智慧礦山的全面發(fā)展帶動了我國礦山機械市場智能化發(fā)展[圖]

    智慧礦山是對生產(chǎn)、職業(yè)健康與安全、技術(shù)和后勤保障等進行主動感知、自動分析、快速處理的無人礦山。礦山的數(shù)字化、信息化是智慧礦山建設(shè)的前提和基礎(chǔ)。

    礦山生產(chǎn)模式大致經(jīng)歷了四個階段：

    一是原始階段，即主要通過手工和簡單挖掘工具進行礦產(chǎn)采掘活動，無規(guī)劃、效率低、資源浪費極大。

    二是機械化階段，即大量采用機械設(shè)備進行礦產(chǎn)生產(chǎn)活動，機械化程度較高，但仍無規(guī)劃、生產(chǎn)較粗放、資源浪費比較嚴(yán)重。

    三是數(shù)字化礦山階段，采用自動化生產(chǎn)設(shè)備進行作業(yè)生產(chǎn)，采用信息化系統(tǒng)作為經(jīng)營管理的工具，實現(xiàn)數(shù)字化整合、數(shù)據(jù)共享和互操作，但仍面臨諸多系統(tǒng)集成、信息融合、數(shù)據(jù)存儲與分析等復(fù)雜問題，而且核心仍圍繞擴大開采量，對綠色開采、人文關(guān)懷、可持續(xù)發(fā)展等方面仍不夠重視。

    四是智慧礦山階段，通過智能信息技術(shù)的應(yīng)用，使礦山具有人類般的思考、反應(yīng)和行動能力，實現(xiàn)物物、物人、人人的全面信息集成和響應(yīng)能力，主動感知、分析、并快速做出正確處理的礦山系統(tǒng)，人為的因素將降低最低程度，礦山企業(yè)的人財物產(chǎn)銷存等能協(xié)同、自動運作，實現(xiàn)礦山企業(yè)的集約、高效、可持續(xù)發(fā)展。新一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能傳感、通信、遙感、衛(wèi)星定位、地理信息系統(tǒng)等各項技術(shù)的成熟與融合，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化的管理與反饋機制，為智慧礦山發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。在芬蘭、加拿大、瑞典等發(fā)達國家已為此目標(biāo)發(fā)展了20多年，我國正處于起步階段。

    2017年我國煤炭機械設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模1295.5億元，同比2016年的1002.8億元增長了29.2%，近幾年我國煤炭機械設(shè)備行業(yè)市場規(guī)模情況如下圖所示：

2011-2017年中國煤炭機械裝備行業(yè)市場規(guī)模情況

資料來源：智研咨詢整理

    目前，煤炭機械設(shè)備主要包括露天開采設(shè)備和綜合采掘設(shè)備以及洗選、安全、輔助設(shè)備等。近幾年我國煤炭機械設(shè)備行業(yè)細分市場規(guī)模情況如下圖所示：

2011-2017年中國煤炭機械裝備行業(yè)市場細分規(guī)模情況

資料來源：智研咨詢整理

    在全球煤炭開采行業(yè)中，煤機已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是美國、澳大利亞、加拿大等發(fā)達國家煤炭井工開采基本采用了機械化程度較高的綜采、綜掘設(shè)備。在國際市場上，發(fā)達國家在煤炭開采、洗選加工、煤化工等裝備制造領(lǐng)域擁有雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和先發(fā)優(yōu)勢，基本壟斷了高端煤炭機械裝備市場。

    但是由于井工采煤作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，需要煤機設(shè)備協(xié)同作業(yè)，對于煤機設(shè)備成套化需求較高。國內(nèi)的煤機制造也有專業(yè)化向成套化發(fā)展。

    對于煤礦機械工程智能化方面，我國主要集中在采掘過程中的安全管理和運輸方面。

    電牽引驅(qū)動系統(tǒng)屬于當(dāng)前煤礦機械工程中較為常用的采掘機，使用效果較好。此系統(tǒng)可以確保足夠的采掘動力，且提升了裝機功率，提高了機械設(shè)備的工作效率。在故障診斷與計算機技術(shù)方面，采掘技術(shù)智能化主要以計算機技術(shù)為核心，采用了傳感器故障診斷輔助模式，可以精準(zhǔn)診斷故障問題，提升了工作效率。由此看出，點牽引技術(shù)在煤炭行業(yè)得到了一定普及，并在記憶割煤以及煤巖識別等方面也得到了長遠發(fā)展。同時，采掘設(shè)備還采用了遙控與遠控技術(shù)，隨著煤炭開采技術(shù)要求的不斷提升，為了確保操作人員安全，應(yīng)可以遠距離操作與駕駛機器，工作人員應(yīng)在設(shè)備工作環(huán)境外，通過操作遙控手柄完成采掘。對此，應(yīng)為采掘設(shè)備安裝遙控控制系統(tǒng)，其主要由遙控發(fā)射器、遙控接收器、PLC 控制器以及人機界面等組成。通過遙控操作，工作人員可以及時了解系統(tǒng)的運行情況，以便進行后續(xù)的控制工作。

    當(dāng)前煤礦開采效率不斷提升，其在運輸方面也增添了多項要求。在大型煤礦開采過程中，企業(yè)運輸煤炭時往往采用膠帶運輸機，為了確保帶式運輸機可以實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)，應(yīng)為其使用中壓變頻驅(qū)動控制技術(shù)，以確保其在低速狀態(tài)下也可以平穩(wěn)啟動。為了確保運輸機的穩(wěn)定運行，應(yīng)為其安裝液壓自控張緊裝置，確保其在張力變化情況下自動調(diào)節(jié)張力與行程。除此之外，運輸期間也經(jīng)常使用刮板運輸機，為了及時了解運輸情況，應(yīng)為運輸機安裝工況監(jiān)測系統(tǒng)，機頭采用交叉?zhèn)刃恫贾梅绞?，機尾采用自動伸縮裝置，在降低故障發(fā)生幾率的基礎(chǔ)上延長設(shè)備的使用壽命。為了提升焊接質(zhì)量水平，確保運輸機穩(wěn)定可靠運行，企業(yè)還應(yīng)利用機器人自動焊接中槽部。

    我國煤機智能化發(fā)展尚處于快速成長的階段，煤機智能化的趨勢主要為以下幾點：

    一、智能化的煤礦機械工程適應(yīng)性更強

    針對煤礦所處的地質(zhì)條件的不同或者煤礦開采難度的不同，可針對性地研究制造相應(yīng)的設(shè)備產(chǎn)品，從而保證采煤工作的順利進行。煤礦機械設(shè)備能夠適應(yīng)各種各樣的復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境，保證煤礦的開采效率。

    二、能夠?qū)崿F(xiàn)對煤礦機械工程的遠程控制使用

    電子計算機對煤礦機械的運行進行遠程控制，監(jiān)控測量相應(yīng)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進行及時地傳遞，通過控制器對設(shè)備發(fā)送指令，以完成操作，實現(xiàn)對整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控。一旦出現(xiàn)問題故障能夠及時地發(fā)現(xiàn)并排除，將故障帶來的損失盡可能降到最低。

    煤炭機械工程智能化是煤炭行業(yè)今后發(fā)展的主要方向，也是信息化時代發(fā)展的必然趨勢，相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)加大相關(guān)投入，積極開發(fā)智能產(chǎn)品，縮小與發(fā)達國家的差距，提高產(chǎn)品設(shè)備的行業(yè)競爭力，努力做行業(yè)的引領(lǐng)者。

    受到我國煤炭市場規(guī)模龐大的影響，篩分和洗選設(shè)備智能化發(fā)展是提升我國傳統(tǒng)產(chǎn)能利用率的主要方式。

    我國的能源結(jié)構(gòu)是富煤、少油、缺氣，煤炭目前以及未來都處于能源的主導(dǎo)地位，煤炭產(chǎn)量的提升和煤炭利用效率的提升是保障能源供給的主要手段。而提升煤炭的洗選率是提高煤炭利用效率、節(jié)能降耗、降低污染和提高經(jīng)濟效益的重要手段。

    隨著我國大型選煤廠的建設(shè)，煤炭供給側(cè)改革逐步落實到位，原煤產(chǎn)量在2017年開始回升，促使國內(nèi)大型振動篩的需求量逐年增加，我國振動篩行業(yè)起步較晚，資金和生產(chǎn)規(guī)模遠遠滿足不了我國對大型振動篩的需求，導(dǎo)致煤炭行業(yè)所需大型振動篩由國外品牌產(chǎn)品占據(jù)了主要份額。

2009-2018年全國原煤產(chǎn)量統(tǒng)計

資料來源：國家統(tǒng)計局

2011-2017年全國煤炭開采和洗選設(shè)備工器具固定資產(chǎn)投資情況

資料來源：國家統(tǒng)計局

    根據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2019-2025年中國智慧礦山市場競爭格局及投資風(fēng)險預(yù)測報告》數(shù)據(jù)顯示：從2013年開始我國煤炭開采和洗選設(shè)備工器具固定資產(chǎn)投資規(guī)模一直處于下降趨勢，2017年全國煤炭開采和洗選設(shè)備工器具固定資產(chǎn)投資完成額793.52億元，同比下降8.96%。2018年我國煤炭開采和洗選也產(chǎn)能利用率上升至70.6%。

2016-2018年全國煤炭開采和洗選業(yè)產(chǎn)能利用率

資料來源：國家統(tǒng)計局

    在篩分設(shè)備智能化應(yīng)用中，振動篩是選煤廠的關(guān)鍵設(shè)備之一，激振器是振動篩的動力源，其使用壽命和運行狀態(tài)對振動篩能否正常運行至關(guān)重要。

    由于激振器的技術(shù)特性，在設(shè)備管理中一直不能實現(xiàn)對其運行狀態(tài)的在線監(jiān)測。為了進一步提高設(shè)備管理水平和智能化程度，我國部分選煤廠在激振器上安裝智能化在線監(jiān)測系統(tǒng)，對其運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測。生產(chǎn)實踐表明：該系統(tǒng)能夠在線準(zhǔn)確監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，并指導(dǎo)設(shè)備維護方案的設(shè)計，在其應(yīng)用后設(shè)備維修成本降低。

    近些年，我國篩分設(shè)備行業(yè)整體呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢頭，但并非所有的企業(yè)都實現(xiàn)快速增長，有些實力較弱的企業(yè)在中小型振動篩市場中主要集中在中低端產(chǎn)品的價格競爭狀態(tài)，反而在行業(yè)的增長中原地踏步甚至倒退。國內(nèi)大型、高端篩分設(shè)備市場開始呈現(xiàn)品牌化、智能化的發(fā)展態(tài)勢。國內(nèi)篩分設(shè)備優(yōu)勢企業(yè)在國內(nèi)大型、高端振動篩的市場份額逐步提高，增長速度明顯高于行業(yè)平均增長水平和國外品牌的增長水平，并開始走向國際市場。

    而洗選設(shè)備智能化發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾點：

    （1）兼容整合多種PLC集控系統(tǒng)

    鑒于選煤廠洗選設(shè)備型號種類繁多，系統(tǒng)不兼容的弊病，應(yīng)當(dāng)充分思考、合理設(shè)計，引進具有普遍適用性的PLC智能控制系統(tǒng)進行組態(tài)，以適應(yīng)常用的CONTROLLER LINK和MODBUSPIUS，以及TCP/IP之間不同協(xié)議進行的信號通信，通過軟件系統(tǒng)將控制系統(tǒng)進行整合，同時，進行網(wǎng)絡(luò)化集成，將洗選流水線上的所有涉及供電、故障檢測、監(jiān)測監(jiān)控、故障報警、數(shù)據(jù)參數(shù)的采集、分析、傳遞、指令動作等并入控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對生產(chǎn)全域的集中控制。

    （2）分項進行模塊化控制

    通過網(wǎng)絡(luò)軟件進行整合之后，也可以利用PLC集控裝置對系統(tǒng)單一模塊進行獨立化控制，實現(xiàn)統(tǒng)籌運行下的分系統(tǒng)控制與自檢，使生產(chǎn)流程操作更加靈活。

    通過對煤炭洗選系統(tǒng)進行改造升級，將PLC集成控制系統(tǒng)與以太網(wǎng)相結(jié)合，構(gòu)建起以人機互動界面、計算機主控、以太控制器、PLC網(wǎng)格模塊化分控、設(shè)備變頻控制器、洗選設(shè)備等組成的自動化智能選煤系統(tǒng)，實現(xiàn)了中央集中控制與模塊化多級分控的功能效果，利用網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與監(jiān)控功能，可做到對系統(tǒng)故障的精確報警與及時排查，縮短處理故障的時間，提高煤流運行的正常連續(xù)效率，降低了電能的消耗，真正實現(xiàn)煤炭洗選作業(yè)的節(jié)能、高效、環(huán)保。

    智慧礦山的成熟發(fā)展離不開礦山機械設(shè)備的智能化發(fā)展，目前我國礦山機械設(shè)備智能化進程有條不紊的進行，對于國內(nèi)智慧礦山市場的發(fā)展起到了有效的推動。

    智慧礦山系統(tǒng)實現(xiàn)初步的智慧化，就大大減少直接作業(yè)人員50%以上，　礦井的生產(chǎn)效率可以提高30%以上，實現(xiàn)無人值守，生產(chǎn)效率成倍、成幾倍的提高，安全效率也可以提80-90%以上。同時，由于質(zhì)量的提高，安全效率的提高將大大降低成本。

    全國按照年產(chǎn)煤炭40億噸計算，煤炭成本200元/噸計算，生產(chǎn)效率提高30%，在不增加礦井的情況下每年增加煤炭產(chǎn)量12億噸，產(chǎn)值12*300=3600億元，降低成本20%計算，節(jié)省52*40=280億元。綜合3880億元。

    同時，生產(chǎn)研發(fā)廠商將實現(xiàn)技術(shù)的提升和轉(zhuǎn)型，總體的智慧產(chǎn)品的市場容量達到15000億元以上。年均生產(chǎn)規(guī)模1500億元以上。煤礦總體經(jīng)濟效益每年可達5380億元以上。其他礦山的智慧系統(tǒng)容量6000億元，總的容量達到21000億元。

    2018年5月1日起，《智慧礦山信息系統(tǒng)通用技術(shù)規(guī)范》（GB/T34679-2017）開始實施。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了智慧礦山的系統(tǒng)構(gòu)架、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)倉庫、地理信息、傳感感知、工業(yè)自動化、平臺軟件、地質(zhì)保障軟件、安全保障軟件、生產(chǎn)管理軟件、礦山ERP軟件、大數(shù)據(jù)分析軟件、綜合調(diào)度軟件和應(yīng)急指揮軟件等信息系統(tǒng)通用技術(shù)要求。準(zhǔn)適用于指導(dǎo)礦山企業(yè)的智慧化信息系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)。

    該部技術(shù)規(guī)范是我國第一部以“智慧礦山”命名的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從一定程度上意味著智慧礦山建設(shè)開始以國家標(biāo)準(zhǔn)的形式落地推廣。智慧礦山建設(shè)趨勢，必然服從于世界能源科技的發(fā)展趨勢，也服從于我國能源結(jié)構(gòu)升級調(diào)整的需要。國家《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016—2030年）》指出：到2050年，“全面建成安全綠色、高效智能礦山技術(shù)體系，實現(xiàn)安全綠色、高效智能生產(chǎn)。

    未來智慧礦山的發(fā)展將會集中在3個層面。一個是礦山硬件的發(fā)展。如智能工作面開采、精準(zhǔn)人員定位、智能礦山機器人和無人機、井下激光或街景等技術(shù)等，這些技術(shù)會大幅度提高企業(yè)生產(chǎn)效率。第二是礦山軟件的發(fā)展?；谖锫?lián)網(wǎng)和云平臺的技術(shù)框架，能提高軟件系統(tǒng)開發(fā)和使用效率，涌現(xiàn)出更多優(yōu)秀的智能化軟件系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)共享和服務(wù)能力，提升生產(chǎn)管理效率，減少管理層級，實現(xiàn)企業(yè)管理的扁平化。第三是軟硬結(jié)合后的智能化服務(wù)。充分利用企業(yè)內(nèi)部大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)，進行綜合分析和數(shù)據(jù)挖掘，對傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)進行創(chuàng)新或者變革，將提高安全生產(chǎn)決策支持水平，達到智慧的生產(chǎn)狀態(tài)。未來，智慧礦山將是解決礦山安全、管理和效益的必然選擇。