矿山智能化深度报告：智慧矿山是被低估的“金山”

新基建加速布局，矿山智能化成为发展趋势。矿山智能化建基于矿山自动化、信息化、数字化所取得的成果。其中，煤矿智能化率先进入起步阶段，目前智能矿山产业链全面升级，生产模式优化，整体呈现上游零部件的适配性提升，与下游需求指数级上升的双重态势。而在上下游高景气的大背景下，映射至矿山生产环节的智能化迫在眉睫。煤矿在“需求+供给”双重驱动下，智能矿山市场规模持续扩张。 天时地利人和，智能矿山发展的三山叠峦。1）天时：政策助力下智能矿山行业景气度持续上升。高复杂性和危险度的煤矿生产行业推动生产过程少人化、无人化。 而高利润增长背景下，智能化是其规避严苛的安全问责制度风险的有利途径之一。2）地利：IT基础架构持续演进提供技术支撑。新一代信息技术解决系统架构通过科技赋能的形式推动智能矿山建设。其中，华为发布以矿鸿为主的智能矿山联合解决方案形成“3个1+N+5”的智能矿山整体架构，从而提升矿企本质安全生产水平。3）人和：“节支+增收”促使企业加大智能化投入。节支：煤炭企业面临井下作业环境恶劣与招工困难的窘境，智能化矿山具备减人提效、少人或无人操作、无人值守与远程监控等多项优势，有效降低人力成本。增收：煤炭价格在打击囤积居奇、开展成本利润调研等行动后将回归理性区间，在煤炭价格稳定的基础上，智能化将有助于提高开采产量并增加企业收入。 投资建议： 矿山上下游的“需求+供给”齐飞结合政策推动形成正向的“化学反应”，映射至智能矿山的高景气度已然来临。结合我国“富煤、贫油、少气”的特征，煤炭在具备战略储备特性的同时，精细化和安全化的生产与运输将是未来的主线。首次覆盖产业中对应公司并给予“推荐”评级：工大高科、梅安森、龙软科技和精准信息；建议关注中国通号，交控科技和天地科技等上市公司。 风险提示：智能矿山推进不及预期；上游煤炭价格波动带来系统性风险；疫情反复带来交付延迟风险。 重点公司盈利预测、估值与评级 1新基建加速布局，矿山智能化成为发展趋势 1.1矿山向数字化智能化转型 智能矿山基于现代智能化理念，关注效率问题、安全问题和效益问题，将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、工业互联网、机器人化装备等与现代矿山开发技术深度融合，形成矿山全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的完整智能系统，实现矿井开拓、采掘、运通、分选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程的智能化运行。实现智能矿山的核心要素是将现代信息、控制技术与采矿技术融合，在纷繁复杂的资源开采信息背后找出高效、安全及环保的生产路径，对矿井系统进行最佳的协同运行控制，并根据地质环境及生产要求变化自动创造全新的控制流程。 图1：智能矿山情景逻辑 1.2始于20世纪90年代，当前处于局部智能化阶段 我国矿山开采历经机械化、自动化、智能化的发展阶段，其中，矿山智能化建基于矿山自动化、信息化、数字化所取得的成果。结合自动化矿山、信息化矿山和数字化矿山发展的历史背景，可以将智能矿山的发展大致划分为4个阶段。包括： （1）单机自动化阶段（20世纪90年代）：该阶段的典型特征为分类传感技术和二维GIS平台得到应用、单机传输通道得以形成，实现了可编程控制、远程集控运行、报警与闭锁。 （2）综合自动化阶段（21世纪初）：该阶段的典型特征为综合集成平台与3DGIS数字平台得到应用、高速网络通道形成，实现了初级数据处理、初级系统联动、信息综合发布。 （3）局部智能化阶段（2010年至今）：是当前中国矿山所处阶段，此阶段经历了可视化远程干预(1.0时代)和工作面自动找直(2.0时代)两个技术阶段，目前正处于向透明工作面(3.0时代)研究过程中。该阶段的典型特征为BIM、大数据、云计算技术得到应用，实现了局部闭环运行、多个系统联动及专业决策。 （4）全面智能化阶段（未来）：智能矿山4.0时代的到来，达到透明化矿井和全矿井控制协同化的水平。 图2：我国智能矿山发展历程 1.3煤矿智能化率先进入起步阶段 矿山结构庞杂，可分为煤类矿山与非煤类矿山，而非煤矿山又可分为金属矿山与非金属矿山。 矿山类型复杂多样，但由于煤矿和非煤矿在开采、排岩、运输等多个关键环节相似较高，因此智能化改造方式存在一致性，且煤矿由于建设难度低且市场需求量大，其率先进行了智能化转型。 普通煤矿发展成智能煤矿：（1）需要智能系统基站、远端控制平台等基础建设;（2）需要煤机等装备智能化改造或购置;（3）需要交互式信息平台、数据分析系统平台等软硬件建设;（4）需要各子(分)控制系统和控制技术的相互衔接与融合，如综采子系统、综掘子系统、安全子系统、提升子系统等融合形成整个矿山的智能化成套控制系统。其中涉及到90多个子系统，可以分为3部分：智能生产系统、智能职业健康与安全系统、智能技术与后勤保障系统。 表1：智能煤矿控制系统的构成 1.4智能矿山产业链全面升级，生产模式优化 智能矿山行业的产业链呈上游零部件的适配性提升，与下游需求指数级上升的双重态势。上游主要是系统集成中所运用的摄像头、防爆计算机、防爆变频器等零部件以及轴承、胶轮、外壳等加工耗材的供应商，如宝信软件等；下游主要为煤炭、有色金属等矿产资源的开采公司，如阳煤集团（阳泉煤业）、陕西煤化、中国华能等；工业互联网根据企业规模、生产条件、IT/OT系统建设情况，打通矿产资源产运销以及上下游各环节，实现矿产子系统、整体生产、矿业集团经营管理的多级优化。 图3：智能矿山产业链 上下游高景气的背景下，映射至矿山生产环节的智能化迫在眉睫。矿山生产环节可分为规划设计、采掘充填和运输提升。 在规划设计方面，目前市场上主流的矿山空间信息处理软件主要采用为机械和建筑设计开发的CAD技术，对空间信息的服务较弱，随着煤类矿山智能化转型，煤炭专用的GIS技术被研发应用，从地质勘探到建井、掘进和回采，控制煤层的数据被更多收集，煤层的空间形态和属性伴随着一个由“不可见”变为“局部可见”，无限接近直至达到“透明”的过程。 在采掘充填方面，全面开展煤机智能制造，依托科技创新进行采掘运支提装备、露天开采装备、煤矿自动化及电液控制装备等产品的研发，以实现掘进和综采工作面减人提效。 在运输提升方面，智能矿山的矿井井下窄轨信号控制与调度以矿用轨道运输监控系统为核心，通过构建多网合一的矿山井下高速信息传输通道，采用先进的工业物联网技术，在矿井综合自动化系统的基础上，将井下机车、人员、矿车、物料等移动对象的目标身份识别、移动轨迹跟踪、联锁协同控制、运行状态监测、设备信息交互等功能综合集成，实现统一技术平台下的矿井移动目标综合安全监控与信息管理。 图4：智能矿山生产链 1.5行业规模：“需求+供给”双重驱动，智能矿山市场规模持续扩张 1.5.1需求端：煤矿仍占据能源消费市场主要份额 我国资源禀赋具备“富煤、贫油、少气”的特征，这决定了煤矿在能源存储中的支柱地位。 同时受到应用范围和开采难度等综合因素影响，形成了以煤矿资源为主，非煤矿资源协同并进的资源开采结构。虽然从2012-2020年能源消费结构数据来看，煤矿消费占比呈下降趋势，但由于具备成熟可靠、价格低廉等优势，煤矿资源仍将在较长时期内作为我国能源结构中的主导性和基础性能源，为我国国民经济持续发展发挥重要作用。根据《中国矿产资源报告(2020)》数据，2019年我国原煤产量为38.5亿吨，消费量为39.3亿吨，煤矿在我国内能源消费结构中仍然处于主导地位。 图5：2020年我国能源消费结构 图6：煤矿能源消费占比情况 1.5.2供给端：智能矿山规模效应促进原煤产量稳定增长 在煤矿数量不断下降且矿企之间马太效应加剧的背景下，智能矿山可以通过扩大生产规模，满足企业对于提升产量的迫切需求。根据中国煤炭工业协会历年出版的《煤炭行业发展年度报告》数据显示，2012年至2016年受市场需求放缓、专项整治、煤矿企业经营管理亟待升级的综合影响，原煤产量呈现一定收缩态势。2016至2020年，随着智能矿山大规模普及以及行业市场集约化的显著提升，我国原煤产量实现快速增长，期间累计增幅超过14%。2020年，我国原煤产量达到39.0亿吨。而煤矿机械化是煤矿智能化的基础，只有通过对现有煤矿机械设备进行准确的数据分析和监测管控，才能实现有效的智能化升级。在国家政策的推动下，近年来，我国煤矿机械化、智能化建设也取得不少进展。自2010年以来，我国煤矿采煤机械化程度逐步提高，据2020年1月全国煤矿安全生产工作会议的统计数据显示，截止至2019年末，全国煤矿采煤机械化程度已达到78.5%，相比于2010年65%明显升高；根据《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》，将于2030年实现智能化开采，重点煤矿区基本实现工作面无人化、顺槽集中控制，全国煤矿采煤机械化程度达到95%以上，掘进机械化程度达到80%以上。由此可见，在需求与供给的双重驱动下，未来我国智能矿山建设的需求潜力可期。 图7：2012-2020年我国原煤产量及增速 图8：我国煤炭机械化情况 2天时地利人和，智能矿山发展的三山叠峦 2.1天时：政策助力下智能矿山行业景气度持续上升 从2016-2021年，中国政府对智能矿山的重视程度逐步加强，并给出相应的指导意见与建议，智能化矿山的种类也从煤矿逐步延伸到非煤类矿山。尤其2020年2月，国家发改委、能源局等八部门联合发布《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，首次于国家层面对煤矿智能化发展提出了具体目标，旨在推动智能化技术与煤炭产业融合、提升煤矿智能化水平、促进煤炭工业高质量发展。 表2：智能矿山相关政策 煤矿生产行业具备较高复杂性和危险度，过去由于受资源赋存条件、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、智能化水平较低，重大安全隐患的智能监测、预测、预警等技术相对落后，导致煤矿事故频发。而自2015年以后，煤矿开采死亡率呈现明显的下降趋势。 这一方面得益于煤矿智能化建设对于生产过程少人化、无人化的推动。在2016年至2020年间，我国原煤产量持续提升，于2020年达到39.0亿吨，但与此同时的死亡率却在逐年下降，我国煤矿死亡人数从2016年的538人下降到2020年的225人，百万吨死亡率也相应地从0.156下降到0.058。 图9：2012-2020年我国原煤产量增速 图10：我国煤矿人员死亡率 另一方面得益于政策层面对于安全生产的高度重视。自我国煤矿行业进入局部智能化阶段以来，多项智能矿山的相关政策均与煤矿生产安全紧密联系。2017年6月，国家安全监管总局、国家煤矿安监局印发《煤矿安全生产“十三五”规划》，提出到2020年，煤矿死亡人数持续下降，重特大事故得到有效遏制，职业病危害防治取得积极进展，达到中等发达国家安全水平，煤矿安全生产形势实现根本好转，实现煤矿死亡人数和煤矿百万吨死亡率下降15%以上。2020年4月，国务院安委会正式印发了《全国安全生产专项整治三年行动计划》，提出要加快推进机械化、自动化、信息化、智能化建设。近年来，煤矿行业迎来“黄金”时期，根据《2020年煤炭上市公司社会责任报告》，煤炭上市公司营业利润规模复合增速58.44%，其中2020年营业收入规模达到10832亿元。在高利润增长背景下，严苛的安全问责制度给煤矿管理者带来高昂成本，促使其更加重视煤矿生产的安全问题，而智能化是其规避安全生产风险的有利途径之一。 图11：“煤矿安全生产问责制度” 2.2地利：IT基础架构持续演进提供技术支撑 5G、大数据、人工智能、物联网、云计算等新一代信息技术解决系统架构和互通、数据处理决策及高级计算问题，其通过科技赋能的形式推动智能矿山建设。其中，华为发布的智能矿山联合解决方案综合了业界在智能矿山建设上的实践经验，结合ICT技术，形成了“3个1+N+5”的智能矿山整体架构，从而提升矿企本质安全生产水平。而华为推出的鸿蒙矿山操作系统——矿鸿，也将从四个方面助力煤矿产业的智能化转型：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