開(kāi)采的理念之一。

表4 關(guān)鍵詞詞頻排序表

關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是在靜態(tài)空間中繪制的，但事實(shí)上國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)是基于1990年～2020年的時(shí)間線連續(xù)繪制的，對(duì)于關(guān)鍵詞的分析需要考慮所選取數(shù)據(jù)的時(shí)間特性，雖然不能直觀地看出智能開(kāi)采領(lǐng)域研究主題的具體集中情況和演進(jìn)趨勢(shì)，但是依據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所呈現(xiàn)的信息還是可以間接地輔助決策。每?jī)蓚€(gè)具有共被引關(guān)系的關(guān)鍵詞結(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中都由一根線聯(lián)結(jié)，線的顏色表示他們聯(lián)結(jié)的時(shí)間，與關(guān)鍵詞結(jié)點(diǎn)外部圓環(huán)的顏色類似，可以用來(lái)分析聯(lián)結(jié)出現(xiàn)的先后順序。

“智能”是貫穿始終的研究主題，不論是早期采煤機(jī)、液壓支架的研制，還是之后電液控制系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)“智能化”一直是智能開(kāi)采領(lǐng)域的研究主題。在信息化的背景下，傳統(tǒng)的 “管理”，“采煤機(jī)”和“煤礦”等關(guān)鍵字很自然地過(guò)渡到了“人工智能”，“物聯(lián)網(wǎng)”，“云計(jì)算”和“大數(shù)據(jù)”等新興計(jì)算機(jī)技術(shù)。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因主要是當(dāng)今世界前沿交叉學(xué)科融合發(fā)展已經(jīng)成為了時(shí)代主題，智能開(kāi)采將煤炭綜采與新興技術(shù)相結(jié)合，以促進(jìn)更便捷的信息傳輸與交換，“物聯(lián)網(wǎng)”、“云計(jì)算”、“人工智能”和“大數(shù)據(jù)”等計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅極大提升生產(chǎn)力水平大提升，而且具有較高可靠性，采煤技術(shù)和新興技的結(jié)合必然是智能開(kāi)采領(lǐng)域的新趨勢(shì)。

圖3 國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

圖4 國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)

圖5 國(guó)內(nèi)智能開(kāi)采領(lǐng)域時(shí)間線聚類網(wǎng)絡(luò)

3.2 演進(jìn)趨勢(shì)

科學(xué)知識(shí)圖譜進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)可視化常常采用聚類分析進(jìn)行知識(shí)發(fā)現(xiàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，根據(jù)術(shù)語(yǔ)的相對(duì)相關(guān)程度，聚類分析可以將大量的研究數(shù)據(jù)分類為不同的單元，從大量信息中抽取出共性這有助于確定智能開(kāi)采的研究主題，演進(jìn)趨勢(shì)及其相互聯(lián)系[12]。通過(guò)聚類算法生成的關(guān)鍵詞聚類網(wǎng)絡(luò)可以很好地將數(shù)據(jù)以可視化的形式展示出來(lái)。

在本文中，通過(guò)K-core算法確定了 17個(gè)共被引聚類，在K核心算法中生成的聚類的質(zhì)量高，類內(nèi)關(guān)聯(lián)性高，類間關(guān)聯(lián)程度低，這種高內(nèi)聚特性使得分析過(guò)可以避免異常數(shù)據(jù)帶來(lái)的極大影響[12]。采用對(duì)數(shù)似然比(Logarithm Likelihood Ratio，LLR)算法根據(jù)每個(gè)群集中引用的文檔的關(guān)鍵字，從唯一類別和覆蓋范圍兩個(gè)角度為每個(gè)群集選擇一個(gè)標(biāo)簽。聚類標(biāo)簽的質(zhì)量取決于文章中關(guān)鍵詞的術(shù)語(yǔ)集的多樣性、廣度和深度[11]。對(duì)數(shù)似然比(LLR)為：

(1)

也稱為對(duì)數(shù)似然比統(tǒng)計(jì)量(Logarithm Likelihood Ratio Statistic，LLRS)，其中為對(duì)數(shù)似然函數(shù)。群集的生成的標(biāo)簽表示群集的焦點(diǎn)。考慮時(shí)間對(duì)聚類分析結(jié)果的影響，這是基于關(guān)鍵詞聚類分析的另一種形式，它可以顯示每個(gè)聚類的發(fā)展。從圖4中可以看出，文獻(xiàn)首先集中在#4和#11這兩個(gè)主要類別中，然后發(fā)展到#0、#1、#5、#12、#14和#15，最后為#2、#3，#6、#7、#8、#9 和#10。此外，該圖還顯示了每個(gè)群集中出現(xiàn)重要結(jié)果的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，例如頂部的群集0代表的域，范圍從1995年～2020年。其中，2001年和2007年之間有一系列重要的里程碑熱點(diǎn)。

本文宏觀地給出了17個(gè)類別集群(圖4)，這些數(shù)字顯示了智能開(kāi)采領(lǐng)域研究的跨學(xué)科性和高度信息化要求。根據(jù)聚類標(biāo)簽顏色變化我們也能知道各個(gè)聚類標(biāo)簽在智能開(kāi)采領(lǐng)域的發(fā)展時(shí)間。不同顏色對(duì)應(yīng)1990年～2020年之間的不同年份，冷色調(diào)代表距離現(xiàn)在較遠(yuǎn)的時(shí)間，暖色段代表距離現(xiàn)在較近的時(shí)間。

(1) 智能開(kāi)采研究的初級(jí)階段(1990年～2000年：#1、#6)主要發(fā)表了兩類主題的文獻(xiàn)：“采煤機(jī)”和“工作面”。

改革開(kāi)放后，我國(guó)大規(guī)模地引進(jìn)采煤機(jī)械，逐漸由傳統(tǒng)的人工采煤、炮采演進(jìn)到普采、綜采。20世紀(jì)90年代以來(lái)，我國(guó)采煤機(jī)械的自主研發(fā)初具規(guī)模，自行設(shè)計(jì)制造的大功率綜采成套機(jī)械設(shè)備均符合標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化；我國(guó)不同類型礦區(qū)就復(fù)雜煤層賦存條件采用具有針對(duì)性的技術(shù)和裝備，并針對(duì)不同傾角的煤層條件開(kāi)發(fā)特殊類型液壓支架，逐步形成新的理論體系；這一階段不僅實(shí)現(xiàn)了量大而廣的普采設(shè)備向成套綜采設(shè)備的更新，還開(kāi)展了綜采設(shè)備電氣化的研究[3, 4, 7]。

與此同一時(shí)期，具有高可靠性、采用大功率綜采裝備的高效集約化綜采模式在西方先進(jìn)采煤國(guó)家開(kāi)始出現(xiàn)，大功率機(jī)械使得綜采工作面的產(chǎn)量與效率大幅提高；我國(guó)的工業(yè)基礎(chǔ)積貧積弱，國(guó)產(chǎn)裝備的生產(chǎn)能力和可靠性均不及進(jìn)口裝備，設(shè)備制造技術(shù)以及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等方面均遠(yuǎn)落后于西方發(fā)達(dá)國(guó)家，德國(guó)DBT、美國(guó)JOY等國(guó)外煤機(jī)企業(yè)長(zhǎng)期壟斷我國(guó)高端綜采裝備市場(chǎng)；從1995年起神東礦區(qū)通過(guò)大量引進(jìn)國(guó)外高端綜采成套設(shè)備實(shí)現(xiàn)了工作面的高產(chǎn)高效開(kāi)采，我國(guó)科研人員奮起直追，在提高設(shè)備自研發(fā)能力的基礎(chǔ)上為了實(shí)現(xiàn)綜采工作面的自適應(yīng)控制，引入了電液控制系統(tǒng)[7]。

(2) 智能開(kāi)采研究的二階段(2000年～2010年：#0、#2、#3、#5和#7)主要發(fā)表了五種主題的文獻(xiàn)：“智能化”、“遠(yuǎn)程控制”、“自動(dòng)化”、“智能礦山”和“應(yīng)用”。

步入21世紀(jì)，對(duì)于煤礦智能化開(kāi)采以及智能礦山的建設(shè)提上議程，并快速發(fā)展。電液控制系統(tǒng)作為采煤工作的底層設(shè)備是這一階段的研究重點(diǎn)。

北京天地科技股份有限公司于2001年7月和德國(guó)Maco公司聯(lián)合創(chuàng)辦北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司，天地瑪珂成立之初僅是充當(dāng)外國(guó)公司的售后支持，顯然科研人員并不滿足于此，于2005年自主研發(fā)了電控系統(tǒng)控制器，2008年開(kāi)發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套電液控制系統(tǒng)通過(guò)了工業(yè)性試驗(yàn)的鑒定；從1991年我國(guó)獨(dú)立自主研發(fā)出第一套實(shí)驗(yàn)性電液控制系統(tǒng)后，四川神坤裝備股份有限公司與2007年完成了十五米工業(yè)實(shí)況電液控制系統(tǒng)的項(xiàng)目驗(yàn)收，鄭州煤機(jī)集團(tuán)于2009年完成了電液控制系統(tǒng)的井下工業(yè)性實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)了技術(shù)鑒定[2]。

經(jīng)過(guò)不懈努力，基本實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、帶式運(yùn)輸機(jī)等傳統(tǒng)綜采工作面機(jī)械設(shè)備由手動(dòng)操作向自動(dòng)控制的升級(jí)，大幅提升了這些單機(jī)設(shè)備的集控水平，遠(yuǎn)程控制、智能控制以及自動(dòng)化技術(shù)與采煤技術(shù)逐漸深度融合，綜采自動(dòng)化工作面已經(jīng)初具雛形。

(3) 智能開(kāi)采研究的現(xiàn)階段(2010年～2020年：#4、#8和#9)主要發(fā)表了三種主題的文獻(xiàn)：“5g”、“人工智能”和“計(jì)算機(jī)技術(shù)”。

第三階段主要的研究熱點(diǎn)在于以人工智能、5G技術(shù)為導(dǎo)向的計(jì)算機(jī)技術(shù)。5G即是指第五代移動(dòng)通信技術(shù)( The fifth Generation Mobile Communication Technology，5G)，其中的海量機(jī)器通信(Massive Machine Type Communications，mMTC)可以為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)采集多種數(shù)據(jù)提供技術(shù)支撐，超可靠低時(shí)延( Ultra Reliable Low Latency Communications，urLLC)可以有效滿足智能聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下端設(shè)備間的通信保障[1]。人工智能技術(shù)可以充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的優(yōu)勢(shì)形成泛在智能，提供智能開(kāi)采過(guò)程中的自我預(yù)測(cè)和自行決策[13-15]?？梢哉f(shuō)近10年來(lái)，現(xiàn)代化采煤作業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、智能機(jī)器人等技術(shù)深度融合，煤炭工業(yè)由高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，前沿交叉技術(shù)呈井噴式出現(xiàn)。

2014年陜西黃陵煤礦率先啟用SAM型綜采工作面智能控制系統(tǒng)進(jìn)行智能開(kāi)采，自2014年以來(lái)，巴彥高勒煤礦進(jìn)行煤層大采高智能化開(kāi)采應(yīng)用，采用國(guó)產(chǎn)成套設(shè)備使得高危環(huán)境作業(yè)人數(shù)減少60%，2017年紅柳煤礦把智能開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用于中厚煤層這一復(fù)雜地質(zhì)條件。

現(xiàn)如今，已基本實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)信息系統(tǒng)的普及應(yīng)用，開(kāi)始朝著互聯(lián)網(wǎng)新興技術(shù)的集成應(yīng)用發(fā)展。各項(xiàng)代表性技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于煤礦開(kāi)采，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)這些技術(shù)的研究工作也開(kāi)始慢慢突顯。在圖5的三階段中，可以直觀地看到各項(xiàng)技術(shù)的名稱及它們所對(duì)應(yīng)的標(biāo)簽。隨著這些技術(shù)在與智能開(kāi)采交匯融合的同時(shí)，國(guó)內(nèi)討論智能開(kāi)采的理念的聲音開(kāi)始放大，智能開(kāi)采的理論也隨著底層技術(shù)的發(fā)展達(dá)到了一個(gè)新的高度。

智能開(kāi)采首先通過(guò)機(jī)械化研究開(kāi)始，再到自動(dòng)化、遠(yuǎn)程控制，最后到智能監(jiān)測(cè)、智能調(diào)度和智能識(shí)別。各個(gè)聚類標(biāo)簽中突現(xiàn)出該學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)為其所用，例如：計(jì)算機(jī)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等?？梢员憩F(xiàn)為智慧建造領(lǐng)域包含著管理、計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、土木工程等多學(xué)科的技術(shù)集成應(yīng)用。再結(jié)合各個(gè)標(biāo)簽領(lǐng)域的主題，可以理解為：智能開(kāi)采由工程管理信息化逐步發(fā)展而來(lái)，數(shù)字化是其手段，智能化發(fā)展是第一要義。

4 結(jié)論

(1) 對(duì)2228篇智能開(kāi)采領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，科研機(jī)構(gòu)普遍開(kāi)設(shè)在主要產(chǎn)煤地，各機(jī)構(gòu)之間有比較緊密的合作關(guān)系，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)處于核心地位；全國(guó)范圍內(nèi)形成了較多緊密合作的科研群體，以王國(guó)法院士所領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)最為突出。目前的研究熱點(diǎn)多元化，可以歸納為綜采技術(shù)與裝備智能化、智能機(jī)器人、智能控制、智能視頻、智能識(shí)別、智能調(diào)度、智能監(jiān)測(cè)及智能放煤8個(gè)方面主題。在對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)使用計(jì)量科學(xué)進(jìn)行分析基礎(chǔ)上，結(jié)合煤炭開(kāi)采的實(shí)際需求和我國(guó)智能開(kāi)采水平仍然處于初級(jí)階段的現(xiàn)狀，不難看出：當(dāng)前的技術(shù)方向是謀求實(shí)現(xiàn)礦井固定崗無(wú)人值守，采掘、運(yùn)輸、分選等環(huán)節(jié)可以智能感知和自動(dòng)執(zhí)行，秉持煤能源綠色環(huán)保清潔的可持續(xù)發(fā)展道路。

(2) 智能開(kāi)采以實(shí)際工程需求為背景，在工程項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中充分利用自動(dòng)化、物聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通訊等技術(shù)將工程信息數(shù)字化，再通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能和云計(jì)算等信息技術(shù)建立多學(xué)科交叉集成式智能系統(tǒng)，可以提高整個(gè)煤炭行業(yè)的智能化程度和管理能力。

(3) 智能化開(kāi)采將變革傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，把煤炭工人從惡劣的工作環(huán)境中解脫出來(lái)；煤炭行業(yè)也就可以成為年輕人喜愛(ài)的職業(yè)，提升工作的體面感、尊嚴(yán)感，因?yàn)榭萍及l(fā)展的唯一目的就是解放和發(fā)展生產(chǎn)力，將從根本上改變煤炭產(chǎn)業(yè)傳統(tǒng)粗放型的開(kāi)采、管理模式，實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采智能化。