煤矿机器人是能依靠随身动力和自主控制能力来实现某种特定采矿功能的一种机器,能够最终靠受人指挥、预先编程、人工智能规划的方式,协助或替代人的采矿作业劳动或危险岗位的操作。
广义煤矿机器人的内涵十分丰富,按照井下作业区域、作业功能定位的不同,综合看来煤矿机器人可划分为五大类,即掘进类、采煤类、运输类、安控类、救援类。同时,每一大类煤矿机器人又可以细分为若干种,根据目前井下各工种的替代需求,共规划38种煤矿机器人,由此构成了完整的煤矿机器人分类技术体系。
根据Technavio研究,2022年全球煤矿机器人大概能细分为物料搬运、测绘和钻井三大细分市场,其中物料搬运煤矿机器人占比最大,达54%。
与传感器、机器人等创新的广泛使用是推动采矿自动化解决方案需求的重要的因素。此外,物联网(IoT)技术的使用为矿业企业来提供了数据分析,从而可提供实时决策。全球煤矿机器人行业受到关注,据前瞻不完全统计,2021年以来,全球煤矿机器人行业兼并重组事件总体较活跃,入局主体除传统煤矿机械企业外,还有如微软等高新科技企业。
发展自动化、智能化、环保化煤矿开采行业已经基本成为全世界共识,在这种行业发展大趋势下,根据Research&Markets统计数据,2021年全球煤矿机器人市场规模达13.63亿美元,同比增速达20%以上,全球煤矿机器人行业市场规模增长较快。
煤矿机器人作为特种机器人的一种,其产业链形态与机器人行业的产业链十分类似,上游包括了制造煤矿机器人所需要的各类核心、配套零部件和相关软件系统,产业链中游是煤矿机器人本体的制造,下游则是煤矿机器人的各类应用。
根据中国煤炭工业协会发布《2021煤炭行业发展年度报告》多个方面数据显示,截至2021年底,全国煤矿数量减少至4500处以内,年产120万吨以上的大型煤矿产量占全国的85%左右。其中,建成年产千万吨级煤矿72处,产能11.24亿吨/年;在建千万吨级煤矿24处左右,设计产能3.0亿吨/年左右;年产30万吨以下小型煤矿产能占全国的比重下降至2%左右。
全行业建成一批智能化示范煤矿,建成800多个智能化采掘工作面,多种类型煤矿机器人在煤矿井下示范应用。
由于目前在中国煤矿机器人生产领域上市公司数相对较少,主要布局企业集中在煤矿机械生产制造领,整体行业市场集中度有限。2022年8月18日工信部等四部门公布的《农业、建筑、医疗、矿山领域机器人典型应用场景名单》中矿山入局企业大致体现中国煤矿机器人行业市场集中度情况。
在该典型场景中,煤矿领域相关机器人应用场景共有五大方向,即矿山作业机器人及系统,矿山安控机器人及系统,矿山与拿书、分拣、清理机器人及系统,矿山应急救援机器人及系统和其他机器人及系统。在典型场景名单中,中煤科工集团沈阳研究院有限公司出现频次最高,达5次,其次为中信重工,出现频次为4次。根据各大企业出现的频次来大致估测,中国煤矿机器人CR3约为30%左右,CR5约为40%左右,市场集中度相对较高。
在煤矿机器人领域,以主要企业的海外布局来看,中国煤矿机器人企业海外销售市场大多分布在在广大东南亚、中亚等发展中国家。
在国家“863”计划的支持下中国矿业大学率先研发了第1台煤矿救援探测机器人,随后哈尔滨工业大学联合唐山开诚电控设备集团有限公司研制的煤矿救援探测机器人在煤矿井下得到应用。在此基础上,开诚集团又先后研制出可用于煤矿井下透水事故抢险探测水下机器人和钻孔探测机器人。
随着全国煤矿安全生产形式的日趋好转,煤矿事故救援由被动救援转向主动预防,各类煤矿巡检类机器人成为研发热点,目前已实现井下胶带机和机电硐室的日常巡检。要实现煤矿本质安全,各类煤矿作业类机器人的研发被提上日程,当前无人掘进机器人系统、智能化采煤工作面机器人系统、煤矿智能运输和钻锚机器人的日渐成熟,为建成无人(少人)矿井提供了重要装备保障。未来随着能源资源开采向着深海、深空等外延空间展开,预计海底采矿机器人和太空采矿机器人将成为新的研发方向。
过去,矿山工人身处地下几百米,不但劳动强度大、工作条件艰苦,还伴有透水等危险。因此,为了更好的提高煤矿工作质量效率、加强煤矿生产安全管控、提升煤炭智能化和本质安全水平,促进煤炭行业高水平质量的发展,近年来我国对煤矿的智能化建设(即智慧矿山的建设)提供了全力支持,我国煤矿的智能化水平也有了大幅度提高。
根据国家矿山安全监察局披露的信息,截至2021年末,中国建成的智能化采掘工作面已达到813个,与2020年相比增加65%。其中采煤面为477个,与2020年相比增加43%;掘进面为336个,与2020年相比增加109%。已有29种煤矿机器人在370余处矿井现场应用。
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