煤炭作为我国的主要能源,对我国的经济发展具有重要作用。尤其在深部煤层下煤炭开采中,为了实现采煤机沿煤层的截割开采,必须在待开采煤层的两侧,提前采用特有的钻进装备开凿岩体或煤岩混合体,形成用于煤炭、设备和人员运输的通道,即巷道。这个过程属于巷道断面的成型,由于钻进地质条件极其复杂,使得巷道断面的成型成为煤炭开采中最重要且最危险的生产环节。由此可知,巷道断面的成型至关重要,而巷道断面的成型主要是利用特有的钻进设备(掘进机)按照设计好的截割轨迹截割巷道煤岩得到,但已有的截割轨迹仅以类S型为主,不完全适用于所有巷道断面。因此,规划出合适的巷道断面成型轨迹显得尤其重要。首先,为了方便后续巷道断面成型轨迹的规划,且考虑到栅格法表示二维的环境信息十分简便有效且操作方便。因此,采用栅格法对巷道断面构建环境模型,并依据膨胀化相关原理,对不规则障碍物夹矸进行合理的膨胀化处理,从而得到满足轨迹规划要求的巷道断面环境模型。其次,已有的巷道钻进断面成型轨迹规划方法仅以截割路径长度为作为优化指标,且不考虑巷道断面煤岩分布特性。因此,兼顾巷道断面的成型质量和截割成本,基于已知的煤岩分布特性,构建了基于截割能耗和欠挖面积的巷道断面成型轨迹的多目标规划模型,并给出一种改进多目标蚁群算法,实现截割轨迹寻优。算法中,为了避免初始时刻算法盲目地搜索,根据路径自身先验知识,提出初始时刻信息素不均衡分配原则;进而,为了使算法尽快收敛于Pareto最优解,并避免陷入局部最优,提出目标重要性系数的自适应调节策略。在五种已知巷道断面环境下,通过分析算法参数对性能的影响,以及与其他两种算法进行性能比较。仿真结果表明,所提改进蚁群算法具有较好的收敛性和分布性,可以获得较优的截割轨迹。最后,考虑巷道断面煤岩分布特性存在不确定的情况,构建了基于截割能耗和欠挖面积的巷道断面成型轨迹的动态多目标规划模型。为了能实时地解决该问题,提出了基于实时搜索策略与改进多目标蚁群算法的轨迹规划方法,其中实时搜索策略包括三个过程:局部搜索过程、学习过程和移动过程。在六种不同的动态巷道断面环境下,通过分析实时搜索策略对性能的影响,以及与其他两种算法进行性能比较。仿真结果表明,所提的方法能有效地提高搜索效率,实时地解决该问题,并且算法得到的Pareto解集具有较好的收敛性和分布性,优化出的截割轨迹也更优。该论文有图32幅,表13个,参考文献98篇。