礦山向數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型

    智能礦山基于現(xiàn)代智能化理念，關(guān)注效率問題、安全問題和效益問題，將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、 大數(shù)據(jù)、人工智能、自動控制、工業(yè)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、自主學(xué)習(xí)、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(hù)、生產(chǎn)管理等全過程的智能化運行。實現(xiàn)智 能礦山的核心要素是將現(xiàn)代信息、控制技術(shù)與采礦技術(shù)融合，在紛繁復(fù)雜的資源開采信息背后找 出高效、安全及環(huán)保的生產(chǎn)路徑，對礦井系統(tǒng)進(jìn)行最佳的協(xié)同運行控制，并根據(jù)地質(zhì)環(huán)境及生產(chǎn) 要求變化自動創(chuàng)造全新的控制流程。

    始于 20 世紀(jì) 90 年代，當(dāng)前處于局部智能化階段
    我國礦山開采歷經(jīng)機械化、自動化、智能化的發(fā)展階段，其中，礦山智能化建基于礦山自動 化、信息化、數(shù)字化所取得的成果。結(jié)合自動化礦山、信息化礦山和數(shù)字化礦山發(fā)展的歷史背景， 可以將智能礦山的發(fā)展大致劃分為 4 個階段。包括：
    （1）單機自動化階段（20 世紀(jì) 90 年代）：該階段的典型特征為分類傳感技術(shù)和二維 GIS 平臺得到應(yīng)用、單機傳輸通道得以形成，實現(xiàn)了可編程控制、遠(yuǎn)程集控運行、報警與閉鎖。
    （2）綜合自動化階段（21 世紀(jì)初）：該階段的典型特征為綜合集成平臺與 3D GIS 數(shù)字平 臺得到應(yīng)用、高速網(wǎng)絡(luò)通道形成，實現(xiàn)了初級數(shù)據(jù)處理、初級系統(tǒng)聯(lián)動、信息綜合發(fā)布。
    （3）局部智能化階段（2010 年至今）：是當(dāng)前中國礦山所處階段，此階段經(jīng)歷了可視化遠(yuǎn)程干預(yù)(1.0 時代)和工作面自動找直(2.0 時代)兩個技術(shù)階段，目前正處于向透明工作面(3.0 時代) 研究過程中。該階段的典型特征為 BIM、大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)得到應(yīng)用，實現(xiàn)了局部閉環(huán)運行、 多個系統(tǒng)聯(lián)動及專業(yè)決策。

   （4）全面智能化階段（未來）：智能礦山 4.0 時代的到來，達(dá)到透明化礦井和全礦井控制協(xié)同化的水平。

    煤礦智能化率先進(jìn)入起步階段
    礦山結(jié)構(gòu)龐雜，可分為煤類礦山與非煤類礦山，而非煤礦山又可分為金屬礦山與非金屬礦山。 礦山類型復(fù)雜多樣，但由于煤礦和非煤礦在開采、排巖、運輸?shù)榷鄠�關(guān)鍵環(huán)節(jié)相似較高，因此智 能化改造方式存在一致性，且煤礦由于建設(shè)難度低且市場需求量大，其率先進(jìn)行了智能化轉(zhuǎn)型。

    普通煤礦發(fā)展成智能煤礦：（1）需要智能系統(tǒng)基站、遠(yuǎn)端控制平臺等基礎(chǔ)建設(shè);（2）需要煤 機等裝備智能化改造或購置;（3）需要交互式信息平臺、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)平臺等軟硬件建設(shè);（4） 需要各子(分)控制系統(tǒng)和控制技術(shù)的相互銜接與融合，如綜采子系統(tǒng)、綜掘子系統(tǒng)、安全子系統(tǒng)、 提升子系統(tǒng)等融合形成整個礦山的智能化成套控制系統(tǒng)。其中涉及到 90 多個子系統(tǒng)，可以分為 3 部分：智能生產(chǎn)系統(tǒng)、智能職業(yè)健康與安全系統(tǒng)、智能技術(shù)與后勤保障系統(tǒng)。

    智能礦山產(chǎn)業(yè)鏈全面升級，生產(chǎn)模式優(yōu)化
    智能礦山行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈呈上游零部件的適配性提升，與下游需求指數(shù)級上升的雙重態(tài)勢。上游主要是系統(tǒng)集成中所運用的攝像頭、防爆計算機、防爆變頻器等零部件以及軸承、膠輪、外殼 等加工耗材的供應(yīng)商，如寶信軟件等；下游主要為煤炭、有色金屬等礦產(chǎn)資源的開采公司，如陽 煤集團（陽泉煤業(yè)）、陜西煤化、中國華能等；工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)根據(jù)企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)條件、IT/OT 系統(tǒng)建設(shè)情況，打通礦產(chǎn)資源產(chǎn)運銷以及上下游各環(huán)節(jié)，實現(xiàn)礦產(chǎn)子系統(tǒng)、整體生產(chǎn)、礦業(yè)集團經(jīng) 營管理的多級優(yōu)化。
    上下游高景氣的背景下，映射至礦山生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化迫在眉睫。礦山生產(chǎn)環(huán)節(jié)可分為規(guī)劃 設(shè)計、采掘充填和運輸提升。
    在規(guī)劃設(shè)計方面，目前市場上主流的礦山空間信息處理軟件主要采用為機械和建筑設(shè)計開發(fā) 的 CAD 技術(shù)，對空間信息的服務(wù)較弱，隨著煤類礦山智能化轉(zhuǎn)型，煤炭專用的 GIS 技術(shù)被研發(fā) 應(yīng)用，從地質(zhì)勘探到建井、掘進(jìn)和回采，控制煤層的數(shù)據(jù)被更多收集，煤層的空間形態(tài)和屬性伴 隨著一個由“不可見”變?yōu)椤熬植靠梢姟�，無限接近直至達(dá)到“透明”的過程。

    在采掘充填方面，全面開展煤機智能制造，依托科技創(chuàng)新進(jìn)行采掘運支提裝備、露天開采裝備、煤礦自動化及電液控制裝備等產(chǎn)品的研發(fā)，以實現(xiàn)掘進(jìn)和綜采工作面減人提效。

    在運輸提升方面，智能礦山的礦井井下窄軌信號控制與調(diào)度以礦用軌道運輸監(jiān)控系統(tǒng)為核心， 通過構(gòu)建多網(wǎng)合一的礦山井下高速信息傳輸通道，采用先進(jìn)的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在礦井綜合自動 化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將井下機車、人員、礦車、物料等移動對象的目標(biāo)身份識別、移動軌跡跟蹤、 聯(lián)鎖協(xié)同控制、運行狀態(tài)監(jiān)測、設(shè)備信息交互等功能綜合集成，實現(xiàn)統(tǒng)一技術(shù)平臺下的礦井移動目標(biāo)綜合安全監(jiān)控與信息管理。
    行業(yè)規(guī)模：“需求+供給”雙重驅(qū)動，智能礦山市場規(guī)模持續(xù)擴張
    需求端：煤礦仍占據(jù)能源消費市場主要份額

    我國資源稟賦具備“富煤、貧油、少氣”的特征，這決定了煤礦在能源存儲中的支柱地位。 同時受到應(yīng)用范圍和開采難度等綜合因素影響，形成了以煤礦資源為主，非煤礦資源協(xié)同并進(jìn)的 資源開采結(jié)構(gòu)。雖然從 2012-2020 年能源消費結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)來看，煤礦消費占比呈下降趨勢，但由 于具備成熟可靠、價格低廉等優(yōu)勢，煤礦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。

    供給端：智能礦山規(guī)模效應(yīng)促進(jìn)原煤產(chǎn)量穩(wěn)定增長

    在煤礦數(shù)量不斷下降且礦企之間馬太效應(yīng)加劇的背景下，智能礦山可以通過擴大生產(chǎn)規(guī)模， 滿足企業(yè)對于提升產(chǎn)量的迫切需求。2012 年至 2016 年受市場需求放緩、專項整治、煤礦企業(yè)經(jīng)營管理亟待升級的綜合 影響，原煤產(chǎn)量呈現(xiàn)一定收縮態(tài)勢。2016 至 2020 年，隨著智能礦山大規(guī)模普及以及行業(yè)市場 集約化的顯著提升，我國原煤產(chǎn)量實現(xiàn)快速增長，期間累計增幅超過 14%。2020 年，我國原煤 產(chǎn)量達(dá)到 39.0 億噸。

    而煤礦機械化是煤礦智能化的基礎(chǔ)，只有通過對現(xiàn)有煤礦機械設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測管控，才能實現(xiàn)有效的智能化升級。在國家政策的推動下，近年來，我國煤 礦機械化、智能化建設(shè)也取得不少進(jìn)展。自 2010 年以來，我國煤礦采煤機械化程度逐步提高， 據(jù) 2020 年 1 月全國煤礦安全生產(chǎn)工作會議的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，截止至 2019 年末，全國煤礦采煤 機械化程度已達(dá)到 78.5%，相比于 2010 年 65%明顯升高；根據(jù)《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃 (2016-2030 年)》，將于 2030 年實現(xiàn)智能化開采，重點煤礦區(qū)基本實現(xiàn)工作面無人化、順槽集中控制，全國煤礦采煤機械化程度達(dá)到 95%以上，掘進(jìn)機械化程度達(dá)到 80%以上。由此可見， 在需求與供給的雙重驅(qū)動下，未來我國智能礦山建設(shè)的需求潛力可期。（報告來源：未來智庫）

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