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1、更多報告獲取，關注公眾號“三個皮匠”2020 年深度行業分析研究報告正文目錄一、智慧礦山是未來發展趨勢51.1 智慧礦山是什么？51.2 發達國家智慧礦山發展相對較早61.3 煤礦開發經歷機械化-自動化-智能化61.4 新基建將助力智慧礦山71.5 智慧礦山發展前景廣闊8二、政策大力支持智慧礦山發展82.1 智慧礦山已經列入重點支持方向82.2 八部委發布政策為行業指明方向92.3 重點省份出臺政策支持智能開采102.4 科技創新將持續提升煤礦智能化12三、智慧礦山新技術需求和八大系統133.1 智慧礦山新技術需求133.2 智慧礦山的八大系統14四、智慧礦山典型案例18圖表目錄圖表 1智能煤2、礦可以類比智能手機和智能汽車5圖表 2實現汽車無人/自動駕駛需信息化與工業化融合5圖表 3智慧礦山情景邏輯6圖表 4海外大型礦山公司已經布局智慧礦山6圖表 5煤礦開采技術逐步升級7圖表 6煤礦機械化產品逐步升級7圖表 7新基建包含的七大領域中四大領域與煤炭相關8圖表 8煤炭智能化開采工作面應用采礦情況9圖表 9河南省煤礦智能化建設實施方案3 年計劃11圖表 10兗礦集團與山東能源集團智能化建設11圖表 11智慧礦山領域創新聯盟12圖表 12開采決策多樣化的需求場景14圖表 13基于 5G 的多源決策控制示意14圖表 14基于 5G 的遠程運維場景14圖表 15基于北斗系統的精準地質信息系統153、圖表 16通風系統智能控制15圖表 17礦井全工位設備設施健康智能管理系統16圖表 18機電系統綜合維修決策數據庫17圖表 19智慧煤礦生產計劃管理系統17圖表 20智慧煤礦能耗管理系統18圖表 21供電及動力系統18圖表 22陽煤集團井下 5G 裝備19圖表 23礦山遠程駕駛系統19圖表 24采煤機操作工作室20一、 智慧礦山是未來發展趨勢1.1 智慧礦山是什么？智慧礦山，是指基于現代煤礦智能化理念，將物聯網、云計算、大數據、人工智能、自動控制、工 業互聯網、機器人化裝備等與現代礦山開發技術深度融合，形成礦山全面感知、實時互聯、分析決 策、自主學習、動態預測、協同控制的完整智能系統，實現礦井4、開拓、采掘、運通、分選、安全保 障、生態保護、生產管理等全過程的智能化運行。通俗的講，智慧礦山與傳統煤礦就像智能手機和普通手機，智能汽車（無人駕駛）和傳統汽車。以 無人駕駛為例，通過“地圖+規劃+預測”結合“大數據平臺+人工智能”可以實現信息化，通過“控 制+定位”結合“機器學習+仿真訓練”可以實現智能化駕駛。智慧煤礦也是在現有煤礦基礎上開發 應用各種新技術、不斷發展完善新理念實現煤礦智能化。普通煤礦如何發展成智慧煤礦，一是需要智能系統基站、遠端控制平臺等基礎建設；二是需要煤機 等裝備智能化改造或購置；三是需要交互式信息平臺、數據分析系統平臺等軟硬件建設；四是需要 各子（分）控制系統和控制技術5、的相互銜接與融合，如綜采子系統、綜掘子系統、安全子系統、提 升子系統等融合形成整個礦山的智能化成套控制系統。圖表1 智能煤礦可以類比智能手機和智能汽車資料來源：龍軟科技，研究所圖表2 實現汽車無人/自動駕駛需信息化與工業化融合資料來源：龍軟科技，研究所圖表3 智慧礦山情景邏輯資料來源：中國知網，研究所1.2 發達國家智慧礦山發展相對較早西方發達國家從上世紀 90 年代就開始研究智能開采技術，尤其是加拿大、美國等國家，為取得在采 礦工業中的競爭優勢，曾先后制定了“智能化礦山”和“無人化礦山”的發展規劃。加拿大國際鎳公司從 20 世紀 90 年代初開始研究自動采礦技術，擬于 2050 年在某礦山實6、現無人采礦，通過衛星操縱礦山的所有設備，實現機械自動采礦；美國 1999 年對地下煤礦的自動定位與導航 技術進行研究，獲得了商業化的研究成果；2008 年，力拓集團就啟動了“未來礦山”計劃，部署了 圍繞計算機控制中心展開的無人駕駛卡車、無人駕駛火車、自動鉆機、自動挖掘機和推土機，2018 年底，力拓批準投資 26 億美元，在西澳洲打造首個純“智能礦山”項目；2018 年，英美資源集團 啟動“未來智能礦山”計劃。圖表4 海外大型礦山公司已經布局智慧礦山資料來源：煤炭科學研究總院，研究所1.3 煤礦開發經歷機械化-自動化-智能化（1）煤礦機械化程度逐年提升我國從上世紀 70 年代引進綜采綜掘設備，7、80 年代推行綜合機械化開采，到自行研制大型煤礦機械 裝備，實現了煤機裝備國產化，煤機裝備制造位于世界領先行列。煤機主要包括掘進機、采煤機、刮板運輸機、液壓支架等。截止 2018 年，全國采煤機械化程度達到 78.5%，相比 1978 年的 32.3%顯著提升。高可靠性采掘裝備是實現工作面自動化、智能化開采的基本保障。“十一五”以來，國產大型煤機裝 備發展迅速，攻克了一系列制約煤機裝備發展的技術瓶頸，逐步建立了采、掘、運、支成套裝備， 成功研發了成套系列化國產煤機裝備，采煤機裝機總功率達到近 3000kW，截割功率達到 1150kW， 截割高度突破 8.8m，生產能力達到 4500t/h，達到8、世界領先水平。（2）煤礦采煤自動化逐步升級為了滿足煤礦開采技術要求，必須運用電氣自動化控制技術對采煤機性能進行相應改良，從傳統的 機械采煤機逐步形成自動化控制程度更高的滾筒式采煤機。隨著電氣自動化技術的不斷更新，在機 械設備的操控方面，電液控制技術不斷發展。采煤自動化技術在煤礦企業得到了廣泛的應用，不僅 可提高煤炭企業自身的生產效率，也減少人工成本。（3）煤礦智能化是循序漸進的過程智慧煤礦逐步由單個系統智能化向多系統智慧化方向發展，建立“感知互聯分析自學習預 測決策控制”的基本運行框架，初步形成空間數字化、信息集成化、設備互聯化、虛實一體化 和控制網絡化的智慧礦山。智能化管控平臺在大數據技術的9、支持下可以對整個礦山運行的狀況進行 分析，并通過互聯網上傳到云平臺，但真正做到云計算、達到為生產決策和管理服務還需進一步突 破數據結構優化、分布式計算等核心技術。圖表5煤礦開采技術逐步升級圖表6煤礦機械化產品逐步升級資料來源：天地科技，研究所資料來源：天地科技，研究所1.4 新基建將助力智慧礦山中共中央政治局常務委員會 3 月 4 日召開會議提出要加快 5G 網絡、數據中心等新型基礎設施建設 進度。隨后，各地政府紛紛出臺了大規模的新基建投資計劃。可以預見，以 5G 網絡、人工智能、 工業互聯網、大數據中心等為代表的新型基礎設施建設將明顯提速，并成為我國新一輪經濟增長的 新動能。我們認為，新基建10、發展提速將促進我國煤炭行業加速轉型升級，為煤炭行業智能化發展提供良好機 遇。新基建提到的工業互聯網、大數據中心、5G 基站建設、人工智能等將極大提升煤炭行業智能化 水平。圖表7新基建包含的七大領域中四大領域與煤炭相關資料來源：國是直通車，研究所1.5 智慧礦山發展前景廣闊關于加快煤礦智能化發展的指導意見提出，到 2035 年，各類煤礦基本實現智能化，構建多產業 鏈、多系統集成的煤礦智能化系統，建成智能感知、智能決策、自動執行的煤礦智能化體系。目前， 煤炭智能化開采還處于示范階段，適用于條件較好的工作面，隨著技術水平的提升，未來 10-20 年 內或將大范圍應用。存量煤礦改造市場規模上萬億：根據11、平煤集團智能化改造實踐，單個煤礦投資約 2 億元，在整個投 資中的比例分為三部分：基礎設施占 10%，集成平臺占 10%，刮板機、運輸等設備類投資占 80%。 目前，全國煤礦數量超過 5000 處，整體投資規模將達到上萬億，其中智能設備市場約 8000 億，與智能化相關的基礎設施、集成平臺市場約 2000 億。新建單個千萬噸級煤礦投資 10 億元：除了存量煤礦的智能化改造，新建煤礦可以實現從頂層設計- 施工建設-運行維護一體化，從一開始就最大程度解決智慧礦山可能遇到相關問題，較為徹底的實現 智能化開采。2020 年 4 月，天地科技開采設計事業部將與陜西延長石油巴拉素煤業有限公司合作新 建智能12、化示范煤礦（千萬噸級礦井），該項目研究、設計及部分系統建設經費近 5000 萬元，礦方后期配套智能系統建設總投資 10 億元。智慧礦山可以應用到非煤礦山、智慧城市等領域。在非煤礦山方面，全國還有 3 萬多座，非煤礦山 的風險程度不亞于煤礦，智能化發展具有較大需求。在智慧城市方面，天地科技重慶研究院已經將 智慧安監系統應用到智慧城市領域。二、 政策大力支持智慧礦山發展2.1 智慧礦山已經列入重點支持方向煤炭智能化開采是國家重點支持的能源技術創新方向之一。2016 年 6 月 1 日，國家發展改革委和國 家能源局對外發布能源技術革命創新行動計劃（2016-2030 年）行動計劃，明確了能源技術創新13、的 15 個重點任務：一是煤炭無害化開采技術創新。2030 年實現智能化開采，重點煤礦區基本實現 工作面無人化，全國煤礦采煤機械化程度達到 95%以上。截止 2019 年底，智能開采已在國內主要的產煤地區進行試驗和生產，先后在兗礦、神東、寧煤、中煤、陜煤、同煤、陽煤、平煤、晉煤、峰峰等礦區的 200 多個工作面進行了應用。天地科技智能化 開采技術應用于國內第一座智能煤礦，首次研制的綜采成套裝備智能化系統在黃陵一礦推廣應用， 實現了“工作面有人巡視，無人操作；順槽可視化控制，地面遠程割煤”；工作面生產作業人員由 11 人遞減至 3 人，生產效率提高 25%。2019 年，國家煤監局發布煤礦機器人14、重點研發目錄，明確 將大力推動煤礦現場作業的少人化和無人化。圖表8 煤炭智能化開采工作面應用采礦情況資料來源：煤炭科學研究總院，研究所2.2 八部委發布政策為行業指明方向2020 年 3 月 2 日，國家發改委等 8 部委聯合發布了關于加快煤礦智能化發展的指導意見（以下 簡稱“意見”），推動智能化技術與煤炭產業融合發展，提升煤礦智能化水平。意見提出，鼓勵金 融機構加大對智能化煤礦的支持力度。鼓勵企業發起設立相關市場化基金，形成支持煤礦智能化發 展的長效機制。（1）意見實施分為三階段意見提出，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計、 地質保障、生產、安全等15、主要環節的信息化傳輸、自動化運行技術體系，基本實現掘進工作面減人 提效、綜采工作面內少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監控。到 2025 年，大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現智能化，形成煤礦智能化建設技術規范與標準體系，實現開 拓設計、地質保障、采掘(剝)、運輸、通風、洗選物流等系統的智能化決策和自動化協同運行，井下 重點崗位機器人作業，露天煤礦實現智能連續作業和無人化運輸。到 2035 年，各類煤礦基本實現智 能化，構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統，建成智能感知、智能決策、自動執行的煤礦 智能化體系。（2）意見提出了十大主要任務包括加強頂層設計，科學謀劃煤礦智能化建16、設；強化標準引領，提升煤礦智能化基礎能力；推進科 技創新，提高智能化技術與裝備水平；加快生產煤礦智能化改造，提升新建煤礦智能化水平；發揮 示范帶動作用，建設智能化示范煤礦；實施綠色礦山建設，促進生態環境協調發展；推廣新一代信 息技術應用，分級建設智能化平臺；探索服務新模式，持續延伸產業鏈；加快人才培養，提高人才 隊伍保障能力；加強國際合作，積極參與“一帶一路”建設。（3）意見提出與現代信息技術深度融合意見提出，各部門要加快智能工廠和數字化車間建設，推進大型煤機裝備、煤礦機器人研發及 產業化應用，實施機械化換人、自動化減人專項行動，提高智能裝備的成套化和國產化水平。要加 快工業互聯網和車聯網、新17、一代通信技術、云計算、大數據、人工智能、虛擬現實等現代信息技術 在煤炭工業領域的推廣應用。要打造煤礦智能裝備和煤礦機器人研發制造新產業，建設具有影響力 的智能裝備和機器人產業基地。（4）鼓勵金融機構加大對智能化煤礦的支持力度加大政策支持力度，建立智能化發展長效機制。對驗收通過的智能化示范煤礦，給予產能置換、礦 井產能核增等方面的優先支持。在煤礦安全改造中央預算內投資安排上，對積極推廣應用井下智能 裝備、機器人崗位替代、推進煤礦開采減人提效的煤礦予以重點支持。對新建的智能化煤礦，在規 劃和年度計劃中優先考慮。將煤礦相關智能化改造納入煤礦安全技術改造范圍，探索研究將相關投 入列入安全費用使用范圍。18、研究相關產業扶持政策，鼓勵金融機構加大對智能化煤礦的支持力度。 鼓勵企業發起設立相關市場化基金，形成支持煤礦智能化發展的長效機制。2.3 重點省份出臺政策支持智能開采我國中東部地區煤礦開采時間較長，山東、河南、山西、貴州等省份由于開采深度不斷下移，安全 投入越來越高，紛紛發展煤礦智能化開采。（1）山西山西能源革命綜合改革試點動員部署大會提出，要變革煤炭開采方式，向綠色智能時代邁進。山西 將開展煤礦智能化改造試點及綠色開采技術試點示范，將智能化改造納入煤礦安全技術改造、相關 投入列入安全費用使用范圍，對購置使用符合條件的煤炭清潔高效開發設備抵免企業所得稅等政策， 加大金融支持力度，有效解決綠色智19、能礦山建設投入難題。全力推進煤礦智能化改造，以 5G 通信、 先進控制技術為牽引推進智能煤礦建設，大力實施煤炭充填開采、保水開采、煤與瓦斯共采等綠色 開采技術，實現煤炭開采“無（少）人化、減損化”變革。中國煤科與山西綜改示范區簽約智慧礦山創新基地項目：2020 年 3 月 2 日，中國煤科與山西簽約“全 國智慧礦山創新基地（一期）示范生產線建設項目”，計劃建設智慧礦山電液控制系統及安全監測系 統示范生產線，預計年內完成首期建設。智慧礦山有限公司作為建設“全國智慧礦山創新基地”的 平臺公司，正在加速推進，將整合全球資源，創新體制機制，加大投資和研發力度，打造智慧煤礦 生態圈，發展山西產業集群。關20、于山西省智能煤礦和智能綜采工作面建設試點的通知：要求各建設試點采取積極措施，加大工 作力度，盡早建成智能煤礦和智能綜采工作面，示范帶動煤炭產業鏈整體質量效益的提升。（2）河南2019 年，河南全面啟動煤礦智能化建設，以推動煤炭產業轉型升級為主線，應用先進裝備和技術，加快煤炭生產技術變革，全面提升煤礦智能化水平，實現生產過程少人化、無人化，力爭到 2021年底，實現 60 萬噸及以上煤礦基本完成智能化改造，60 萬噸以下煤礦全面實現機械化生產。 圖表9河南省煤礦智能化建設實施方案3 年計劃主要目標2019 年底建成 8 個至 10 個智能化采煤工作面示范工程、3 個至 5 個智能化掘進工作面示范21、工程；沖擊地壓、采深超千米的煤與瓦斯突出礦井所有采煤和掘進工作面實現智能化；年產 120萬噸及以上煤礦的采煤和掘進工作面基本實現自動化或智能化；年產 60 萬噸至年產 1202020 年底萬噸煤礦具備條件的采煤和掘進工作面實現自動化和智能化生產，年產 60 萬噸以下煤礦的裝備水平大幅提升；2021 年底年產 60 萬噸及以上煤礦基本完成智能化改造；年產 60 萬噸以下煤礦全面實現機械化生 產；全省煤礦井下作業人數大幅減少，生產工效大幅提升，生產系統顯著優化，安全生 產水平全面提升。資料來源：政府官網，研究所（3）山東為加快實現山東省煤炭行業高質量發展，助力全省新舊動能轉換，山東省政府先后出臺了22、山東省 新舊動能轉換重大工程實施規劃和山東省煤炭行業加快新舊動能轉換實現轉型升級實施意見， 提出“到 2022 年，煤炭開采基本實現自動化、信息化和智能化，力爭 1/3 以上工作面實現智能化無 人開采、智能化開采產量比重達到 40%以上，生產管理系統基本實現智能化遠程可視控制，井下高 危崗位職工人數再減少 30%，加快建設一批智能、安全、高效的現代化礦井。”山東已有多座煤礦在智慧化建設、改造方面取得成效；5G 商業應用的興起，助力山東煤炭行業的智 能化發展。2018 年下半年，兗礦集團先期開展 5G 技術礦業應用的研究與探索，與中國聯通、中興 通訊等 5G 運營技術廠商進行多輪磋商后，在兗礦總23、部、東灘煤礦選煤廠、國宏化工公司分別進行 5G 基站實驗性部署，實現重點區域 5G 網絡覆蓋，積極推進礦用 5G 智能傳輸平臺研發設計、東灘選煤廠無人機視頻巡檢、國宏化工 AR 遠程維修和 VR 安全教育等場景研究測試工作。圖表10 兗礦集團與山東能源集團智能化建設資料來源：公司官網、研究所（4）貴州2019 年 5 月 20 日，中國煤科與貴州省能源局簽署戰略合作協議。根據合作協議，雙方將進一步加 強煤礦智能裝備產業合作，加快推動貴州省煤礦“兩化改造”進程，加強科技合作，在智慧礦山、 煤炭大數據中心等方面進行研究。2019 年 10 月，貴州省煤炭工業淘汰落后產能加快轉型升級工作領導小組辦公24、室印發了深入推進 貴州省煤礦智能化、機械化升級改造攻堅方案（2019-2020 年）（黔煤轉型升級辦201954 號）， 深入推進貴州省煤礦智能化、機械化升級改造。方案中提出，全面提高煤礦安全生產保障能力，有 效提升煤礦生產效率。到 2020 年底，全省生產煤礦采煤機械化率達到 96%、機械化改造實施覆蓋 率達到 100%，輔助系統智能化、信息化服務管理和監控覆蓋率均達到 100%。2.4 科技創新將持續提升煤礦智能化我國陸續建立了一系列煤礦領域創新聯盟，“智慧礦山產業技術創新戰略聯盟”“煤礦智能化開采技 術創新中心”“中國智慧礦山協同創新聯盟”“中國礦業大學（北京）智慧礦山與機器人研究院”“25、煤 礦機器人協同推進中心”“山東省煤礦智能開采工程實驗室”“煤礦智能化創新聯盟”等單位相繼建 立，為我國煤炭行業智能化開采技術推廣和智能化礦井建設起到積極推動作用。圖表11 智慧礦山領域創新聯盟序號成立時間組織主辦單位主要宗旨12012.9智慧礦山聯盟中國職業安全 健康協會實現智慧煤礦、無人煤礦、高效煤礦、安全 煤礦、綠色煤礦，幸福煤礦。2煤礦智能化開采原國家安監總為煤炭行業智能化開采技術推廣和智能化礦2016.5技術創新中心局井建設起到積極引領作用和技術支持。3新松礦業機器人山東能源新礦加快企業由機械化換人、自動化減人向“智2018.8研究院集團/新松公司能化無人”邁進。4煤礦機器人協同2026、19.1應急管理部 跨界合作，大力推進煤礦機器人研發應用。 推進中心5煤礦智能開采試2019.1兗礦集團 創新煤礦智能開采方式，打造新型能源強企。 驗中心6智慧礦山與機器中國礦業大學將師資力量和科研儲備進行融合，共同發揮2019.4人研究院（北京）力量，快速培養工程化帶頭人。72019.4中國智慧礦山聯 盟中煤協信息化 分會、山西煤炭 工業協會開展智慧礦山相關基礎研究、標準制定、技 術創新、產品研發、經驗推廣、展覽展示、 試點示范等方面的工作。82019.5山東省煤礦智能智能開采工程實驗室的建立將為煤礦的安全 山東能源集團開采工程實驗室高效持續發展提供技術支撐和研發保障。92019.7智能礦山27、研究院中國煤科設立大數據與巨系統研究部、圖像識別與人 工智能研究部、井下導航與定位研究部、無 線通訊和智能感知研究部、自主無人系統研 究部等。102019.7建立以企業為主體、以市場為導向的煤礦智煤礦智能化創新中國煤炭學會能化技術創新體系，突破煤礦智能化關鍵核聯盟和中國煤科心技術。112019.10智能開采研究院河南理工大學建設成為服務煤炭行業轉型升級的高端人才 集聚基地、研發基地和咨詢基地。煤礦機器人協同遼寧工程技術推進我國煤礦機器人研發應用與煤炭開發的122019.11創新中心大學智能化水平，全面提升煤礦機器人技術能力。資料來源：中國煤炭工業協會、研究所三、 智慧礦山新技術需求和八大系統物28、聯網、大數據及人工智能、云計算技術等關鍵技術解決系統架構和互通、數據處理決策及高級計 算問題，其研究及應用程度決定智慧煤礦的發展水平。3.1 智慧礦山新技術需求（1）基于互聯網+物聯網平臺基于互聯網+的物聯網是智慧煤礦的信息高速公路，將承擔大數據的穩定、可靠傳輸任務，起到了精 確、及時上傳下達的作用，決定了智慧煤礦系統整體的穩定性和可靠性。因此，智慧煤礦的物聯網 平臺必須具有精確定位、協同管控、綜合管控與地理信息一體化的特點。（2）大數據處理及人工智能技術智慧煤礦的核心技術之一便是大數據的挖掘與知識發現。大量傳感器的應用必將產生海量的數據， 數據的規模效應給存儲、管理及分析帶來了極大的挑戰。需29、要充分利用大數據處理技術挖掘數據背 后的規律和知識，為安全、生產、管理及決策提供及時有效的依據。人工智能是近年來迅速發展的科技領域之一，它是在大數據處理的基礎上研究、開發用于模擬、延 伸和擴展人的智能的理論、方法和技術。深度學習是人工智能的核心；能夠實現系統自主更新和升 級是其顯著特征。智慧礦山要成為一個數字化智慧體就必須要有深度學習能力。未來，在云平臺和大數據平臺上，融合多源在線監測數據、專家決策知識庫進行數據挖掘與知識發 現，采用人工智能技術進行計算、模擬仿真及自學習決策，基于 GIS 的空間分析技術實現設備、環 境、人員及資源的協調優化，實現開采模式的自動生成和動態更新。（3）云計算技術30、智慧煤礦物聯網使得物和物之間建立起連接，伴隨著互聯網覆蓋范圍的增大，整個信息網絡中的信 源和信宿也越來越多；信源和信宿數目的增長，必然使網絡中的信息越來越多，即在網絡中產生大 數據；大數據處理技術廣泛而深入的應用將數據所隱含的內在關系揭示的也越清晰、越及時。而這 些大數據內在價值的提取、利用則需要用超大規模、高可擴展的云計算技術來支撐。高維的智慧煤 礦模型需要計算能力高且具有彈性的云計算技術。將上述物聯網、大數據及人工智能、云計算技術與生產、安全及保障系統的現有技術裝備結合，共 同發展和建立智慧煤礦的八大系統。（4）5G 技術隨著煤礦生產智能化程度的提高，井下無人機、智能 VR/AR 等設備必31、將大量采用，以便能夠對現場 進行及時巡查，對設備故障進行遠程會診，而無論是無人機飛行控制、無人機巡檢視頻回傳，還是VR/AR 智能遠程設備故障診斷與維修，不僅需要極大地消耗網絡帶寬資源，更需要快速的信息反饋 和實時的狀態控制。5G 網絡的時延(典型)約為 10ms，上行穩定帶寬約為 150Mbps，連接數為 106 個/km2，網絡服務質 量(Quality of Service，QoS)最高可達 99.9999%。5G 網絡為煤礦智能生產各業務場景的實現提供 了強有力的支撐。圖表12 開采決策多樣化的需求場景序號業務場景時延要求/ms帶寬要求/Mbps4G5G1智能工作面202工業圖像處理132、003機器人控制50下行204智能遠程維修(VR/AR)25下行505高密度物聯網接入10資料來源：5G 技術在煤礦智能化中的應用展望、研究所（5）VR/AR 技術虛擬現實(VR)與增強現實(AR)是能夠徹底顛覆傳統人機交互內容的變革性技術，在煤礦的應用未來 可期。其應用可分為 3 個階段：(1)主要用于三維建模和虛擬展示，如現在的裸眼 3D 等技術，其基 本需求為 20Mbps 帶寬+50ms 延時，現有的 4G+WiFi 基本可以滿足。(2)主要用于互動模擬和可視 化設計等，如多人井下培訓系統，其基本需求為 40Mbps 帶寬+20ms 延時，Pre5G 基本可以滿足。 (3)主要用于混合33、現實、云端實時渲染和虛實融合操控，如虛擬開采、協同運維等，其基本需求為 100Mbps10Gbps 帶寬+2ms 延時要求，需 5G 或更先進技術才可滿足。圖表13 基于 5G 的多源決策控制示意圖表14 基于 5G 的遠程運維場景資料來源：中國知網，研究所資料來源：中國知網，研究所3.2 智慧礦山的八大系統將上述物聯網、大數據及人工智能、云計算技術與生產、安全及保障系統的現有技術裝備結合， 共同發展和建立智慧煤礦的八大系統。（1）基于北斗系統的精準地質信息系統煤礦地質信息是一種隨著采掘活動在時間與空間不斷發生變化的四維動態資料，隨著信息技術、 遙感技術、網絡技術等數據采集、儲存、管理與傳輸技34、術的發展，以北斗系統定位導航、GIS、 三維地質建模、虛擬現實等為基礎的實時空間地質信息技術將形成天地一體化的智能信息傳 感網，從而實現礦山地質信息的實時智能采集、存儲與應用。圖表15 基于北斗系統的精準地質信息系統資料來源：中國知網，研究所（2）智能礦井通風排運系統智能通風系統：利用現代通信技術、監測監控技術及自動化控制技術進行礦井通風網絡、實施方案 的優化及風量、風速的智能實時控制。智能運輸系統：對帶式輸送機的帶速、運量、滾筒溫度、膠帶狀態等進行遠程集中智能控制。圖表16 通風系統智能控制資料來源：中國知網，研究所（3）危險源智能預警和消災系統危險源智能預警和消災系統是以風險預警為核心，對35、不同類型的危險源進行實時在線監測，利用危 險源風險指數評價算法對礦井各區域發生災害的風險性進行實時在線評估，確定風險類型、等級及 解決方案。（4）智能快速掘進和采準系統實現智能快速掘進是解決采掘接續矛盾、快速形成采準系統和智能化開采的先決條件，智能快速掘 進需要解決“掘行統一”、“掘支一體”和“掘運連續”三大核心難題。（5）機器人化智能開采系統機器人化智能開采系統多工種機器人協同工作，機器人群組的控制、聯動及協同是智能開采的核心。 通過構建物聯網系統，保證采裝運支等工序環節各機器人群組自動化運行，實現煤礦無人值 守、遠程監視、自主決策。（6）礦井全工位設備設施健康智能管理系統設備預測與健康管理36、(Prognostics and Health Management，PHM)技術近年來得到廣泛關注，主要 在軍工、航空航天等領域開始展開具體研究。健康管理的主要過程和內容是對大型機械系統全生命 周期各階段的管理和健康維護，主要包括對系統健康指標的建立、檢查檢測、健康評價和健康恢復 等。圖表17 礦井全工位設備設施健康智能管理系統資料來源：中國知網，研究所圖表18 機電系統綜合維修決策數據庫資料來源：中國知網，研究所（7）礦山綠色開發與生態再造系統礦山綠色開發主要是指在煤炭開采過程中，最大程度的開發煤炭資源與伴生資源，并且將煤炭開采 對地表生態環境、地下水資源等的影響、破壞降至最低，實現資源效37、益、生態效益、經濟效益和社 會效益的協調統一，如采用充填開采、煤與瓦斯共采、循環經濟園區建設、分布式地下水庫等。（8）智慧煤礦集中管理系統集成建設以云計算數據中心為基礎，以安全管控平臺和四維綜合管理平臺為核心的智慧煤礦系統， 對礦井各個子系統進行有效整合、集中管控，及時處理、指導和調節各生產系統和環節的運行，建 設智慧煤礦集中管理系統。其中主要包括生產計劃管理系統、礦山能耗管理系統、供電及動力系統 控制系統等。圖表19 智慧煤礦生產計劃管理系統資料來源：中國知網，研究所圖表20 智慧煤礦能耗管理系統圖表21 供電及動力系統資料來源：中國知網，研究所資料來源：中國知網，研究所上述八大系統形成了基38、于四維多變量的“透明開采”系統，各個運行的子系統在礦井的所有空間剖 面和時間剖面上都能夠實現信息的相互關聯、控制的相互協同；不但能夠掌控生產過程的狀態，而 且可實現對開采各個系統變化的全要素“透視”，進而執行下一步控制策略，真正實現礦山信息化和 智能化控制的深度融合。四、 智慧礦山典型案例（1）陽煤集團推動 5G 技術深度應用2019 年 9 月 5 日，陽煤集團與中國移動、華為公司聯手推進 5G 礦用進程，建設全國首個 5G 煤礦 專網。2020 年 4 月 29 日全國首家取得無線傳輸設備的隔爆認證。5G 煤礦專網為實現“5G+智能采 煤”“5G+智能掘進”“5G+智能巡檢”等各類 5G 39、礦井應用奠定了基礎。陽煤集團將進一步豐富 5G 應用場景，以“5G”技術為牽引推進智能煤礦建設，實現井下“人、機、物、環”的自動監測、實 時互聯，打造全國“5G+智慧礦山”標桿。（2）大唐集團寶利露天煤礦實現 5G 賦能無人駕駛2019 年，中國聯通內蒙古分公司和中國聯通網絡技術研究院，攜手青島慧拓智能機器有限公司、聯 通智網科技有限公司、華為技術有限公司簽署框架合作協議，開展基于 5G 網絡智慧礦山無人礦車 駕駛示范項目實施，在內蒙古鄂爾多斯市達拉特旗大唐集團寶利煤礦開展落地實測。5G 智慧礦山在 內蒙古礦山成功示范運營，解決了露天礦區運營生產痛點，滿足智慧礦山的安全、經濟、高效等各 方面需40、求，進一步提高礦山運營安全，顯著提升礦山作業挖掘效率。圖表22 陽煤集團井下 5G 裝備資料來源：陽煤集團，研究所圖表23 礦山遠程駕駛系統資料來源：大唐集團，研究所（3）兗礦集團鮑店煤礦實現井上井下智能化生產兗礦集團深入推進智能礦山建設，從井上到井下，各種智能化的設備在提高生產力的同時，也為工 人的安全提供了保障。在鮑店煤礦，7302 智能綜采工作面已經逐漸將“采煤無人”變為現實。在通 信方面，兗礦集團與多家 5G 運營技術廠商達成戰略合作并成立 5G 聯合實驗室，全力建設“5G+ 智能礦山”，走在了煤礦智能化的前沿。鮑店煤礦實現了采煤機智能控制、三機一鍵啟停、液壓支架自動跟機、采煤機記憶截割、時間頻次 自動放煤以及可視化遠程監控等功能，全力打造了“自動控制為主，人工干預為輔”的智能化生產 新模式。圖表24 采煤機操作工作室資料來源：智能礦業，研究所