《行业瞭望》矿山专刊--新华三

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新华三解决方案部 2022年6月 教育标题—口号 数字赋能百年大计，创新引领教育铸魂 0 1 01 刊首语 观时代，通晓矿山热点 中国能源脊梁柱，煤炭为能源供应兜底 工业与信息融合，解放矿工于深邃矿井 智能化政策驱动，煤矿迈向高质量发展 地方政策频响应，智能化建设如火如荼 煤矿市场空间广，智慧化建设未来可期 序 言 04 06 07 12 17 28 32 05 02 看行业，布局方案蓝图 矿山行业数字化蓝图 综述：以智论矿，智慧定义矿山安全生产新模式 智慧井工矿篇 无人矿山，矿山开采未来的终极形态 泛在+融合，矿山网络的一体化趋势 5G使能矿山，让信息随时随地可取 数字铠甲，构建矿山全面本质安全 视觉AI，治愈矿山安全管理顽疾 智慧露天矿篇 有车无人，露天矿卡的“后无人”时代 34 35 36 40 41 47 52 57 62 67 68 2 02 看行业，布局方案蓝图 “差之毫厘，知于千里”，信息技术保障边坡安全 智慧巡检，无人机构建矿山安全新屏障 智慧洗煤厂篇 黑灯选煤厂，煤矿两化融合“至高境界” AI配煤专家系统，让知识无处不在 智慧调度中心篇 数字孪生，推进智能化采矿迈入新时代 “井下滴滴”，一场煤炭数字化变革 智慧经营中心篇 云上智慧，煤矿行业云应用场景 以柔应变，智能化与煤矿柔性供应体系 风云涌动下的能源安全与信息安全 智慧园区篇 可持续发展，绿色矿山的关键技术与应用 “十四五”及碳达峰碳中和背景下，煤炭高质量发展之路 零碳矿山，矿山数字能源应用 综合方案篇 数字化驱动流程再造，矿山企业的数字化转型之路 云边协同，构建四位一体的政府监管平台 智慧灵动，“云桌面+AR”安全教培中心 74 80 86 87 92 96 97 101 107 108 115 120 126 127 131 136 139 140 147 153 3 158 160 163 167 170 某集团以数据治理驱动多产业融合 黄陵矿业集团矿区零碳智慧园区建设 云锡华联锌铟数字化转型整体规划咨询实践 矿山AI大脑，助力陕煤集团柠条塔煤矿安全生产“少人化” 立足煤矿安全实际，提高安全监察手段，降低事故风险 03 洞蕴意，践行数字转型 157 04 附录 173 煤矿业务基础概述 非煤矿山业务知识概述 173 184 4 刊首语 4 在全球能源危机爆发的大背景下，国家开始强化能源安全战略，八部委适时联合印发 智能化矿山指导意见，煤炭作为国家能源安全稳定供应的“压舱石”，重要性进一步 提升。当前，煤炭行业正处于行业景气度回升、政府大力推动数字化和智能化建设双 期叠加的拐点，行业数字化转型走上了快车道。 建设智慧煤矿是矿山行业技术革命、产业转型升级的战略方向，也是能源行业转型发 展的必由之路。作为数字化解决方案领导者，新华三服务于煤炭行业十余年，积累了 深厚的技术实力和丰富的实践经验。新华三以“打造先进数字化基础设施，构建以人 为本的智慧矿山新生态”为理念；提出“智慧每一矿、温暖每一心”的行业愿景；基 于“5个一”架构（即通过构建一个智能算力中心、一个矿山数据中枢、一个云化支撑 平台、一张融合通讯网络和一套全面感知基础设施），形成覆盖生产侧、支撑侧、经 营侧等多维度的场景化方案，为井工矿、露天矿、非煤矿山等多重不同类型矿企智能 化转型提供全面的数字化支撑；新华三矿山数字化转型案例已广泛应用于包括内蒙 古、山东、陕西、山西、河北、河南等多个省市区，为推动矿山数字化转型升级起到 了积极推动作用。 张鹏 新华三集团副总裁 首席数字官兼解决方案 部总裁 5 序 言 5 “凿开混沌得乌金，藏蓄阳和意最深，但愿苍生俱饱暖，不辞辛苦出山林”。明代诗人于谦 的这首咏物诗描述了煤炭的开采过程，歌颂了其巨大功用和崇高品格。煤炭资源藏自深山地 下，服务芸芸众生。 在新能源技术高速发展变革的新时代，煤炭在相当长的一段时期内仍然是中国能源的压舱石 和稳定器，仍然发挥着不可替代的作用。从新中国成立以来，特别是改革开放的四十多年以 来，中国煤炭工业流过血、受过痛、经历过繁华，也承受过低迷，它数次在逆境中求生，在 探索中前行，经历了多次变革，创造了一个又一个辉煌。它同时也见证并参与了共和国的经 济发展与腾飞。 从开采技术上，中国煤炭经历了炮采、普采、综采等阶段，目前正在向智能化、绿色化开采 时代迈进，在这个美好时代，数字生产力将矿工从艰苦而繁重的体力与脑力工作中解脱出来， 让矿工离危险越来越远。我们有幸见证并参与中国煤炭行业这场深刻的技术变革，并在变革 中探索工业与信息的融合之道，希望新华三矿山团队以行业长远发展为己任，在最终实现矿 山无人作业的进程中砥砺前行，功成不必在我，功成必定有我。 王丹识 中国煤炭工业协会信息化分会第四 届理事会秘书长 6 中国能源结构分析 据统计，我国煤炭占能源消费总量的比重已经由2010年的69.2%下降到2021年的56%，清 洁能源消费占比不断提升，2021年，水电、核电、风电等可再生能源在我国能源消费中占 比已达到17%，我国的能源消费结构实现进一步优化。但总体来看，我国煤炭消费量整体呈 上升趋势，煤炭在一次能源生产和消费结构中占比长期超过55%，这决定了其在能源安全供 应中的主体地位 ，承担着国家能源安全供应的“压舱石和稳定器”作用。 中国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋，决定了煤炭资源未来将继续长期主导中国能源供应 地位。在化石能源方面，中国的原油对外依存度达到73%，天然气达到43%，唯有煤炭可以 做到纯自主供应。在当今国际能源博弈和地缘政治冲突加剧的时期，明确煤炭资源的保底地 位，有利于保障国家能源安全，稳定经济发展。 在国家能源保供及煤炭稳价的持续推进下，采矿业保持高速增长，煤炭产能持续扩大。 2022年上半年，采矿业增加值同比增长8.4%，其中煤炭开采和洗选业增速超过两位数，均 明显快于全部规模以上工业增长。煤炭价格方面，2020-2021年煤炭价格大幅提升，2022 年稳价保供虽促使煤炭价格较去年小幅回落，但整体价格仍处于近10年高位水平，矿企获利 空间依旧很大 ；煤炭产能方面，在国内供给偏紧及高牵引下 ，2021年煤炭产能高达41.26 7 智慧矿山行业专家 彭涛 行业前景：中国能源脊梁柱，煤炭为能源供应兜底 煤炭行业态势分析 观时代，通晓矿山热点 资料来源：国家统计局 亿吨，比2020年增加5.7%，2022年1-8月，全国生产原煤29.3亿吨，同比增长11.0%，原 煤产能持续扩大。 煤炭企业发展情况分析 自新中国成立以来，党和国家一系列的政策引导之下，我国煤炭工业经历了翻天覆地的变化， 从建国初期的单一资源开采易用模式发展到如今煤基多元协同、智能化、信息化集成的综合 开发利用体系，取得了举世瞩目的发展成就。我国也由建国初期年产仅3000多万吨的煤炭 小国发展成为如今煤炭种类齐全、煤炭工业体系完备的生产、加工与消费大国。这一切成就 都离不开煤炭工业发展的承载体——煤炭企业。随着我国煤炭工业的发展，煤炭企业在煤炭 开采、经营管理及科技创新等方面获得了巨大进步，它们保障了我国的能源供应，解决了社 会人员就业，为国家经济社会的发展作出了巨大贡献。 自1978年改革开放以来，随着宏观经济变化和国家政策的调整，煤炭企业也在不断变革， 从改革发展进程来说，总体经历了四个阶段： 第一阶段，经营改革（1978-1992年）：此阶段的国有企业改革主要是针对高度集中的计 划经济弊端，以让利、经营承包等为主的改革，采取了下放和扩大经营权，实施了多种形式 的承包责任制。从1985年开始，原中央财政煤矿企业实施投入产出总承包，企业承包产量、 盈亏和工资，产权制度改革仍然处于酝酿和探索阶段。 第二阶段，产权改革（1993-2001年）：此阶段以建立产权多元化的现代企业制度为特征， 通过改革释放企业活力，从1993年开始对国有煤炭企业逐步放开煤炭价格，促进企业成为 市场主体。《中华人民共和国公司法》肯定了股份制、股份合作制，1999年，十五届四中 全会提出“国有资产有进有退，有所为有所不为”的理论，要求除少数必须由国家垄断经营 的企业，其他企业要积极发展多元投资，实现产权多元化。 8 资料来源：国家统计局 第三阶段，改革过热（2002-2012年）：此阶段国有企业改革进入了“深化产权制度改革 阶段”，煤炭行业部门配套出台了一系列措施。包括国有企业资产评估、定价和处置政策， 改制企业职工安置和经济补偿政策，经营者和员工持股，资源枯竭煤矿关闭破产政策和债转 股政策，随着煤炭需求增加、价格增长和私营成分增加，煤矿行业经历了“疯狂的十年”。 第四阶段，回归国有（2013至今）：此阶段国有企业改革进入了“以实现国企功能为导向 的混合制所有改革阶段”，进一步强化国有企业的市场主体地位，通过引入民营、集体、境 外资本，实现机制体制的的本质突破。 当今形势下，煤炭企业的发展呈现以下态势： 一是煤矿数量持续减少，我国煤矿已由建国初期的9万多座减少到2021年的4500座以内，并 将进一步持续减少，平均产能进一步提升；二是区域集中，煤炭产业重心继续向资源禀赋好、 竞争力强的地区集中，2021年晋陕蒙新四省煤炭产量占全国的3/4；三是大型企业的合并重 组，山西省整合原同煤、晋煤等七家大型企业，成立晋能控股集团，辽宁省战略重组省内9 家国企，贵州重组成立贵州盘江煤电集团，通过资源整合进一步提升整体优势；四是多产业 融合，形成以煤为基础，煤电、煤钢、焦化、建材、储运、金融、新能源等相关产业协同发 展的格局，部分大型煤炭企业非煤产业占比超过60%，企业复合竞争力进一步加强。 煤炭与“双碳”的辩证关系 在“双碳”大背景下，为达到“碳达峰”和“碳中和”目标，从供给层面，国家有弱化煤炭 生产的趋势，然而因为缺乏对基本国情和发展阶段的认识，出现“运动式”减碳行为，”一 刀切”、“去煤化”倾向严重。例如，部分控煤政策未充分考虑煤炭既是燃料又是原料的双 重属性，不分开统计煤炭作为燃料和原料分别造成的碳排放，一律予以控制，导致煤化工产 业面临无米之炊。受能耗双控等多重刚性政策约束，很多省份如江苏、山东、安徽、四川、 青海及甘肃等地关闭了不少煤矿，导致全国的煤炭缺口大，只能靠晋陕蒙三地供应。2021 年8月下旬至10月中旬，动力煤期货价格连续三个月持续暴涨，由不到800元/吨，一路最高 升至1982元/吨。2021年，由于能源需求的季节性差异、疫情导致的进口能力缩减、减碳政 策缺乏柔性，多地发生“拉闸限电”情况，导致一些大型煤炭企业临时扩大产能的被动局面。 9 由此可见，能源革命是一个漫长复杂的过程，既受制于技术成熟度，又受到经济性、资源禀 赋、基础设施建设进展、国际形势、原料供需等多重因素的影响，切不可操之过急。为实现 对新能源为主体的能源结构转变，实现“双碳”伟大目标，将新能源“扶上马、送一程“的 改革过程中，煤炭仍然需要在未来的若干个十年中起到稳定器作用。 在“双碳”新形势下的煤炭工业，可以向以下方向结合发展： 1、提升煤炭供给柔性 由于新能源本身的不稳定性存在，需要煤炭的柔性供应作为很好的补足，在新形势下的煤炭 企业应该具备生产规模大幅增长和缩减的弹性，以适应新形势下的能源供应需求。 2、降低企业自身碳排放 现代化煤炭开采、运输需要耗费大量电能，据统计，开采一吨煤需要至少6.5kg煤炭所产生 的能量，煤炭开采过程中伴随着瓦斯气体的涌出，其温室效应是二氧化碳的28倍以上，中国 在煤炭开采过程中的瓦斯利用率只有40%，其余都逃逸到空气中，随着“双碳”政策全面走 向工业企业推进，煤炭企业自身的碳排放控制水平也成为新形势下企业的重要竞争力。 3、推进煤炭原料多元化发展 煤炭可以做为燃料燃烧产生热量，或者转化成电力，还可以作为工业原料提供其他用途。通 过煤炭与光伏余能电解水产生的氢气融合，形成煤制气、煤制油等产品，可提升单位煤炭的 能量效率，同时可以解决氢气的压缩存储运输难等问题；通过煤化工产业链，将煤炭在更利 于捕捉二氧化碳的环境下生产，都可以进一步达到减碳的目标。 10 智能化对于煤炭的价值意义 煤矿智能化是煤炭生产力和生产方式变革的新方向，加快推进煤矿智能化建设，已成为实现 煤矿安全、高效生产的基础，是煤炭企业高质量发展的重要举措。 1、是国家政策的要求 2020年2月，国家发改委、能源局等八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意 见》，为我国煤矿智能化发展指明了方向，是国家对于工业化和信息化融合的重大战略举措。 2、是煤炭行业高质量发展的必由之路 煤炭安全、高效开发与清洁、低碳利用已成为煤炭高质量发展的核心要求，科技创新是煤炭 行业发展的第一动力，开展智能化建设，大幅降低工人劳动强度，让煤矿工人从恶劣工作环 境中解放出来，是实现员工幸福美好宗旨的重要途径。 3、是实现无人少人目标的重要手段 2020年以来，全国安全生产形式持续紧张，接连发生的安全事故给职工生命财产带来巨大 损失。2021年3月1号的刑法修正案将隐患不整改行为造成事故纳入刑法，煤矿智能化实现 作业人员的减少，以及作业人员从危险地点到安全地点的转移，从而构建本质安全矿井。 4、是解决煤矿企业招工难的技术途径 当前煤矿企业普遍存在招工难问题，煤矿从业者平均年龄达到40+，大量机器人、自动化与 智能化技术、无人巡检技术极大降低用工量和工人劳动强度，提升煤炭一线生产人员的幸福 感，解决煤炭一线用工荒等重大难题。 11 总结 煤炭是中国能源的压舱石，是实现“四个革命、一个合作”的国家能源发展战略的重要环节。 在新中国的发展历程中，煤炭工业经历了经营模式、产权多元化、集中和国有化等多个深度 改革和发展过程，带来了质变的同时，也经历了阵痛。煤炭资源具有不可或缺性，煤炭开采 具有危险性，无论是体制改革还是“双碳”的能源供给革命，都需要制定切合实际、步调合 理的做法，以寻求在持续发展中稳步前进。而今我们正处在世界能源技术革命变革以及工业 技术变革的风口浪尖，而信息化与工业化的融合，以智能化带动生产，是实现煤炭工业高质 量发展的必经之路。 12 2020年国家发展改革委、国家能源局、应急管理部、国家煤矿安监局、工业和信息化 部、财政部、科技部、教育部共同印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》 （以下简称“《意见》”）。《意见》中明确指出煤矿智能化是煤炭工业高质量发展 的核心技术支撑，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等 与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动 态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安 全保障、经营管理等过程的智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定 供应具有重要意义。 《意见》注重当前，考虑长远，提出了三个阶段的不同发展目标。 到2021年，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输、自动化运行技术体系，基本实现掘进 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的无人值 守与远程监控。 到2025年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化，形成煤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。 到2035年，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、自动执行的煤矿智能化体系。 为保证上述目标的不断落地实现，需要持续深化煤炭行业工业化和信息化的两化融 合，通过先进的信息化技术持续深入到矿山生产环节当中，共同推进逐步实现我国的 矿山智能化建设。 技术趋势：工业与信息融合，解放矿工于深邃矿井 智慧矿山技术专家 董凯 13 依据《意见》中明确指出的煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑，将人工智 能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合的 核心理念和思想。新华三为智能化矿山建设设计了“五个一”的技术架构，在充分考虑到 现有行业技术发展水平和未来智慧矿山发展趋势及应用，分别从“一套全面感知系统“、 “一张融合通信网络”、“一个云化支撑平台”、“一个矿山数据中枢”和 ”一个智能 算力中心”五个维度结合矿山实际业务应用场景和技术发展趋势进行整体技术展望。 01 02 03 04 05 图：新华三智能化矿山“五个一”技术架构 14 站在信息化技术发展的前沿领域，未来还有那些新型信息化技术可以应用于我国智能化矿 山建设之中，为矿山行业带来更多的惊喜。 网络通信技术领域： 1、新型无线通信技术矿山应用前景分析 矿山企业整体生产加工工艺流程决定了，矿山生产是一个连续性强、移动性高、生产环境 恶劣、技术挑战度高的工业级生产环境。为了保障矿山生产安全，进一步减轻矿山用工 难，有效提升矿山采掘效率，提升矿工幸福感的智慧矿山应用愿景。进一步将矿工从危险 的工作环境中逐步解放出来，实现远程化、移动化、工业化、自动化的控制矿山远程采掘 工作。 未来可以在生产危险作业场景可以通过部署本安级融合基站（包括：矿用本安级WIFI + 矿 用本安级万兆工业交换机+本安级4/5G融合基站 + 矿用UWB人员精准定位 ），保障矿山 生产业务的移动化和连续性传输的需求，并同时满足矿山危险环境生产装置的本安化部署 要求。 伴随信息化技术的不断发展未来还可以为矿山行业选择的无线通信技术也更加多种多样， 如：矿用本安级高上行WIFI6技术、低时延大带宽的WIFI7技术、基于5G通信技术的本地 独立组网自主转发技术、基于多种通信于一体的矿用融合通信基站技术等将成为未来趋 势。 2、确定性网络技术矿山应用前景分析 按照矿山行业应用部署环境要求，矿用无线网络可以解决前端最后一公里的网络通信传输 工作，但是在远距离传输、矿山骨干承载网、矿山固定场所和固定设备通信的传统矿山工 业生产场景中，还将选择有线通信技术加以技术保障，相较于无线通信场景，有线通信场 景有着延时低、传输稳定、传输距离远、网络抗干扰能力强的技术特点。为了更好的满足 未来智慧矿山行业网络通信技术的发展趋势，还可以将日益成熟的无损以太网技术、可确 定性网络技术等先进网络技术与矿山工业场景进行深度融合，用以实现新一代的矿山智慧 应用的可靠性传输要求，尽早真正实现矿山井上连续控制、多机联动控制等智慧化矿山远 程操作控制的应用场景。 3、无源光网络技术在矿山应用前景分析 近年来随着国家智能化验收标准和部分矿山企业将第五代光通信网络（F5G）逐步应用到 矿山生产场景之中，不少矿山企业也存在了更多组网技术选择，基于无源光网络技术的光 通信技术，有自身的无源化、易维护等优势，但是矿山生产网络更加关注的是安全生产的 可靠性要求，基