新技術(shù)的引入成為煤炭裝備行業(yè)增長的新引擎

新技術(shù)的引入成為煤炭裝備行業(yè)增長的新引擎新技術(shù)的引入成為煤炭裝備行業(yè)增長的新引擎伴隨著第四次工業(yè)革命的浪潮，當前全球制造業(yè)正在經(jīng)歷數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的轉(zhuǎn)變，而人工智能、大數(shù)據(jù)、5G等技術(shù)的引入融合正深刻改變自動化行業(yè)及其服務(wù)的企業(yè)，成為增長新引擎。人工智能技術(shù)的興起在逐步推進制造業(yè)的深度智能化，一方面制造工廠利用人工智能支持自動化流程和機械加工，通過智能決策應(yīng)對異常情況；另一方面，人工智能應(yīng)用于自動控制領(lǐng)域，改善自動控制的準確性。5G技術(shù)具有極低時延、高可靠等特點，5G技術(shù)的應(yīng)用為工業(yè)領(lǐng)域提供強有力的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施保障，使得安全高效的控制應(yīng)用通過無線網(wǎng)絡(luò)連接成為可能，有利于提高自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。機器視覺識別技術(shù)通過人工智能深度學習算法可以更加精準地識別自動控制系統(tǒng)所處的環(huán)境和風險，還可以24小時不間斷的工作，并在各種不適合人類工作的惡劣生產(chǎn)環(huán)境下替代人實現(xiàn)高速檢測，有利于提高自動控制系統(tǒng)的運行效率。中國智慧礦山行業(yè)企業(yè)發(fā)展趨勢目前我國尚處煤礦智能化建設(shè)的初級階段，提供智能礦山相關(guān)產(chǎn)品及服務(wù)的企業(yè)較多，而且大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模偏小，真正具備自主研發(fā)能力并能夠提供較完整解決方案的企業(yè)較少。但隨著煤礦智能化行業(yè)的發(fā)展，將逐步出現(xiàn)規(guī)模較大、產(chǎn)品質(zhì)量較好的龍頭領(lǐng)軍企業(yè)，持續(xù)進行產(chǎn)業(yè)整合以實現(xiàn)集聚，并不斷完善自身質(zhì)量管理體系、增加研發(fā)投入以及提升售后服務(wù)，最終優(yōu)化我國智能礦山領(lǐng)域市場的供給結(jié)構(gòu)。總體來說，煤礦生產(chǎn)作為整個煤炭工業(yè)的核心所在，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)對其進行智能化建設(shè)，是適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)革命發(fā)展趨勢、保障國家能源安全、實現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的本質(zhì)支撐，因此智能礦山行業(yè)具備持續(xù)成長的歷史必然性，并且得益于政策基礎(chǔ)以及技術(shù)創(chuàng)新的雙重保障，我國智能礦山行業(yè)將迅速迎來廣闊的發(fā)展空間。智能礦山總體架構(gòu)依托于礦山物聯(lián)網(wǎng)三層體系，即物聯(lián)感知層、傳輸層、智能應(yīng)用與決策層。物聯(lián)感知層主要由現(xiàn)場大量傳感器、執(zhí)行器、工業(yè)視頻前端攝像機、智能手持終端設(shè)備、定位裝置等設(shè)備構(gòu)成，實現(xiàn)作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境安全、生產(chǎn)工況的全面感知，依托井下各傳感裝置、控制裝置、定位裝置的物聯(lián)規(guī)則，實現(xiàn)各傳感器、控制器之間的自動智能識別與就地控制；傳輸層完成物聯(lián)感知層各節(jié)點的組網(wǎng)控制及信息匯總，并通過各種通信網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)主干網(wǎng)完成礦山物聯(lián)感知層設(shè)備配置信息、傳感器實時數(shù)據(jù)、控制命令、視頻、定位位置等數(shù)據(jù)信息的高效可靠傳輸；智能應(yīng)用與決策層主要包括監(jiān)測監(jiān)控層、數(shù)據(jù)運維層和智能決策應(yīng)用層，能夠?qū)崿F(xiàn)礦井全面監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲運用、礦山智能業(yè)務(wù)應(yīng)用及決策分析等功能。智能礦山行業(yè)發(fā)展趨勢（一）技術(shù)發(fā)展趨勢目前，我國煤炭領(lǐng)域智能化研究起步較晚，近年來呈快速發(fā)展趨勢。未來，更加深入融合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)實現(xiàn)自主感知、泛在聯(lián)接、數(shù)據(jù)驅(qū)動、智能開采將是煤礦智能化發(fā)展的主要目標。未來智能礦山將通過各種智能傳感設(shè)備實現(xiàn)對礦山環(huán)境實時變化的多維主動感知，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)礦山人與人、人與物、物與物的廣泛聯(lián)接，通過數(shù)據(jù)采集與分析實現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動決策，通過智能生產(chǎn)管控實現(xiàn)煤炭資源的智能化開采。（二）產(chǎn)品發(fā)展趨勢目前，智能礦山系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)常來自不同廠家，其設(shè)備可靠性及可兼容性較差，尤其體現(xiàn)在標準、協(xié)議、接口等方面。因此，開展企業(yè)間的溝通合作，開發(fā)高兼容性軟件及成套設(shè)備，更易于整合各軟件系統(tǒng)實現(xiàn)全面的自動化、信息化、智能化，更易于在生產(chǎn)過程中收集各類信息，方便故障診斷，不斷優(yōu)化提升。產(chǎn)品成套化趨勢能夠為下游客戶提供更為全面的技術(shù)和解決方案；產(chǎn)品集成化趨勢順應(yīng)了煤機智能化技術(shù)發(fā)展的潮流；產(chǎn)品靈活化和綜合化趨勢增強了產(chǎn)品的功能多樣性和環(huán)境適應(yīng)性，以上產(chǎn)品發(fā)展趨勢將進一步提升我國煤礦智能化建設(shè)水平。另外，隨著智能礦山系統(tǒng)產(chǎn)品及技術(shù)在煤炭行業(yè)的成熟應(yīng)用，相關(guān)業(yè)務(wù)在智能化程度及安全生產(chǎn)需求均較高的行業(yè)間進行低成本跨行業(yè)復(fù)制將具備更多可能性。（三）企業(yè)發(fā)展趨勢目前我國尚處煤礦智能化建設(shè)的初級階段，提供智能礦山相關(guān)產(chǎn)品及服務(wù)的企業(yè)較多，而且大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模偏小，真正具備自主研發(fā)能力并能夠提供較完整解決方案的企業(yè)較少。但隨著煤礦智能化行業(yè)的發(fā)展，將逐步出現(xiàn)規(guī)模較大、產(chǎn)品質(zhì)量較好的龍頭領(lǐng)軍企業(yè)，持續(xù)進行產(chǎn)業(yè)整合以實現(xiàn)集聚，并不斷完善自身質(zhì)量管理體系、增加研發(fā)投入以及提升售后服務(wù)，最終優(yōu)化我國智能礦山領(lǐng)域市場的供給結(jié)構(gòu)?？傮w來說，煤礦生產(chǎn)作為整個煤炭工業(yè)的核心所在，運用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)對其進行智能化建設(shè)，是適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)革命發(fā)展趨勢、保障國家能源安全、實現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的本質(zhì)支撐，因此智能礦山行業(yè)具備持續(xù)成長的歷史必然性，并且得益于政策基礎(chǔ)以及技術(shù)創(chuàng)新的雙重保障，我國智能礦山行業(yè)將迅速迎來廣闊的發(fā)展空間。智能礦山行業(yè)發(fā)展歷程煤礦信息化建設(shè)是煤礦智能化建設(shè)的主線與基礎(chǔ)，從20世紀80年代中期至今，我國煤礦信息化建設(shè)主要經(jīng)歷了單機（系統(tǒng)）自動化、綜合自動化及礦山物聯(lián)網(wǎng)階段，且隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，我國煤礦信息化的發(fā)展趨勢將向煤礦智慧化方向演化。（一）單機（系統(tǒng)）自動化階段從20世紀80年代中期開始，隨著微機技術(shù)的發(fā)展和普及，我國煤礦信息化建設(shè)進入了單機（系統(tǒng)）自動化階段。該時期礦用自動化設(shè)備類型不斷增多，如能夠?qū)崿F(xiàn)自動升降的液壓支架等，控制設(shè)備可靠性及安全性有所提高，這使得我國煤礦安全狀況得到初步改善，但由于此時的采集信息均為模擬信號，因此信息傳輸距離相當有限，只能實現(xiàn)本地采集數(shù)據(jù)以用于單機的就地控制。而到20世紀90年代中后期，隨著數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，信息傳輸距離大幅增加，煤礦自動化開始出現(xiàn)單系統(tǒng)地面監(jiān)控。（二）綜合自動化階段2000年以后，煤礦企業(yè)單機（系統(tǒng)）不斷完善，各系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)越來越困難，企業(yè)對各系統(tǒng)之間互聯(lián)互通的需求越來越強烈，借助通信、工業(yè)總線及工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的契機，一些企業(yè)推出專用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)煤礦不同系統(tǒng)的集成系統(tǒng)，這使得我國煤礦信息化建設(shè)進入了綜合自動化階段。綜合自動化實現(xiàn)了各系統(tǒng)之間的網(wǎng)絡(luò)化集成，使得各系統(tǒng)能夠相互聯(lián)系，解決了信息孤島問題，但由于各系統(tǒng)中傳感器信息只能用于本系統(tǒng)，系統(tǒng)間協(xié)同管控能力弱，缺少相互聯(lián)動和信息融合，因此并未解決系統(tǒng)的認知孤島問題。（三）礦山物聯(lián)網(wǎng)階段礦山物聯(lián)網(wǎng)即工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在礦山領(lǐng)域的應(yīng)用，許多專家對此進行了探討和界定，對礦山物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)、功能、目標等目前已基本達成共識。礦山物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，利用感知技術(shù)與智能裝置對礦山物理世界進行感知識別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進行計算、處理和知識挖掘，實現(xiàn)礦山人與物、物與物信息交互和無縫連接，達到對礦山物理世界實時控制、精確管理和科學決策的目的，發(fā)展方向是礦山開采的無人化、智能化。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動了物物相聯(lián)，為解決認知孤島問題提供了手段。2010-2020年為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的第一階段，主要研究內(nèi)容包括物聯(lián)網(wǎng)平臺技術(shù)，中心化的安全架構(gòu)，物理、數(shù)字和虛擬融合技術(shù)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)的形成。2020-2030年是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的第二階段，稱之為自治網(wǎng)絡(luò)化的智慧物聯(lián)網(wǎng)，其主要特征是物聯(lián)網(wǎng)十人工智能，全分布式、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，云、邊、端融合的協(xié)同，離散式平臺，區(qū)塊鏈分布式存儲技術(shù)，自治化物與系統(tǒng)。（四）礦山智能化階段以人工智能為代表的新技術(shù)在算法、算力和大數(shù)據(jù)等方面取得了突破性進展，計算機在視覺、語音和自然語言處理的部分任務(wù)中的表現(xiàn)已經(jīng)超越人類。5G移動通信技術(shù)已經(jīng)成功在部分國家和地區(qū)商用，極大提升了海量多源信息的實時互聯(lián)、共享能力，借助這些新興技術(shù)，礦山智能化成為時代和歷史的必然選擇。目前，學術(shù)界、工業(yè)界和政府高度重視我國礦山智能化技術(shù)的發(fā)展，并在多個省、市的礦山企業(yè)進行實踐，初步形成了科研攻關(guān)、產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)落地的良性格局。中國煤炭科工集團首席科學家王國法給出了智能化煤礦的定義：基于現(xiàn)代煤礦智能化理念，將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動控制、移動互聯(lián)網(wǎng)、機器人化裝備等與現(xiàn)代礦山開發(fā)技術(shù)深度融合，形成礦山全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、向主學習、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制的完整智能系統(tǒng)，實現(xiàn)礦井開拓、采掘、運通、分選、安全保障、生態(tài)保護、生產(chǎn)管理等全過程的智能化運行。目前我國尚處于煤礦智能化建設(shè)的初級階段，僅有少量煤礦實現(xiàn)了局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能分析及決策控制，距智慧礦山建設(shè)目標甚遠，未來發(fā)展空間廣闊，根據(jù)發(fā)改委、國家能源局、國家礦山安監(jiān)局等八部委聯(lián)合印發(fā)的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出的目標，到2025年，我國大型煤礦和災(zāi)害嚴重煤礦需基本實現(xiàn)智能化；而到2035年，各類煤礦需基本實現(xiàn)智能化。智能礦山市場空間估算已有生產(chǎn)型礦井單礦智能化改造升級費用約在1．49億元人民幣至2．63億元人民幣之間，新建型礦井單礦改造費用約在1．95億元人民幣至3．85億元人民幣之間，結(jié)合全國數(shù)千座煤礦的存量，我國煤礦智能化建設(shè)將創(chuàng)造萬億級的廣闊智能礦山領(lǐng)域市場。另外，隨著智能礦山信息系統(tǒng)產(chǎn)品及技術(shù)在煤炭行業(yè)的成熟應(yīng)用，將創(chuàng)造向油氣開采等能源化工行業(yè)的拓展可能性，屆時其市場空間將會迎來新的增長驅(qū)動。中國智慧礦山行業(yè)產(chǎn)品發(fā)展趨勢目前，智能礦山系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)常來自不同廠家，其設(shè)備可靠性及可兼容性較差，尤其體現(xiàn)在標準、協(xié)議、接口等方面。因此，開展企業(yè)間的溝通合作，開發(fā)高兼容性軟件及成套設(shè)備，更易于整合各軟件系統(tǒng)實現(xiàn)全面的自動化、信息化、智能化，更易于在生產(chǎn)過程中收集各類信息，方便故障診斷，不斷優(yōu)化提升。產(chǎn)品成套化趨勢能夠為下游客戶提供更為全面的技術(shù)和解決方案；產(chǎn)品集成化趨勢順應(yīng)了煤機智能化技術(shù)發(fā)展的潮流；產(chǎn)品靈活化和綜合化趨勢增強了產(chǎn)品的功能多樣性和環(huán)境適應(yīng)性，以上產(chǎn)品發(fā)展趨勢將進一步提升我國煤礦智能化建設(shè)水平。另外，隨著智能礦山系統(tǒng)產(chǎn)品及技術(shù)在煤炭行業(yè)的成熟應(yīng)用，相關(guān)業(yè)務(wù)在智能化程度及安全生產(chǎn)需求均較高的行業(yè)間進行低成本跨行業(yè)復(fù)制將具備更多可能性。中國智慧礦山行業(yè)市場現(xiàn)狀（一）能源消費結(jié)構(gòu)我國資源稟賦具備富煤、貧油、少氣的特征，這決定了煤炭是我國能源體系的支柱。據(jù)統(tǒng)計，2021年煤炭占比我國能源消費總量的56．0%，雖然近年來核能、風能、太陽能等新能源行業(yè)發(fā)展迅速，我國能源結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出持續(xù)多元化發(fā)展的態(tài)勢，但具備成熟可靠、價格低廉等優(yōu)勢的煤炭資源仍將在較長時期內(nèi)作為我國能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)性能源和基礎(chǔ)性能源，為我國國民經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展發(fā)揮重要作用。（二）煤炭供需現(xiàn)狀我國是全球最大的煤炭生產(chǎn)與消費國，據(jù)統(tǒng)計，2021年我國煤炭產(chǎn)量為41．26億噸，同比增長5．74%，消費量為42．26億噸，同比增長4．60%，較之煤炭行業(yè)去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)初期已呈現(xiàn)一定的回暖態(tài)勢。預(yù)計到十四五末即2025年，我國煤炭產(chǎn)量將控制在41億噸左右，相較2020年39．02億噸的產(chǎn)量而言仍有一定的增長空間。（三）煤礦數(shù)量與單產(chǎn)情況近年來，我國煤炭供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革成果顯著，落后產(chǎn)能逐步淘汰，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)持續(xù)優(yōu)化。自2016年去產(chǎn)能以來，我國煤礦數(shù)量逐步減少，從2015年的10800處已降至2020年的約4700處。而與此同時，雖然我國煤礦數(shù)量在逐年降低，但是煤炭單產(chǎn)卻穩(wěn)步提升，煤礦平均單產(chǎn)亦由2015年的34萬噸/年提升至2020年的83萬噸/年。（四）煤礦智能化建設(shè)現(xiàn)狀根據(jù)2021年6月國家能源局頒布的《煤礦智能化建設(shè)指南（2021年版）》，明確了智能化井工煤礦需要建設(shè)包括智能綜合管控平臺、智能地質(zhì)保障系統(tǒng)、智能掘進系統(tǒng)、智能采煤系統(tǒng)等在內(nèi)的12大類軟硬件系統(tǒng)。得益于政策基礎(chǔ)以及技術(shù)創(chuàng)新的雙重保障，我國煤礦智能化建設(shè)目前正加速進行，并已取得階段性成果。據(jù)統(tǒng)計，截至2021年底全國煤礦共建成813個智能化程度不同的采煤工作面，可以實現(xiàn)少人化開采，雖然對于全國約4700處煤礦存量以及智慧煤礦智能開采、無人開采的要求而言尚處于起步階段，但已經(jīng)取得一定成果，且呈現(xiàn)出加速發(fā)展的趨勢。根據(jù)產(chǎn)煤大省山西省能源局2021年11月發(fā)布的《山西省煤礦智能化建設(shè)指導(dǎo)手冊（2021年版）》披露的數(shù)據(jù)進行測算，擁有一個采區(qū)（1x采煤面+2x掘進面）的低配、中配、高配智能煤礦的智能化建設(shè)投入分別為0．61-0．83億元、1．15-1．61億元及2．12-2．92億元，若擁有2個采區(qū)則智能化建設(shè)投入將分別提高至0．92-1．29億元、1．72-2．36億元及3．21-4．38億元。保守假設(shè)至2025年率先完成1000座大型煤礦的單采區(qū)智能化建設(shè)，且大型煤礦內(nèi)部產(chǎn)能結(jié)構(gòu)與2018年保持不變，則對應(yīng)十四五期間煤礦智能化建設(shè)投入約為913-1255億元；保守假設(shè)未來剩余3000座煤礦均改建為低配智能煤礦，將繼續(xù)帶來1830-2490億元建設(shè)投入；合計煤礦智能化市場規(guī)模將達到2743-3745億元?？紤]到部分大型煤礦將建設(shè)多個智能化采區(qū)，預(yù)計未來煤礦智能化實際建設(shè)規(guī)模有望超預(yù)期。（五）煤礦信息化建設(shè)路線圖煤礦信息化建設(shè)是煤礦智能化建設(shè)的主線與基礎(chǔ)，從20世紀80年代中期至今，我國煤礦信息化建設(shè)主要經(jīng)歷了單機（系統(tǒng)）自動化、綜合自動化及礦山物聯(lián)網(wǎng)階段，且隨著工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，我國煤礦信息化的發(fā)展趨勢將向煤礦智慧化方向演化。智慧礦山發(fā)展政策背景從2016-2021年，我國政府對智能礦山的重視程度逐步加強，并給出相應(yīng)的指導(dǎo)意見與建議，智能化礦山的種類也從煤礦逐步延伸到非煤類礦山。尤其2020年2月，國家發(fā)改委、能源局等八部門聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，首次于國家層面對煤礦智能化發(fā)展提出了具體目標，旨在推動智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合、提升煤礦智能化水平、促進煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。智能礦山行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀目前我國智能礦山建設(shè)尚處于初級階段，整體建設(shè)水平較低，但在堅實的政策保障及技術(shù)支撐下，呈現(xiàn)出加速發(fā)展的態(tài)勢，未來成長空間巨大。（一）整體建設(shè)水平較低目前，我國智能礦山建設(shè)尚處于初級階段，整體建設(shè)水平較低，這主要體現(xiàn)在兩個方面，首先是智能化建設(shè)范圍較窄，在綜合實力較強的大型礦山企業(yè)早已率先布局智能礦山建設(shè)的同時，眾多小型礦山企業(yè)卻心有余而力不足，低效煤礦的大量存在，嚴重制約了煤炭行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展；再者是整體智能化水平較智慧礦山目標仍有較大差距，根據(jù)國家礦山安監(jiān)局公布數(shù)據(jù)，目前全國煤礦僅建成可實現(xiàn)少人化開采的智能化采煤工作面494處，距發(fā)改委、國家能源局等八部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》中所提出的各類煤礦基本實現(xiàn)智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標仍相差較遠。因此削減落后產(chǎn)能以集中優(yōu)勢產(chǎn)能、并不斷加速推進其進行智能化建設(shè)，將是我國未來實現(xiàn)煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型換擋、提質(zhì)增效的必由之路。（二）國家政策保駕護航鑒于煤炭行業(yè)在我國工業(yè)發(fā)展中的基礎(chǔ)性支柱