智慧礦山是對生產、職業健康與安全、技術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。礦山的數字化、信息化是智慧礦山建設的前提和基礎。

    礦山生產模式大致經歷了四個階段：

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

    二是機械化階段，即大量采用機械設備進行礦產生產活動，機械化程度較高，但仍無規劃、生產較粗放、資源浪費比較嚴重。

    三是數字化礦山階段，采用自動化生產設備進行作業生產，采用信息化系統作為經營管理的工具，實現數字化整合、數據共享和互操作，但仍面臨諸多系統集成、信息融合、數據存儲與分析等復雜問題，而且核心仍圍繞擴大開采量，對綠色開采、人文關懷、可持續發展等方面仍不夠重視。

    四是智慧礦山階段，通過智能信息技術的應用，使礦山具有人類般的思考、反應和行動能力，實現物物、物人、人人的全面信息集成和響應能力，主動感知、分析、并快速做出正確處理的礦山系統，人為的因素將降低最低程度，礦山企業的人財物產銷存等能協同、自動運作，實現礦山企業的集約、高效、可持續發展。新一代互聯網、云計算、智能傳感、通信、遙感、衛星定位、地理信息系統等各項技術的成熟與融合，實現數字化、智能化的管理與反饋機制，為智慧礦山發展提供了技術基礎。在芬蘭、加拿大、瑞典等發達國家已為此目標發展了20多年，我國正處于起步階段。

    2017年我國煤炭機械設備行業市場規模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備行業市場規模情況如下圖所示：

2011-2017年中國煤炭機械裝備行業市場規模情況

資料來源：智研咨詢整理

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

2011-2017年中國煤炭機械裝備行業市場細分規模情況

資料來源：智研咨詢整理

    在全球煤炭開采行業中，煤機已經得到了廣泛的應用，特別是美國、澳大利亞、加拿大等發達國家煤炭井工開采基本采用了機械化程度較高的綜采、綜掘設備。在國際市場上，發達國家在煤炭開采、洗選加工、煤化工等裝備制造領域擁有雄厚的技術基礎和先發優勢，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環境復雜，需要煤機設備協同作業，對于煤機設備成套化需求較高。國內的煤機制造也有專業化向成套化發展。

    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。

    電牽引驅動系統屬于當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，提高了機械設備的工作效率。在故障診斷與計算機技術方面，采掘技術智能化主要以計算機技術為核心，采用了傳感器故障診斷輔助模式，可以精準診斷故障問題，提升了工作效率。由此看出，點牽引技術在煤炭行業得到了一定普及，并在記憶割煤以及煤巖識別等方面也得到了長遠發展。同時，采掘設備還采用了遙控與遠控技術，隨著煤炭開采技術要求的不斷提升，為了確保操作人員安全，應可以遠距離操作與駕駛機器，工作人員應在設備工作環境外，通過操作遙控手柄完成采掘。對此，應為采掘設備安裝遙控控制系統，其主要由遙控發射器、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的運行情況，以便進行后續的控制工作。

    當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連續可調，應為其使用中壓變頻驅動控制技術，以確保其在低速狀態下也可以平穩啟動。為了確保運輸機的穩定運行，應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節張力與行程。除此之外，運輸期間也經常使用刮板運輸機，為了及時了解運輸情況，應為運輸機安裝工況監測系統，機頭采用交叉側卸布置方式，機尾采用自動伸縮裝置，在降低故障發生幾率的基礎上延長設備的使用壽命。為了提升焊接質量水平，確保運輸機穩定可靠運行，企業還應利用機器人自動焊接中槽部。

    我國煤機智能化發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性更強

    針對煤礦所處的地質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的設備產品，從而保證采煤工作的順利進行。煤礦機械設備能夠適應各種各樣的復雜地質環境，保證煤礦的開采效率。

    二、能夠實現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，監控測量相應的數據，并將數據進行及時地傳遞，通過控制器對設備發送指令，以完成操作，實現對整個生產過程的監控。一旦出現問題故障能夠及時地發現并排除，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今后發展的主要方向，也是信息化時代發展的必然趨勢，相關部門應當加大相關投入，積極開發智能產品，縮小與發達國家的差距，提高產品設備的行業競爭力，努力做行業的引領者。

    受到我國煤炭市場規模龐大的影響，篩分和洗選設備智能化發展是提升我國傳統產能利用率的主要方式。

    我國的能源結構是富煤、少油、缺氣，煤炭目前以及未來都處于能源的主導地位，煤炭產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、節能降耗、降低污染和提高經濟效益的重要手段。

    隨著我國大型選煤廠的建設，煤炭供給側改革逐步落實到位，原煤產量在2017年開始回升，促使國內大型振動篩的需求量逐年增加，我國振動篩行業起步較晚，資金和生產規模遠遠滿足不了我國對大型振動篩的需求，導致煤炭行業所需大型振動篩由國外品牌產品占據了主要份額。

2009-2018年全國原煤產量統計

資料來源：國家統計局

2011-2017年全國煤炭開采和洗選設備工器具固定資產投資情況

資料來源：國家統計局

    根據智研咨詢發布的《2019-2025年中國智慧礦山市場競爭格局及投資風險預測報告》數據顯示：從2013年開始我國煤炭開采和洗選設備工器具固定資產投資規模一直處于下降趨勢，2017年全國煤炭開采和洗選設備工器具固定資產投資完成額793.52億元，同比下降8.96%。2018年我國煤炭開采和洗選也產能利用率上升至70.6%。

2016-2018年全國煤炭開采和洗選業產能利用率

資料來源：國家統計局

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

    由于激振器的技術特性，在設備管理中一直不能實現對其運行狀態的在線監測。為了進一步提高設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測系統，對其運行狀態進行在線監測。生產實踐表明：該系統能夠在線準確監測設備的運行狀態，并指導設備維護方案的設計，在其應用后設備維修成本降低。

    近些年，我國篩分設備行業整體呈現快速發展的勢頭，但并非所有的企業都實現快速增長，有些實力較弱的企業在中小型振動篩市場中主要集中在中低端產品的價格競爭狀態，反而在行業的增長中原地踏步甚至倒退。國內大型、高端篩分設備市場開始呈現品牌化、智能化的發展態勢。國內篩分設備優勢企業在國內大型、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。

    而洗選設備智能化發展主要表現在以下幾點：

    （1）兼容整合多種PLC集控系統

    鑒于選煤廠洗選設備型號種類繁多，系統不兼容的弊病，應當充分思考、合理設計，引進具有普遍適用性的PLC智能控制系統進行組態，以適應常用的ConTROLLER link和MODBUSPIUS，以及TCP/IP之間不同協議進行的信號通信，通過軟件系統將控制系統進行整合，同時，進行網絡化集成，將洗選流水線上的所有涉及供電、故障檢測、監測監控、故障報警、數據參數的采集、分析、傳遞、指令動作等并入控制網絡，實現對生產全域的集中控制。

    （2）分項進行模塊化控制

    通過網絡軟件進行整合之后，也可以利用PLC集控裝置對系統單一模塊進行獨立化控制，實現統籌運行下的分系統控制與自檢，使生產流程操作更加靈活。

    通過對煤炭洗選系統進行改造升級，將PLC集成控制系統與以太網相結合，構建起以人機互動界面、計算機主控、以太控制器、PLC網格模塊化分控、設備變頻控制器、洗選設備等組成的自動化智能選煤系統，實現了中央集中控制與模塊化多級分控的功能效果，利用網絡監測與監控功能，可做到對系統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效率，降低了電能的消耗，真正實現煤炭洗選作業的節能、高效、環保。

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

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

    全國按照年產煤炭40億噸計算，煤炭成本200元/噸計算，生產效率提高30%，在不增加礦井的情況下每年增加煤炭產量12億噸，產值12*300=3600億元，降低成本20%計算，節省52*40=280億元。綜合3880億元。

    同時，生產研發廠商將實現技術的提升和轉型，總體的智慧產品的市場容量達到15000億元以上。年均生產規模1500億元以上。煤礦總體經濟效益每年可達5380億元以上。其他礦山的智慧系統容量6000億元，總的容量達到21000億元。

    2018年5月1日起，《智慧礦山信息系統通用技術規范》（GB/T34679-2017）開始實施。標準規定了智慧礦山的系統構架、基礎網絡、數據倉庫、地理信息、傳感感知、工業自動化、平臺軟件、地質保障軟件、安全保障軟件、生產管理軟件、礦山ERP軟件、大數據分析軟件、綜合調度軟件和應急指揮軟件等信息系統通用技術要求。準適用于指導礦山企業的智慧化信息系統設計和建設。

    該部技術規范是我國第一部以“智慧礦山”命名的標準規范，從一定程度上意味著智慧礦山建設開始以國家標準的形式落地推廣。智慧礦山建設趨勢，必然服從于世界能源科技的發展趨勢，也服從于我國能源結構升級調整的需要。國家《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》指出：到2050年，“全面建成安全綠色、高效智能礦山技術體系，實現安全綠色、高效智能生產。

    未來智慧礦山的發展將會集中在3個層面。一個是礦山硬件的發展。如智能工作面開采、精準人員定位、智能礦山機器人和無人機、井下激光或街景等技術等，這些技術會大幅度提高企業生產效率。第二是礦山軟件的發展。基于物聯網和云平臺的技術框架，能提高軟件系統開發和使用效率，涌現出更多優秀的智能化軟件系統，提高數據共享和服務能力，提升生產管理效率，減少管理層級，實現企業管理的扁平化。第三是軟硬結合后的智能化服務。充分利用企業內部大數據和互聯網大數據，進行綜合分析和數據挖掘，對傳統的業務進行創新或者變革，將提高安全生產決策支持水平，達到智慧的生產狀態。未來，智慧礦山將是解決礦山安全、管理和效益的必然選擇。