中国智能矿山产业发展白皮书

全栈式智能解决方案，打造智能矿山新高地 亿欧智库https://www.iyiou.com/researchCopyrightreserved toEqualOcean Intelligence, Oct. 2022 1中国智能矿山发展之路2中国智能矿山整体解决方案3矿山企业智能化转型方法和建议4中国智能矿山未来趋势洞察 目录 CO NT ENT S 1.1.1概念：海外智能矿山起步早，国家计划推动企业发展，采矿设备供应商逐步向技术与系统解决方案供应商转变 ◆芬兰、加拿大、瑞典等国家从上世纪90年代就开始研究智能开采技术，并曾先后制定有关“智能化矿山”和“无人化矿山”的发展规划。 ◆自20世纪前十年以来，瑞典的山特维克公司、阿特拉斯科普柯公司等国际著名采矿设备公司均在大力发展智能采矿装备及相关技术。在研发大量具有良好自动化功能的采矿设备外，开发了多种智能矿山的技术与装备系统，如AotoMine系统、OptiMine系统和MineLan系统。 海外智能矿山发展简况 海外典型智能矿山 加拿大国际镍公司开始研究 自 动 采 矿 技 术， 拟 于2050年在某矿山实现无人采矿，通过卫星操纵矿山的所有设备，实现机械自动采矿。 力拓皮尔巴拉铁矿 基律纳铁矿 远程控制中心的调度员依靠鼠标管理矿坑、加工厂、铁路、电力和港口的协调运作，负责调度供水、发电、输电与燃料分配的管理团队和资产健康管理团队，同时负责监控皮尔巴拉铁矿地区固定及移动设备的完备情况。 目前，瑞典北部的世界最大地下矿山基律纳铁矿基本实现“无人智能采矿”，仅依靠远程计算机集控系统，工人和管理人员就可实现远程执行现场操作。 1.1.2概念：国内基于“数字矿山”概念升级提出“智能矿山”，关注采矿设计、计划、生产、调度和决策等过程的智能化 ◆1999年首届“国际数字地球”大会上提出“数字矿山”（DigitalMine）概念，经过十余年的发展，数字矿山发展迈入新阶段，即“智能矿山”：智能矿山是在数字矿山的基础上，利用系统工程理论及网络、自动控制和人工智能等技术，以开采环境数字化和采掘装备自动化为特质，实现采矿设计、计划、生产、调度和决策等过程的智能化。 1.2.1发展历程：中国矿山经历机械化、自动化、信息化、数字化，目前已迎来智能化阶段 ◆目前，加拿大、瑞典、美国、澳大利亚等发达国家已实现遥控采矿、无人工作面甚至无人矿井。而中国矿山经历了机械化、自动化、信息化和数字化阶段，目前正处于数字化向智能化的过渡阶段。从“十三五”开始，我国进入智能矿山的技术储备期，形成了局部应用和示范案例。从2021年开始，部分中大型矿企将智能矿山建设列入“十四五”信息化规划。 1.2.2发展历程：重新厘清信息化、数字化、智能化矿山的区别 ◆中国矿山数智化建设经历信息化、数字化，迎来智能化，但是这三者的定义往往混淆或交叉，亿欧智库认为信息化是指用“数字世界”描述“物理世界”，数字化是指用“数字世界”重构“物理世界”，智能化是指使“信息系统更聪明”。 数字化矿山 1.3.1政策保障：智能矿山建设规范不断完善，应用范围逐步从煤矿扩展至非煤矿山 ◆自2015年以来，国家出台多部智能矿山行业规范、指导意见、建设政策等文件，支持并积极引导智能矿山健康规范地发展；同时，政策与时俱进，不断完善，范围从煤矿扩展到非煤矿山，鼓励所有类型矿山共同向智能化发展。 我国煤矿智能化发展的阶段性目标 2035年 煤矿智能化体系。煤矿智能化全面应用：各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链，多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的 2025年 矿智能化建设技术规范与标准体系，实现开拓设计、地质保障、采掘（剥）、运输、通风、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行，井下重点岗位机器人作业，露天煤矿实现智能连续作业和无人化运输。示范煤矿中提炼技术规范与标准体系：大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤 2021年 智能化示范煤矿建设：建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要环节的信息化传播、自动化运行技术体系，基础实现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下和露天煤矿固定岗位无人值守与远程监控。 1.3.2技术支持：大数据、人工智能、精准定位、物联网等技术与智能矿山深度融合，5G、VR/AR、自动驾驶等新兴技术逐步拓展应用场景 ◆大数据、人工智能、精准定位、物联网等技术在矿山流和管理领域得到广泛应用，为矿山智能化转型升级提供技术基础。 ◆同时，5G、VR/AR、自动驾驶等新兴技术也为智能矿山建设提供了新网络基础和应用场景。 1.3.2技术支持：新兴技术与智能矿山深度结合，为不同解决方案提供底层技术支持 ◆从技术应用场景出发，亿欧智库将智能矿山解决方案分为七大模块，并梳理每个模块对应的技术。 1.3.3新动能：智能化是实现安全、绿色低碳矿山的重要手段 ◆矿山一直是安全生产重点行业领域，但由于矿山数量众多，地质条件和开采技术条件等具有较高复杂性，安全管理是矿区管理难题之一。智能矿山通过灾害预警、事故仿真研究、实时监控等技术和方式，大大减少危险隐患。 ◆在“双碳”目标下，低碳、绿色成为矿山发展的新动能，而数字技术则是实现可持续发展的重要手段。根据世界经济论坛数据，至2030年，能源（含资源）业受益于数字技术所减少的碳排放量约为18亿吨。工业4.0阶段，5G、大数据、物联网和人工智能等技术则帮助矿山企业从数字化迈向智能化，将绿色变革推向新阶段。 应建立资源节约与综合利用信息化、智能化管理系统，提高共伴生矿产资源与废弃物资源化的评估、开发和转化能力。 1.4痛点：智能矿山建设过程中存在缺乏顶层规划、系统兼容性差、智能化水平低、管理效率低等问题 ◆现阶段，我国智能矿山建设如火如荼，但由于尚处于智能化发展的初期，仍面临许多难点和挑战。 亿欧智库：智能矿山发展的四大痛点 缺乏智能矿山顶层设计规划 产品智能化水平和应用效果待提升 •目前，虽然有关部门已经出台智能矿山建设规范等相关文件，但是产业政策、技术标准制定等仍滞后于行业发展，导致智能矿山建设尚未实现价值最大化。 •目前，智能矿山建设智能化基础较为薄弱，叠加对于单机智能和系统智能的理解未形成整体认知，在智能矿山建设中，产品和系统智能化程度发展不均衡。 •由于部分设备厂商对矿山实际使用场景缺乏充分了解，产品设计理念与应用需求存在一定偏差，以及行业内没有建立矿山智能化生态，导致缺乏适合应用于矿山的高质量智能产品。 •因此，应重视并加快智能矿山顶层设计，引导智能矿山的软件、硬件设备研发与应用，规范企业的生产管理标准，以实现标准化、整体化管理。 子系统数量众多，系统间兼容性差 管理模式落后，技术人才缺失 •智能矿山开采环境和技术复杂，非标准化程度高，因此每个矿山的管理流程、生产流程都不一致，通常拥有掘进系统、开采系统等近百个子系统。•非标准化的系统叠加系统数量众多，导致不同系统之间的数据兼容、网络兼容、业务兼容和控制兼容效果较差，难以实现系统间智能协同作业。 •传统矿山企业属于劳动密集型和资本密集型企业，企业的生产、经营、管理方式没有与新技术更好地融合，导致企业管理效率较低。 •由于矿山地理位置偏远，引进技术人才难度较高，人才流失率高居不下。 1.5面对智能矿山的诸多核心痛点，众多智能矿山服务商纷纷入局 ◆基于中国智能矿山建设架构，亿欧智库绘制了2022年中国智能矿山产业图谱。 1.6伴随机械化、自动化基础不同，煤矿与非煤矿山智能化发展难度与潜力呈现不同发展态势 ◆煤矿智能化基础较非煤矿山好：煤矿属于软岩开发，且岩层平面性强，开采环境较为简单，整体性强。因此煤矿开采的连续化、规模化发展程度较高，同时机械化水平较高。而非煤矿山作为硬岩开发，装备和生产过程的连续性较差，导致无论是机械化还是自动化水平，非煤矿山相较于煤矿都处于较低水平。 ◆智能化非煤矿山发展潜力较煤矿大：2021年中国煤矿总数为4500座，并预计与2025年下降至4000座以内。对比而言，我国有3万多座非煤矿山，呈现体量小、数量多、分布广等特点，因此对非煤矿山来说，加快推进智能化建设面临的任务更重、要求更高。 1.7中国智能矿山蕴含万亿级市场空间，预计未来5年增速超10%，发展前景可期 ◆2021年中国煤矿总数为4500座，受绿色矿山政策及环保政策实施影响，行业已经开始出现关停、整合的现象。根据煤炭工业协会“十四五”规划，2025年中国煤矿数量将下降至4000座以内，这一时期的复合增长率为-2.9%。目前，单矿智能软件投入保守测算为1000万元，未来智能化改造投入将持续增长，预计未来5年的复合增长率为20%。 ◆2021年中国非煤矿山总数超过3万座，但是单矿平均规模小于煤矿，因此智能化投入相对也较少，约为煤矿的1/10。 ◆经过测算，2022年中国智能矿山市场（包括煤矿和非煤矿山）规模将超过1万亿，2025年这一数值将超过1.5万亿。 第二章中国智能矿山整体解决方案 2.1.1矿山种类多样，智能化转型需因矿制宜 ◆矿山分类方式多样，其中，按照矿山资源分类，矿山分为煤矿、非煤矿山（黑色、有色金属、建材等）；根据开采方式可以分为露天矿和地下矿；根据开采年限可以分为新老矿山；根据开采规模可以分为大型、中型和小型矿山。 ◆各类矿山因自身资源水平、经济效应等基础条件不同，智能化转型也需要因矿制宜，充分考虑不同种类矿山的原生条件。亿欧智库：露天矿智能开采场景示意图亿欧智库：地下矿智能开采场景示意图 2.1.3技术端视角下，智能矿山解决方案技术架构图 ◆从技术端视角下，现有智能矿山建设技术架构通常由“感知层”、“传输层”、“边缘层”、“数字平台层”构成，也有总结为“云-边-端”的智能矿山解决方案技术架构。 2.1.2业务端视角下，智能矿山解决方案全景图由“生产+管理”双管齐下 ◆从业务端视角下，亿欧智库从生产场景和管理场景拆解智能矿山解决方案架构，旨在实现矿山全价值链的智能化。 2.2.1生产场景化解决方案——基础设施网络化、生产作业系统化、生产装备智能化，三步走实现智能矿山生产全场景智能化升级 ◆亿欧智库认为智能矿山生产场景解决方案主要分为三个层次，即基础设施网络化、生产作业系统化和生产装备智能化。通过三步走，能够满足单座矿山的基本智能化条件与要求。 2.2.2基础设施网络化——打造数据通路，保障信息可靠与数据安全 ◆智能矿山的建设离不开对基础设施的网络化。需要通过网络系统与数据中心的建设，打造数据传输利用通路，保障信息传输与数据安全。 ◆此外，智能矿山建设的主要场景包括办公区、工业控制区、生活区、装备作业区、采区。 2.2.3生产作业系统化——针对生产场景需求构建关键业务智能系统，为实现智能矿山生产管理协同做铺垫 ◆生产作业系统化是智能矿山生产场景建设的第二个层级，通过构建智能生产系统，实现安全生产、降本增效、节能减排、无人化少人化的综合目标。 ◆生产作业系统化为智能矿山综合管理与智能治理打下业务系统基础，为实现智能矿山生产管理协同做铺垫。 2.2.4生产装备智能化——利用智能感知全面采集生产数据，结合矿山生产流程进行装备智能化升级，实现安全生产、减员增效、节能减排 ◆智能矿山建设的第三个层级是对生产装备的智能化改造，分为智能感知、装备改造两部分。 ◆智能感知主要是在矿山的生产场景中部署环境感知终端、智能传感器、智能摄像机、无线通信终端、无线定位终端等设备，融合图像识别、震动感知、声音感知、射频识别、电磁感应等技术，实现矿山生产场景、生产装备、工况参数、移动巡检等数据的全面采集。 ◆在网络覆盖、智能感知的基础上，结合矿山生产工艺流程，采用智能控制等技术对钻机、挖掘机、自卸卡车、破碎机、带式传送机、智能凿岩台车、智能装药车、智能高梯度磁选机等装备智能化改造，实现安全生产、减员增效、节能减排等作用。 2.3.