文章详细-神东煤炭集团王飞高工：煤矿井下多场景专用智能作业机器人应用实践

　　摘要

　　煤矿智能化建设向纵深推进，有效替代高危、繁重的井下人工作业已成为行业核心挑战。聚焦煤矿井下“掘、支、运、辅、修”全流程作业需求，基于“工艺协同、机械化换人、智能化提效”的分类思路，系统梳理了10 种专用智能作业机器人应用实践，覆盖巷道掘进支护、设备物料转运、巷道修复维护等关键场景，通过集成环境感知、自主导航、智能决策等共性技术及场景化工艺适配技术，实现了从单机操作向多环节协同作业的突破。结合神东煤炭集团各煤矿现场应用案例，验证了机器人在自动钻孔锚固、重型设备安装、巷道喷浆支护等复杂任务中的应用成效。

　　文章来源：《智能矿山》2026年第1期“专题报道：机器人技术创新与应用”

　　作者简介：王飞，高级工程师，主要从事煤矿智能化技术研发与现场应用工作。Email：309195710@qq.com

　　作者单位：国能神东煤炭集团有限责任公司

　　引用格式：王飞.煤矿井下多场景专用智能作业机器人应用实践[J].智能矿山，2026，7（1）：54-58.

　　点击文末左下角阅读原文，免费下载阅读pdf全文

　　关注微信公众号，了解更多矿山智能化建设进展

　　当前，我国煤矿智能化建设已从单点应用步入系统化发展阶段，智能综采与掘进工作面取得了显著成效，但仍有很多作业场景高度依赖人工。因此，以机器人替代人工，实现“少人则安、无人则安”，已成为煤矿智能化向纵深发展的迫切需求。当前机器人研究主要聚焦于4大关键技术方向。

　　（1）本体结构创新，需解决防爆、抗干扰等特殊设计，开发适应崎岖地形的移动底盘。

　　（2）环境感知与自主导航，通过多传感器融合，克服井下粉尘、黑暗与无GPS等困难，实现精准定位与环境重建。

　　（3）智能决策与柔顺控制，利用AI算法使机器人理解作业意图，并在对抗性环境中完成力控精细操作。

　　（4）多机协同与远程交互，依托5G/F5G网络与数字孪生技术，实现机器人群协同调度与“人在回路”的智能监控。

　　笔者系统梳理了煤矿重体力作业机器人的关键技术进展，分析其在掘进、支护、运输与救援等典型场景中的应用成效，并探讨当前技术瓶颈与发展趋势，以期为推动该技术的创新与规模化应用，实现煤矿智能化从“有用”到“高效安全”的跨越提供理论参考与实践路径。

　　煤矿井下智能作业机器人分类及核心技术

　　1.1 分类逻辑

　　基于煤矿掘、支、运、辅、修连续作业工艺链条，结合《矿山智能机器人名录》标准命名规范，将专用智能作业机器人划分为4类：掘进支护类、物料转运类、巷道维护类、多功能协同类。分类核心思路为以工艺流为纽带，确保机器人应用覆盖作业全环节，避免设备堆砌；严格遵循行业标准命名，保障技术表述的规范性与通用性；突出“一机多能”与“多机协同”的应用特征，体现智能化升级价值。

　　1.2 共性核心技术

　　（1）环境感知与自主导航技术

　　采用激光雷达+视觉相机+惯性测量单元（IMU）多传感器融合方案，通过SLAM算法构建井下三维环境地图，在无 GPS、高粉尘、黑暗环境中实现±5 cm级精准定位；搭载避障决策系统，可实时识别巷道内障碍物、人员及设备，自动规划最优作业路径。

　　（2）智能决策与柔顺控制技术

　　集成边缘计算模块与轻量化AI算法，实现作业任务自主分解、工艺参数自适应调整（如钻锚深度、喷浆流量）；采用力控柔顺控制技术，在管路安装、锚杆预紧等精细作业中，实现0.1 N级力控调节，保障操作精度。

　　（3）多机协同与远程交互技术

　　基于 5G 工业互联网与数字孪生平台，实现机器人群组任务调度、作业状态实时反馈与远程操控；支持“人在回路”模式，远程操作人员可通过VR设备沉浸式监控作业过程，紧急情况下介入干预。

　　1.3 场景化工艺技术

　　（1）掘进支护类

　　采用自适应围岩特性的钻孔参数动态调整技术，针对“三软”煤层开发防塌孔清渣技术，喷浆作业集成三维扫描建模与均匀喷射控制技术。

　　（2）物料转运类

　　开发重载液压驱动与姿态稳定控制技术，适配井下斜坡、湿滑路面的行走稳定需求；集成物料识别与自动装卸技术，实现抓取-运输-卸载全流程自动化。

　　（3）巷道维护类

　　管路清理机器人采用高压水射流+机械旋转复合除垢技术，水仓清理机器人集成淤泥厚度精准检测与脱水一体化技术。

　　专用智能作业机器人现场应用实践

　　2.1 钻锚机器人

　　针对煤矿巷道修复中人工补强锚杆锚索用人多、效率低，高处作业需搭架且存在安全隐患的问题，钻锚机器人可自动定位、自主钻进锚固，适配掘进面锚索孔补强、综采巷道超前支护等场景，配套液压冲击凿岩机还可完成爆破孔施工，实现“支护+爆破钻孔”双适配。其搭载高精度定位系统，适配“三软”煤层快速成孔，配合自动清渣与智能锚固装置，核心工序无需人工干预。该机器人应用于神东煤炭大柳塔煤矿掘进工作面巷道超前支护工程，替代传统人工搭架钻孔锚固作业，传统作业需4人/班，机器人作业仅需1人遥控操作，减员率75%，钻锚机器人如图1所示。

　　图1 钻锚机器人

　　2.2 管路抓举安装机器人

　　传统煤矿管路安装依赖人工抬举或手动葫芦吊运，费时费力且效率低下。管路抓举机器人具备抓、举、伸、转等动作，可实现前后0.75 m移动、左右1 m横移、水平14°旋转及抓斗195°回转，稳车支腿保障作业稳定。其采用闭式液压系统，高强度合金钢抓举机械手适配150～500 mm管径，最大抓举质量1.5 t，遥控操作结合人工微调，防爆动力单元与抓举机构互锁提升安全冗余。应用于中国神华能源股份有限公司大柳塔煤矿（简称大柳塔煤矿）井下主排水管路改造工程，传统8人/班仅安装20根管路，机器人6人/班安装30根，安装效率提升60%，管路抓举机器人如图2所示。

　　图2 管路抓举机器人

　　2.3 水仓清理机器人

　　传统装载机清淤方式存在耗时久、人工多、效率低的问题。水仓清理机器人由清仓机、搅拌桶、压滤机、刮板输送机组成，支持远程、无线遥控及手动3种控制模式，实现“挖装-搅拌-脱水-运输”全流程机械化。其采用阶梯模糊PID算法实现淤泥厚度±20 cm精度检测，双压滤机交替工作使效率提升1.5倍，履带式行走适配复杂地形。清仓机每小时最大处理量200m，净煤泥处理量60～80 m，脱水后煤泥含水率低于30%可直接装车。应用于大柳塔煤矿盘区水仓清淤工程，传统3人/班“三班倒”需15天完成，机器人1～2人操控7天完工，效率提升200%；远程操控避免人员在高危环境下作业，刮板输送机与压滤机联动可有效防止巷道污染，水仓清理机器人如图3所示。

　　图3 水仓清理机器人

　　2.4 矿用开槽机器人

　　煤矿巷道密闭掏槽、扩帮等施工人工劳动强度高、效率低。矿用开槽机器人采用无轨胶轮行走、全液压操控，通过快速更换破碎锤、清煤铲等模块化附件，适配多场景作业，狭窄巷道转向灵活。其核心优势为工序集成化“一机多能”，减少设备交替频次。应用于大柳塔煤矿巷道密闭掏槽工程，传统4～5人持风镐2天完成1个槽体，机器人1人遥控半小时完成，效率提升3.8倍。该机器人避免人工风镐震动导致的肌肉劳损及顶部矸石坠落风险，开槽尺寸精度±10 mm，减少后续修整工作量与材料浪费，矿用开槽机器人如图4所示。

　　图4 矿用开槽机器人

　　2.5 履带输送机器人

　　煤矿井下材料运输过程中的装卸工作，巷道狭窄区域的物料搬运，主要靠人工完成，劳动强度大并存在安全隐患。履带输送机器人采用高转矩液压驱履带结构，具备30°爬坡、15 cm越障能力，单机载重3 t，集成装载、运输、卸载一体化功能。应用于大柳塔煤矿掘进工作面设备备件与支护材料运输，机器人运输效率提升4倍，减员率60%，适配多种物料狭窄巷道运输需求，1人操作即可完成，物料运输过程全程可控，实现安全运输，履带输送机器人如图5所示。

　　图5 履带输送机器人

　　2.6 自动卷缆机器人

　　煤矿掘进机跟机供电线缆，采用的是人工拖拽方式，根据掘进机运行位置控制使用电缆长度。掘进机跟机供电线缆采用人工拖拽方式，增加了人员数量及劳动强度，影响生产效率。自动卷缆机器人由履带底盘、电缆卷筒、液压系统、电气系统组成，可实现自动行走、卷缆动作的本机自主控制及遥控控制。应用于大柳塔煤矿掘进工作，卷缆速度0.5 m/s，机器人自动调张力防止电缆损伤，完全取代了人工拖缆作业，自动卷缆机器人如图6所示。

　　图6 自动卷缆机器人

　　2.7 井下清煤机器人

　　煤矿井下浮煤清理主要依靠人工使用铁锹清理，由于掘进工作面作业空间狭小，大型机械无法进入，掘进工作面设备退机后遗留的浮煤清理工作严重制约掘进效率的提升。清煤机器人采用柴油机动力、胶轮行走、遥控操作、体积小巧，实现灵活清理工作面和输送带巷浮煤作业，同时具备搬运、铣挖、破碎等功能，实现一机多用。应用于神东补连塔煤矿，传统人工单班清煤3 m，机器人1人遥控单班清理30 m，效率提升10倍，井下清煤机器人如图7所示。

　　图7 井下清煤机器人

　　2.8 管路清理机器人

　　煤矿井下排水管路中污水的沉积物在管路中沉淀下来导致管路结垢，大量淤积固化，造成排水管路的内径减小，排水阻力增大，影响排水效率。目前普遍采取的办法有更换排水管路法（结垢管道拆卸至地面后用高压水清洗）和化学清洗法，综合成本高。管路清理机器人包括机器人本体、气动卷扬装置和机器人控制器，其中，机器人本体搭载有高压水射流喷头和机械旋转式除垢截割头，可以实现煤矿井下排水管路内部空间的原位除垢和清洗。机器人应用于大柳塔煤矿主排水管路的清理，50 mm厚结垢管路单次清理后内径恢复至设计值95%以上，管路清理机器人如图8所示。

　　图8 管路清理机器人

　　2.9 掘进工作面多功能作业机器人

　　掘进作业受巷道空间条件所限，胶轮车等运输车辆只能把辅助材料运到距离掘进工作面50 m处，然后由人工推、拉、扛等方式把物料卸到掘进工作面位置，长期以来无法实现机械化运输辅材，该工艺工人劳动强度大，工作效率低，安全隐患多。电机动力的履带搬运车需要频繁拆接电缆，且电缆拖拽有较大安全隐患。人工打孔转运钻机或凿岩机不便捷，劳动强度大，占用人员多，需要多种设备交替作业。掘进工作面多功能作业机器人，通过吊机吊装、履带运输、钻机作业，实现机械代替人力，机械化减人增效，一机多用，提高作业安全性与便捷性。传统模式5人单班完成的钻孔及物料供应量，机器人由2人操控即可完成，效率提升50%，人员减少60%。该机器人规避人工搬运损伤、交叉作业碰撞风险，提高了掘进工作面机械化覆盖率，掘进工作面多功能作业机器人如图9所示。

　　图9 掘进工作面多功能作业机器人

　　2.10 喷浆机器人

　　煤矿井下混凝土喷浆作业量大，实际施工中主要是人工作业，对人工的需求较大、工人劳动强度高、工作效率较低。喷浆机器人由底盘系统、液压系统、电气系统以及工作系统组成，采用湿式喷浆工艺，集自行走、混凝土泵送、机械臂喷射、远程遥控等技术于一体，通过遥控远程操作实现电机启停、泵送启停、泵送快慢、软管泵快慢、大臂动作、底盘行走等功能。核心优势为“精准建模+智能喷射”，提升质量与材料利用率。应用数据显示，传统3～4人单班作业量，机器人1～2人遥控操作即可完成，效率提升2倍。远程操控使作业人员远离高粉尘作业环境，规避矽肺病风险，喷浆机器人如图10所示。

　　图10 喷浆机器人

　　总结

　　（1）通过融合智能感知、柔顺控制、多机协同等前沿技术，机器人已展现出替代人工完成高强度、高精度作业的可行性，正成为破解煤矿安全与效率瓶颈的新质生产力。

　　（2）井下复杂非结构化环境对机器人的可靠性、环境适应性及自主决策能力，提出了远高于工业机器人的要求；高昂研发部署成本、尚未统一的技术标准与评测体系，也构成了其产业化落地的现实壁垒。

　　（3）未来，煤矿重体力作业机器人的发展将呈现大模型等新一代AI技术赋能机器人、仿生结构与专用工具创新、“人机环”智能协同，与数字孪生平台深度耦合，实现全域作业流程的智能调度与优化。

　　编辑丨李莎

　　审核丨赵瑞

　　煤炭科学研究总院期刊出版公司拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录8种、中文核心期刊9种、中国科技核心期刊11种、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊4种，是煤炭行业最重要的科技窗口与学术交流阵地，也是行业最大最权威的期刊集群。

　　期刊简介

　　《智能矿山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中国煤炭科工集团有限公司主管、煤炭科学研究总院有限公司主办的聚焦矿山智能化领域产学研用新进展的综合性技术刊物。

　　主编：王国法院士

　　刊载栏目：企业/团队/人物专访政策解读视角·观点智能示范矿井对话革新·改造学术园地、专题报道等。

　　投稿网址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

　　征稿函详见链接：征稿┃《智能矿山》面向广大读者征稿，欢迎投稿

　　期刊成果：创刊5年来，策划出版了“中国煤科煤矿智能化成果”“陕煤集团智能化建设成果”“聚焦煤炭工业‘十四五’高质量发展”等特刊/专题30多期。主办“煤矿智能化重大进展发布会”“煤炭清洁高效利用先进成果发布会”“《智能矿山》理事、特约编辑年会暨智能化建设论坛”“智能矿山零距离”“矿山智能化建设运维与技术创新高新研修班”等活动20余次。组建了理事会、特约编辑团队、卓越人物等千余人产学研用高端协同办刊团队，打造了“刊-网-号-群-库”全覆盖的1+N全媒体传播平台，全方位发布矿山智能化领域新技术、新产品、新经验。

　　具体详见链接：《智能矿山》创刊5周年回顾

　　联系人：李编辑 010-87986441

　　邮发代号：82-476

　　期刊订阅详见链接：欢迎订阅┃《智能矿山》杂志2026年订阅开始了！

　　往期荐读

　　会议议程┃关于召开煤炭无人化开采数智技术研讨暨成果发布会的通知(2026年1月9—11日北京)

　　行业聚焦┃2025年矿山智能化建设运维与技术创新高级研修班成功在威海举办

　　行业聚焦┃2025智慧矿山技术创新与产业发展论坛（新疆）成功召开

　　行业聚焦┃2024年煤炭清洁高效利用智能化成果发布暨选煤厂智能化建设论坛顺利召开

　　征稿┃《智能矿山》面向广大读者征稿，欢迎投稿

　　欢迎订阅┃《智能矿山》杂志2026年订阅开始了！

　　行业聚焦┃2024年煤矿智能化重大进展发布会成功召开