機械設備行業(yè)：采煤邁入無人化智能時代，綜采裝備技術升級正當時
2024-07-26
1.采煤無人智能化趨勢明顯，未來市場空間可期
1.1.綜采工作面應用智能化系統(tǒng)優(yōu)勢顯著
綜采工作面實現采煤全流程的機械自動化。綜采工作面的主要工作方式是將采煤的主要工序如破煤、裝煤、運煤、支護和管理頂板等過程全部機械化，具有勞動強度低、產量高、效率高、安全條件好的特點。以提高采煤效率和安全性。其工作原理和主要設備如下：
采煤機：利用大功率雙滾筒采煤機進行破煤和裝煤，采煤機沿著工作面移動，通過滾筒切割煤層；
刮板輸送機：采煤機切割下來的煤炭通過刮板輸送機初步輸送，然后通過轉載機轉運至膠帶輸送機，實現煤炭的連續(xù)輸送；
液壓支架：支撐工作面頂板，維護工作空間，防止煤層坍塌，實現自動化支護。液壓支架在完成支撐后，可進行前移，同時處理采空區(qū)，保證工作面的安全和穩(wěn)定；
乳化液泵站和噴霧泵站：為液壓支架提供動力和潤滑，同時提供防塵和降溫的噴霧；
綜采自動化控制系統(tǒng)：綜采工作面通常配備自動化控制系統(tǒng)，以實現設備的遠程監(jiān)控和操作，提高作業(yè)安全性和效率；
綜采工作面的煤機設備通過這些設備的協(xié)同工作，實現采煤過程的自動化和機械化，提高了采煤效率，降低了作業(yè)風險，是現代煤炭開采過程中重要方向。
煤企機械化進程已經基本完成。據中國煤炭工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數據顯示，我國大型煤炭企業(yè)采煤機械化程度由 1978 年的 32.5%提高到 2022 年的 99.01%，已實現高度機械化。隨著行業(yè)集中度提升及煤礦規(guī)模的擴大，煤礦開采設施已實現跨越性發(fā)展，機械化應用已經普及。
采煤技術進入智能化開采階段。我國采煤技術經歷了人工炮采、普通機械化開采、綜合機械化開采，發(fā)展到現在進入智能化開采階段。智能化開采是綜采工作面通過配備，液壓支架電液控制系統(tǒng)、綜采自動化控制系統(tǒng)、智能集成供液系統(tǒng)、刮板輸送機智能控制系統(tǒng)等先進裝備，實現采煤流程的全自動化和智能化。5G、大數據和云計算技術的結合運用，進一步推動智能化開采的發(fā)展。這有效減少數據傳輸的時延，提高采煤效率，降低了成本，顯著提升礦工安全保障。
采煤工作面應用智能自動化控制系統(tǒng)優(yōu)勢顯著。液壓支架電液控制系統(tǒng)、綜采自動化控制系統(tǒng)、智能集成供液系統(tǒng)三大系統(tǒng)，將工作面的作業(yè)方式從手動機械化作業(yè)升級為自動化、智能化作業(yè)，實現工作面“有人巡視、無人操作”的遠程干預式智能化采煤，可全面提升綜采工作面的智能化采煤水平和工作面安全作業(yè)水平，有效減少工作面作業(yè)人數，降低作業(yè)人員勞動強度，降低生產運營成本，提高采煤效率，實現全面提質增效。
1.2.勞動力緊缺和高危工作環(huán)境，驅動無人化智能開采發(fā)展
勞動力資源緊缺和用工成本上升助推智能化趨勢。煤炭企業(yè)井下惡劣的作業(yè)環(huán)境難以吸引年輕人加入，導致招工越發(fā)困難；隨著人民生活水平持續(xù)提升，從業(yè)人員的工資需求也在提高；加之煤炭安全生產投入加大，煤炭企業(yè)的用工成本不斷攀升，這將促使煤炭企業(yè)加大智能化投入減少勞動用工，為煤礦無人智能化開采提供市場需求。
煤礦工作條件復雜，事故多發(fā)威脅安全。我國大部分煤炭資源都在地表千米深度以下，但深部的地質條件和水文條件復雜， 煤礦事故發(fā)生的概率持續(xù)增加，嚴重威脅煤礦安全生產。根據《2016-2022 年我國煤礦事故統(tǒng)計與規(guī)律分析》數據統(tǒng)計，我國 2016-2022 年煤礦各類型事故中，頂板事故發(fā)生次數最多，占比達 32.1%；運輸事故發(fā)次數占比達 25.8%；頂板事故和運輸事故多為機械事故，機械的自動化和智能化將顯著降低該類事故。
煤礦安全高效生產得到重視，降低事故和死亡人數亟待解決。2016-2022 年我國共發(fā)生1026 起煤礦事故，造成 1990 人死亡。煤礦事故死亡人數整體呈現遞減趨勢，2021 年達到最低點為 173 人，每百噸煤礦死亡 0.044 人。2022 年死亡人數稍有反彈達 197 人，每百噸煤礦死亡 0.054 人，可見我國煤礦安全生產形勢逐年穩(wěn)定且勢頭良好。煤礦智能化建設將大幅減少井下作業(yè)人員數量與勞動強度，顯著降低事故死亡人數。
1.3.政策引導無人智能化方向，各地政府積極制定目標計劃
政策明確煤礦無人化智能開采方向。面對安全性的重視持續(xù)提高和人力資源的紅利消退，國內推出一系列政策推動煤炭開采行業(yè)向智能化轉型?！赌茉醇夹g革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030 年）》將煤礦無人化智能開采作為重點研發(fā)任務，明確提出 2030 年重點煤礦區(qū)基本實現工作面無人化開采。此外，國家發(fā)改委、國家能源局等八部委聯合發(fā)布的《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》，以及《煤礦智能化建設指南（2021 年版）》和《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》，均為煤礦智能化發(fā)展提供了明確的指導和支持。煤礦智能化建設將大幅減少井下作業(yè)人員數量與勞動強度，推動煤礦開采提質增效，具有巨大的市場空間。
政策推動加快老舊設備智能化更新。2024 年 4 月 9 日，工信部等七部門聯合印發(fā)的《推動工業(yè)領域設備更新實施方案》提出，加快淘汰落后低效設備、超期服役老舊設備，推廣應用智能制造裝備更新。煤炭開采行業(yè)以大型國企為主，且行業(yè)內公司現金流較為充裕，或將率先響應老舊設備更新措施，加速實現煤礦智能化建設。
各地政府積極制定煤礦無人智能化發(fā)展目標。主要煤炭生產省份，通過制定具體政策和行動計劃，正積極推進煤礦無人化智能開采，分階段實現煤礦的自動化改造，以提高生產效率、保障安全，并促進煤炭產業(yè)的現代化和可持續(xù)發(fā)展。例如，山西省《全面推進煤礦智能化和煤炭工業(yè)互聯網平臺建設實施方案》，要求 2024 年山西將新建成 150 座智能化煤礦，2027 年實現全省各類煤礦基本實現智能化；內蒙古要求 2025 年大型正常生產煤礦全部實現智能化；山東省到 2025 年，全省煤礦完成智能化改造，建成一批 100 人以下少人智能化礦井，打造一批國家級示范礦井，智能化開采產量達到 90%以上。
1.4.頭部企業(yè)率先轉型升級，智能化市場達百億以上
煤炭作為重要基礎能源，保障我國能源安全穩(wěn)定。我國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦特征，決定了煤炭是我國基礎能源，其資源的安全穩(wěn)定開發(fā)與國計民生及能源安全息息相關。根據國家能源局發(fā)布，在當前我國發(fā)電裝機容量結構中，主要為火電、水電、風電和太陽能四大能源，火電占比高達 47.62%，而煤炭是火電主要工業(yè)原料，在未來我國能源供給中將持續(xù)發(fā)揮“壓艙石”作用。
煤炭行業(yè)產量穩(wěn)步提升。根據國家統(tǒng)計局數據，2023 年全國原煤產量 47.11 億噸，同比增長 3.35%，原煤產量創(chuàng)歷史新高，有力支撐我國國民經濟和社會平穩(wěn)較快發(fā)展。我國以煤炭為主的能源消費結構格局將長期存在，要走合理可持續(xù)開發(fā)煤炭資源的發(fā)展道路。無人智能化可以讓煤炭開采更加安全、高效，是煤炭資源發(fā)展的重要轉型升級方向。
國內煤炭資源地質條件復雜，更適合發(fā)展井工礦技術。根據人民日報發(fā)布的數據顯示，2022 年我國露天煤礦產量完成 10.57 億噸，占全國 23%的煤炭產量，與世界其他產煤國家差距較大。主要是由于，中國煤炭資源的地質條件復雜，適合露天開采的煤炭資源主要集中在內蒙古、新疆等地區(qū)，2021 年兩省占比達 83.4%，其它地區(qū)不適合露天開采，而井工礦更適合在地質條件復雜或煤層較深的地區(qū)開采。
煤炭生產向大型企業(yè)集中，率先落實煤礦智能化轉型。根據煤炭工業(yè)協(xié)會 2023 年數據中披露，前七家企業(yè)原煤產能達 1 億噸級以上，總計原煤產量 21.34 億噸，占全國總產量的47.1%，較去年增加約 0.73 億噸。大型煤炭企業(yè)的產能集中度和話語權將越來越重，同時也肩負社會責任和示范性形象，率先貫徹落實《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》；根據國家能源局披發(fā)布會披露，截至 2022 年底，國家能源集團、中煤集團等 7 家重點煤炭企業(yè)，已建成智能化產能 13.93 億噸/年，綜采工作面平均人員勞動工效提升 27.7%。
煤礦智能化投資達 2000 億元。根據國家礦山安監(jiān)局披露，截止 2023 年 6 月全國煤礦智能化建設投資總規(guī)模接近 2000 億元，已完成投資超過 1000 億元；同時，近期煤炭開采和洗選行業(yè)固定資產投資完成額有一定增長，固定資產投資活動有所增長。大規(guī)模投資可有效地推動礦山物聯網、煤機裝備制造、智能控制系統(tǒng)、安全預警等礦山智能化設備的滲透。
礦智能化建設穩(wěn)步推進。2015 年全國僅有 3 個智能化采掘工作面，2018 年底發(fā)展到80 個。截止 2023 年底全國 758 處煤礦已建成 1651 個智能化采掘工作面，正逐步達成“十四五”建成智能化煤礦 1000 處以上的目標。目前智能化采煤工作面以可視化遠程干預模式為主，總體處于煤礦智能化初級階段。龍頭企業(yè)正探索煤巖識別、5G、人工智能等技術的融合使用，朝無人化采煤目標而努力。
通過測算得出智能化煤礦市場空間達百億以上：
1）根據《2022 煤炭行業(yè)發(fā)展年度報告》和《2023 煤炭行業(yè)發(fā)展年度報告》中的數據，2022-2023 年我國擁有煤礦數量分別為 4400 處和 4300 處。根據“十四五”規(guī)劃，我國 2025年我國煤礦數量將壓縮至 4000 處左右。據以上數據，我們預計 2024 年底，我國煤礦數量將縮減至 4150 處左右。
2）根據《2022 煤炭行業(yè)發(fā)展年度報告》、《煤炭工業(yè)“十四五”高質量發(fā)展指導意見》和天瑪智控 2023 年報數據，2022-2023 年我國全國建成智能化煤礦數量 572 處和 758 處。
根據“十四五”規(guī)劃，截止 2025 年我國將建成智能化煤礦 1000 處以上。據以上數據，我們預計 2024 年底，我國智能化煤礦達 875 處。
3）2022-2025 年我國全國建成智能化煤礦滲透率將分別達 13.0%、17.6%、21.1%和25%。預計 2024-2025 年每年新建智能化煤礦數量分別達 117 處和 125 處。
4）根據安永研究報告《智慧賦能煤炭產業(yè)新萬億市場》披露，新建型礦井單礦改造費用在 1.95 億元人民幣至 3.85 億元人民幣之間。我們保守假設新增智能化煤礦每處平均需2.9 億元，可預測 2024-2025 年智能化煤礦市場分別為 339.30 億元和 362.50 億元。
隨著煤礦智能開采進程的穩(wěn)步推進，采煤設備的軟硬件更新需求持續(xù)。
1.5.三大系統(tǒng)構成智能化開采的“肌肉”、“大腦”和“心臟”
1.5.1.液壓支架電液控制系統(tǒng)是無人化智能開采設備的“肌肉”
液壓支架電液控制系統(tǒng)是實現無人化智能開采的基礎系統(tǒng)。液壓支架電液控制系統(tǒng)使采煤技術實現了從機械化向自動化的變革，該系統(tǒng)控制液壓支架形成采煤工作面的安全操作空間，控制液壓支架協(xié)同采煤機、刮板運輸機移動，實現采煤工作面液壓支架自動化控制，能夠滿足不同類型工作面的應用需求。
液壓控制系統(tǒng)對于單個液壓支架進行控制，是一整套安裝在液壓支架上的控制系統(tǒng)，主要包括液控單向閥、液控換向閥、截止閥、回液斷路閥、過濾器、特殊功能閥及其它輔件。
通過控制液壓閥閥門開合與閉鎖實現對乳化液流動方向的控制，進而控制支架立柱及千斤頂做出伸收及閉鎖動作，實現液壓支架在綜采工作面的支護、升降、前移等動作，為煤礦開采提供安全操作空間。
國內液壓支架電液控制系統(tǒng)市場規(guī)模增速較快。隨著煤炭開采智能化政策的逐漸落地，山西、陜西、內蒙古、山東等區(qū)域煤礦企業(yè)客戶的需求增加。根據格物致勝數據，2022 年液壓支架電液控制系統(tǒng)市場規(guī)模為 36.6 億元，同比增長 27.9%；2022 年液壓支架電液控制系統(tǒng)市場銷量為 549 套，同比增長 22.5%。從區(qū)域市場看，仍存在一些空白市場，如云貴川、東北等地區(qū)。液壓支架電液控制系統(tǒng)的產品壽命 5-8 年，存量市場會有穩(wěn)定的更新需求，預計到 2025 年市場規(guī)模將達到 42.3 億元。
液壓支架電液控制系統(tǒng)龍頭為天瑪智控。從 2022 年國內市場來看，天瑪智控液壓支架電液控制系統(tǒng)取得收入 12.6 億元，市場占有率第一，占比達 35%，其產品在行業(yè)內應用時間久，質量可靠，深受大型煤炭企業(yè)客戶信賴；鄭煤機排名第二，占比達 34%，鄭煤機為液壓支架廠商，能夠借助其支架產品的市場影響力和營銷網絡，配套銷售液壓支架控制系統(tǒng)等智能開采系統(tǒng)和設備。
1.5.2.綜采自動化控制系統(tǒng)是無人化智能開采設備的“大腦”
綜采自動化控制系統(tǒng)是實現無人智能化開采的“大腦”。該系統(tǒng)依托無人化開采工藝、智能感知導航定位、工作面裝備協(xié)同連續(xù)開采控制等專利技術，實現了綜采工作面的單機設備自動化和集中控制。系統(tǒng)通過工業(yè)環(huán)形以太網連接地面和井下監(jiān)控中心，集成了采煤機智能控制、液壓支架電液控制、工作面視頻監(jiān)控及智能集成供液等子系統(tǒng)，形成了一套集感知、決策、執(zhí)行、控制為一體的智能控制核心系統(tǒng)。它能夠適應不同煤層條件和工作面類型，滿足智能化應用需求，具備智能分析決策和故障診斷能力，實現地面遠控、主動感知、自動分析、智能處理的無人化智能開采。
國內綜采自動化控制系統(tǒng)市場規(guī)模逐步提升。根據格物致勝數據，綜采自動化控制系統(tǒng)在國內 2015 年左右開始推廣，逐漸被煤炭開采企業(yè)接受，2021 年實現高速增長，銷量達363 臺套；到 2022 年綜采自動化控制系統(tǒng)市場規(guī)模達 12.8 億元，同比增長 4%，實現 396臺套銷售。隨著煤礦開采智能化工作面的滲透率上升，存量基數不斷擴大，將帶動后期運維服務需求。
綜采自動化控制系統(tǒng)龍頭為天瑪智控。從 2022 年國內市場來看，綜采自動化控制系統(tǒng)市場頭部效應明顯，天瑪智控的綜采自動化控制系統(tǒng)取得 3.8 億元收入，市場占有率排名第一，達 30%，占據大型煤炭企業(yè)的主要市場。鄭煤機依靠主機廠資源優(yōu)勢取得了較大市場，取得 3.7 億元收入，排名第二，達 29%。
1.5.3.智能集成供液系統(tǒng)是無人化智能開采設備的“心臟”
智能集成供液系統(tǒng)是工作面液壓系統(tǒng)的“心臟”。智能集成供液系統(tǒng)主要功能是為采煤工作面液壓系統(tǒng)提供安全、穩(wěn)定、清潔和高效的動力源，是一套高壓清潔動力介質供給與保障系統(tǒng)，是為煤礦智能開采工作面液壓支架提供工作介質的電液動力裝備，是實現無人化智能開采必不可少的基礎系統(tǒng)。近年來，綜采設備智能化改造后對于精準控制的要求越來越高，需要保證乳化液有足夠的壓力流量以及較高的清潔度，從而帶動智能供液系統(tǒng)市場規(guī)模增長。
智能集成供液系統(tǒng)實現國產替代，國內市場規(guī)模將達 20 億元。以前國內大型礦井所使用的智能集成供液系統(tǒng)多從國外引進，產品價格較高。而到“十三五”期間，中國煤礦的智能化發(fā)展開始提速，國內供應商實現國產替代自主可控，國內下游大型煤炭集團開始國內智能集成供液系統(tǒng)的采購。在政策及智能化建設目標的共同推動下，采購需求上升，2022 年市場規(guī)模達 18.1 億元，同比增長 15%。根據格物致勝預計，2024 年將突破 20 億元。
乳化液泵占智能集成供液系統(tǒng)一半成本。智能集成供液系統(tǒng)主要由智能集成供液控制系統(tǒng)、乳化液泵、噴霧泵以及其他配套設備組成；其中，2022 年乳化液泵產品市場占比達 51%，是智能集成供液系統(tǒng)核心部分，呈現單價高，需求數量多等特點。
智能集成供液系統(tǒng)行業(yè)浙江中煤為龍頭。智能集成供液系統(tǒng)市場以國產品牌為主，從2022 年國內市場來看，浙江中煤、天瑪智控、山東名盾、無錫威順、南京六合以及無錫煤機這六家企業(yè)占 86.8%的市場份額。其中，浙江中煤處于龍頭地位，銷售額達 5.08 億元；另外，天瑪智控聚焦高端大流量泵站市場，排名第二，銷售額達 2.45 億元。
1.6.煤炭無人化智能開采行業(yè)存在深厚壁壘
新企業(yè)介入開采行業(yè)困難。由于礦井條件差距較大，導致需要的設備及開采工藝也存在很多的區(qū)別，且安全性要求高，需要較深的行業(yè)背景及經驗積累。行業(yè)內企業(yè)長時間從事相關設備、系統(tǒng)的研發(fā)，依靠豐富的經驗積累了大量數據、形成了大量核心技術，開發(fā)出適應煤礦獨特且惡劣環(huán)境的產品。行業(yè)外企業(yè)進入需取得相應資質，產品經認證機構檢驗，并且需在不同煤礦條件下進行測試驗證，需要長時間經驗及應用案例的積累，才能得到煤礦用戶的認可，因此行業(yè)外企業(yè)介入難度大，存在較高的行業(yè)進入壁壘。
（文章來源報告派研讀）
