我國煤炭工業(yè)實(shí)現(xiàn)三大科技革命

中國工程院院士 武強(qiáng)

中電傳媒能源情報(bào)研究中心 張立寬

　　1978年黨的十一屆三中全會(huì)以來，我國將改革開放確定為基本國策，鄧小平同志提出了“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”的著名論斷，科技創(chuàng)新成為提升我國綜合國力的正確選擇。40年來，煤炭行業(yè)改革發(fā)展的歷史，就是一部煤炭行業(yè)堅(jiān)持科技創(chuàng)新、推動(dòng)科技進(jìn)步，以科技創(chuàng)新和科技進(jìn)步實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)科學(xué)發(fā)展、跨越發(fā)展、轉(zhuǎn)型發(fā)展的歷史。煤炭行業(yè)在40年波瀾壯闊的發(fā)展進(jìn)程中，推動(dòng)并實(shí)現(xiàn)了三大科技革命。

　　一、科技創(chuàng)新推動(dòng)實(shí)現(xiàn)采煤方法的革命

　　新中國成立后，黨和政府高度重視煤炭工業(yè)發(fā)展，但當(dāng)時(shí)煤炭工業(yè)的科技含量十分低下。改革開放后，我國大力推進(jìn)綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，2017年底我國大型煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)到96%，掘進(jìn)機(jī)械化程度提高到54%，智能化采煤工作面有70多個(gè)，無人開采工作面有47個(gè)。

　　1、綜合機(jī)械化采煤技術(shù)是采煤史上的重大突破。綜合機(jī)械化采煤設(shè)備既能保障安全又能提高效率，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化減人、自動(dòng)化換人，大大減少了煤礦事故。改革開放之前，我國國有重點(diǎn)煤礦采掘機(jī)械化程度僅為30％。我國煤炭科技工作者創(chuàng)造性地研發(fā)出煤礦長臂綜合機(jī)械化采煤工藝、煤礦短臂綜合機(jī)械化采煤技術(shù)、薄煤層綜采工藝，輔以相應(yīng)的綜采支護(hù)設(shè)備和綜采運(yùn)輸機(jī)械，形成獨(dú)具特色的綜合機(jī)械化采煤工藝，極大地提高了采煤效率和安全性。

　　2005年，我國國有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度達(dá)到82.7%，一批煤炭企業(yè)的生產(chǎn)和安全指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平，年產(chǎn)400～600萬噸煤炭的綜采技術(shù)裝備實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。2017年底，我國建成了一批具有世界先進(jìn)水平的大型煤炭企業(yè)，基本上實(shí)現(xiàn)了采煤綜采化、掘進(jìn)綜掘化、運(yùn)輸機(jī)械化、監(jiān)測監(jiān)控自動(dòng)化、管理手段現(xiàn)代化。

　　2、綜采放頂煤技術(shù)是采煤機(jī)械化歷程的又一里程碑。新世紀(jì)以來，隨著我國大型煤炭基地的不斷建成，煤炭采掘工效日益提高，對(duì)煤炭工業(yè)集中度和集約化提出了新的要求，綜采放頂煤技術(shù)成為行業(yè)新寵。

　　綜采放頂煤采煤法按照工藝方法可分為全厚放頂煤、預(yù)采頂分層放頂煤、傾斜分段放頂煤等三種放頂模式。1992年8月，兗礦首個(gè)綜采放頂煤工作面在興隆莊煤礦成功投產(chǎn)，綜采放頂煤技術(shù)獲得國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。1999年，我國綜合機(jī)械化采煤產(chǎn)量占國有重點(diǎn)煤礦的51.7%，較1975年提高到了26倍。

　　進(jìn)入新世紀(jì)，以中國煤炭科工集團(tuán)為代表的我國煤炭工業(yè)科技水平“國家隊(duì)”，研制成功的國產(chǎn)大采高綜采成套技術(shù)與裝備達(dá)到年產(chǎn)600萬～1000萬噸生產(chǎn)能力，攻克了我國煤炭行業(yè)厚煤層綜采技術(shù)瓶頸，該技術(shù)榮獲3項(xiàng)國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)、煤炭工業(yè)特等獎(jiǎng)和一等獎(jiǎng)7項(xiàng)。2005年5月，兗礦集團(tuán)與德國魯爾工業(yè)集團(tuán)DBT公司簽訂“兩柱式綜采放頂煤液壓支架”專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓協(xié)議，改寫了由國外單一向我國輸出先進(jìn)采煤技術(shù)的歷史。

　　3、“互聯(lián)網(wǎng)+智慧礦山”引領(lǐng)現(xiàn)代煤炭工業(yè)發(fā)展方向。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)的逐漸普及，我國煤炭工業(yè)智慧礦山建設(shè)實(shí)現(xiàn)飛速發(fā)展。智慧礦山是基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，以建設(shè)安全礦山、高效礦山和綠色礦山為目標(biāo)的綜合技術(shù)體系，代表著煤炭工業(yè)發(fā)展的未來方向。

　　2008年，根據(jù)科技部《關(guān)于推進(jìn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟構(gòu)建的指導(dǎo)意見》精神，神華集團(tuán)、中國礦業(yè)大學(xué)、煤炭科學(xué)研究總院等產(chǎn)學(xué)研單位發(fā)起成立智慧礦山聯(lián)盟，加大智慧礦山關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)力度；“十二五”期間，中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)提出推進(jìn)智慧礦山和數(shù)字礦山建設(shè)。進(jìn)入“十三五”，互聯(lián)網(wǎng)+增值服務(wù)為我國全數(shù)字化智慧礦山、強(qiáng)化信息資源綜合利用、實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了新的途徑和有效手段。2017年，我國首座 TBM 施工長距離煤礦斜井建成啟用，首臺(tái)全斷面矩形快速掘進(jìn)機(jī)投入使用，首臺(tái)礦用全斷面硬巖快速掘進(jìn)機(jī)、首套煤礦大型護(hù)盾式快速掘錨裝備研制成功，8米大采高采煤機(jī)、8.2米超大采高智能輸送系統(tǒng)、3-4 米煤層千萬噸級(jí)智能化綜采成套裝備實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。

　　二、科技創(chuàng)新推動(dòng)實(shí)現(xiàn)煤礦安全管理革命

　　煤礦大多為井下作業(yè)，瓦斯、水、頂板、煤塵、火、沖擊地壓等災(zāi)害時(shí)刻威脅著井下人員生命健康安全，屬于典型的高危行業(yè)。長期以來，我國煤礦采掘方式較為落后，科技含量不高，煤礦安全事故多發(fā)。1978年，我國煤礦死亡4500多人，百萬噸煤死亡率為9.44；2017年我國煤礦死亡人數(shù)為375人，百萬噸死亡率為0.106，科技創(chuàng)新使煤礦的安全水平實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

　　1、科技創(chuàng)新使安全裝備水平大幅提升，減少了煤礦“五害”導(dǎo)致的煤礦事故率。改革開放后，我國積極引進(jìn)國外先進(jìn)科技裝備，并在實(shí)踐中消化吸收改造提升成為自主國產(chǎn)裝備，煤礦安全投入不斷加大，以“一通三防”為主的安全技術(shù)改造逐漸升級(jí)，煤礦瓦斯監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、瓦斯抽放系統(tǒng)得到普及，有效地降低了事故起數(shù)和死亡人數(shù)。與此同時(shí)，綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝集掘進(jìn)、裝巖、運(yùn)煤等多種功能于一體，實(shí)現(xiàn)了綜合掘進(jìn)機(jī)械化，支護(hù)模式也從木樁支護(hù)逐步發(fā)展到錨桿支護(hù)。目前，礦井建設(shè)與安全生產(chǎn)管理正依靠科技進(jìn)步實(shí)現(xiàn)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無人”，把人徹底從井下解放出來，使科技興安達(dá)到新的高度。

　　2、科技創(chuàng)新提升了煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化和安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，使煤礦安全生產(chǎn)工作實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化。1978年以前，我國煤礦安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、不規(guī)范，改革開放后有關(guān)部門一直致力于標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。1986年，原煤炭工業(yè)部開展實(shí)施全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，此后經(jīng)過多次修訂。2017年1月，國家煤監(jiān)局發(fā)布《煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本要求及評(píng)分方法》，形成了風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控、隱患排查治理、安全質(zhì)量達(dá)標(biāo)“三位一體”的煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化體系，將煤礦安全生產(chǎn)的科技含量提升到新的更高層次。

　　3、科技創(chuàng)新使煤礦六大系統(tǒng)成為可能，為礦井安全生產(chǎn)插上科技的翅膀。煤礦六大系統(tǒng)是指監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)、緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)、壓風(fēng)自救系統(tǒng)、供水施救系統(tǒng)。2010年3月，華晉公司王家?guī)X礦發(fā)生透水事故，經(jīng)全力搶險(xiǎn)115人獲救；2017年5月，山西省太原市清徐縣東于煤業(yè)公司發(fā)生透水事故，5人成功生還，煤礦井下六大系統(tǒng)起到了關(guān)鍵作用。

　　三、科技創(chuàng)新推動(dòng)煤炭消費(fèi)利用方式革命

　　長期以來，我國煤炭工業(yè)一直致力于推進(jìn)將煤炭由燃料向燃料與原料并重轉(zhuǎn)變，而推進(jìn)現(xiàn)代煤化工工業(yè)發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)煤炭新型利用技術(shù)的一次革命，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)煤炭資源高效清潔轉(zhuǎn)化的重要途徑。

　　現(xiàn)代煤化工通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烴、煤制乙二醇等。1978年12月，原國家科委和煤炭工業(yè)部在山西召開了全國第一次煤的氣化和液化工作會(huì)議，拉開了現(xiàn)代煤化工工業(yè)大發(fā)展的序幕?！笆濉币詠?，煤液化、煤氣化、煤制烯烴、煤制乙二醇、煤制乙烯等一大批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代煤化工關(guān)鍵技術(shù)和裝備取得突破，為煤炭清潔高效利用提供了技術(shù)支撐。2017年，《現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展布局方案》明確了八大重點(diǎn)任務(wù)。同年，“煤制油品/烯烴大型現(xiàn)代煤化工成套技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲得國家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。目前，全國已建成投產(chǎn)煤制氣項(xiàng)目4項(xiàng)、煤制油項(xiàng)目5項(xiàng)、煤制烯烴項(xiàng)目16項(xiàng)，年產(chǎn)能分別達(dá)到51.05萬噸、558萬噸和881萬噸，取得了不俗的成就。

　　同時(shí)，作為一次能源的煤炭清潔高效利用也得到長足發(fā)展。目前，燃煤電廠超低排放技術(shù)改造后電廠煙塵濃度達(dá)到2.78mg/m³左右、SO²濃度23mg/m³左右、NO_X濃度31mg/m³左右，均低于天然氣電廠的排放標(biāo)準(zhǔn)；高效煤粉型鍋爐技術(shù)使燃燼率達(dá)到98%，比普通燃煤鍋爐提高28個(gè)百分點(diǎn)，煙塵、SO²、NO_X等污染物排放指標(biāo)相當(dāng)于天然氣鍋爐標(biāo)準(zhǔn)，“一種旋流干煤粉氣化爐”項(xiàng)目獲得中國專利金獎(jiǎng)；水煤漿、型煤、低階煤分級(jí)分質(zhì)利用等技術(shù)示范穩(wěn)步推進(jìn)、效果顯著。

　　總之，煤炭開采方法、煤礦安全管理和煤炭消費(fèi)利用方式，是煤炭工業(yè)的三大板塊。改革開放以來，這三大板塊實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)粗放到現(xiàn)代高效，從人工和半機(jī)械化到自動(dòng)化、信息化和智能化的科技革命，為我國經(jīng)濟(jì)長期高速發(fā)展提供了必要而難得的能源支撐，對(duì)保障我國經(jīng)濟(jì)從高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展、實(shí)現(xiàn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換，具有非常重要的意義。

　?。ǖ谝蛔髡邽橹袊こ淘涸菏俊⒅袊V業(yè)大學(xué)（北京）教授、綠色礦山推進(jìn)委員會(huì)名譽(yù)會(huì)長，第二作者為國家能源局中電傳媒能源情報(bào)研究中心研究員）

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