煤矿瓦斯监测技术的专利地图研究

2020-02-14聂珍张婧

技术与创新管理 2020年1期

聂珍张婧

摘要：運用专利地图对煤矿瓦斯检测技术进行了研究。结果表明，中国煤矿瓦斯检测技术正处于发展期，专利申请量呈现出快速增长的趋势，该领域专利以发明和实用新型专利为主，创新主体以煤炭行业高校为主;新技术特征较强，仍有较大发展空间。建议抓住煤炭产业转型升级机遇，强化煤炭企业技术创新主体地位和知识产权意识，加大研发投入，在提高专利数量的同时提升质量;加强原始创新和集成创新，突出技术微型化、智能化和网络化发展趋势以及集成化、多功能化、微功耗无源化、高精度及高可靠性等新特点。

关键词：专利地图;瓦斯;检测技术;煤炭产业;创新驱动

中图分类号：TH 701

文献标识码：A 文章编号：1672-7312（2020）01-0051-05

Research on Patent Map of Gas Detection Technology in Coal Mine

NIE Zhen1，ZHANG Jing2

（1.School of Mechanical Engineering，Xian University of

Science and Technology，Xian 710054，China;

2.College of Computer Science and Technology，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China）Abstract：The patent map was used to study the gas detection

technology in coal mine.The results show that the gas

detection technology in Chinas coal mine is in development

stage，and the number of patent applications shows a rapid

growth trend.Patents in gas detection technology field mainly

are inventions and utility model ones，and the main body of

innovation is colleges and universities in the coal

industry.New technology has strong characteristics，and there

is still much room for development，The paper recommended to

seize the opportunities for transformation and upgrading of

the coal industry，strengthen the status of coal companies

technological innovation and intellectual property rights，

increase investment in research and development，and increase

quality while increasing the number of patents;strengthen

original innovation and integrated innovation，and highlight

technology miniaturization，intelligence Networking

development trends and new features such as integration，

multi-functionality，passive micro-power consumption，high

accuracy and high reliability.

Key words：patent map;gas;detection technique;coal

industry;innovation driving

0 引言瓦斯灾害是煤矿生产五大灾害之一，居特大事故之首[1]，做好瓦斯检测是实现煤矿安全生产的基础。从1915年美国在井下用瓦斯检定灯检测瓦斯到1927年日本试制成功光干涉瓦斯检定器以后，世界上很多采煤国家都在不断研究新的瓦斯检测技术[2]。我国是煤炭生产和消费大国，瓦斯检测技术随着能源产业的发展而越发重要。为了进一步改进和创新瓦斯检测技术，很有必要对瓦斯检测技术进行总结和整理。专利作为有关技术的主要承载工具，是用来进行评价瓦斯检测技术创新发展能力的一项重要标准。为此，将从专利分析的视角对瓦斯检测技术的技术分布和发展趋势等进行梳理评价，为这一领域的技术创新提供参考和借鉴。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究方法全球90%以上的最新科技情报都反映在技术专利文本中，专利所提供的技术信息比一般出版刊物早5～6年[3]。专利地图主要是以统计分析的方法对专利情报当中所蕴含的科技、法律等相关信息进行分析，并且在此基础上制定成能够供他人进行研究分析的图表，为研究技术发展方向、评估技术发展优劣、探寻技术发展新方向以及在制定相关技术决策过程中提供更为科学的情报数据[4]。作为一种定性和定量相结合的专利分析研究方法和表现形式，专利地图被广泛运用于技术预测等领域的研究。由于所制定的专利地图使用的层面以及最初的制定目标不同，可以将其大致分为专利管理图和专利技术图2类，其中第一类主要是指对专利申请数量、申请人等相关数据进行探究，并且绘制专利动向图、IPC分布图等，并且以知识产权宏观管理角度为入手点对其中任何一个特定的技术领域发展情况进行分析，对其发展情况有一个全面、真实的了解，为宏观决策提供参考;专利技术地图是从技术预见的角度，对专利的技术类别、功效类别、学科分布等指标进行分析比较，发现特定的技术动向、研发热点，为研发人员提供技术路线的参考坐标，从而避开“技术陷阱”[5-6]。文中侧重于从技术预见的角度对煤矿瓦斯检测技术来进行探究，并且在这一过程中也对其整体发展情况进行了分析，力求为技术开发路线的设定提供方向性参考。

1.2 数据来源在文中研究过程中，所有数据来源均来自于中国知识产权局专利数据库，并借助SOOPAT系统来进行相关专利的检索，其主要包括了发明专利、实用新型专利、外观设计专利等。具体检索时间为2019年1月18日，考虑到统计数据的滞后性，本次检索数据截至2017年12月30日。检索具体步骤为：首先，选取关键词“瓦斯”在小范围内（最近一年的数据）进行初步检索，整理初步检索结果，再对检索范围和关键词进行改进，逐步完善检索表达式，最终将

涉及“煤矿瓦斯检测”内容的专利全部进入分析范围。

2 专利地图及其分析

2.1 专利发展动向图截至2017年12月30日，中国煤矿瓦斯检测技术领域共检索到专利699件，申请人数为419人，平均专利数为1.67件，参与发明人数为1 931人，平均专利数为036件，从图1可以看出，该领域多年以来的申请情况。通过对上图进行分析以后可以发现，在这一技术领域的发展过程中，其主要经历过了以下几个阶段。首件专利产生于1985年，由此至2004年为初级发展阶段;该阶段专利申请数量相对较少，年均申请量不超过3件。2005—2009年为平稳发展阶段，在这期间，煤矿瓦斯检测技术逐渐得到关注，申請数量稳步上升，年均申请量达到了17件。从2010年开始，正式步入快速发展阶段;在这一时期的专利申请数量开始出现了明显的增加，并且增速不断加快，特别是2015年专利申请量达到峰值，为90件，是2009年的4倍多。从发展趋势来看，我国煤矿瓦斯检测技术发展和煤炭产业发展趋势高度一致，我国整个煤炭产业从2002年左右开始走出发展低谷，进入了飞速发展的“黄金十年”，煤炭产业的快速发展激发了煤矿瓦斯检测技术的需求，导致该领域专利申请量的大幅增加，另一方面，煤矿瓦斯检测技术的发展也保障了煤炭产业的大发展。经测算，我国2001—2014年专利数量和煤炭产量之间的相关系数为0.895.但是党的十八大以后，中国经济进入新常态，从高速增长转向中高速增长、从结构不合理转向结构优化、从要素投入驱动转向创新驱动，绿色发展和生态环境保护空前重视。在外部市场需求下滑和产业内部绿色安全转型的双重压力之下，煤炭产业创新驱动要求更加迫切，技术创新的内在动力和外部需求同向发力，导致全国煤炭产量从2014年达到38.7亿t后逐渐下滑，而每年申请的煤矿瓦斯检测专利数量明显增加，具体数据见表1.从这个角度看，煤炭产业规模扩张会内生地带动相关技术创新，煤炭产业转型升级更会拉动相关领域的技术创新，而且这种需求拉动型技术创新在煤炭产业里的效果更显著。

2.2 专利结构图在699项专利中，发明专利和实用新型专利分别为301件和377件，占比为43%和54%.而外观设计专利数仅为21件，属于以发明专利和实用新型专利为主的专利构成结构，外观专利极少;说明在这

一技术领域当中，注重技术创新，发展重心主要集

中

在解决存在的技术难题方面，在外观设计等提升产品的美学价值方面，通常在产品进行市场推广阶段才会受到人们的重视。从发明专利和实用新型专利申请量的变化趋势看，2009年之前两类专利年度请量变化趋势基本一致，发明专利的申请量相对于实用新型专利来说，其数量更多一些;进入2010年之后，这一数量关系开始发生了变化，但2类专利年度申请量均呈快速增长态势，表明该领域技术创新活动趋于活跃，且技术研发的应用导向有所增强，如图2所示。

2.3 专利权人分布图各研发主体的技术实力可以从核心技术的专利权分布上反映出来，前20名专利权人统计情况见表2.20位专利权人共申请专利237件，占专利申请总数的33.9%.申请量排名前20位的专利权人中，12家煤炭行业高校共申请专利154件;6家企业共申请50件、2家科研院所共申请21件。在排名前10位专利权人中，煤炭行业高校占7家，中国矿业大学、西安科技大学和河南理工大学的专利申请量居前3甲，共申请专利70件，占总量的8.76%.这一现象反映了传统煤炭行业高校是这一领域技术创新的主力军，其技术储备能力和后续研发潜力比较强。另外，从专利类别来看，企业申请的专利以实用新型居多，而高校和科研院所以发明专利为主，反映了专利权人的技术创新战略定位和研发工作特点。另外，专利权人自然人较少和发明人均专利数只有036件，反映出该领域的技术复杂，技术研发所需条件较高和难度较大，大部分专利都是职务发明，需要研究团队协同创新。

2.4 专利IPC分布图IPC分布图在进行分类过程中主要以功能性为主要分类原则，应用性为辅助原则，将其内容划分为若干个不同的等级，即部、大类、小类、大组和小组[7]。通过对某一技术进行IPC分析以后可知其主要集中在在那些区域，以及其在不同区域所占的比重，从而发现哪些为技术密集区域，哪些为空白区域[8]。从煤矿瓦斯检测技术专利分类来看，固定建筑物和物理2类占到77.16%.按照分类号小组分析，E21F17/18，E21F7/00等小组专利产出量相对较高，排名前10位小组的专利产出量占到专利总量的40%左右。

通过对其技术原理分析以后得知，目前煤矿瓦

斯检测技术的主要技术类型分为光干涉型、催化型、

热导型、气敏半导体型和红外型5類，见表3.各种发明专利基本上都是在这5类技术原理的基础上，根据外部环境需要或者检测装置用途的不同，选择技术运用和改进监测装置，从而确保监测的科学性和实用性。

3 结论及建议我国煤矿瓦斯检测技术专利起源于1985年，自2004年后相关专利的申请数量开始出现明显的提升，同我国煤炭产业的发展保持了高度一致;在这一技术领域当中，主要申请的专利为发明专利与实用新型专利，外观设计微乎其微，这既反映了这一领域整体技术含量较高技术特征较强外，还反映了技术使用环境恶劣，使用者对外观不敏感。从专利权人分布看，该领域创新主体以煤炭行业高校为主，企业技术创新能力弱，仍有较大发展空间。针对上述结论，提出如下建议。1）辩证分析煤炭产业转型与瓦斯检测等技术发展的关系，把握住新一轮市场需求推动瓦斯检测技术创新的机会。通过分析煤矿瓦斯检测技术专利申请量与煤炭产量变化之间的关系发现，煤炭产业规模扩张带动瓦斯检测技术发展，煤炭产业转型拉动瓦斯检测技术进步更快。从这个角度看，煤炭产业进入绿色转型通道后，对瓦斯检测技术的需求将更加迫切。2）引导企业加大研发投入，突出煤炭企业作为技术创新的主体地位。从专利人分布来看，瓦斯检测技术创新主要集中在煤炭行业高校，煤炭企业没有成为创新主体，这既表明了我国煤炭企业并未认识到技术创新对企业可持续发展的重要作用，企业研发投入严重不足，同时反映出企业自身的技术水平较低、创新能力低下，也反映出企业专利申请积极性不高、知识产权意识不强、发明创造积极性不高。这对煤炭资源的开发与利用产生了很大的阻碍作用，也与创新驱动发展、建设现代经济体系的要求很不相符。因此，国家应该制定相关政策措施，鼓励和引导煤炭企业强化技术创新主体意识，加大技术研发投入力度，积极进行技术创新，提升企业技术储备，实现企业绿色发展，为煤炭产业转型升级提供新动能。3）强化专利质量意识，在扩大专利规模的同时提升专利质量。目前，瓦斯检测技术专利中，实用新型占到54%，而发明专利只有43%，说明这一领域专利的原始创新技术不够多，专利质量有待提升。要规避专利较集中的技术，防止重复研究，选准突破方向加强原始创新，特别是要突破已经广泛应用的5类基本技术原理，寻找更加有效的核心技术、颠覆性技术，从而引领这一领域的技术变革。4）高度关注“大、智、移、云”等新技术，在检测技术寻求突破的同时强化信息化融合创新。大数据、人工智能、移动互联网、云计算等新一代信息技术正在改变着各行各业的商业模式和技术发展方向。要高度重视这些新技术与瓦斯检测技术领域进行集成创新，实现这一领域技术的微型化、智能化和网络化，提高其集成化、多功能化、微功耗无源化、高精度及高可靠性等新特点，以适应复杂的井下环境和安全要求。

参考文献：

[1]

霍跃华，范伟强，孙雁宇.瓦斯遥测关键技术现状与发展方向[J].工矿自动化，2017，43（10）：29-33.

[2]胡千庭.互联网+煤矿安全在新经济形态下的发展及展望[J].煤炭科学技术，2016，44（07）：10-14.

[3]刘向，万小萍，马费成.基于信息的科技创新趋势探测：理论与方法[J].情报科学，2015，33（12）：20-26+50.

[4]文庭孝.专利信息计量研究综述[J].图书情报知识，2014（05）：72-80.

[5]Yoon J，Park H，Kim K.Identifying technological competition trends for R&D planning using dynamic patent maps：SAO-based content analysis[J].Scientometrics，2013，94（01）：313-331.

[6]Jun S，Sang S P，Dong S J.Technology forecasting using matrix map and patent clustering[J].Industrial Management & Data Systems，2012，112（05）：786-807.

[7]蒋玉石，康宇航.基于专利地图的技术创新可视化研究[J].科研管理，2013，34（10）：50-57.

[8]刘勤，何志文，郑砚砚，等.基于专利地图的中国农用航空植保技术发展研究[J].世界农业，2014（07）：29-33+200+211

[9]佘小广，周厚权，杨利平.煤矿井下瓦斯抽采管网泄漏检测技术[J].煤矿安全，2013，44（10）：75-77.

[10]朱霞清.瓦斯红外传感检测系统设计中关键技术分析[J].煤炭技术，2013，32（09）：66-67.

[11]王兴旺.基于专利地图的技术分析預测方法研究[J].情报科学，2013，31（09）：104-107.

[12]陆亚鹏.基于光谱吸收煤矿瓦斯检测技术的研究[J].煤炭技术，2013，32（05）：100-102.

[13]付华，杨義葵，刘宇佳.双差分法检测瓦斯含量新技术的实验研究[J].煤炭学报，2012，37（07）：1161-1164.

[14]刘莉娜，刘任庆.瓦斯检测设备现状与对比研究[J].现代电子技术，2011，34（15）：159-160+163.

[15]付华，李立军，陈子春.基于光表面等离子波共振的矿井瓦斯检测技术研究[J].压电与声光，2011，33（03）：357-359.

[16]罗达峰，杨建华，仲崇贵.基于红外吸收光谱的瓦斯气体浓度检测技术[J].光谱学与光谱分析，2011，31（02）：384-386.

[17]秦宪礼，朱辉，沈斌，等.基于ZigBee技术的红外无线瓦斯检测仪的设计[J].微计算机信息，2010，26（29）：41-42+54.

[18]王友发，周献中.基于专利地图的机器人产业知识产权发展对策[J].中国科技论坛，2015（09）：31-37.