中國煤科上海研究院：煤倉巡檢機器人技術創新及在榆家梁選煤廠的應用

2025年12月19日 16:26 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

摘要

為解決煤倉人工巡檢的高空墜落、有害氣體中毒風險及監測盲區問題，研發出煤倉巡檢機器人，已在榆家梁選煤廠成功驗收。該機器人采用倒掛蜘蛛仿生設計，依托三級合金鋼伸縮滑軌(最大行程40~50 m)實現倉內升降，搭載激光雷達、紅外熱成像儀等多類傳感器，通過多模態融合技術，精準監測倉壁損壞(定位誤差≤3 cm)、掛煤堆積(識別率99.2%，煤堆測量精度誤差±3.78%。替代了傳統損失，作為國內首臺獲礦用認證的此類裝備，推動煤倉管理向無人化、智能化轉型。

文章來源：《智能礦山》2025年第11期“礦山機器人技術創新與實踐特刊”

第一作者：吳星宇，主要從事機器人研發、視覺算法開發相關研究工作。E-mail：[email protected]

通信作者：趙明輝，研究員，現任中煤科工集團上海有限公司人工智能事業部總經理，主要從事煤礦行業人工智能化設備研究方面相關研究工作。E-mail：[email protected]

作者單位：中煤科工集團上海有限公司

引用格式：吳星宇，吳磊，陸鳴，等.煤倉巡檢機器人技術創新及在榆家梁選煤廠的應用[J].智能礦山，2025，6(11)：97-100.

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在煤炭生產和運輸過程中，煤倉是煤炭儲存容器，也是調節生產節奏、精準計量的關鍵樞紐。煤倉密閉的內部存在倉壁腐蝕、掛煤堆積、溫濕度失控、有害氣體聚集等潛在風險。傳統的人工巡檢存在高空墜落、有害氣體中毒的風險，因存在監測盲區，難以及時預警自燃、坍塌等事故，讓煤倉從“黑箱”變為“透明艙”，成了煤礦智能化轉型中亟待攻克的難題。

2024年3月15日，國家礦山安全監察局發布《關于進一步加強煤礦煤倉安全管理的通知》，文件中明確要求加強煤倉日常管理與維護，要求采用先進的技術和設備有效預防事故的發生；2024年3月29日，國家礦山安全監察局陜西局發布《國家礦山安全監察局陜西局關于加強煤礦煤倉安全管理工作的緊急通知》，要求各煤礦企業要盡快完善煤倉保護裝置以及機械化、自動化改造；2024年10月23日，國家礦山安全監察局寧夏局發布《國家礦山安全監察局寧夏局關于進一步加強煤礦現場安全管理工作的通知》，要求在煤倉周圍安裝視頻、人員接近預警、紅外熱成像、C0傳感器、CH傳感器、煤位傳感器等監測儀器設備，并與礦井調度系統聯網，對積煤異常等情況及時報警。

煤倉巡檢機器人成功驗收

依據國家政策指導與煤倉痛點問題，中煤科工集團上海有限公司（簡稱上海煤科）與中國神華能源股份有限公司神東煤炭分公司合作研發了煤倉巡檢機器人，并在國能神東洗選中心榆家梁選煤廠成功驗收。煤倉巡檢機器人采用倒掛蜘蛛仿生的方式進入煤倉，通過其搭載的激光雷達、紅外熱成像儀、CH、CO、CO、O、溫濕度等多種高性能傳感器，實現對煤倉內部的倉壁損壞情況、倉內壁掛煤情況、倉內的環境濕度、倉內煤的溫度、倉內煤堆積情況、有害氣體情況等有效監測預警。

煤倉巡檢機器人填補了煤倉缺少綜合監測機器人裝備的空白，為煤礦煤炭存儲安全提供強有力的技術支持，引領行業煤炭存儲安全水平，標志著煤倉正式邁入無人化、智能化巡檢時代。榆家梁選煤廠煤倉巡檢機器人與配套設備安裝示意如圖1所示，煤倉巡檢機器人通過升降軌道進入煤倉內部進行巡檢，整套設備通過環網光纖與集控中心對接，管理人員可遠程通過煤倉巡檢機器人實現對煤倉監控。煤倉巡檢機器人與配套設備在球倉安裝示意如圖2所示，安裝結構與圖1中的倉筒類似。

圖1 榆家梁選煤廠煤倉巡檢機器人與配套設備安裝示意

圖2 煤倉巡檢機器人與配套設備在球倉安裝示意

蜘蛛仿生：讓機器人在煤倉“動”起來

中煤科工集團上海有限公司借鑒了“蜘蛛吊掛”方式，在煤倉上方開孔，通過固定伸縮式滑軌系統，將煤倉巡檢機器人送入煤倉內部進行巡檢，煤倉巡檢機器人實現了安全、穩固地進入煤倉。

煤倉巡檢機器人的固定伸縮式滑軌系統，以套筒式結構為核心，通過將多節滑軌進行組合，形成伸縮滑軌系統，借助卷揚機驅動單元進行垂直伸縮。該系統采用3級高強度合金鋼伸縮滑軌設計，單節滑軌長3.5～5 m，完全展開后最大行程達40～50 m，可覆蓋絕大多數工業煤倉的垂直深度需求。

每節伸縮臂表面經滲氮處理與防腐蝕涂層雙重防護，在煤倉高濕、高硫、高粉塵的惡劣環境中，仍能保持較長的使用壽命。滑軌的伸縮動力源自頂部倉口安裝的卷揚機驅動單元，通過鋼絲繩與滑輪組傳動系統實現伸縮臂的平穩升降。下降過程中，當檢測到滑軌路徑下方存在異常堆積時，系統在0.2 s內觸發避障響應，通過卷揚機驅動單元調整升降速度或暫停運動，確保設備與障礙物始終保持安全距離。

卷揚機控制系統內置動態轉矩補償算法，可在瞬時負載波動等干擾下，保持高定位精度，與激光雷達配合，避障定位精度為0.1 m。當機器人需要深入倉底時，伸縮滑軌系統逐級展開精準延伸；完成檢測后，伸縮臂逐層回縮至初始狀態，全程無需人工干預，煤倉巡檢機器人伸縮桿與安裝效果如圖3所示。

圖3 煤倉巡檢機器人伸縮桿與安裝效果

煤倉巡檢機器人的外部輔助設備包含多層智能防護體系。在機器人作業區域周邊，輔助電子圍欄系統通過對煤倉頂部開口區域構筑虛擬邊界，當人員或設備誤入半徑3 m警戒區時，系統立即觸發聲光報警并聯動設備急停，響應時間小于0.5 s，與傳統物理圍欄相比，實現了全自動防護。倉頂檢修口處的智能防護蓋板采用氣動開合設計，可根據機器人升降狀態自動啟閉，從物理端隔絕人員墜入的風險，也可杜絕異物侵入污染煤倉。

多維感知：讓機器人在煤倉“活”起來

煤倉巡檢機器人的智能巡檢系統通過多模態傳感融合技術，融合多傳感器采集數據，相較單一數據源的檢測結果，提升檢測準確率，實現煤倉健康精準診斷。

針對煤倉內壁裂縫、破損難題，機器人基于激光雷達和紅外熱成像系統，構建了三維點云建模與熱力學分析相融合的煤倉倉壁監測體系。煤倉巡檢機器人搭載激光雷達傳感器，配合伺服升降機構，在垂直掃描中構建毫米級分辨率點云模型；同步運行的紅外熱成像子系統，基于溫度梯度分析法捕捉局部異常溫變，結合幾何特征與熱場數據融合，使溫度異常檢測準確率達99.2%。

雙模態數據融合技術提升了隱蔽性缺陷的檢出率與定位精度，有效識別煤倉內壁細微裂紋，將傳統人工敲擊巡檢升級為全天候數字化“CT掃描”。在工業性試驗期間，360°掃描煤倉內部，可視化煤倉內部溫度分布與倉壁缺陷區域定位報警，缺陷區域位置分布如圖4所示，紅色方框標注缺陷區域。

圖4 缺陷區域位置分布

針對煤堆形態監測難題，采用毫米波與激光雷達協同感知架構。毫米波雷達識別精度弱、穿透能力強、不容易受煤灰、水汽影響；激光雷達識別精度高、穿透性較差，融合2種傳感器信息，在倉內灰塵大時依靠毫米波雷達獲取粗略儲煤信息，在倉內灰塵較小時依靠激光雷達獲取精確儲煤信息，三維煤量模型測量精度誤差為±3.78%。配套工業級邊緣計算平臺集成3級預警機制，從局部溫度異變到塌方風險實現分級響應，在萬噸級煤倉應用中使年維護成本大幅降低，推動煤炭倉儲邁入智能感知新時代

激光雷達對倉內掃描后得到的三維煤量模型如圖5所示，可以清楚地看到煤倉內部的分布情況，便于煤倉管理人員對庫存進行精準調度和操作優化。

圖5 激光雷達對倉內掃描后得到的三維煤量模型

針對倉內掛煤堆積難題，煤倉巡檢機器人融合視覺與激光雷達長時序監測技術，搭載1 080 pix高清工業相機，持續采集倉壁紋理影像，結合自研深度學習模型，構建包含煤粉黏附形態特征的動態識別框架。同步運行的激光雷達通過時序差分點云分析，提取毫米級厚度的掛煤層三維形變特征。

雙模態數據經跨尺度時空配準后，采用三維重建算法生成倉壁凈空基準面，通過與歷史數據庫的增量比對，可精確定位10 cm以上的掛煤區域，空間定位誤差≤3 cm，系統支持掛煤厚度演變趨勢預測，當局部掛煤掛壁厚度超過閾值，自動觸發掛煤掛壁預警。

減員增效：讓機器人在煤倉“省”起來

煤倉巡檢機器人通過智能化升級重構傳統運維模式，實現長效收益與安全效能的雙重突破，替代了傳統3班6人的輪崗巡檢配置，削減人力成本，實現了深入煤倉內部復雜環境實時探測，規避人工巡檢的安全風險。

相較于依賴經驗判斷的作業模式，煤倉巡檢機器人集成毫米波雷達、激光雷達等多源傳感器，結合人工智能算法與專家系統，精準監測與健康預警煤倉結構、物料狀態，降低誤判引發的非計劃停機損失。

煤倉巡檢機器人的核心價值是進一步延伸至生產流程再造。通過三維煤倉建模與煤質動態分析優化庫存策略，同步基于設備狀態數據構建預防性維護體系，實現故障響應效率與維修資源配置的雙向提升。融合環境感知、數據決策與閉環優化的智能系統，正成為推動煤礦全鏈條數字化轉型的核心基礎設施。

作為國內首臺獲得礦用產品安全標志認證的煤倉智能化巡檢裝備，煤倉巡檢機器人替代了人工進入高危密閉倉體巡檢的歷史。更深遠的變革在于技術輻射效應，該產品的剛性垂直伸縮軌道系統和防爆感知模塊，為后續煤倉清倉機器人、煤倉修復機器人研發奠定技術底座。煤倉巡檢機器人的應用，從經濟效益的“真金白銀”到社會效益的“安全普惠”。

結語

中煤科工集團上海有限公司研發的煤倉巡檢機器人通過滑軌系統在幾十米深的煤倉內自主升降，利用自身攜帶的激光雷達、毫米波雷達、紅外熱成像等傳感器監測倉內裂縫、積煤、有害氣體等隱患，替代了以往需要工人系安全帶下倉檢查的高危作業，人工下倉巡檢頻次減少了80%。煤倉巡檢機器人毫米級精度的檢測技術突破了依賴人工經驗的粗放管理方式，監測系統提前預警自燃征兆與結構形變風險，顯著降低了突發事故概率。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

煤炭科學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、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業最大最權威的期刊集群。

期刊簡介

《智能礦山》（月刊，CN 10-1709/TN，ISSN 2096-9139）是由中國煤炭科工集團有限公司主管、煤炭科學研究總院有限公司主辦的聚焦礦山智能化領域產學研用新進展的綜合性技術刊物。

主編：王國法院士

刊載欄目：企業/團隊/人物專訪政策解讀視角·觀點智能示范礦井對話革新·改造學術園地、專題報道等。

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