全栈式智能解决方案，打造智能矿山新高地

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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 目录 CO N T E N T S 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 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 u 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。 u 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。 美国对地下煤矿的自动 定位与导航技术进行研 究 ，获得商业化的研究 成果。 • 英美资源集团启动“未来智能 矿山”计划 ； • 力拓批准投资 26 亿美元 ，在 西 澳打造首个纯“智能矿山 ” 项 目。 基律纳铁矿 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。 力拓皮尔巴拉铁矿 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。 海外智能矿山发展简况 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。 力拓启动“未来矿山” 计 划 ，部署围绕计算机 控制中心展开的无人驾 驶卡车、无人驾驶货车、 自动钻机、 自动挖掘机 和推土机。 芬兰开始智能矿山技术计 划 ，开展自动采矿技术研 究 ，涉及采矿实时过程控 制、资源实时管理等 28 个 专题。 注：因版权风险，图片并非上述矿山实景图，仅示意用 海外典型智能矿山 资料来源：公开资料、亿欧智库 2008 4 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 u1999 年首届“国际数字地球”大会上提出 “数字矿山”（ Digital Mine ）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。 以矿山开采环境、对象及过程信息数字 化为基础 ，构建数据的采集、传输、 存 储、处理和反馈的信息化闭环 ，并持续 应用于资源勘探、开采规划、采矿设计、 开采计划和生产管理等全生命周期的新 型矿山技术体系和管理模式。 提出 时间 1999 年首届“国际数字地球”大会上提 出 “数字矿山”（ Digital Mine ）概念。 “ 十二五”期间由大型科研机构和高校 提出。 资源、规划、设计、计划和过程管理的 数字化建模、仿真、优化和评估。 中国智能矿山概念提出 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。 、 、 、 、 、 智能矿山 、 关注生产装备、系统和过程的智能化和 无人化。 、 重点 、 、 资料来源：公开资料、亿欧智库 数字矿山 特点 基础 目标 5 • 人工手动操作机械工具 • 具备单机传输通道 • 具备分类传感技术 • 具备传感和执行机构 • 具备可编程控制系统 • 具有远程监测监控功能 • 具备高速网络通道 • 具备可建模的联动控制策略 • 具备高速网络通道 • 实现各自动化数据融合 • 具备一定的数据挖掘能力 • 具备可建模的联动控制策略 • 综合自动化、管理信息化、 空间数字化三化数据融合 • 在多维空间矿山实体的基础 上动态嵌入与矿山安全、生 产、经营相关的所有信息 • 在数字化矿山的基础上，运 用人工智能技术、数据挖掘 技术、编制若干可重复运行、 决策指挥的决策分析系统 • 运用云计算、物联网等技术 实现矿山的“物联化、互联 化、智能化” 特点 主要设备与系统 • 移动变电站 • 破碎设备 • 制砂设备 • 选矿设备 • 采矿机 • 运输设备 • 二维 / 三维 GIS 平台 • 安全生产监测、监控系统 • 综采工作面的设备自动化 • 运输机自动控制 • 液压支架跟机自动化 • 矿井提升设备的机电一体化 • 综合集成平台 • 井下综合自动化系统设备 • 矿山机械生产调度指挥系统 • 矿山生产安全监控系统 • 矿山机械远程监测系统 • 矿山规划与开采方案决策优 化系统 • 矿山设备运转状态信息系统 • 生产环节监控与调度系统 • 矿山环境变化及灾害预警信 息系统 • 矿山经营管理及经济活动分 析信息系统 • 智能快速掘进和采准系统 • 智能充填系统 • 矿山工业云计算平台 • 无人驾驶运输车 • 矿井全工位设备设施健康智 能管理系统 • 机器人化智能开采系统 • 智慧煤矿集中管理系统 20 世纪 90 年代前 20 世纪 90 年代 21 世纪初 21 世纪 10 年代 21 世纪 20 年代至 未来 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 u 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。 亿欧智库：中国智能矿山的发展历程 、 、 、 、 、 、 、 、 、 智能化 / 无人阶 段 资料来源：公开资料、亿欧智库 信息化阶段 数字化阶段 机械化阶段 自动化阶段 6 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 u 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”。 智能化矿山 使信息系统更聪明 主要用在矿山生产装备、作业系统运行阶段 最终目标是解决问题 ，通过初始化参数 ， 在运行过程中 ，合理调整参数配置 ，产生 大量数据 ，通过建模学习 ，最后使系统越 来越聪明。 信息化矿山 用数字世界描述物理世界 主要用在矿山管理、决策阶段 大数据横向打通业务 ，通过更 全面的数据分析 ，掌握矿山状 态 ，了解问题的根源 ，制定生 产实施计划 ，为决策做支撑 数字化矿山 用数字世界重构物理世界 主要用在矿山规划、设计、预测阶段 、 、 数 智 化 程 度 、 、 、 、 自主优化 建模 学习 数据采集 、 1 、 、 选择最佳 方案 优化 评估 仿真 建模 21 世纪初 资料来源：专家访谈、公开资料、亿欧智库 21 世纪 10 年代 21 世纪 20 年代 3 4 时间 7 2020 年 2 月 发改委、能源局、 应急部、煤矿安 监局等八部委 《关于加快煤矿智能化发展的指导意 见》 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 程智能化运行。 2020 年 4 月 工信部、发改委、 自然资源部 《有色金属行业智能工厂（矿山）建 设指南（试行）》 推动 5G 新技术与有色矿山的融合创新；应用大数据、人工智能、 边缘计算等技术提升信息系统学习与认知的能力，利用 AR/VR 等技术形成人机混合增强智能。 2021 年 4 月 自然资源部 《智能矿山建设规范》（报批稿 ） 对金属、非金属矿山、煤矿等矿产资源确立了智能矿山建设的一 般原则 ，规定了在地质与测量、矿产资源储量、矿产资源开采、 选矿、资源节约与综合利用、生态环境保护、智能协同管控等方 面实现智能化做了基本要求。 2021 年 6 月 能源局、矿山安 监局 《煤矿智能化建设指南（ 2021 年版）》 持 、 达 。 标相结合，建立健全智能化煤矿建设、评 2021 年 12 月 工信部商用密码 应用推进标准工 作组等 《工业互联网安全标准体系（ 2021 年 版）》 提出面向矿山的 5G+ 工业互联网应用安全技术要求。 2022 年 4 月 国务院安全生产 委员会 《“十四五”国家安全生产规划》 提出煤矿和非煤矿机械化、智能化的具体要求 ，并设立“工矿商 贸就业人员十万人生产安全事故死亡率下降 20% 、煤矿百万吨死 亡率下降 10%” 的目标。 验收与奖惩机制 分类建设和分级 价 坚 矿智能化建设技术规范与标准 煤矿智能化体系。 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。 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。 时间 部门 名称 主要内容 2015 年 6 月 国家监管总局 《关于开展“机械化换人、自动化减 人”科技强安专项行动的通知》 以机械化生产替换人工作业、以自动化控制减少人为操作，大力 提高企业安全生产科技保障能力 2016 年 2 月 发改委、能源局、 工信部 《关于推进“互联网 +” 智慧能源发展 的指导意见》 以智能化为基础，紧紧围绕构建绿色低碳、安全高效的现代能源 体系，促进能源和信息深度融合，推动能源互联网新技术、新模 式和新业态发展。 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 u 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 、 、 、 、 、 、 、 、 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 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 《能源技术革命创新行动计划（ 2016- 2030 年）》 到 2030 年重点煤矿区基本实现工作面无人化的规划目标。 2016 年 6 月 发改委、能源 局 资料来源：政府官网、亿欧智库 2025 年 2035 年 8 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 u 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。 u 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。 5G WIFI6 F5G 为智能矿山各业务场 景提供网络支撑 、 亿欧智库：智能矿山应用技术 、 、 大数据 知识沉淀 自动化调度 自动驾驶运输 、 云网融合技术 、 虚拟现实 三维模拟 、 空间信息技术 事故仿真研究 安全检查评价 、 元数据 生产管理 技术规范 空间基准 、 、 智能矿山 云计算 射频识别 物联网 红外感应器 虚拟仿真技术 矿山技术规范和标准 网络通讯技术 灾害预警 地理信息系统 无人采矿 三维建模 大数据技术 VR/AR 技术 人工智能 大数据 智能化决策 空间数据库 动态运筹学 资源评价 AI 听觉辨别 AI 视觉识别 自动驾驶技术 资料来源：公开资料、亿欧智库 事故预测预报 定位导航技术 9 云网融合技术 空间信息技术 虚拟仿真技术 自动驾驶技术 大数据技术 人工智能 VR/AR 技术 网络通讯技术 基础设施网络化 √ √ 生产管理数字化 √ √ √ √ √ √ √ 生产装备智能化 √ √ √ √ √ 生产作业系统化 √ √ √ √ √ 安全监管智慧化 √ √ √ √ √ √ √ 设备管理预测化 √ √ √ √ √ √ 企业管理协同化 √ √ √ 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 u 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。 亿欧智库：智能矿山解决方案及对应技术 、 、 、 、 、 、 、 、 、 资料来源：公开资料、亿欧智库 10 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 u 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。 u 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。 非煤矿 -15.3% 1086 946 598 383 867 790 484 608 520 352 224 658 435 779 249 461 170 366 226 407 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 资料来源：国际矿山安全 监察局、《智能矿山建设 规范》 亿欧智库 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 亿欧智库：历年矿山安全事故死亡人数（人） 、 、 、 122 380 、 资源综合利用加工流程应与 生产加工主流程实现集成， 通过自动化综合控制、信息 化统一管理、 智能化科学 匹配降低综合利用成本。 、 资源 节约 综合 利用 、 316 418 333 379 225 348 、 736 、 、 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。 环境监测应建立信息化管理 平台 ，集中管理环境在线监 测数据与检化验数据 ，并提 供数据动态分析与预警功能。 应按照预防为主、生产与治 理并重原则 ，实现集中一体 化在线监控和管理。 亿欧智库：历年矿山发生安全事故数量（起） 亿欧智库：智能矿山实现绿色环保的基本要求 生 态 环 境 保 护 非 煤矿 煤矿 煤矿 312 265 526 525 -14.9% 1384 640 325 573 534 178 91 11 产品智能化水平和应用效果待提升 03 • 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。 缺乏智能矿山顶层设计规划 01 • 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。 • 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。 1.4 痛点：智能矿