1.1,、 科技+安全生產(chǎn)+招工難推動(dòng)煤礦智能化發(fā)展

煤炭是我國重要的能源燃料之一，在保障國家能源安全與國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展中發(fā) 揮著重要作用,。在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭長期以來一直占據(jù)著重要的位置,，近些年 在轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式以及優(yōu)先發(fā)展非化石能源的大背景下，煤炭消費(fèi)占比呈現(xiàn)逐 年下降趨勢(shì),，從 2010 年的 69.20%下降到 2020 年的 56.80%,。在碳中和的國家 綠色能源發(fā)展戰(zhàn)略下，預(yù)計(jì)煤炭的消費(fèi)占比會(huì)進(jìn)一步下降,，考慮到我國“富煤,、 憑油、少氣”的資源稟賦以及新能源的發(fā)展?fàn)顩r,，我們認(rèn)為煤炭資源仍將在較長 時(shí)期內(nèi)作為我國的主導(dǎo)型能源和基礎(chǔ)性能源之一,。

改革開放以來，我國煤炭開采經(jīng)歷了從人工炮采,、機(jī)械化,、自動(dòng)化、數(shù)字化的歷 史性轉(zhuǎn)變,，未來智能化是煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì),，主要變現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）科技進(jìn)步提供技術(shù)支持。5G,、大數(shù)據(jù),、人工智能以及區(qū)塊鏈等新一代信息技 術(shù)的快速發(fā)展為煤礦智能化建設(shè)提供了技術(shù)與裝備支撐。目前已經(jīng)在煤炭開采關(guān)鍵技術(shù),、設(shè)備,、系統(tǒng)平臺(tái)等方面已經(jīng)獲得初步應(yīng)用，未來深度融合是發(fā)展趨勢(shì),；

2）安全生產(chǎn)倒逼煤炭企業(yè)開展智能化建設(shè),。近些年隨著對(duì)煤炭開采行業(yè)安全性 的重視，我國煤礦死亡人數(shù)從 2010 年的 1973 人下降到 2020 年的 225 人,，百 萬噸死亡率也相應(yīng)地從 0.564 下降到 0.058,，安全形勢(shì)持續(xù)改善，但與國外發(fā)達(dá) 國家還有很大差距,。目前受資源賦存條件,、開發(fā)與利用工藝的復(fù)雜度、技術(shù)與裝 備水平等因素制約,，煤炭自動(dòng)化,、智能化水平仍然較低，重大安全隱患的智能監(jiān) 測(cè)、預(yù)測(cè),、預(yù)警等技術(shù)相對(duì)落后，普遍存在從業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大,、效率低,、安全 生產(chǎn)壓力大等問題，煤礦智能化建設(shè)將大幅減少井下作業(yè)人員數(shù)量與勞動(dòng)強(qiáng)度,， 推動(dòng)煤礦開采體質(zhì)增效,。

3）人工成本上升+招工難促使企業(yè)加大智能化投入。目前煤炭企業(yè)從業(yè)人員老 齡化嚴(yán)重,，部分企業(yè)的井下作業(yè)人員平均年齡超過 45 歲,，煤炭企業(yè)井下惡劣 的作業(yè)環(huán)境難以吸引新一代年輕人，導(dǎo)致招工越來越困難,，我國煤炭開采余選洗 業(yè)人數(shù)從 2010 年的 527.19 萬人下降到 2019 年的 284.68 萬人,，下降了 46%， 同時(shí)疊加人力成本的不斷攀升將促使煤炭企業(yè)加大智能化投入,。

1.2,、 煤礦智能化建設(shè)技術(shù)架構(gòu)

智能化煤礦是指將人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),、云計(jì)算,、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人,、智能裝備 等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)技術(shù)進(jìn)行深入融合,，形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián),、分析決策,、自 主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè),、協(xié)同控制的智能系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)煤礦開拓、采掘（剝）,、運(yùn)輸,、 通風(fēng)、洗選,、安全保障,、經(jīng)營管理等全過程的智能化運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)礦山生產(chǎn)的 安全提升,、減員增效,、節(jié)能降耗。

智能化煤礦應(yīng)基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)思路，采用一套標(biāo)準(zhǔn)體系,、構(gòu)建一張全 面感知網(wǎng)絡(luò),、建設(shè)一條高速數(shù)據(jù)傳輸通道、形成一個(gè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心,，面向不同 業(yè)務(wù)部門實(shí)現(xiàn)按需服務(wù),。

煤礦智能化建設(shè)技術(shù)架構(gòu)分為五層，即感知層,、接入層,、邊緣層、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平 臺(tái)以及綜合管控平臺(tái),。其中底層為感知執(zhí)行層,，由傳感器、攝像機(jī),、智能手持終 端設(shè)備,、定位裝置等感應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境、人員和設(shè)備等的狀態(tài),，感知的相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過接入層（智能數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)模塊）進(jìn)入邊緣層,，邊緣層主要對(duì)時(shí)效性要求較高， 但 對(duì)算力要求不高的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,；感知信息通過邊緣層進(jìn)入智能化煤礦 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),，該平臺(tái)主要包括技術(shù)平臺(tái)、業(yè)務(wù)平臺(tái),、數(shù)據(jù)中心,、云計(jì)算平臺(tái)、 物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái),，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)感知信息進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗,、分析、分類存儲(chǔ)等,， 并將分析結(jié)果上傳至煤礦智能化綜合管控平臺(tái),，由綜合管控平臺(tái)將相關(guān)指令下發(fā) 至感知執(zhí)行層，由相關(guān)設(shè)備完成操作,。

根據(jù)《煤礦智能化建設(shè)指南（2021 年版）》,，井工煤礦的智能化系統(tǒng)基本建設(shè)內(nèi) 容包括 12 項(xiàng)內(nèi)容，分別是：1）信息基礎(chǔ)設(shè)施,；2）智能地質(zhì)保障系統(tǒng),；3）智 能掘進(jìn)系統(tǒng)；4）智能采煤系統(tǒng),；5）智能主煤流運(yùn)輸系統(tǒng),；6）智能輔助運(yùn)輸系 統(tǒng)；7）智能通風(fēng)系統(tǒng)；8）智能供電與供排水系統(tǒng),；9）智能安全監(jiān)控系統(tǒng),；10） 智能綜合管控平臺(tái)；11）智能化園區(qū),；12）經(jīng)營管理系統(tǒng)等,。

目前,，我國煤礦智能化建設(shè)尚處初級(jí)階段，整體建設(shè)水平較低,，主要體現(xiàn)在智能 化建設(shè)數(shù)量少以及智能化建設(shè)水平低,，截止 2020 年底，全國煤礦僅建成智能化 采煤工作面 494 個(gè),，對(duì)于全國 4700 余座存量煤礦來說,，尚處于起步階段。我們 認(rèn)為,，目前煤礦智能化面臨著天時(shí)地利人和,，行業(yè)迎來發(fā)展良機(jī)。

2.1,、 天時(shí)：國家密集出臺(tái)政策支持,，各省市跟進(jìn)

八部委聯(lián)合出臺(tái)的《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》確定了煤礦智能化 的目標(biāo)和任務(wù)。近些年國家對(duì)煤礦智能化的指導(dǎo)性文件頻出,，《煤炭工業(yè)發(fā)展“十 三五”規(guī)劃》,、《煤礦安全生產(chǎn)“十三五”規(guī)劃》、《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意 見》等,，尤其是 2020 年 2 月 25 日由發(fā)改委,、能源局、應(yīng)急部,、煤監(jiān)局,、工信 部、財(cái)政部,、科技部,、教育部等八部門聯(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》，這是首次從國家層面對(duì)煤礦智能化發(fā)展提出了具體目標(biāo),、主要任務(wù) 和保障措施等,，為行業(yè)發(fā)展指明了方向。主要目標(biāo)分為 3 個(gè)階段：

1）到 2021 年,，建成多種類型,、不同模式的智能化示范煤礦，初步形成煤礦開拓設(shè)計(jì)、地質(zhì)保障,、生產(chǎn),、安全等主要環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動(dòng)化運(yùn)行技術(shù)體系,， 基本實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面減人提效,、綜采工作面內(nèi)少人或無人操作、井下和露天煤礦 固定崗位的無人值守與遠(yuǎn)程監(jiān)控,；

2）到 2025 年,，大型煤礦和災(zāi)害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化，形成煤礦智能化建 設(shè)技術(shù)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系,，實(shí)現(xiàn)開拓設(shè)計(jì),、地質(zhì)保障、采掘（剝）,、運(yùn)輸,、通風(fēng)、 洗選物流等系統(tǒng)的智能化決策和自動(dòng)化協(xié)同運(yùn)行,，井下重點(diǎn)崗位機(jī)器人作業(yè),，露 天煤礦實(shí)現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運(yùn)輸；

3）到 2035 年,，各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化,，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦 智能化系統(tǒng),，建成智能感知,、智能決策、自動(dòng)執(zhí)行的煤礦智能化體系,。

指導(dǎo)意見之后,，國家各部委有緊密出臺(tái)了相關(guān)政策：2020 年 4 月，國務(wù)院安委會(huì)印發(fā)了《全國安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治三年行動(dòng)計(jì)劃》,，在 煤礦安全整治部分提出要加快推進(jìn)機(jī)械化,、自動(dòng)化、信息化,、智能化建設(shè),，災(zāi)害 嚴(yán)重礦井采掘工作面基本實(shí)現(xiàn)智能化，力爭采掘智能化工作面達(dá)到 1000 個(gè)以上, 建設(shè)一批智能化礦井,。2020 年 11 月,，國家能源局、國家煤礦安全監(jiān)察局發(fā)布《關(guān)于開展首批智能化示 范煤礦建設(shè)的通知》確定內(nèi)蒙古雙欣礦業(yè)有限公司楊家村煤礦等 71 處煤礦,， 作為國家首批智能化示范建設(shè)煤礦,。

2021 年 6 月國家能源局,、國家礦山安全監(jiān)察局印發(fā)《煤礦智能化建設(shè)指南（2021 年版）》為建成一批多種類型、不同模式的智能化煤礦提供了指南,。在國家頂層設(shè)計(jì)逐步完善后,，全國各地方政府尤其是煤炭大省開始出臺(tái)本省的煤 炭智能化發(fā)展的政策文件。國家和地方政府密集出臺(tái)煤礦智能化的相關(guān)政策,，對(duì)目標(biāo)和具體任務(wù)做了部署,， 煤礦智能化的政策東風(fēng)已至，行業(yè)迎來快速發(fā)展期,。

2.2,、 地利：5G、華為等技術(shù)和企業(yè)推動(dòng)

近些年 5G,、大數(shù)據(jù),、人工智能、物聯(lián)網(wǎng),、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展 為煤礦智能化建設(shè)提供了技術(shù)支持。

1）5G 技術(shù)：智能化煤礦要安裝大量智能設(shè)備,，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)種類多且數(shù)量大,， 以太網(wǎng)和 4G 架構(gòu)下，高延時(shí)且不可控,，使服務(wù)質(zhì)量無法得到保障,。5G 大帶寬、 廣連接,、低時(shí)延的特性為海量的數(shù)據(jù)的高速傳輸,、大規(guī)模設(shè)備連接、不同設(shè)備之 間的實(shí)時(shí)互聯(lián)等提供了可能,。典型應(yīng)用：基于 5G 的井下高精度定位與應(yīng)用服務(wù) 系統(tǒng),，支持井下車輛管理、采掘精準(zhǔn)推進(jìn)等應(yīng)用,，解決移動(dòng)裝備的實(shí)時(shí)控制和管 理,。

2）大數(shù)據(jù)：礦井下會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以分析這些數(shù)據(jù)的規(guī)律,， 實(shí)現(xiàn)井下海量的視頻數(shù)據(jù)的智能分析,，為安全生產(chǎn)和管理提供依據(jù)。

3）人工智能：煤礦要向無人化,、自主化,、智能化發(fā)展，人工智能將起到無可替 代的作用,，一方面攝像頭,、車輛等不斷向智能化發(fā)展,，另一方面人工智能還對(duì)海 量的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度自我學(xué)習(xí)，并指導(dǎo)安全生產(chǎn)和管理,。比如基于 AI 視頻識(shí)別技 術(shù),，識(shí)別人員姿態(tài)和鉆機(jī)軌跡，智能識(shí)別皮帶異物,、跑偏,、堆煤、空載等異?，F(xiàn) 象并形成告警,，助力煤礦“有人巡檢，無人值守”,。（報(bào)告來源：未來智庫）

4）物聯(lián)網(wǎng)：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知煤礦“人員,、機(jī)械、環(huán)境”等方面的信息,，整合礦 山子系統(tǒng),，將分散、獨(dú)立,、單一的各個(gè)平臺(tái)升級(jí)為系統(tǒng),、開放、多元的綜合平臺(tái),， 打破數(shù)據(jù)孤島,，避免重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)人與物,、物與物的全面感知,、互聯(lián)互動(dòng)的智 能系統(tǒng)。

華為積極參與賦能煤礦智能化建設(shè),。2020 年 7 月,，華為聯(lián)合龍軟科技、精英數(shù) 智等合作伙伴發(fā)布華為智能礦山聯(lián)合解決方案,，該解決方案引入了行業(yè)領(lǐng)先的 5G,、AI、鯤鵬云等新 ICT 技術(shù),，融合煤炭行業(yè)內(nèi)智能礦山建設(shè)豐富專業(yè)的實(shí)踐 經(jīng)驗(yàn),，形成了“3 個(gè) 1 + N + 5”的智能礦山整體架構(gòu)，即礦山一張網(wǎng),、礦山一 朵云,、礦山一平臺(tái)、以及 N 個(gè)應(yīng)用與 5 個(gè)中心,。通過礦山一張網(wǎng),，構(gòu)建互聯(lián)互 通,、統(tǒng)一高效、綜合承載的礦山融合網(wǎng)絡(luò),；通過礦山一朵云,，構(gòu)建安全可控、彈 性靈活,、運(yùn)維高效的數(shù)字化底座,；通過一平臺(tái)，打破煙囪式系統(tǒng),，形成數(shù)據(jù)共享,、 能力共享、開放統(tǒng)一的礦山數(shù)字平臺(tái),。通過支撐礦山打造各類業(yè)務(wù)應(yīng)用,，形成“智 能礦山五中心”：決策指揮中心、安全生產(chǎn)中心,、綜合集控中心,、智能巡檢中心 以及經(jīng)營管理中心，進(jìn)而推動(dòng)礦山應(yīng)用全面智能化,，助力智能礦山走向集約化,、

2021 年 1 月，華為成立一級(jí)部門“煤礦軍團(tuán)”,，與運(yùn)營商 BG、企業(yè) BG 和消費(fèi) 者 BG 屬于同一級(jí)別,，可見華為對(duì)煤礦智能化的重視,，煤礦軍團(tuán)愿景是用 ICT 技術(shù)支撐煤礦智能化建設(shè)，提升煤炭行業(yè)信息化智能化水平,，然后將煤礦行業(yè)的 智能化成果外溢到非煤礦山,。煤礦軍團(tuán)是華為在角逐行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型“深水區(qū)”的 戰(zhàn)略性布局，在一定程度上扮演著“先鋒隊(duì)”的角色,。

2021 年 9 月 14 日,，國家能源集團(tuán)攜手華為共同舉辦的“礦鴻操作系統(tǒng)”發(fā)布 會(huì)上，華為正式宣布推出鴻蒙礦山操作系統(tǒng)—礦鴻,，這是礦山鴻蒙操作系統(tǒng)的首 次商用,，將從以下幾個(gè)方面助力煤炭產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型：一是共同打造煤礦工業(yè) 互聯(lián)網(wǎng)、建設(shè)未來煤礦,，有效解決“產(chǎn)業(yè)安全”問題,；二是通過制定煤礦行業(yè)接 口、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),，有效推進(jìn)行業(yè)適配,；三是打磨煤礦工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)工 業(yè)控制體系的安全可信；四是構(gòu)建煤礦工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)體系,，推進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和能 源經(jīng)濟(jì)的融合,，實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。這是是鴻蒙操作系統(tǒng)的應(yīng)用首次從 To C 領(lǐng)域擴(kuò)展到了 To B 領(lǐng)域,，具有里程碑式意義,，將助力煤炭行業(yè)智能化。

2.3,、 人和：煤炭企業(yè)盈利提升有望加大資本開支

煤炭行業(yè)集中度提升為煤礦智能化提供基礎(chǔ),。近些年隨著煤炭行業(yè)供給側(cè)改革， 逐步淘汰落后產(chǎn)能,，鼓勵(lì)大型煤炭企業(yè)對(duì)中小型煤礦進(jìn)行兼并重組,，我國煤礦數(shù) 量逐年降低，從 2015 年的 10800 處下降到 2020 年的 4700 處,，行業(yè)集中度不 斷提升,，CR5/CR10 分別從 2016 年的 27.5%/40.2%提高到 2019 年的 33.3%/46%，隨著十四五末煤礦數(shù)量控制在 4000 處左右,，行業(yè)集中度將會(huì)進(jìn)一 步提升,，煤炭企業(yè)規(guī)模將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，這為煤炭智能化建設(shè)提供了基礎(chǔ),。

煤炭價(jià)格持續(xù)攀升,，企業(yè)盈利能力提高，有望加大智慧化建設(shè)投入,。經(jīng)過近幾 年的供給側(cè)改革之后,，煤炭企業(yè)的盈利水平開始逐步恢復(fù)，2017-2020 年煤炭開 采和洗選業(yè)的利潤總和開始逐步恢復(fù)到 2013 年的水平,。2020 年四季度以來,， 在碳中和的大背景下，煤炭行業(yè)供需出現(xiàn)失衡,，引起價(jià)格持續(xù)上漲,，秦皇島動(dòng)力 煤市場(chǎng)價(jià)由今年年初的 800 元/噸上漲到 10 月 20 日的 2342.5 元/噸，不斷創(chuàng)歷 史新高,。2021 年前 8 月煤炭開采和洗選業(yè)的利潤總和達(dá)到 3290.3 億元,，已經(jīng) 遠(yuǎn)超 2020 全年利潤總額。煤炭企業(yè)盈利水平提高,，有望增加資本開支,，智能化 建設(shè)投入有望加大。

煤礦智能化加速落地,。在政策推動(dòng),、技術(shù)進(jìn)步以及各方企業(yè)的積極推動(dòng)下，我國 煤礦智能化取得了一定進(jìn)展,。根據(jù)國家礦山安監(jiān)局公布數(shù)據(jù)：2015 年全國僅有 3 個(gè)智能化采煤工作面,，2019 年達(dá)到 275 個(gè)，2020 年達(dá)到 494 個(gè),，呈現(xiàn)加速 上漲的趨勢(shì),。根據(jù)《煤礦安全專項(xiàng)整治三年行動(dòng)實(shí)施方案》的要求：2022 年要 力爭采掘智能化工作面達(dá)到 1000 個(gè)以上，預(yù)計(jì)未來 2 年煤礦智能化將加速落地,。（報(bào)告來源：未來智庫）

煤礦智能化市場(chǎng)規(guī)模 3100 億元,。根據(jù) 2020 年 2 月八部委聯(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》，煤礦智能化發(fā)展分為 3 個(gè)階段性目標(biāo)：1）2021 年建成多種類型,、不同模式的智能化示范煤礦,；2）到 2025 年，大型煤礦和災(zāi) 害嚴(yán)重煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化,；3）到 2035 年,，各類煤礦基本實(shí)現(xiàn)智能化。

截至 2020 年末,，全國煤礦數(shù)量約為 4700 處左右,，根據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布 的《2020 煤炭行業(yè)發(fā)展年度報(bào)告》其中提出十四五煤炭行業(yè)發(fā)展目標(biāo)：十四五 末煤礦數(shù)量控制在 4000 座左右。我們假設(shè)到 2025 年,，全國煤炭智能化的滲透 率達(dá)到 50%,，也即 2000 座煤礦達(dá)到智能化水平。2020 年我國智能化采煤工作 面僅有 494 個(gè),，到 2025 年有 1506 座煤礦需要進(jìn)行智能化改造,。根據(jù)安永發(fā)布 的《智慧賦能煤炭產(chǎn)業(yè)新萬億市場(chǎng)》，已有生產(chǎn)型礦井單礦智能化改造升級(jí)費(fèi)用 約在 1.49—2.63 億元,，平均一座煤礦的改造費(fèi)用約 2.06 億元，則到 2025 年我 國煤礦智能化的市場(chǎng)空間將高達(dá) 3100 億元,。

同時(shí)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)用還可以推廣到非 煤礦山等領(lǐng)域,，根據(jù)應(yīng)急管理部的數(shù)據(jù)，2020 年全國非煤礦山大體 3 萬多座,， 同樣面臨著智能化的需求,，則市場(chǎng)空間更大。