1、煤矿智能化行业发展情况及态势
（1）煤矿智能化简介
煤矿智能化指煤矿开拓设计、地测、采掘、运通、分选、安全保障、生产管理等主要系统具有自感知、自学习、自决策与自执行的基本能力。
煤矿智能化建设是一个多系统、多层次、多领域相互匹配融合的复杂系统工程，需要将智能装备、大数据、工业互联网等现代化技术与煤炭开发利用深度融合，以实现煤矿开拓设计、地测、采掘等主要系统的智能化运行。
2021 年 12 月国家能源局发布的《智能化示范煤矿验收管理办法（试行）》（以下简称“《验收管理办法》”），对首批智能化示范煤矿的验收管理作出了规范，并为煤矿智能化行业的整体建设、改造提供了参考标准及评价指南。
《验收管理办法》中，依据煤矿主采煤层赋存条件、开采技术条件等建设条件的不同将井工煤矿分为智能化建设条件 I 类、II 类、III 类煤矿，以智能化建设条件 I 类煤矿为例，其验收及评价指标覆盖信息基础设施、地质保障系统、掘进系统、采煤系统等十类系统，各系统评价必备指标情况如下：
信息基础系统 （1）矿井主干网络传输速率应不低于 10,000Mbps，地面环网与井下环网分别布设，生产系统、安全监控系统、视频监控系统独立组网（不共用同一芯光纤），满足网络传输速率与安全要求；（2）矿井建有数据中心，具备数据分类、数据分析、数据融合功能，满足矿井数据服务与安全要求；矿井建有人员精准定位系统，满足井下人员定位精度要求。
地质保障系统（1）具备完善的地质探测技术与装备，探测精度、广度满足智能化煤矿生产需求；（2）地质数据、工程数据实现了数字化存储；建有地质信息数据库，能够为煤矿其他业务系统提供地理信息服务。
掘进系统（1）采用钻探、物探等技术与装备对巷道待掘进区域的地质构造、水文地质条件、瓦斯等进行超前探测，超前探测距离、速度、精度等满足智能化掘进要求；（2）矿井煤巷、半煤岩巷的掘进工艺流程实现了机械化作业，掘进技术、装备适应巷道条件；具有掘进工作面设备、环境智能监测与报警功能。
采煤系统（1）液压支架配置电液控制系统，采煤机具有记忆截割功能；地面和井下配置监控中心，具备对工作面设备“一键启停”功能，工作面配置可视化监控系统，实现对采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、供液系统的远程集中控制。
主煤流系统（1）采用带式输送机作为矿井的主煤流运输设备，实现单机自动控制、远程集中控制；（2）采用立井箕斗进行煤炭提升，具备对提升速度、提升重量等进行远程实时在线监测。
辅助运输系统 （1）采用无轨胶轮车、单轨吊、电机车等合理的辅助运输方式；（2）辅助运输车辆实现了精准定位，车辆状态信息实现了自动采集。
通风与压风系统（1）矿井通风方式合理、通风设施齐全，主要通风机实现了一键启停、倒机及反风时风机自动控制；（2）矿井主通风机实现远程集中监控，局部通风机实现开停状态远程监控。
供电与供排水系统（1）井下高压供电系统宜具备智能防越级跳闸保护功能，井下中央变电所、采区变电所实现无人值守；固定排水作业实现远程集中控制中央水泵房、采区水仓实现无人值守。
安全监控系统（1）根据矿井灾害类型，建设有完善的瓦斯灾害防治、水灾防治、火灾防治、顶板灾害防治、冲击地压防治等灾害防治系统；建设有安全风险分级管控和隐患排查双重预防体系、应急管理与应急救援系统或平台功能模块。
智能化园区与经营管理系统（1）矿井在地面建有智能指挥中心，实现对井上下各系统的统一协调管控；（2）矿井应建设经营管理系统，包括办公自动化管理、企业资源管理等系统，各系统之间能够进行数据共享与交互。
（2）我国煤矿行业机械化程度的不断提高为智能化发展提供基础
自 20 世纪 70 年代我国大规模引进煤矿综采设备后，我国煤炭开采技术经历了从人工采煤向机械化采煤的转变。随着我国煤矿开采技术的不断创新，我国煤炭工业全面发展以综合机械化为标志的现代开采技术，并形成适合中国煤炭赋存特点的多样机械化开采模式，煤矿开采机械化程度不断提高。
我国大型煤炭企业采煤机械化程度由 1978 年的 32.5%提高到 2022年的 99.01%，。标志着我国煤矿开采已实现高度机械化，为煤矿行业智能化发展提供了基础。
（3）煤矿智能化行业步入快速发展阶段
根据国家统计局数据，2022 年我国煤炭消费量占能源消费总量比例为56.2%，基于我国能源资源禀赋和经济社会发展要求，煤炭作为我国的主体能源，仍将在未来多能互补现代能源体系中发挥重要作用。煤矿智能化是煤炭产业转型升级和高质量发展的核心技术支撑，对于提升煤炭安全保障水平、促进我国煤炭产业高质量发展具有重要意义。
2020 年 2 月，国家发展改革委、国家能源局、应急部、国家煤矿安监局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》明确了煤矿智能化发展目标：到 2021 年将建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿；到 2025 年，大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化；到 2035 年，各类煤矿基本实现智能化，建成智能感知、智能决策、自动执行的煤矿智能化体系。
2021 年 5 月，煤炭工业协会发布的《煤炭工业“十四五”高质量发展指导意见》提出，到“十四五”末，全国煤矿数量控制在 4,000 处左右，建成智能化生产煤矿数量 1,000 处以上。
近年来，随着煤炭产业逐步迈入高质量转型发展阶段、煤矿智能化技术持续创新进步以及煤矿智能化建设的国家政策陆续出台，煤矿智能化行业迎来快速发展阶段。2015 年 5 月，全国仅有 3 个智能化采掘工作面；截至2023年底，智能化采掘工作面数量激增，从400多个跃升至1600个左右，标志着智能化技术在煤炭开采领域的广泛应用。
在智能化转型的浪潮中，煤炭行业在5G应用、自动驾驶、工业互联网等前沿技术领域取得了显著进展。露天煤矿无人驾驶矿用卡车、120吨级充电重卡的投入运行，不仅大幅提升了矿区的运输效率，还显著降低了安全事故的风险。此外，以共享中心为代表的数字化管理系统在煤炭企业生产经营中的普遍推广应用，进一步提升了企业管理的精细化和智能化水平。
科技创新是引领煤炭行业智能化转型的核心动力。近年来，行业在重大基础理论和关键核心技术攻关方面取得了新突破。世界首套10米超大采高智能综采装备、深部矿井热害治理等一系列创新成果的涌现，不仅填补了国内外技术空白，还将我国煤炭行业的科技创新能力推向了新的高度。
安全生产是煤炭行业的永恒主题。在智能化、数字化的助力下，煤矿安全生产标准化管理体系建设得到持续强化。通过信息化智能化手段实现重大风险和隐患的全过程动态闭合分级管控，煤矿安全基础保障能力得到稳步提升。2023年全国煤矿百万吨死亡率降至0.094，这一成绩的背后，离不开智能化技术的有力支撑。
（4）新兴技术赋能促进智能化程度不断提升
目前，5G、人工智能、大数据、云计算、工业物联网等新一代信息技术成为新一轮科技革命及产业升级的重要着力点，新一代信息技术已在煤矿智能化行业内得到初步运用，提高了煤矿智能化装备的适用性、稳定性、可靠性及智能化程度。
新一代信息技术与煤炭产业未来的深度融合，可助力煤矿企业处理海量矿井生产数据并形成数据决策能力，有利于提升煤矿生产、运营、管理等环节的智能化程度，推动煤矿智能化建设由单系统智能化向多系统智能化、全面智能化等方向迈进。因此，5G、人工智能等新兴技术与煤炭产业的逐步融合已成为行业未来的重要发展方向及趋势。
2、煤矿智能化行业技术水平及特点
目前，在以“智能化”为核心的综采工作面开采技术方面，中国在近十年进行了大量的研发和推广，综采工作面智能化技术的研究取得了一定的成功，通过采用计算机技术、采煤机记忆截割技术、电液控制技术和变频软启动技术等，在地质条件好的中厚煤层实现了工作面 3-5 人的全自动化割煤，并正探索实现工作面无人的智能化开采。
智能开采的技术目标主要为提高矿用生产设备的智能化程度促使设备自主运行，并由人工通过远程集控系统等方式对设备的运行工况进行监控和远程干预，从而实现煤炭生产少人、增安、提效。智能开采是煤矿智能化的核心，智能感知、智能决策和精准控制是智能化开采的三要素。
智能开采区别于一般自动化开采的显著特点是设备具有自主学习和自主决策功能，具备自感知、自控制、自修正的能力。具备这样能力的智能化综采系统才能充分适应生产环境变化，实现真正意义上的智能化开采，实现有限条件下的无人开采目标。
（1）智能感知
在智能开采技术应用初期，现场感知主要包含对设备运行工况（压力、位移、电流、温度等）的采集，以实现设备部分动作的闭环控制；随着技术的发展，现场感知逐渐拓展到对设备姿态、位置以及环境（瓦斯、粉尘、温湿度）的感知，推进了设备间的位姿协同、环境参数与运行策略系统等应用场景的落地；近年来随着机器视觉惯性导航、激光雷达、煤层精准勘探等技术的应用，智能开采的感知范围也逐渐拓展到人员位置与行为感知、对工作面空间感知、煤层状态感知等领域，为无人开采目标的实现提供了数据支撑。
（2）智能决策
智能决策指以感知数据为基础，通过建立时空统一坐标系数据平台，结合行业特点开发融合决策算法。行业内，智能决策典型应用场景包括：
①基于综采工作面设备姿态、位置关系运动学和动力学建模的设备位姿协同决策；
②人工干预与采煤工艺融合的跟机优化决策；
③围岩稳定性监测数据与支护状态融合的支护姿态调整决策；④截割电流数据、煤岩界面 AI 识别和煤层地质信息融合的截割路径规划决策等。
（3）精准控制
精准控制指按照智能决策给出的控制指令和动作目标，通过一系列保障手段实现对设备位姿和运行工况的精准控制。在精准控制层面，行业内主要通过建立数字矿山智能化模型与生产系统的信息交互机制，研究开采关键设备之间主要运行参数的非线性耦合关系，实现综采设备速度匹配、功率匹配、位姿匹配、状态匹配和多因素干扰下装备群的鲁棒控制方法，研究开采设备群全局最优任务规划和控制方法，考虑设备健康状态对全局最优任务规划的影响，提高综采工作面的生产效率。
3、煤矿智能化在产业链中的地位和作用，与上、下游行业之间的关联性
（1）行业在产业链中的地位和作用
煤矿智能化行业属于煤炭行业的细分领域，煤矿智能化产品及系统主要应用于煤炭行业产业链中游的煤炭生产环节。煤矿智能化行业对于煤炭产业实现高质量转型升级、提升煤矿安全生产水平、提升煤炭企业效率效益和保障煤炭稳定供应具有重要意义。煤矿智能化行业上游主要为原材料、零部件、子系统供应商，下游主要为煤炭生产企业。
（2）与上游行业之间的关联性
煤矿智能化行业上游供应商主要向煤矿智能化企业提供机械零部件、电控组件、控制单元、电子电气件、原料、水处理装置及备件等，前述产品市场竞争较为充分、生产技术稳定、供应量充足，煤矿智能化企业的采购需求能够得到有效保障。上游供应商产品供应的稳定性、价格水平、技术水平、质量等因素，将影响煤矿智能化企业的生产能力、经营成本、产品品质。
（3）与下游行业之间的关联性
下游煤炭生产企业的煤矿智能化市场需求，将影响煤矿智能化行业的行业发展、景气程度及技术水平。一方面，近年来煤炭企业加速推进智能化转型以实现减人、增安、提效，国家亦陆续出台行业利好政策，煤矿智能化建设需求快速增长。另一方面，由于各煤矿生产环境不同，下游客户可能对产品具体功能需求存在差异，因此煤矿智能化产品具备一定程度定制化特征。
下游客户对煤矿智能化产品功能、适应性、稳定性、可靠性、智能化程度等各方面性能要求的不断提高，推动煤矿智能化企业为适应客户需求持续进行产品迭代及技术研发，进而促进了煤矿智能化行业整体技术水平日益提升。
