专访┃常州科试煤矿辅助运输机器人系统研发团队：为煤矿辅助运输提供现代化解决方案

2025年07月01日 16:41 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

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团队简介

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常州科研试制中心有限公司（简称常州科试）前身是1978年成立的煤炭科学研究总院常州科研试制中心，是国内从事煤矿辅助运输装备的专业研究单位，拥有省级防爆车辆工程研究中心和重点实验室，是煤矿专用设备标准化技术委员会辅助运输设备分会所在地和中国煤炭学会煤矿运输专业委员会辅助运输学组挂靠单位，承担和主持煤矿辅助运输装备技术领域的标准化和学术交流工作。

煤矿辅助运输机器人系统研发团队（简称团队）为常州科试创新标杆团队，主要承担煤矿辅助运输智能装备及辅助运输机器人系统的研究与应用，团队共有22人，其中正高级职称1人，副高级职称15人，团队以“科试，让煤矿辅助运输更高效、更安全、更环保、更舒适、更智能”为己任，致力于煤矿辅助运输装备及其电动化、智能化、充换电等技术研究，先后获省部级以上科学奖励11项，发明专利60余项，获得国家技术发明二等奖1项，还研制出一大批代表国际先进水平的重大技术装备，在轨道运输、无轨运输、架空运输以及充换电等领域实现了创新突破。

文章来源：《智能矿山》2025年第5期“专访”栏目

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创新模式

突破辅助运输全流程无人化作业关键技术

为了解辅助运输智能化建设现状，团队走访调研了陕西、山西、山东、贵州、东北等地区共计15个矿井，结合目前普遍存在的转载环节多、运输效率低、转载安全隐患大等问题，创造性提出了基于煤矿井下的标准化智能运输新思路。从辅助运输标准化装载技术、自动化转载技术及辅助运输车辆自主行为决策技术3个方面开展辅助运输机器人系统研究；并提出了标准化辅助运输新模式，开发了标准容器与专用平板车及智能抓取装置，实现了辅助运输装载的标准化；研发了基于机器视觉与RFID融合的标准容器识别定位技术，研制了空轨-地轨之间标准容器的转载装置，实现了辅助运输的自动化转载；研发了自适应制动与自主驱动技术，实现了辅助运输车辆自主运行决策。团队研发的重要关键技术包括以下3个方面。

（1）井下物料标准化运输技术

针对井下各种物料运输需求归类梳理，研制了6种标准化容器及配套平板车如图1所示，满足不同物料形式的运输。标准化容器参考地面物流集装箱固定及吊装原理，不同种类标准容器统一连接型式与吊装位置，实现了标准容器与平板车的自动连接和脱离。研制的单轨吊自动转载系统实现了物料运输的标准化，为智能化、无人化驾驶系统提供了技术支撑。

图1 标准容器

（2）辅助运输自动化转载技术

煤矿井下环境复杂，湿度大、粉尘大、光线暗、电磁干扰等，如何实现矿井环境下的物料自主识别是技术难点。针对吊装标准容器时人工对位偏差大、效率低的问题，研制的标准容器视觉识别定位系统成功实现全流程物料自动化转载（图2），为消除巷道内低光照、高粉尘的环境对识别定位的不利影响，团队在实验室模拟多场景复杂环境下，用1年半的时间对智能识别模型进行测试优化训练，构建的自学习模糊算法视觉技术实现了标准容器和平板车的高准确率识别和定位。

图2 辅助运输机器人自动转载流程

团队研发的单轨吊转载机器人如图3所示，由辅助运输机器人系统、若干组驱动单元（图4）、标准容器智能识别定位系统组成。转载机器人实现了对标准容器的自主识别定位、自动抓取、自动起吊、自动转载、自动回航全流程自动转载。解决了巷道内人工捆挂劳动强度大、手动起吊物料效率低、用工多、事故率高等突出问题，实现了井下物料装运作业的标准化和智能化。

图3 单轨吊转载机器人

图4 驱动单元

（3）辅助运输车辆自主行为决策技术

针对巷道内变坡、转弯、道岔、风门、路障等复杂路况下人工驾驶的安全隐患，研制了井下防爆单轨吊智能驾驶系统（图5、图6），由AI摄像仪、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达、车载域控制器、车载智能终端等防爆设备，实现了煤矿井下单轨吊的环境感知与自主决策，基于强化学习的速度自适应控制策略，实现了采区辅助运输车辆的智能驾驶等。

图5 有驾驶室的智能驾驶系统

图6 无驾驶室的智能驾驶系统

单轨吊井下自主运行试验和标准容器自主抓取试验分别如图7—图8所示，实现了以下4个方面的功能。

（a）智能驾驶：单轨吊在运行过程中，通过多源融合技术和车载智能终端实时交互技术等，可实时与远程调度平台（智能座舱）实时交互，实现单轨吊智能驾驶。

（b）精准停车：具备精确的车辆速度与运行里程数据的检测装置，可对沿途关键RFID标识位置进行识别，运行中不断重复修正车辆运行位置，弥补 UWB 动态定位误差，实现关键节点±5cm 的停车精度。

（c）探障及通过性检测：基于激光雷达的 AEB 探障减速停车系统可实现防碰撞预警，基于超声波雷达进行车辆通过性预警。

（d）关键道路节点辨识：在运输途中可对风门、道岔、RFID 标识卡等关键道路节点进行辨识。

图7 单轨吊井下自主运行试验

图8 标准容器自主抓取试验

示范应用

实现标准化装载、自动化转载及自主行为决策

团队根据贵州盘江精煤股份有限公司煤矿山脚树煤矿（国家首批智能化示范建设煤矿）的复杂地质条件及其辅助运输的实际情况，先后完成了包括单轨吊转载机器人、单轨吊运输机器人在内的全部设备的研制，开展了地面联合实验和井下工业性试验，并通过国家矿用产品检测中心对辅助运输机器人系统的性能测试，各项考核指标均达标。

此外，相关成果顺利通过由国家科技部组织的专家组对复杂地质条件煤矿辅助运输机器人综合绩效评价验收，各项指标均达到项目指标考核要求。通过在山脚树煤矿开展工业性试验和应用示范，全面验证了单轨吊转载机器人和单轨吊运输机器人的各项功能，具有地面调度室远程遥控驾驶、井下无人驾驶、井下自主避障、井下视频及数据实时回传等功能，实现了复杂地质条件下辅助运输机器人系统在煤矿井下的标准化装载、自动化转载及自主行为决策。共计完成国内发明专利申报7项、国际PCT专利1项、国外发明专利5项，发布煤炭行业标准3项，报批能源行业标准1项，立项能源行业标准1项，获得软件著作权6项。

成果转化

科学价值和经济效益同在

（1）科学价值

在煤层地质条件复杂的矿区，辅助运输装备面临大坡度、多弯道、小断面、易变形等恶劣运输工况，辅助运输转载环节多，运输效率低下，事故发生率较高，团队通过提炼煤矿辅助运输机器人系统涉及的关键科学问题，研究辅助运输标准化装载技术、自动化转载技术及辅助运输车辆自主行为决策技术，实现了煤矿物料标准化装载、自动化转运与无人化运输，填补了国内在煤矿井下智能辅助运输方面的空白，为煤炭高效、安全生产提供可靠的技术支撑。

（2）经济效益

团队通过研究煤矿辅助运输机器人关键技术与装备，结合国内复杂地质条件智能化实际需求，通过标准化装载、自动化转载和自主运行减少用工，减轻工人的劳动强度，实现了煤矿安全、高效、智能、环保的辅助运输，为煤矿安全高效、绿色化开采提供技术支撑和装置保障，基于上述智能化研发成果完成内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司“平庄煤业软岩矿井大倾角重载智能锂电单轨吊机车”、唐山矿“煤矿井下大牵引力锂电单轨吊无人驾驶系统”、青龙寺矿“标准集装箱运输车”、陕西陕煤曹家滩矿业有限公司“侧面吊集装箱运输车”等智能化项目推广应用，累计合同金额超过1亿元。

我国80%以上的煤炭资源为井工开采，单轨吊因其灵活性和直达运输等优势在市场上需求旺盛，未来，随着煤矿智能化建设的推进，无人驾驶单轨吊潜力巨大。该团队研发的辅助运输智能化技术装备可拓展至非煤矿山、隧道工程等复杂环境运输场景，并且可通过“一带一路”进行国际化推广。

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7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。

《智能矿山》

Journal of Intelligent Mine

月刊CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139，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

投稿网址：www.chinamai.org.cn（期刊中心-作者投稿）

联系人：李编辑 010-87986441

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