随着我国煤炭行业向清洁、高产高效、可持续开发新型道路的迈进,煤炭开采对自动化、信息化和智能化的需求逐渐增强。煤矿井下的特殊性制约了地面相关技术直接在煤矿井下应用,使得煤炭开采的智能化水平严重滞后于现代社会的发展步伐。煤炭开采过程中如何实现煤机设备与煤层之间的相对关系的感知以及获得自适应控制策略成为了解决煤矿智能无人化开采的关键技术和领域。本文研究了基于地理信息系统(Geographic Information System,GIS)的煤层识别技术,从全新的角度来实现煤岩界面的有效识别。利用惯性导航和里程计结合的组合导航定位、采煤机运动学规律掌握采煤机精确定位定姿技术,实现采煤机高精度姿态和位置信息输出。通过研究采煤机姿态控制规律与煤层倾角识别方法,提出了采煤机自动截割控制策略。主要研究成果如下:(1)提出了基于震波CT(computed tomography)技术的煤矿工作面煤层精细探测方案,开展了工业性探测试验。根据山西某煤矿18201工作面地质特征,确定了该工作面煤层的探测技术方案及数据处理流程,绘制了煤厚反演图和断层反演图,分析出断层相关特征数据,探测煤厚平均误差为0.468m。利用地质测量数据和物探的煤厚数据,在ArcGIS平台下建立了工作面煤层顶底板GIS模型,获得了工作面煤层顶底板数字高程模型(DigitalElevationModel,DEM),顶底板平均高程差与物探煤厚平均值相差0.03m,拟合程度较好。(2)通过研究采煤机运动学规律、组合导航定位技术及误差补偿策略,实现采煤机位置和截割轨迹的精确测量。在实验室开展了工作面模拟试验,表明第一次截割和第二次截割的定位轨迹的球概率误差分别为0.184 m和0.267 m。在山西某煤矿18201工作面进行了采煤机定位装置的井下试验,并将定位轨迹数据和滚筒截割数据与工作面煤层GIS数据库数据融合,实现了采煤机对工作面煤层地质的自动感知。(3)提出了基于采煤机调高控制精度的煤层底板分段线性表示方法及其误差模型,获得了回采方向煤层倾角识别方法。利用山西某煤矿的18201工作面煤层GIS数字模型的顶底板数据,分析了采煤机调高控制精度对底板序列分段线性表示的影响,发现调高控制精度越小,分段线性表示序列越多,且与原序列的误差越小,表明针对同一煤层,采煤机姿态调整次数越多,但煤层回采率高。根据分段线性表示序列建立了采煤机自适应规划截割路径的姿态控制模型,分析了规划截割路径中直线段和变化点采煤机姿态控制方法,获得了基于煤层GIS的采煤机自适应调高控制流程。该论文有图95幅,表8个,参考文献181篇。