近年来，国内外学者针对智能掘进装备不成熟、支撑理论与关键技术储备不足等问题，开展了大量的研究工作。随着煤矿井下掘进技术及装备的不断进步，有效缓解了采掘失衡问题，提高了开采效率和安全性。但现有的自动化或智能化掘进系统仍存在各设备与巷道围岩缺乏深度耦合；设备和设备之间相对独立，信息感知、交流、互通机制不健全；巷道掘进各功能模块并行协同能力弱，掘进工艺规范性差等问题。

煤矿巷道掘进受巷道特殊的半结构化环境及相对复杂的工艺环节制约，设备选型和智能管控策略各异，其中截割、临时支护、永久支护、导航和多机协同控制的准确性直接影响巷道成形质量。超前探测是实现煤矿巷道快速掘进的关键，“长掘长探”的远距离探测技术在保证高探测精度的同时，实现了长距离探测，为巷道快速掘进提供了地质信息支撑。在智能截割方面，掘进机截割头路径规划大都采用人工示教记忆截割法，近年来，学者们尝试建立巷道断面环境模型，将人工智能算法应用于截割技术，取得了良好的效果。另外，掘进机截割参数的优化也是智能截割的关键，而前提是煤岩的自适应识别。学者们通过多传感器监测，多源数据融合对截割载荷和煤岩比进行识别，从而优化截割参数。在智能临时支护方面，一是模型构建问题，主要通过支护设备特性构建其自身的运动学、动力学模型，未考虑复杂多变围岩与临时支护的耦合关系；二是支护控制问题，主要在临时支护姿态的调平、力的优化等方面开展研究，尚未实现基于围岩变化的支护参数自适应调整。笔者团队通过临时支护对围岩作用关系，建立了支护与围岩的耦合模型，实现了护盾式临时支护机器人对围岩的可靠支护。在智能永久支护方面，由于绝大部分巷道采用锚杆锚索支护，因此导致支护工序十分繁琐。要实现永久支护智能化，支护工序优化、钻机精准定位与自动装卸钻锚材料是关键。学者们在钻机自主定位、位姿自主调节以及多钻臂协同控制等方面进行了大量的研究。笔者团队提出一种多机械臂多钻机协作的新型钻锚机器人，旨在实现“抓−运−装−卸”钻锚材料智能化。在智能导航方面，学者们大多使用惯导、全站仪以及光电传感器融合等方法实现定位定向导航。但惯导测量随着时间增长产生累积误差大，全站仪导向技术对环境要求较高，罗盘类传感器精度易受外界电磁干扰，视觉测量要克服井下恶劣工作环境以及相机拍摄姿态等方面影响。现有煤矿巷道定位导航技术普遍存在误差较大的问题。笔者团队提出了一种基于光纤惯导与数字全站仪组合的掘进机自主定位定向方法，提高了导航定位精度。在掘进系统并行协同控制方面，国内外学者开展了一定程度的研究，但针对包含多系统、多任务、多工序的掘进系统各子系统并行协同问题的研究鲜见报道。要实现掘进各子系统准确高效的协同作业，一方面需要在时间尺度上为各系统、各任务、各工序建立统一的标准；另一方面需要在空间尺度上为各设备建立统一的空间标准。笔者团队针对掘进系统中掘进、支护、运输等多系统协同控制和多任务并行控制问题，提出基于强化学习和基于Agent的并行控制方法，实现智能掘进系统多任务并行控制。巷道模型的构建是数字矿山的重要组成之一，目前巷道三维模型多采用参数化建模，结合多尺度语义信息，一定程度上反映了巷道空间及设备信息。但巷道围岩与煤矿装备之间的数据关联不够紧密。

综上所述，现有的掘进装备系统各子系统相对离散，巷道设计模型和各子系统模型缺失或相对离散，各个子系统与巷道耦合模型缺失，实现截割、临时支护、钻锚等子系统的自动化、信息化、数字化、智能化缺乏多模态信息融合感知，缺乏统一精确的作业基准，缺乏“人−机−环”耦合模型，缺乏多子系统精准协同控制模型，导致截割成形质量低、临时支护适应性差、钻锚支护精度和效率低等问题，直接影响煤矿巷道掘进的安全性、可靠性、高效性。要实现巷道智能化快速掘进并保障巷道成型质量，就必须构建巷道模型并基于巷道模型开展掘进工作。因此，本文提出“掘进就是掘模型”的学术思想。