面向煤机装备领域专利分析及发展趋势研究

孙铭蔚，赵 曦，王 斌，方宽福，夏 青

（中机生产力促进中心有限公司，北京 100044）

0 引言

目前，在国内能源产业格局中，产生碳排放的化石能源占能源消耗总量的84%，而不产生碳排放的清洁能源仅占能源消耗总量的16%。其中煤炭产业作为我国基础能源占据重要地位，煤电正从主体能源向基础性和调节性电源转变。在一定时期内，煤炭依然是我国的主体能源、支柱能源，煤炭行业担负着国家能源安全的兜底保障作用。煤机与煤炭行业伴生发展，煤机市场已由快速增长转向为稳中有增。近年来，煤矿机械朝着高端化、智能化、绿色化、综合化的方向发展，煤机维修、备品配件、全寿命周期服务市场以及新一代智能装备升级、数据服务系统研制为煤机装备的发展提供广阔空间。

本文基于全球视野下的煤机装备专利信息，侧重采煤机领域专利分析，从专利视角明晰采煤机产业技术发展趋势，为煤机装备产业技术创新和产业发展提供参考。

1 国内煤机装备发展现状

根据报告[1]相关数据显示，在“十三五”期间，如图1所示，国内煤机市场规模年均增长12.9%。由于快速掘进装备、掘锚一体机等智能化煤矿建设重点发展的装备大量应用，2019年、2020年掘进机产量相对其他产品快速增长。采煤机产量逐年递增，实现稳中有增。

图1 2012—2020年我国煤机行业市场规模情况

《煤炭工业“十四五”高质量发展指导意见》[2]指出，到“十四五”末煤矿数量继续优化，高端智能煤机需求将不断加大，如图2所示，全国煤矿控制在4000处左右，大型现代化煤矿产能比重大幅提高，其中国内煤炭产量达到41亿t左右，全国建成智能化生产煤矿1000处，建成千万吨级矿井65处。《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》[3]指出，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。煤炭高效开采、矿井减人/无人化需求和智慧矿山建设步伐明显加速。在未来一二十年内，无论是新建智能化工作面，还是现有项目智能化改造，空间均很可观，高端智能煤机装备的需求将不断加大。

图2 2017—2020年煤机行业主要产品产量

2 国内采煤机装备领域专利分析

2.1 采煤机专利申请趋势分析

2002—2020年中国和全球采煤机领域专利申请趋势如图3所示，进入21世纪后，中国和全球采煤机领域相关专利申请呈现出快速增长的态势，在经过快速发展之后，受煤机行业需求增速回落的影响，我国采煤机产量有所下降，从2012年的1600台下降至2015年525台，降幅达67%，与采煤机相关的申请专利热情也有所回落。《煤炭工业“十三五”规划》出台以后，作为煤炭行业的装备支撑，煤机产品在新增煤炭产能、煤矿企业整合拉动的机械化程度提高、现有煤炭机械设备更新替代等有利因素的带动下，采煤机需求有所增长，专利申请数量也快速增加。尤其是2019年申请量达到了高峰期，中国申请量超过了2800件，全球申请量超过了3200件。2020年开始，伴随高质量发展和绿色低碳转型，采煤机专利申请数量有所下降。从专利申请趋势可以发现，中国的采煤机行业虽然起步较晚，早期发展较慢，但随着中国经济发展的加速和煤炭开采量的不断增加，对煤炭开采的自动化程度和开采效率的要求也越来越高，这在很大程度上激发了企业和科研单位的技术研发热情。

图3 采煤机专利申请趋势图（2002—2020年）

同时，专利申请量的大幅增加，在一定程度上也反映了中国在采煤机领域的研发能力和市场竞争力得到了很大的提升。如图4所示，我国采煤机领域发明专利占比40.22%、实用新型占比59.32%、外观设计占比0.46%。如图5所示，全球发明专利占比68.73%、实用新型占比31.02%、外观设计占比0.25%。全球发明专利占比远超过中国的该占比，这一方面反映出申请人希望通过实用新型专利制度，相对快速地获得专利权，以便尽快投入生产使用，快速占据市场的意图；另一方面也说明中国在采煤机领域的专利质量和技术水平与世界其他国家仍存在较大的差距，更适于申请实用新型专利。

图4 中国采煤机专利申请的类型

图5 全球采煤机专利申请的类型

2.2 全球专利申请量分析

根据图6显示数据，中国是采煤机领域专利申请数量最多的国家，达20964件，是第二名美国的4倍，是第三名德国的22倍，远大于前十名中其他九名专利申请量之和。近几年国内来越来越重视采煤机领域知识产权成果的保护，但申请数量上的巨大差距，并不能真实反映中国和外国的技术研发能力以及行业发展状况。如前所述，中国的专利申请绝大部分为实用新型专利，而国外申请人大部分为发明专利，在专利质量和技术含量上仍存在较大差距。

图6 全球采煤机领域专利申请量排名

2.3 主要申请人

采煤机领域申请量排名前10的申请人，其累计申请量约占全部采煤机专利申请量的16%。中国采煤机相关专利主要申请人排名如图7所示。其中中国矿业大学以其学科优势和特点，成为该领域申请量最多的申请人，达到了913件，远多于其他申请人；排名第二、第三的三一重型装备有限公司和天地上海采掘装备科技有限公司分别达到565件和385件。三一重型装备有限公司凭借其研发能力和对知识产权的重视，已逐步成为该领域的龙头企业。

图7 中国采煤机领域专利申请人排名

全球采煤机相关专利主要申请人排名如图8所示。由图1-8可以看出，中国矿业大学不仅是中国专利申请量最多的专利权人，同时也是全球申请量最多的专利权人。排名前十的申请人中，中国的企业和高校占了6名。但是通过对最能体现研发和创新能力的发明专利占比进行分析，能反映出，即使是中国的龙头企业和知名高校，核心技术和关键创新能力仍有较大的提升空间。这与行业现状也是相符的，与GOODMAN公司、SULLIVAN公司、JOY公司等国外企业相比，国内企业还存在较大的差距。

图8 全球采煤机领域专利申请人排名

2.4 重要技术领域主要申请人分布

从专利技术领域分布能够体现出各个公司的主导技术与核心产品方向。由图9可以看出，掏槽或使矿物完全落离矿层的机器的零部件或附件（分类号：E21C35）是专利主要申请人技术较为集中的领域，其中天地科技股份有限公司、三一重型装备有限公司和天地上海采掘装备科技有限公司三个申请人在该领域申请的专利数量最多，在该领域的技术实力较强。

图9 中国采煤机重要技术领域主要申请人分布

全球采煤机重要技术领域主要申请人分布如图10所示，图10中显示掏槽或使矿物完全落离矿层的机器的零部件或附件（分类号：E21C35）是专利主要申请人技术较为集中的领域，中国主要专利申请人同样也在该领域申请的专利数量较多。这说明全球技术研发的重点方向是基本一致的。

图10 全球采煤机重要技术领域主要申请人分布

2.5 专利地图

专利地图是该领域的技术布局可视化表现形式，高峰代表了技术聚焦的领域，低谷则意味着技术盲点（潜在的机会或者待开拓的领域）。中国采煤机领域的专利地图如图11所示，可以直观看出中国采煤机领域技术聚集在喷雾装置、除尘设备、综采支架等方面，而在煤岩识别、机器视觉等方面则是技术分布较少的领域。

图11 中国采煤机专利地图

而通过图12全球采煤机领域的专利地图可得，全球采煤机领域技术聚焦在开采方法、煤柱、施工方法、除尘系统等方面，而在齿座、行走轮、刀头等方面是专利分布较少的领域。

图12 全球采煤机专利地图

2.6 高价值专利分析

表1是中国采煤机领域高价值专利排名前10的专利。表2全球采煤机领域高价值专利排名前10的专利。从表1、表2统计数据显示，中国采煤机领域高价值专利排名前10位的申请人均是外国企业，其中久益集团占比最高达70%，但没有一家中国企业或高校，说明中国缺乏高价值专利。

表1 中国高价值专利Top10

表2 全球高价值专利Top10

2.7 高被引专利分析

表3是中国采煤机领域高被引专利排名前10的专利，表4是全球采煤机领域高被引专利排名前10的专利。从表中数据得出，全球最高被引专利的被引用数量是中国的27倍，中国的专利被引用数量远远低于全球高被引专利的被引用数量，说明中国专利在技术性、创新性方面还是落后于世界其他国家。

表3 中国高被引专利Top10

表4 全球高被引专利Top10

3 结束语

基于以上相关数据分析，对国内采煤机装备产业提出如下三点发展建议：

建议采煤机企业加大科研投入。中国是目前最大的专利申请地，但国内专利申请绝大部分为实用新型专利，而国外申请大部分为发明专利。说明我国专利质量明显低于国外，我国采煤机领域整体科研水平与国外相比较为薄弱，采煤机企业尚未形成对专利技术的整体布局。建议采煤机生产制造企业提高研发创新能力，掌握关键核心技术，获得高质量专利，提升企业竞争力。

建议建立产业技术创新联盟。中国矿业大学不仅是中国专利申请量最多的专利权人，同时也是全球申请量最多的专利权人，说明我国矿业类高校具有科技创新先发优势。建议采煤机企业加强与中国矿业大学等矿业类龙头高校合作，成立联合开发、优势互补、成果共享、风险共担的制造业技术创新战略联盟。合作建立重点工程实验室、工程技术研究中心、研发机构和中试、推广基地，针对共性、关键性、前沿性的技术共同研究开发，促进科技与产业深度融合，形成产业链上下游协同创新体系。

建议加强智能开采技术装备研究。我国相比国外在机器视觉等领域专利布局较少，煤机装备智能化水平有待提高，建议企业重点突破采煤机与监测、控制等多模型耦合决策、设备生命周期管理、智能体群体协同等关键技术，建设工作面显示与信息传输系统，突破全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，提高装备自动化智能化水平。