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智慧矿山产业生态渐起 “无人化”为何掀起融资潮?

新闻来源:亿邦动力日期:2022-05-10




    宽敞明亮的矿区远程控制“太空仓”里,矿卡司机王先勇坐在主令控制器前,他面前的6块液晶显示屏上,同步着8公里外露天矿山的繁忙景象:挖掘机稳步开采,无人驾驶矿卡组队从旁有序穿行。


    无论是滇南地区夏季多雨、冬季多雾的热带季风气候,还是内蒙北部零下42°C的极寒低温天气,都无法阻拦这幅场景正在全国大大小小的矿山上展开。另一边,瞬息万变的资本市场上,与“智慧矿山”相关的项目也明显密集起来。


    据不完全统计,仅去年8月份,就有5家“智慧矿山”解决方案服务商获得融资,且注资额都突破了亿元人民币大关。


    华西证券刘菁指出,以2022年目标4000座煤矿为计算基础,按照每座煤矿一次性投入5000-20000万改造费用粗略计算,“智慧矿山”未来市场规模至少在2000-8000亿。由此可见,资本大笔涌入并不稀奇。



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    在他们设想的矿山“无人化”蓝图上,“机进人退”是必然。


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    日前,某创始人陈龙教授,针对“智慧矿山”中最重要的环节之一——无人驾驶环节展开了对话,作为深耕行业10多年的资深专家,他为我们剖析了这个神秘行业大爆发时期的细枝末节。



矿山走向“无人化”


    在许多与矿山相关的报道里,“老龄化、用工荒、招工难”被描述为矿山“无人化”的真正推手,但陈龙表示——这只是表象。



    矿区远离城市,人烟稀少,偏远的地理位置和艰苦的工作环境吓退了不少年轻人。与此同时,虽然科学的防护措施已应用到了矿工的生产生活中,但与特殊工种相关联的职业病与安全事故风险仍不容忽视。同时,年轻一代对于个人职业长期发展的关注度不容忽视,具有一定成长空间的“技术工人”岗位比重复简单劳动的工作岗位对其更具吸引力。


    如何实现人与自然和谐共生,让矿工更舒适地工作?“无人化”无疑是最优的解决方案。陈龙强调,矿工应该被转移到温暖明亮的室内,随着国家工业企业科技创新的持续开展,他们也应该转岗成为高新技术产业工人。目前,这一幕已经实现。


    同忻煤矿综采队的张鑫,原本在采煤一线“手动”放煤。从前,包括他在内的4个放煤工,每天需要对工作面上的100多个放顶煤液压支架进行上万次操作,不仅体力消耗大,工作环境艰苦且须严防安全风险,而且工作效率受到工人的熟练程度、工作经验及身体状态等多重因素的影响,存在波动风险。如今,只要参数不出意外,他只需要一台电脑,一个鼠标,轻轻动一动手指就能完成上述工作。


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一位“智慧矿山”从业者表示,矿山走向“无人化”,从经济效益和市场空间两个维度看,也是板上钉钉的事。



目前,我国约有4000座大、中型矿山,虽然各矿山因煤质差异货值差距较大,但千万吨级矿山的日产值均达数千万元以上。如果矿区发生安全事故,将至少要面临2至3个月的停业整顿,在此期间造成的经济损失难以估算。


从矿区日常运营费用来看,因为“招工难”,矿区开出的工资并不低,矿工年薪大多都在20万元左右,目前国内矿区司机实行“三班倒”制度,每台车的人力成本约为五六十万元。除此之外,油耗和轮胎磨损都是看得见的成本,车辆的时速及往返频次也会影响单位时间内的运输总量。


可以说,经济效益撕开了“无人化”的切口,从另一角度看,矿山在无人化和智能化的改造预算,对于提供相应“无人化”解决方案的服务商而言,不亚于一座“富矿”。


据了解,仅在平煤集团的改造项目中,单个采矿点的改造费用就高达2亿元。各矿企采用的运输设备——如载重60吨的宽体矿用自卸车(“宽体车”)和百吨级超大型矿用自卸车(“矿卡”),市场价都在百万和千万元级别,其改造费自然也属于“重量级”,“吸金”能力惊人。


这意味着,仅是存量煤矿市场的改造规模和潜力,就足以支撑起一个万亿市场。在这个有迫切改造需求的巨大市场面前,“国家队”率先为其亮起绿灯:



2007年,政府号召“两化融合、走新型工业化道路”,“智慧矿山”破土而生;


2015年,“中国制造2025”让建设“智慧矿山”呼声愈来愈高;


2016年,国土资源部发布《全国矿产资源规划(2016-2020年)》,提出未来5年要大力推进矿业科技创新,加快矿山数字化、智能化、自动化建设;


2017年,国家出台《安全生产“十三五”规划》,强调“机械化换人,自动化减人”,矿山无人化成当年热词;


2019年,国家煤监局发布《煤矿机器人重点研发目录》,再次明确将大力推动煤矿现场作业少人化和无人化。


2020年3月,八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》,要求到2025年,大型煤矿和灾害严重煤矿基本实现智能化。


2021年9月,新修改的《中华人民共和国安全生产法》正式实施,在保持安全生产基本性条款不变的情况下,着重强调了人在安全生产中的重要作用。“矿山无人化”发展步入快车道。



零下42°C极寒的挑战


    与国内市场相比,欧美国家对“无人矿山”的理念更为熟悉,早在上世纪90年代就引入了“无人矿卡”的概念。然而,伴随中国工业的飞速发展,矿山从劳动密集的原始阶段发展到“机械化换人、自动化减人”,再到今天的“数字化少人、智能化无人”阶段,中国只用了十几年。



用陈龙的话总结就是,起步晚,但发展快。甚至,在某些核心技术上,我们已经不输欧美了。


他以国家能源集团宝日希勒露天煤矿改造项目为例,为我们勾勒出一幅极寒地带“智慧矿山”的基本面。这个位于内蒙古呼伦贝尔草原中部,冬季最低气温可达零下42°C的矿山,已实现两项“世界首个”和三项“国内首个”,填补了当前极寒地区矿山设备无人化技术领域的多项空白:


世界首个极寒(零下40摄氏度以下)环境无人矿卡编组运行示范项目;

世界首个5G SA独立组网露天煤矿无人驾驶项目;

国内首个200吨级以上矿用卡车无人化改造项目;

国内首个实现全天候三班无人化编组运行项目;

国内首个实现矿用卡车无安全员编组运行项目;


该矿区地理位置偏远,极寒环境更增加了劳动作业的强度与难度,当地矿工这样描述:“哈一口气,眉毛就结冰了。在这种环境下工作,不仅人遭罪,车也常罢工。”极寒天气下,“脏重险”都是煤矿工人的大敌,需要“智慧化、无人化”把工人们推回温暖的室内。


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陈龙说,零下四五十度的环境对智能化设备的性能是严峻的考验,大家都能感受到低温对自己手机带来的影响,为确保车辆设备正常运转,须解决的问题更加复杂。首先,在寒冷的冬天,发动机尾气时常凝结成冰霜,易被车辆误认为是障碍物;其次,车辆传感器在极端天气影响下也经常不听使唤。



第一个问题还不难克服,优化算法,多传感器融合就可以解决问题;第二个问题因涉及到车辆传感器,是一个较复杂的问题,不仅要对设备进行严格的筛选,还需做好保温工作。





一位工作人员介绍道,无人驾驶矿卡上安装使用的各个部件,都需要经过耐低温性能测试,测试通过后才可使用。此外,他们开发了无人驾驶温控系统,可以实时检测设备工作温度及工作状态,保障设备在最佳温度区间工作。

过往工人们驾驶采矿车,四班三倒,在几公里的路上来回装卸,光换班就要耗时一个多小时。无人驾驶作业的普及对他们来说意义重大,不仅解放了“双手”——5台卡车可节省人力约20人,而且提升了采矿效率——基本不需要占用换班时间,节省出来的时间可直接用于运输作业。可以说,在气候条件恶劣的地区,机器代替人工是必然趋势。


  目前,该项目已实现零下42度极寒天气情况下,220吨无人驾驶矿卡5车编组连续运行、全天候不间断作业,运行时速达到业内最高的每小时40千米,超过有人驾驶规定的每小时30千米,无人驾驶运输综合效率不低于有人驾驶,并形成了无人驾驶卡车与挖掘机、遥控推土机、平路机等辅助作业车辆完整的露天煤矿无人运输作业系统。



至于为什么从极寒地区着手做矿山“无人化”改造,陈龙坦言,在我国内蒙北部还有不少矿山地理环境与气候条件均与宝日希勒露天煤矿相似,亟待“无人化”的推进,大型央国企在海外投资或运营的矿山,也有一部分处于极寒地区。“如果这种级别的难题克服了,那么相关技术在地理环境与自然气候条件相对较好的矿区就很容易落地。”陈龙补充道。



    中国中煤能源集团有限公司全资子公司——中煤西安设计工程有限责任公司露天路桥所负责人武讲2020年在采访中表示:“无论是矿企的发展需求还是政策的导向,露天煤矿要实现无人化运输是大势所趋。未来也会有越来越多的传统企业主动启动智能化改造。”


为什么矿企愿意张开双臂,接受“智慧化”改造?陈龙从应用角度进行了分析:“相较其他驾驶环境,如公路、物流园区及工厂等,矿区有独一无二的优越性:作业空间完全封闭,驾驶区域障碍物少,矿车以低速运行。而采矿业因为历史悠久,流程已基本成熟规范,因此无人驾驶在落地过程中,易获得支持和鼓励。”



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此外,政策也来“帮忙”。


日前,国家矿山安全监察局下发《国家矿山安全监察局综合司关于全面开展煤矿“电子封条”推广建设的通知》,要求到2022年3月底前,要完成所有在册煤矿“电子封条”的建设和联网,实现在线监管全覆盖。这意味着“智慧矿山”将大面积覆盖,对于隐身于大众视野的“智慧矿山”市场而言,崛起的信号灯已经亮起。

另一位从业者在接受访谈时,则从“落后就要挨打”的角度,分析了“智慧矿山”推进速度惊人的原因。“很多中小矿区几年前还扬言不要‘数字化’,几年后发现自己提供的方案落后,属性和产业都达不到要求,吃了‘哑巴亏’,赶紧做设备升级,以免自己因产能不足而被迫关停。”

麦肯锡数据显示,“智慧矿山”将为“领跑者”带来累计122%的现金流变化,却只能为“跟跑者”带来10%的现金流变化。先人一步,不为别的,就为了稳住先发优势。



从“数据,碳中和趋势”看懂矿山未来



数据

纵观各行各业数字化的发展历程,几乎所有的成功经验都与统计相关,而统计的本质就是从数据里找规律。没有数据,再聪明的科学家也很难找到方法让机器变得更聪明。这对于部署了无人驾驶的矿卡与宽体车也如此。


在陈龙看来,数据驱动无疑是解决矿山无人驾驶的最佳技术路径之一。数据的合理采集与运用,都在帮助人类了解眼前的一座座矿山。


他认为,车辆本身就是一个庞大数据库,排放数据、健康数据及运行状态,车辆产生的所有数据都能够为车辆下一阶段的状态、耗损及保养管理等提供参考,甚至,在不同环境下车辆该跑多少时速,都可以通过车体数据分析获得。



对于国家来说,与能源密切相关的数据都是宝藏资源。大大小小的矿山通过操作平台积累下的数据能够充当“左右手”,为国家提供大规模能源开采规划、执行及决策的依据,包括交易价格、日开采量及年开采计划量等关键信息,以确保能源不断供,保障人民基础生产生活。


既然数据是石油,那么,如何提炼出来是另外一个重要问题。


在某公司的北京办公室内,有一间平行仿真实验室。偌大的房间里,30余块大屏幕有序地上下排列,展示着30余座矿山的平行仿真界面。屏幕的正前方,三辆形态各异的仿真矿卡颇为吸睛,屏幕里,仿真矿卡匀速奔驰着,墙上的大屏幕记录下车辆的每一帧动作。


“每进入一个矿区,我们都会为其配置一个操作系统,系统连接设备,承接后台指令。通过数据积累,可以为类似矿山的“无人化”改造提供日开采量、开采状态及安全系数等参考值。”陈龙补充道。


“数字化、无人化、智慧化之所以能够在千年矿山身上实现,底层的支撑框架就是数据。”陈龙总结道。



碳中和



碳中和、碳达峰目标的提出给能源企业带来了“减碳”重任,当被问及这是否会影响“智慧矿山”项目的推进时,陈龙斩钉截铁地回答:“这对我们来说反倒是件好事。开采和运输向智能化、绿色化转型,当车辆变成电动化、氢能化的时候,它与无人驾驶更适配。”


他继而谈道,碳中和、碳达峰要求在发展光伏及氢能等新能源的过程中,控制煤炭增量,也就是说,目前中国煤炭40亿吨的日开采量会在较长的一段时间里,保持相对稳定的水平。煤炭作为中国主力能源,占比的绝对值大幅变动的几率很小。


此外,“智慧矿山”的对象不仅是煤矿,还包括铁矿、有色金属矿及石灰石矿等非煤矿山,中国的矿山改造任重而道远。当矿山实现“智慧化”后,将有助于对开采工艺进行优化,控制碳排放,实现碳回收。“因此,无论从哪个角度看,‘智能化’与‘绿色化’都是相互辅助支持,而并非削弱阻碍的。”陈龙说。



未来


“这个行业正处于1到10000的爆发期。”未来,还将继续深耕能源行业,从运营服务到平台建立,为行业提供更多更广更深的价值创造空间。具体包括:



加大全新前装无人刚性宽体车和井工矿无人化系统等创新技术研发;

加大投入并推进多个全矿无人化项目的实施,深度覆盖煤炭、冶金、有色及水泥四大行业;

扩大建设全国各矿区运营支持中心网络,加快智能工业运营平台建设与应用;

联合合作伙伴,积极拓展海外业务,实施全球化战略。



尽管在普通大众的认知里,无人驾驶离生活还很遥远。但对于这一高科技领域的从业者来说,如何让运输设备在每一个生产及生活场景里都实现自动驾驶,既是带来难题的挑战也是不容忽视的机遇。



陈龙表示:“我国矿区地理环境复杂,将无人矿山成熟的落地经验迁移到港口与园区,实际上是将一个复杂系统的成熟经验迁移到其他类似的封闭场景,具有良好的适配性。”


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如果说2019年是“智慧矿山”的无人驾驶元年,今年,领先玩家们已从技术提供商进化为“解决方案+运营服务”的综合角色,在切入矿山领域后,集中火力,凝结技术结晶,持续为产业“无人化”赋能。






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