矿山作为工业生产的重要领域，作业场所的恶劣环境与高危险性，使得危险繁重岗位人员占比超过60%，且传统人工开采方式效率低下，矿用机器人的应用可以有效减少人力成本，矿用机器人结合大数据、人工智能等先进技术，可实现矿山生产全流程的可视化、可控化和智能化管理，大幅提高工作效率、管理效率，有效降低安全风险。

作为矿业领域的一项新兴技术，矿用机器人正逐渐改变传统矿业的生产作业方式，引领矿业进入智能化、高效率的新时代。笔者深入探讨矿用机器人的政策、市场、技术、产业生态以及应用扩展等方面的现状与趋势、面临的主要挑战，并在此基础上提出针对性的发展策略与建议，以期为矿用机器人行业的持续健康发展提供理论参考与实践指导。

矿用机器人产业发展现状

矿用机器人产业在国家政策的持续推动下，正迎来前所未有的发展机遇。人工智能、机器视觉、无线通信等技术，为矿用机器人快速发展提供了坚实的技术支撑。目前，矿用机器人技术已进入成长期，形成了完整的产业链，并逐渐向执行类方向转变。

政策基础与市场环境

2024 年4 月，国家矿山安全监察局、应急管理部、国家发展改革委、工业和信息化部、科技部、财政部、教育部研究制定了《关于深入推进矿山智能化建设 促进矿山安全发展的指导意见》，提出了到2026 年的具体目标，包括建立完整的矿山智能化标准体系，推进矿山数据融合互通，实现环境智能感知、系统智能联动、重大灾害风险智能预警等。同时，明确了矿山危险繁重岗位作业智能装备或机器人替代率的目标，为矿用机器人的发展提供了明确的时间表和路线图。

随着国家政策的推动和煤炭资源的重要性日益凸显，据《中国机器人产业发展报告（2022~2023）》显示，当前我国煤矿机器人市场仍处于早期发展阶段，市场竞争格局较为分散，预计到2027年，我国煤矿巡检机器人和煤矿掘进机器人市场规模约分别为7.59亿元和27.6亿元。

市场需求增长和竞争加剧，促使企业不断加大技术创新和产品研发投入，以提升自身市场竞争力和市场份额。随着煤矿智能化建设的深入推进和政策持续支持，矿用机器人市场有望继续保持强劲的增长势头，并为煤炭行业的可持续发展注入新的动力。

技术背景

随着人工智能、机器视觉、无线通信等前沿技术的发展，矿用机器人的效能与表现正经历着质的飞跃。深度学习算法的突破性进展，赋予了特种机器人卓越的环境感知与适应能力，满足在复杂多变的环境中自主判断与精准操作，提升了作业效率与智能化水平。

计算机硬件计算能力的迅速提升，以及行业对深度学习神经网络研究及应用，矿用机器人对图像及视频信息的识别与处理能力不断加强，展现出广阔的应用前景。无线通信技术满足矿用机器人远程控制与实时数据传输能力，确保了机器人在各种场景高效协同与稳定运行，显著提升了作业灵活性与可靠性。

葛世荣院士在煤矿机器人技术体系架构中，明确了矿用机器人概念和学科范畴，通过共性关键技术研发和高新技术交叉融合，构建标准规范体系和平台技术支撑，形成丰富的机器人应用场景和产业生态。

产业生态与应用发展

随着机器人技术的不断成熟及煤炭行业对安全生产和提高效率需求的日益增长，矿用机器人的研发工作逐渐起步。高校和科研机构率先展开了煤矿搜救机器人等特种机器人的研发，为矿用机器人的后续发展奠定了基础。

2006 年，葛世荣院士团队成功研制出国内第1台煤矿搜救机器人，标志着我国矿用机器人技术取得了重要突破。哈尔滨工业大学联合唐山开诚电控设备集团有限公司研制的煤矿救援探测机器人应用于煤矿井下现场，如图1 所示。

图 1　煤矿救援探测机器人

随着科技的飞速发展和市场、安全生产等各方面需求的日益提升，不同专业领域的企业和研发机构纷纷涉足煤矿机器人领域，相继研发出的系列煤矿特种机器人如图2 所示。山西科达自控股份有限公司推出如图2a 所示的矿用巡检机器人，搭载多传感器对站内设备进行全天候巡检监控；山东国兴智能科技股份有限公司推出如图2b 所示的煤矿履带式巡检机器人，用于侦察目标区域环境参数、图像等数据，为井下被困人员的救援提供直接参考依据；科明机电设备有限公司推出如图2c 所示的矿用混凝土喷浆机器人，主要适用于中小断面巷道的混凝土喷射，代替人工完成煤矿井下巷道喷浆过程中上料、搅拌、远距离泵送及喷浆的全自动和流程化的作业；中煤科工机器人科技有限公司推出如图2d 所示的管道安装机器人，用于煤矿下掘进面及狭小空间人员搬运困难的场景。

图2　煤矿特种机器人

2024 年4 月，为加快矿山领域机器人应用推广，更好服务矿山安全高质量发展，国家矿山安全监察局安全基础司、工业和信息化部装备工业一司联合开展了矿山领域机器人典型应用场景遴选工作，发布《关于公布矿山领域机器人典型应用场景名单的通知》，确定推广31 个典型应用场景、66 个场景实例，包含煤炭采掘、运输、安全监控、救援等领域。目前，矿用机器人技术已步入成长期，在国家政策的持续支持下，越来越多的企业投身于矿用机器人的研发和生产，形成了完整的产业链。与此同时，高校和科研机构也加强了与企业的合作，共同推动矿用机器人技术的创新与升级。

中信重工开诚智能装备有限公司围绕矿山安全生产管理需求，围绕矿用机器人不断创新研发，形成的矿山智能机器人系列化产品如图3 所示。截至目前，已拥有巡检机器人、喷浆机器人、辅助安装机器人、固定值守机器人、井筒监测机器人、运输安全预警机器人、选矸机器人、输送带分拣机器人、救援机器人等10 余类产品，可执行矿山井下巡检、值守、洗选、侦测、预警、救援等多类型任务，产品也从巡检类机器人向执行类方向转变，有效推进矿井固定岗位的无人值守和危险岗位机器人代替人工作业的进程。

图3　矿山智能机器人系列化产品

矿用机器人发展面临的挑战

矿用机器人作为智能化煤矿建设的重要组成部分，近年来在技术研发、产品设计、应用扩展等方面取得了显著进展，但在发展过程中仍面临着诸多挑战，如图4所示。

图4　矿用机器人发展面临的挑战

技术与设计挑战矿用机器人相关技术与设计层面的关键核心研发尚未成熟、防爆要求高导致的设计限制等，严重制约了矿用机器人的实用性和适应复杂环境的能力。

（1） 技术发展处于初级阶段

矿用机器人在自主导航、视觉识别、高效驱动、适应性、可靠性评估、充电技术等关键技术尚未达到成熟水平，井下移动作业类机器人受拖缆式供电模式限制，有效作业区域受限。设计脱离电缆束缚，实现安全高效的能源供给，是当前亟待解决的关键技术之一。此类技术突破对于提升矿用机器人的实用性和可靠性至关重要。

（2） 应用层面实用性和适应性低

在矿用机器人的产品方面，面临的主要挑战是保证安全性的同时，提高实用性和适应性。从机器人结构设计、材料选择，以及针对特定矿山环境的定制化设计。针对煤矿易燃易爆环境，机器人需要采用特殊的防爆材料和设计，但是关键模块单元难以达到本安型电路设计，导致机器人因整体隔爆而质量和尺寸大幅增加，影响运动能力、负载能力和续航能力。

（3） 复合型人才短缺

矿用机器人从采掘、运输到安全监控等多个环节的应用日益广泛，快速发展态势，矿用机器人研发、生产、维护以及应用等方面人才需求激增。矿用机器人是机器人和煤炭行业交叉的新兴学科，需要既懂煤炭又懂机器人的复合型人才，目前这类人才相对匮乏，复合型人才的短缺也是行业发展的瓶颈。

标准化与应用挑战

（1） 矿用机器人产业尚处于起步阶段，在标准化与应用方面，标准规范的缺失导致产品间兼容性差，市场上机器人品质良莠不齐，严重影响了供应链效率，难以形成规模化应用，给煤矿机器人的生产和使用带来了一定的风险。

（2） 供应链建设是煤矿机器人产业发展的基础，但由于上下游企业之间信息不对称，供应链效率低下。在标准化程度较低的情况下，涉及供应链、工艺、组装、调试、质检等多环节的管理和调度存在困难，整机制造难度较大，产品研发进度缓慢，直接造成供应商的质量控制和交货时间不稳定，给煤矿机器人的生产和使用带来了一定的风险，严重阻碍矿用机器人的普及和应用。

（3） 煤矿现场的高粉尘、低照度、高温高湿、狭小空间、非结构化地形等极端现场环境，对机器人的机械结构、电子器件、传感器等构成了严峻的挑战。机器人必须具备强大的环境适应能力和耐久性，才可以确保在如此恶劣的条件下稳定工作。

（4） 煤矿作业任务的多样性和复杂性，要求机器人具备多种功能，并能根据现场实际情况进行灵活调整。此外，由于现场环境中设备故障、地质变化等突发情况时有发生，机器人必须能够快速响应并做出正确处理。

（5） 煤矿现场人员众多且行为难以预估和控制，要求机器人在与人共同作业时，必须具备高度的安全性和协同能力。鉴于煤矿现场的特殊性，机器人需要在现场进行施工和调试验证，需要研发团队具备现场施工和快速响应能力。

综上，考虑不同煤矿企业的作业环境、任务需求的差异性，机器人厂商还需提供定制化服务，以满足不同客户的具体需求。多因素相互交织，对矿用机器人研发、交付、工程管理，以及定制化服务提出了极高的要求。

资金与政策挑战

智能化煤矿建设面临显著的资金不足问题。整体而言，煤矿智能化投入资金仍然偏低，且企业间存在明显差距，国家能源投资集团有限责任公司计划“十四五”期间投入800 亿元左右，陕西煤业化工集团有限责任公司计划2020—2022 年每年投入20 亿元以上，1 亿元科技引导资金、100 亿元转型基金，但与电力行业相比，国家电网有限公司计划“十四五”期间投入超过6万亿规模，投入总体水平相差较大。

虽然国家和地方政府在推动煤矿机器人发展方面已经采取了一系列措施，但在政策制定、法规完善以及市场准入等方面仍存在不足，一定程度上制约了矿用机器人产业的快速发展。

（1） 政策制定方面

尽管近年来国家出台了多项政策文件支持煤矿智能化和机器人化的发展，如《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》《“机器人+”应用行动实施方案》等，但在具体实施细节和执行力度上仍有待加强。政策文件中提出了鼓励煤矿机器人研发和应用的目标，但在具体的资金扶持、税收优惠、研发补贴等方面的措施还不够明确和具体，难以充分激发企业的积极性和创新动力。

（2） 法规完善方面

矿用机器人的应用涉及多个领域的安全标准和法规要求，如防爆、电气安全、通信控制、电磁兼容等。目前针对矿用机器人专门法规和标准还不够完善，很多情况只能参照其他行业的相关标准，在一定程度上限制了矿用机器人的创新和发展。新技术的不断涌现，现有的法规和标准难以跟上部分技术的更新迭代速度，不足以适应矿用机器人产业快速发展的需求。

（3） 市场准入方面

市场准入门槛直接影响矿用机器人产业竞争力和发展速度。目前，矿用机器人在市场准入方面面临一些障碍，如技术认证、产品检测、市场推广等方面的标准不统一、流程繁琐等问题，增加了企业的运营成本和时间成本，也限制了优质产品的快速推广和应用。

矿用机器人发展策略与建议

在煤矿智能化转型的大背景下，矿用机器人作为提升生产效率与保障作业安全的关键力量，在面临技术设计、标准化应用以及资金政策等方面挑战的同时，也正迎来前所未有的发展机遇，矿用机器人发展策略与建议如图5 所示。

图5　矿用机器人发展策略与建议

政策、资金与标准体系

政策引领与财政支持是推动矿用机器人发展的重要保障。通过精准的政策引导、财政补贴与税收优惠以及安全保障政策的实施，有效促进矿用机器人的技术创新、产业化进程和市场应用，为煤矿智能化发展注入强劲动力。

（1） 精准政策引导

政府应出台针对矿用机器人发展的专项规划，明确发展目标、重点任务和保障措施，为矿用机器人的研发、应用和推广提供政策指导和支持。建立健全矿用机器人相关的法律法规体系，明确矿用机器人的技术标准、安全规范、市场准入等要求，为矿用机器人提供法律保障。加强跨部门、跨领域的政策协同，形成推动矿用机器人发展的合力。例如，加强科技、工信、能源、安全监管等部门之间的沟通协调，共同制定和实施相关政策措施。

（2） 财政补贴与税收优惠

政府通过设立专项基金、提供研发补贴、购置补贴等方式，对矿用机器人的研发、生产和应用给予直接的资金支持，降低企业研发成本和风险，促进矿用机器人的技术创新和产业化进程。对从事矿用机器人研发、生产和应用的企业给予税收优惠政策，减免企业所得税、增值税等，减轻企业的税收负担，提高企业的盈利能力和市场竞争力。

（3） 强化安全监管与评估

建立健全矿用机器人的安全监管体系，对矿用机器人的设计、制造、安装、使用等环节进行全链条监管，确保矿用机器人在煤矿作业中的安全可靠。实施严格的产品认证和检测制度，确保矿业机器人在出厂前经过全面的安全性能测试和评估，对存在安全隐患的产品进行及时整改或下架处理。制定统一的测试标准和评估指标，确保测试结果的准确性和可比性。通过实际应用和反馈，不断优化和完善测试评估方法，提高矿用机器人的安全性和可靠性。

关键技术突破

为了使矿用机器人系统更加贴近生产过程的智能化需求，机器人通过视觉、触觉、嗅觉、听觉等拟人化的感知技术来感知环境，依托智能算法对监测目标进行特征提取，通过多模态分析的相互融合，完成机器人系统对场景的理解。

（1） 自主导航技术

矿用机器人需具备在无GPS环境下的自主导航能力，核心是即时地图构建与定位SLAM技术。优化激光雷达、惯性测量单元、相机等多传感器融合技术，提高机器人在复杂环境下的地图构建能力和定位精度；同时研发高效、智能的路径规划算法，使机器人在遇到障碍物时能迅速做出反应，调整路径，确保作业连续性和安全性。

（2） 视觉识别技术

提升矿用机器人的高清成像能力，结合深度学习算法，实现对设备仪表读数、输送带跑偏、跑冒滴漏等异常状态的自动识别与报警。结合多光谱成像能力的云台摄像仪，适应黑暗、烟雾等恶劣环境，提高监控的全面性和准确性。

（3） 防爆与充电技术

针对煤矿易燃易爆环境，优化机器人的防爆结构，减轻质量，提高运动能力和续航能力。研发高效、安全的井下超级充电技术，解决长航程机器人拖缆供电受限的问题，设计便捷安全的换电方案，实现安全高效的能源供给。

（4） 驱动与适应性技术

开发适应井下恶劣环境的复合式驱动单元（如轮履式、轮腿式等），提高机器人的作业能力和稳定性。提升机器人在非结构化地形、低光照、多粉尘等复杂环境下的作业能力，通过传感器融合技术增强环境感知能力。

完善产业链与供应链

（1） 加强上下游协同

促进原材料供应、零部件制造、系统集成、运维服务等产业链各环节之间的紧密合作，形成协同发展的良好生态。

（2） 标准化与模块化

推动矿用机器人相关标准和规范的制定与实施，促进产品模块化设计，提高生产效率并降低成本。

（3） 供应链安全

建立稳定的供应链体系，确保关键零部件和技术的自主可控，降低外部风险对产业发展的影响。

产学研用合作

（1） 深度融合

鼓励高校、科研院所与企业联合建立矿用机器人研发平台，实现资源共享，协同攻关关键技术难题。同时，加强人才培养和学术交流，致力于培养跨学科、复合型的矿用机器人研发与应用人才，为矿用机器人技术的持续创新与应用落地提供坚实的人才支撑。

（2） 市场导向

紧密关注市场需求变化，及时调整研发方向和产品策略，确保矿用机器人技术能够真正满足矿山生产实际需求，结合煤矿实际情况，制定矿用机器人常态化运行的实施计划，明确时间表、路线图和责任分工。

拓展煤矿应用场景

（1） 细化应用场景分析

对煤矿的开采、运输、维护、安全监测等各个环节进行深入分析，明确各环节的痛点、难点以及潜在需求。通过实地考察、与一线工人交流等方式，获取第一手资料。然后根据煤矿的复杂环境（如高粉尘、低光照、非结构化地形等），评估现有技术的适应性，并探索新技术在煤矿场景中的应用潜力。

（2） 多元化跨领域开发

除了传统的巡检、清理等功能外，还应开发具有搬运、支护、钻孔、救援等多种功能的矿用机器人，以满足煤矿生产的多样化需求。将煤矿机器人的技术成果应用于其他矿业领域（如金属矿、非金属矿等），以及地下工程、隧道施工等相关领域，拓宽市场应用范围。

（3） 深化认知与开阔视野

邀请行业专家、学者为企业领导层举办专题讲座，介绍矿用机器人的最新技术成果、应用案例及未来发展趋势，提高企业重视程度。在企业应用现场展示先进的矿用机器人，直观感受机器人带来的生产效率和安全水平的提升。

加强国际合作

（1） 加入国际组织

积极加入国际矿用机器人相关的组织或联盟，参与国际标准制定、技术交流等活动，提升我国在国际矿用机器人领域的影响力。

（2） 举办国际会议与展览

定期举办国际矿用机器人会议或展览，邀请国内外专家学者、企业代表参加，分享最新研究成果和技术产品，促进国际交流与合作。

（3） 加强技术研发

加大对矿用机器人关键技术的研发投入，引进国外先进技术，突破技术瓶颈，提升我国矿用机器人的技术水平和核心竞争力。

（4） 拓展国际市场

利用“一带一路”等国际合作平台，积极开拓国际市场，将我国先进的矿用机器人技术推向全球，提升我国矿用机器人在国际市场上的知名度。

总 结

（1） 分析矿用机器人在提升煤矿生产效率、降低人力成本、增强作业安全性等方面的优势生产力，在国家政策的推动和市场需求的刺激下，矿用机器人产业迎来快速增长期，目前存在技术成熟度不足、标准化体系不完善、资金投入有限及复合型人才短缺等挑战。

（2） 从加强政策引导、提供财政补贴、促进技术创新与产业链协同方面，提出了一系列策略与建议，并强调产学研用的深度融合。通过优化自主导航、视觉识别、防爆与充电等关键技术，推动矿用机器人的智能化水平提升，完善相关标准与规范，促进产品模块化与标准化，提升产业链的整体效率。

（3） 不断拓展矿用机器人的应用场景，在智能化煤矿建设中发挥更加关键的作用。矿用机器人突破传统的巡检、清理等功能，向搬运、支护、钻孔、救援等多功能方向发展，满足煤矿生产的多样化需求。加强国际合作与交流进一步推动矿用机器人技术的创新发展，促进全球矿业技术的共同进步。

策划：李金松 编辑：王晓珍