2022中国智能矿山产业发展白皮书

2022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https://www.iyiou.com/researchCopyrightreservedtoEqualOceanIntelligence,Oct.2022 目录 CONTENTS 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 第一章中国智能矿山发展之路 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 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。 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。 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 海外典型智能矿山 基律纳铁矿力拓皮尔巴拉铁矿 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 1992 1990 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。 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。 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 专题。 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。 资料来源：公开资料、亿欧智库 2008 1999 2018 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。 注：因版权风险，图片并非上述矿山实景图，仅示意用 皮尔巴拉铁矿地区固定及移动设备的完备情况。 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 1999年首届“国际数字地球”大会上提出“数字矿山”（DigitalMine）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。 中国智能矿山概念提出 基础目标 提出时间 1999年首届“国际数字地球”大会上提出“数字矿山”（DigitalMine）概念。 “十二五”期间由大型科研机构和高校提出。 特点 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。 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。 重点 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。 关注生产装备、系统和过程的智能化和无人化。 数字矿山智能矿山 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 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 机械化阶段自动化阶段信息化阶段数字化阶段智能化/无人阶段 •人工手动操作机械工具 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 20世纪90年代前 •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 •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 20世纪90年代 •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 •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 21世纪初 •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 •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 21世纪10年代 •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” •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 21世纪20年代至未来 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 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”。 数 智 化程度 1 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 3 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 4 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。 自主优化 建模 学习 数据采集 选择最佳方案 优化评估仿真建模 21世纪初 21世纪10年代21世纪20年代时间 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 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。 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、《关于推进“互联网+”智慧能源发展工信部的指导意见》 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。 2016年6月 发改委、能源局 《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。将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备 2020年2月 发改委、能源局、《关于加快煤矿智能化发展的指导意应急部、煤矿安见》监局等八部委 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、《有色金属行业智能工厂（矿山）建自然资源部设指南（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）》坚持分类建设和分级达标相结合，建立健全智能化煤矿建设、评 价、验收与奖惩机制。 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。 我国煤矿智能化发展的阶段性目标 2035年 煤矿智能化全面应用： 各类煤矿基本实现智能 2025年 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。 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。 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。 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 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。 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。 亿欧智库：智能矿山应用技术 元数据 生产管理技术规范 空间基准 空间数据库动态运筹学资源评价 物联网红外感应器 云计算射频识别 三维建模地理信息系统定位导航技术 事故预测预报灾害预警 事故仿真研究安全检查评价 矿山技术规范和标准网络通讯技术 5GWIFI6 F5G 为智能矿山各业务场景提供网络支撑 云网融合技术 VR/AR技术 三维模拟虚拟现实 智能矿山人工智能 AI视觉识别AI听觉辨别 空间信息技术 大数据技术 大数据智能化决策 大数据知识沉淀 虚拟仿真技术自动驾驶技术 无人采矿自动驾驶运输自动化调度 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 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 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