2021计算机煤矿智能化行业研究报告

导语

在碳中和的国家绿色能源发展战略下，预计煤炭的消费占比会进一步下降，考虑到我国“富煤、 凭油、少气”的资源禀赋以及新能源的发展状况，我们认为煤炭资源仍将在较长时期内作为我国的主导型能源和基础性能源之一。

来源：国海证券，作者：任春阳

1、 煤矿智能化是发展趋势

1.1、 科技+安全生产+招工难推动煤矿智能化发展

煤炭是我国重要的能源燃料之一，在保障国家能源安全与国民经济稳定发展中发 挥着重要作用。在能源消费结构中煤炭长期以来一直占据着重要的位置，近些年 在转变经济增长方式以及优先发展非化石能源的大背景下，煤炭消费占比呈现逐 年下降趋势，从 2010年的 69.20%下降到 2020 年的 56.80%。在碳中和的国家绿色能源发展战略下，预计煤炭的消费占比会进一步下降，考虑到我国“富煤、 凭油、少气”的资源禀赋以及新能源的发展状况，我们认为煤炭资源仍将在较长时期内作为我国的主导型能源和基础性能源之一。

改革开放以来，我国煤炭开采经历了从人工炮采、机械化、自动化、数字化的历 史性转变，未来智能化是煤炭行业的发展趋势，主要变现在以下几个方面：

1）科技进步提供技术支持。5G、大数据、人工智能以及区块链等新一代信息技 术的快速发展为煤矿智能化建设提供了技术与装备支撑。目前已经在煤炭开采关键技术、设备、系统平台等方面已经获得初步应用，未来深度融合是发展趋势；

2）安全生产倒逼煤炭企业开展智能化建设。近些年随着对煤炭开采行业安全性 的重视，我国煤矿死亡人数从 2010 年的 1973 人下降到 2020 年的 225 人，百万吨死亡率也相应地从 0.564 下降到 0.058，安全形势持续改善，但与国外发达 国家还有很大差距。目前受资源赋存条件、开发与利用工艺的复杂度、技术与装 备水平等因素制约，煤炭自动化、智能化水平仍然较低，重大安全隐患的智能监 测、预测、预警等技术相对落后，普遍存在从业人员劳动强度大、效率低、安全 生产压力大等问题，煤矿智能化建设将大幅减少井下作业人员数量与劳动强度， 推动煤矿开采体质增效。

3）人工成本上升+招工难促使企业加大智能化投入。目前煤炭企业从业人员老 龄化严重，部分企业的井下作业人员平均年龄超过 45 岁，煤炭企业井下恶劣 的作业环境难以吸引新一代年轻人，导致招工越来越困难，我国煤炭开采余选洗 业人数从 2010 年的 527.19 万人下降到 2019 年的 284.68 万人，下降了 46%， 同时叠加人力成本的不断攀升将促使煤炭企业加大智能化投入。

1.2、 煤矿智能化建设技术架构

智能化煤矿是指将人工智能、工业互联网、云计算、大数据、机器人、智能装备 等与现代煤炭开发技术进行深入融合，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、经营管理等全过程的智能化运行，最终实现矿山生产的 安全提升、减员增效、节能降耗。

智能化煤矿应基于工业互联网平台的建设思路，采用一套标准体系、构建一张全 面感知网络、建设一条高速数据传输通道、形成一个大数据应用中心，面向不同 业务部门实现按需服务。

煤矿智能化建设技术架构分为五层，即感知层、接入层、边缘层、工业互联网平 台以及综合管控平台。其中底层为感知执行层，由传感器、摄像机、智能手持终 端设备、定位装置等感应生产环境、人员和设备等的状态，感知的相关数据信息通过接入层（智能数据网关模块）进入边缘层，边缘层主要对时效性要求较高， 但 对算力要求不高的数据进行分析处理；感知信息通过边缘层进入智能化煤矿 工业互联网平台，该平台主要包括技术平台、业务平台、数据中心、云计算平台、 物联网管理平台，工业互联网平台对感知信息进行数据清洗、分析、分类存储等， 并将分析结果上传至煤矿智能化综合管控平台，由综合管控平台将相关指令下发 至感知执行层，由相关设备完成操作。

根据《煤矿智能化建设指南（2021 年版）》，井工煤矿的智能化系统基本建设内 容包括 12 项内容，分别是：1）信息基础设施；2）智能地质保障系统；3）智 能掘进系统；4）智能采煤系统；5）智能主煤流运输系统；6）智能辅助运输系 统；7）智能通风系统；8）智能供电与供排水系统；9）智能安全监控系统；10） 智能综合管控平台；11）智能化园区；12）经营管理系统等。

2、 天时地利人和，煤矿智能化迎来发展良机

目前，我国煤矿智能化建设尚处初级阶段，整体建设水平较低，主要体现在智能 化建设数量少以及智能化建设水平低，截止 2020 年底，全国煤矿仅建成智能化 采煤工作面 494 个，对于全国 4700 余座存量煤矿来说，尚处于起步阶段。我们 认为，目前煤矿智能化面临着天时地利人和，行业迎来发展良机。

2.1、 天时：国家密集出台政策支持，各省市跟进

八部委联合出台的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》确定了煤矿智能化 的目标和任务。近些年国家对煤矿智能化的指导性文件频出，《煤炭工业发展“十 三五”规划》、《煤矿安全生产“十三五”规划》、《关于加快煤矿智能化发展的指导意 见》等，尤其是 2020 年 2 月 25 日由发改委、能源局、应急部、煤监局、工信 部、财政部、科技部、教育部等八部门联合印发的《关于加快煤矿智能化发展的 指导意见》，这是首次从国家层面对煤矿智能化发展提出了具体目标、主要任务 和保障措施等，为行业发展指明了方向。主要目标分为 3 个阶段：

1）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；

2）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；

3）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。

指导意见之后，国家各部委有紧密出台了相关政策：2020 年 4 月，国务院安委会印发了《全国安全生产专项整治三年行动计划》，在 煤矿安全整治部分提出要加快推进机械化、自动化、信息化、智能化建设，灾害 严重矿井采掘工作面基本实现智能化，力争采掘智能化工作面达到 1000 个以上, 建设一批智能化矿井。2020 年 11 月，国家能源局、国家煤矿安全监察局发布《关于开展首批智能化示 范煤矿建设的通知》确定内蒙古双欣矿业有限公司杨家村煤矿等 71 处煤矿， 作为国家首批智能化示范建设煤矿。2021 年 6 月国家能源局、国家矿山安全监察局印发《煤矿智能化建设指南（2021 年版）》为建成一批多种类型、不同模式的智能化煤矿提供了指南。在国家顶层设计逐步完善后，全国各地方政府尤其是煤炭大省开始出台本省的煤 炭智能化发展的政策文件。国家和地方政府密集出台煤矿智能化的相关政策，对目标和具体任务做了部署， 煤矿智能化的政策东风已至，行业迎来快速发展期。

2.2、 地利：5G、华为等技术和企业推动

近些年 5G、大数据、人工智能、物联网、云计算等新一代信息技术的快速发展 为煤矿智能化建设提供了技术支持。

1）5G 技术：智能化煤矿要安装大量智能设备，传输的数据种类多且数量大， 以太网和 4G 架构下，高延时且不可控，使服务质量无法得到保障。5G 大带宽、 广连接、低时延的特性为海量的数据的高速传输、大规模设备连接、不同设备之 间的实时互联等提供了可能。典型应用：基于 5G 的井下高精度定位与应用服务 系统，支持井下车辆管理、采掘精准推进等应用，解决移动装备的实时控制和管 理。

2）大数据：矿井下会产生海量的数据，大数据技术可以分析这些数据的规律， 实现井下海量的视频数据的智能分析，为安全生产和管理提供依据。

3）人工智能：煤矿要向无人化、自主化、智能化发展，人工智能将起到无可替 代的作用，一方面摄像头、车辆等不断向智能化发展，另一方面人工智能还对海 量的数据进行深度自我学习，并指导安全生产和管理。比如基于 AI 视频识别技 术，识别人员姿态和钻机轨迹，智能识别皮带异物、跑偏、堆煤、空载等异常现 象并形成告警，助力煤矿“有人巡检，无人值守”。（报告来源：未来智库）

4）物联网：物联网技术感知煤矿“人员、机械、环境”等方面的信息，整合矿 山子系统，将分散、独立、单一的各个平台升级为系统、开放、多元的综合平台， 打破数据孤岛，避免重复建设，实现人与物、物与物的全面感知、互联互动的智 能系统。

华为积极参与赋能煤矿智能化建设。2020 年 7 月，华为联合龙软科技、精英数 智等合作伙伴发布华为智能矿山联合解决方案，该解决方案引入了行业领先的 5G、AI、鲲鹏云等新 ICT 技术，融合煤炭行业内智能矿山建设丰富专业的实践 经验，形成了“3 个 1 + N + 5”的智能矿山整体架构，即矿山一张网、矿山一 朵云、矿山一平台、以及 N 个应用与 5 个中心。通过矿山一张网，构建互联互 通、统一高效、综合承载的矿山融合网络；通过矿山一朵云，构建安全可控、弹 性灵活、运维高效的数字化底座；通过一平台，打破烟囱式系统，形成数据共享、 能力共享、开放统一的矿山数字平台。通过支撑矿山打造各类业务应用，形成“智 能矿山五中心”：决策指挥中心、安全生产中心、综合集控中心、智能巡检中心 以及经营管理中心，进而推动矿山应用全面智能化，助力智能矿山走向集约化、

2021 年 1 月，华为成立一级部门“煤矿军团”，与运营商 BG、企业 BG 和消费 者 BG 属于同一级别，可见华为对煤矿智能化的重视，煤矿军团愿景是用 ICT 技术支撑煤矿智能化建设，提升煤炭行业信息化智能化水平，然后将煤矿行业的 智能化成果外溢到非煤矿山。煤矿军团是华为在角逐行业数字化转型“深水区”的 战略性布局，在一定程度上扮演着“先锋队”的角色。

2021 年 9 月 14 日，国家能源集团携手华为共同举办的“矿鸿操作系统”发布 会上，华为正式宣布推出鸿蒙矿山操作系统—矿鸿，这是矿山鸿蒙操作系统的首 次商用，将从以下几个方面助力煤炭产业的数字化转型：一是共同打造煤矿工业 互联网、建设未来煤矿，有效解决“产业安全”问题；二是通过制定煤矿行业接 口、协议标准，有效推进行业适配；三是打磨煤矿工业物联网操作系统，实现工 业控制体系的安全可信；四是构建煤矿工业互联网生态体系，推进数字经济和能 源经济的融合，实现煤炭行业高质量发展。这是是鸿蒙操作系统的应用首次从 To C 领域扩展到了 To B 领域，具有里程碑式意义，将助力煤炭行业智能化。

2.3、 人和：煤炭企业盈利提升有望加大资本开支

煤炭行业集中度提升为煤矿智能化提供基础。近些年随着煤炭行业供给侧改革， 逐步淘汰落后产能，鼓励大型煤炭企业对中小型煤矿进行兼并重组，我国煤矿数 量逐年降低，从 2015 年的 10800 处下降到 2020 年的 4700 处，行业集中度不 断提升，CR5/CR10 分别从 2016 年的 27.5%/40.2%提高到 2019 年的 33.3%/46%，随着十四五末煤矿数量控制在 4000 处左右，行业集中度将会进一 步提升，煤炭企业规模将会进一步扩大，这为煤炭智能化建设提供了基础。

煤炭价格持续攀升，企业盈利能力提高，有望加大智慧化建设投入。经过近几 年的供给侧改革之后，煤炭企业的盈利水平开始逐步恢复，2017-2020 年煤炭开 采和洗选业的利润总和开始逐步恢复到 2013 年的水平。2020 年四季度以来， 在碳中和的大背景下，煤炭行业供需出现失衡，引起价格持续上涨，秦皇岛动力 煤市场价由今年年初的 800 元/吨上涨到 10 月 20 日的 2342.5 元/吨，不断创历 史新高。2021 年前 8 月煤炭开采和洗选业的利润总和达到 3290.3 亿元，已经 远超 2020 全年利润总额。煤炭企业盈利水平提高，有望增加资本开支，智能化 建设投入有望加大。

3、 煤矿智能化加速落地，市场空间 3100 亿元

煤矿智能化加速落地。在政策推动、技术进步以及各方企业的积极推动下，我国 煤矿智能化取得了一定进展。根据国家矿山安监局公布数据：2015 年全国仅有 3 个智能化采煤工作面，2019 年达到 275 个，2020 年达到 494 个，呈现加速 上涨的趋势。根据《煤矿安全专项整治三年行动实施方案》的要求：2022 年要 力争采掘智能化工作面达到 1000 个以上，预计未来 2 年煤矿智能化将加速落地。（报告来源：未来智库）

煤矿智能化市场规模 3100 亿元。根据 2020 年 2 月八部委联合发布的《关于加 快煤矿智能化发展的指导意见》，煤矿智能化发展分为 3 个阶段性目标：1）2021 年建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿；2）到 2025 年，大型煤矿和灾 害严重煤矿基本实现智能化；3）到 2035 年，各类煤矿基本实现智能化。

截至 2020 年末，全国煤矿数量约为 4700 处左右，根据中国煤炭工业协会发布 的《2020 煤炭行业发展年度报告》其中提出十四五煤炭行业发展目标：十四五 末煤矿数量控制在 4000 座左右。我们假设到 2025 年，全国煤炭智能化的渗透 率达到 50%，也即 2000 座煤矿达到智能化水平。2020 年我国智能化采煤工作 面仅有 494 个，到 2025 年有 1506 座煤矿需要进行智能化改造。根据安永发布 的《智慧赋能煤炭产业新万亿市场》，已有生产型矿井单矿智能化改造升级费用 约在 1.49—2.63 亿元，平均一座煤矿的改造费用约 2.06 亿元，则到 2025 年我 国煤矿智能化的市场空间将高达 3100 亿元。

同时随着智能矿山信息系统产品及技术在煤炭行业的成熟应用还可以推广到非 煤矿山等领域，根据应急管理部的数据，2020 年全国非煤矿山大体 3 万多座， 同样面临着智能化的需求，则市场空间更大。

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