摘 要

煤礦智能化建設(shè)向縱深推進(jìn)，有效替代高危、繁重的井下人工作業(yè)已成為行業(yè)核心挑戰(zhàn)。聚焦煤礦井下“掘、支、運(yùn)、輔、修”全流程作業(yè)需求，基于“工藝協(xié)同、機(jī)械化換人、智能化提效”的分類思路，系統(tǒng)梳理了10 種專用智能作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)踐，覆蓋巷道掘進(jìn)支護(hù)、設(shè)備物料轉(zhuǎn)運(yùn)、巷道修復(fù)維護(hù)等關(guān)鍵場(chǎng)景，通過(guò)集成環(huán)境感知、自主導(dǎo)航、智能決策等共性技術(shù)及場(chǎng)景化工藝適配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從單機(jī)操作向多環(huán)節(jié)協(xié)同作業(yè)的突破。結(jié)合神東煤炭集團(tuán)各煤礦現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用案例，驗(yàn)證了機(jī)器人在自動(dòng)鉆孔錨固、重型設(shè)備安裝、巷道噴漿支護(hù)等復(fù)雜任務(wù)中的應(yīng)用成效。

文章來(lái)源：《智能礦山》2026年第1期“專題報(bào)道：機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用”

作者簡(jiǎn)介：王飛，高級(jí)工程師，主要從事煤礦智能化技術(shù)研發(fā)與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工作。Email：309195710@qq.com

作者單位：國(guó)能神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司

引用格式：王飛. 煤礦井下多場(chǎng)景專用智能作業(yè)機(jī)器人應(yīng)用實(shí)踐[J]. 智能礦山，2026，7（1）：54-58.

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當(dāng)前，我國(guó)煤礦智能化建設(shè)已從單點(diǎn)應(yīng)用步入系統(tǒng)化發(fā)展階段，智能綜采與掘進(jìn)工作面取得了顯著成效，但仍有很多作業(yè)場(chǎng)景高度依賴人工。因此，以機(jī)器人替代人工，實(shí)現(xiàn)“少人則安、無(wú)人則安”，已成為煤礦智能化向縱深發(fā)展的迫切需求。當(dāng)前機(jī)器人研究主要聚焦于4大關(guān)鍵技術(shù)方向。

（1）本體結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，需解決防爆、抗干擾等特殊設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)適應(yīng)崎嶇地形的移動(dòng)底盤。

（2）環(huán)境感知與自主導(dǎo)航，通過(guò)多傳感器融合，克服井下粉塵、黑暗與無(wú)GPS等困難，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與環(huán)境重建。

（3）智能決策與柔順控制，利用AI算法使機(jī)器人理解作業(yè)意圖，并在對(duì)抗性環(huán)境中完成力控精細(xì)操作。

（4）多機(jī)協(xié)同與遠(yuǎn)程交互，依托5G/F5G網(wǎng)絡(luò)與數(shù)字孿生技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群協(xié)同調(diào)度與“人在回路”的智能監(jiān)控。

筆者系統(tǒng)梳理了煤礦重體力作業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展，分析其在掘進(jìn)、支護(hù)、運(yùn)輸與救援等典型場(chǎng)景中的應(yīng)用成效，并探討當(dāng)前技術(shù)瓶頸與發(fā)展趨勢(shì)，以期為推動(dòng)該技術(shù)的創(chuàng)新與規(guī)?；瘧?yīng)用，實(shí)現(xiàn)煤礦智能化從“有用”到“高效安全”的跨越提供理論參考與實(shí)踐路徑。

煤礦井下智能作業(yè)機(jī)器人分類及核心技術(shù)

1.1 分類邏輯

基于煤礦 掘、支、運(yùn)、輔、修連續(xù)作業(yè)工藝鏈條，結(jié)合《礦山智能機(jī)器人名錄》標(biāo)準(zhǔn)命名規(guī)范，將專用智能作業(yè)機(jī)器人劃分為4類：掘進(jìn)支護(hù)類、物料轉(zhuǎn)運(yùn)類、巷道維護(hù)類、多功能協(xié)同類。分類核心思路為以工藝流為紐帶，確保機(jī)器人應(yīng)用覆蓋作業(yè)全環(huán)節(jié)，避免設(shè)備堆砌；嚴(yán)格遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)命名，保障技術(shù)表述的規(guī)范性與通用性；突出“一機(jī)多能”與“多機(jī)協(xié)同”的應(yīng)用特征，體現(xiàn)智能化升級(jí)價(jià)值。

1.2 共性核心技術(shù)

（1）環(huán)境感知與自主導(dǎo)航技術(shù)

采用激光雷達(dá)+視覺(jué)相機(jī)+慣性測(cè)量單元（IMU）多傳感器融合方案，通過(guò)SLAM算法構(gòu)建井下三維環(huán)境地圖，在無(wú) GPS、高粉塵、黑暗環(huán)境中實(shí)現(xiàn)±5 cm級(jí)精準(zhǔn)定位；搭載避障決策系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)識(shí)別巷道內(nèi)障礙物、人員及設(shè)備，自動(dòng)規(guī)劃最優(yōu)作業(yè)路徑。

（2）智能決策與柔順控制技術(shù)

集成邊緣計(jì)算模塊與輕量化AI算法，實(shí)現(xiàn)作業(yè)任務(wù)自主分解、工藝參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整（如鉆錨深度、噴漿流量）；采用力控柔順控制技術(shù)，在管路安裝、錨桿預(yù)緊等精細(xì)作業(yè)中，實(shí)現(xiàn)0.1 N級(jí)力控調(diào)節(jié)，保障操作精度。

（3）多機(jī)協(xié)同與遠(yuǎn)程交互技術(shù)

基于 5G 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與數(shù)字孿生平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群組任務(wù)調(diào)度、作業(yè)狀態(tài)實(shí)時(shí)反饋與遠(yuǎn)程操控；支持 “人在回路” 模式，遠(yuǎn)程操作人員可通過(guò)VR設(shè)備沉浸式監(jiān)控作業(yè)過(guò)程，緊急情況下介入干預(yù)。

1.3 場(chǎng)景化工藝技術(shù)

（1）掘進(jìn)支護(hù)類

采用自適應(yīng)圍巖特性的鉆孔參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整技術(shù)，針對(duì)“三軟”煤層開(kāi)發(fā)防塌孔清渣技術(shù)，噴漿作業(yè)集成三維掃描建模與均勻噴射控制技術(shù)。

（2）物料轉(zhuǎn)運(yùn)類

開(kāi)發(fā)重載液壓驅(qū)動(dòng)與姿態(tài)穩(wěn)定控制技術(shù)，適配井下斜坡、濕滑路面的行走穩(wěn)定需求；集成物料識(shí)別與自動(dòng)裝卸技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 抓取-運(yùn)輸-卸載全流程自動(dòng)化。

（3）巷道維護(hù)類

管路清理機(jī)器人采用高壓水射流 + 機(jī)械旋轉(zhuǎn)復(fù)合除垢技術(shù)，水倉(cāng)清理機(jī)器人集成淤泥厚度精準(zhǔn)檢測(cè)與脫水一體化技術(shù)。

專用智能作業(yè)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐

2.1 鉆錨機(jī)器人

針對(duì)煤礦巷道修復(fù)中人工補(bǔ)強(qiáng)錨桿錨索用人多、效率低，高處作業(yè)需搭架且存在安全隱患的問(wèn)題，鉆錨機(jī)器人可自動(dòng)定位、自主鉆進(jìn)錨固，適配掘進(jìn)面錨索孔補(bǔ)強(qiáng)、綜采巷道超前支護(hù)等場(chǎng)景，配套液壓沖擊鑿巖機(jī)還可完成爆破孔施工，實(shí)現(xiàn)“支護(hù)+爆破鉆孔”雙適配。其搭載高精度定位系統(tǒng)，適配“三軟”煤層快速成孔，配合自動(dòng)清渣與智能錨固裝置，核心工序無(wú)需人工干預(yù)。該機(jī)器人應(yīng)用于神東煤炭大柳塔煤礦掘進(jìn)工作面巷道超前支護(hù)工程，替代傳統(tǒng)人工搭架鉆孔錨固作業(yè)，傳統(tǒng)作業(yè)需4人/班，機(jī)器人作業(yè)僅需1人遙控操作，減員率75%，鉆錨機(jī)器人如圖1所示。

圖1 鉆錨機(jī)器人

2.2 管路抓舉安裝機(jī)器人

傳統(tǒng)煤礦管路安裝依賴人工抬舉或手動(dòng)葫蘆吊運(yùn)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下。管路抓舉機(jī)器人具備抓、舉、伸、轉(zhuǎn)等動(dòng)作，可實(shí)現(xiàn)前后0.75 m移動(dòng)、左右1 m橫移、水平14°旋轉(zhuǎn)及抓斗195°回轉(zhuǎn)，穩(wěn)車支腿保障作業(yè)穩(wěn)定。其采用閉式液壓系統(tǒng)，高強(qiáng)度合金鋼抓舉機(jī)械手適配150～500 mm管徑，最大抓舉質(zhì)量1.5 t，遙控操作結(jié)合人工微調(diào)，防爆動(dòng)力單元與抓舉機(jī)構(gòu)互鎖提升安全冗余。應(yīng)用于中國(guó)神華能源股份有限公司大柳塔煤礦（簡(jiǎn)稱大柳塔煤礦）井下主排水管路改造工程，傳統(tǒng)8人/班僅安裝20根管路，機(jī)器人6人/班安裝30根，安裝效率提升60%，管路抓舉機(jī)器人如圖2所示。

圖2 管路抓舉機(jī)器人

2.3 水倉(cāng)清理機(jī)器人

傳統(tǒng)裝載機(jī)清淤方式存在耗時(shí)久、人工多、效率低的問(wèn)題。水倉(cāng)清理機(jī)器人由清倉(cāng)機(jī)、攪拌桶、壓濾機(jī)、刮板輸送機(jī)組成，支持遠(yuǎn)程、無(wú)線遙控及手動(dòng)3種控制模式，實(shí)現(xiàn)“挖裝-攪拌-脫水-運(yùn)輸”全流程機(jī)械化。其采用階梯模糊PID算法實(shí)現(xiàn)淤泥厚度±20 cm精度檢測(cè)，雙壓濾機(jī)交替工作使效率提升1.5倍，履帶式行走適配復(fù)雜地形。清倉(cāng)機(jī)每小時(shí)最大處理量200m，凈煤泥處理量60～80 m，脫水后煤泥含水率低于30%可直接裝車。應(yīng)用于大柳塔煤礦盤區(qū)水倉(cāng)清淤工程，傳統(tǒng)3人/班“三班倒”需15天完成，機(jī)器人1～2人操控7天完工，效率提升200%；遠(yuǎn)程操控避免人員在高危環(huán)境下作業(yè)，刮板輸送機(jī)與壓濾機(jī)聯(lián)動(dòng)可有效防止巷道污染，水倉(cāng)清理機(jī)器人如圖3所示。

圖3 水倉(cāng)清理機(jī)器人

2.4 礦用開(kāi)槽機(jī)器人

煤礦巷道密閉掏槽、擴(kuò)幫等施工人工勞動(dòng)強(qiáng)度高、效率低。礦用開(kāi)槽機(jī)器人采用無(wú)軌膠輪行走、全液壓操控，通過(guò)快速更換破碎錘、清煤鏟等模塊化附件，適配多場(chǎng)景作業(yè)，狹窄巷道轉(zhuǎn)向靈活。其核心優(yōu)勢(shì)為工序集成化“一機(jī)多能”，減少設(shè)備交替頻次。應(yīng)用于大柳塔煤礦巷道密閉掏槽工程，傳統(tǒng)4～5人持風(fēng)鎬2天完成1個(gè)槽體，機(jī)器人1人遙控半小時(shí)完成，效率提升3.8倍。該機(jī)器人避免人工風(fēng)鎬震動(dòng)導(dǎo)致的肌肉勞損及頂部矸石墜落風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)槽尺寸精度±10 mm，減少后續(xù)修整工作量與材料浪費(fèi)，礦用開(kāi)槽機(jī)器人如圖4所示。

圖4 礦用開(kāi)槽機(jī)器人

2.5 履帶輸送機(jī)器人

煤礦井下材料運(yùn)輸過(guò)程中的裝卸工作，巷道狹窄區(qū)域的物料搬運(yùn)，主要靠人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大并存在安全隱患。履帶輸送機(jī)器人采用高轉(zhuǎn)矩液壓驅(qū)履帶結(jié)構(gòu)，具備30°爬坡、15 cm越障能力，單機(jī)載重3 t，集成裝載、運(yùn)輸、卸載一體化功能。應(yīng)用于大柳塔煤礦掘進(jìn)工作面設(shè)備備件與支護(hù)材料運(yùn)輸，機(jī)器人運(yùn)輸效率提升4倍，減員率60%，適配多種物料狹窄巷道運(yùn)輸需求，1人操作即可完成，物料運(yùn)輸過(guò)程全程可控，實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)輸，履帶輸送機(jī)器人如圖5所示。

圖5 履帶輸送機(jī)器人

2.6 自動(dòng)卷纜機(jī)器人

煤礦掘進(jìn)機(jī)跟機(jī)供電線纜，采用的是人工拖拽方式，根據(jù)掘進(jìn)機(jī)運(yùn)行位置控制使用電纜長(zhǎng)度。掘進(jìn)機(jī)跟機(jī)供電線纜采用人工拖拽方式，增加了人員數(shù)量及勞動(dòng)強(qiáng)度，影響生產(chǎn)效率。自動(dòng)卷纜機(jī)器人由履帶底盤、電纜卷筒、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)組成，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行走、卷纜動(dòng)作的本機(jī)自主控制及遙控控制。應(yīng)用于大柳塔煤礦掘進(jìn)工作，卷纜速度0.5 m/s，機(jī)器人自動(dòng)調(diào)張力防止電纜損傷，完全取代了人工拖纜作業(yè)，自動(dòng)卷纜機(jī)器人如圖6所示。

圖6 自動(dòng)卷纜機(jī)器人

2.7 井下清煤機(jī)器人

煤礦井下浮煤清理主要依靠人工使用鐵鍬清理，由于掘進(jìn)工作面作業(yè)空間狹小，大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)入，掘進(jìn)工作面設(shè)備退機(jī)后遺留的浮煤清理工作嚴(yán)重制約掘進(jìn)效率的提升。清煤機(jī)器人采用柴油機(jī)動(dòng)力、膠輪行走、遙控操作、體積小巧，實(shí)現(xiàn)靈活清理工作面和輸送帶巷浮煤作業(yè)，同時(shí)具備搬運(yùn)、銑挖、破碎等功能，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。應(yīng)用于神東補(bǔ)連塔煤礦，傳統(tǒng)人工單班清煤3 m，機(jī)器人1人遙控單班清理30 m，效率提升10倍，井下清煤機(jī)器人如圖7所示。

圖7 井下清煤機(jī)器人

2.8 管路清理機(jī)器人

煤礦井下排水管路中污水的沉積物在管路中沉淀下來(lái)導(dǎo)致管路結(jié)垢，大量淤積固化，造成排水管路的內(nèi)徑減小，排水阻力增大，影響排水效率。目前普遍采取的辦法有更換排水管路法（結(jié)垢管道拆卸至地面后用高壓水清洗）和化學(xué)清洗法，綜合成本高。管路清理機(jī)器人包括機(jī)器人本體、氣動(dòng)卷?yè)P(yáng)裝置和機(jī)器人控制器，其中，機(jī)器人本體搭載有高壓水射流噴頭和機(jī)械旋轉(zhuǎn)式除垢截割頭，可以實(shí)現(xiàn)煤礦井下排水管路內(nèi)部空間的原位除垢和清洗。機(jī)器人應(yīng)用于大柳塔煤礦主排水管路的清理，50 mm厚結(jié)垢管路單次清理后內(nèi)徑恢復(fù)至設(shè)計(jì)值95%以上，管路清理機(jī)器人如圖8所示。

圖8 管路清理機(jī)器人

2.9 掘進(jìn)工作面多功能作業(yè)機(jī)器人

掘進(jìn)作業(yè)受巷道空間條件所限，膠輪車等運(yùn)輸車輛只能把輔助材料運(yùn)到距離掘進(jìn)工作面50 m處，然后由人工推、拉、扛等方式把物料卸到掘進(jìn)工作面位置，長(zhǎng)期以來(lái)無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化運(yùn)輸輔材，該工藝工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全隱患多。電機(jī)動(dòng)力的履帶搬運(yùn)車需要頻繁拆接電纜，且電纜拖拽有較大安全隱患。人工打孔轉(zhuǎn)運(yùn)鉆機(jī)或鑿巖機(jī)不便捷，勞動(dòng)強(qiáng)度大，占用人員多，需要多種設(shè)備交替作業(yè)。掘進(jìn)工作面多功能作業(yè)機(jī)器人，通過(guò)吊機(jī)吊裝、履帶運(yùn)輸、鉆機(jī)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械代替人力，機(jī)械化減人增效，一機(jī)多用，提高作業(yè)安全性與便捷性。傳統(tǒng)模式5人單班完成的鉆孔及物料供應(yīng)量，機(jī)器人由2人操控即可完成，效率提升50%，人員減少60%。該機(jī)器人規(guī)避人工搬運(yùn)損傷、交叉作業(yè)碰撞風(fēng)險(xiǎn)，提高了掘進(jìn)工作面機(jī)械化覆蓋率，掘進(jìn)工作面多功能作業(yè)機(jī)器人如圖9所示。

圖9 掘進(jìn)工作面多功能作業(yè)機(jī)器人

2.10 噴漿機(jī)器人

煤礦井下混凝土噴漿作業(yè)量大，實(shí)際施工中主要是人工作業(yè)，對(duì)人工的需求較大、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、工作效率較低。噴漿機(jī)器人由底盤系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及工作系統(tǒng)組成，采用濕式噴漿工藝，集自行走、混凝土泵送、機(jī)械臂噴射、遠(yuǎn)程遙控等技術(shù)于一體，通過(guò)遙控遠(yuǎn)程操作實(shí)現(xiàn)電機(jī)啟停、泵送啟停、泵送快慢、軟管泵快慢、大臂動(dòng)作、底盤行走等功能。核心優(yōu)勢(shì)為“精準(zhǔn)建模+智能噴射”，提升質(zhì)量與材料利用率。應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，傳統(tǒng)3～4人單班作業(yè)量，機(jī)器人1～2人遙控操作即可完成，效率提升2倍。遠(yuǎn)程操控使作業(yè)人員遠(yuǎn)離高粉塵作業(yè)環(huán)境，規(guī)避矽肺病風(fēng)險(xiǎn)，噴漿機(jī)器人如圖10所示。

圖10 噴漿機(jī)器人

總 結(jié)

（1）通過(guò)融合智能感知、柔順控制、多機(jī)協(xié)同等前沿技術(shù)，機(jī)器人已展現(xiàn)出替代人工完成高強(qiáng)度、高精度作業(yè)的可行性，正成為破解煤礦安全與效率瓶頸的新質(zhì)生產(chǎn)力。

（2）井下復(fù)雜非結(jié)構(gòu)化環(huán)境對(duì)機(jī)器人的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性及自主決策能力，提出了遠(yuǎn)高于工業(yè)機(jī)器人的要求；高昂研發(fā)部署成本、尚未統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)測(cè)體系，也構(gòu)成了其產(chǎn)業(yè)化落地的現(xiàn)實(shí)壁壘。

（3）未來(lái)，煤礦重體力作業(yè)機(jī)器人的發(fā)展將呈現(xiàn)大模型等新一代AI技術(shù)賦能機(jī)器人、仿生結(jié)構(gòu)與專用工具創(chuàng)新、“人機(jī)環(huán)”智能協(xié)同，與數(shù)字孿生平臺(tái)深度耦合，實(shí)現(xiàn)全域作業(yè)流程的智能調(diào)度與優(yōu)化。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學(xué)研究總院期刊出版公司擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國(guó)科技核心期刊11種、中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學(xué)術(shù)交流陣地，也是行業(yè)最大最權(quán)威的期刊集群。

期刊簡(jiǎn)介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司主管、煤炭科學(xué)研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領(lǐng)域產(chǎn)學(xué)研用新進(jìn)展的綜合性技術(shù)刊物。

主編：王國(guó)法院士

刊載欄目：企業(yè)/團(tuán)隊(duì)/人物專訪政策解讀視角·觀點(diǎn)智能示范礦井對(duì)話革新·改造學(xué)術(shù)園地、專題報(bào)道等。

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