康红普：科技创新支撑煤炭行业高质量发展

来源：中国能源新闻网 时间：2022-04-14 11:50

　　科技创新支撑煤炭行业高质量发展

　　——“十四五”能源领域科技创新规划解读之四

　　康红普

　　煤炭作为我国的主体能源，在构建清洁低碳、安全高效的能源体系中发挥着不可或缺的兜底保障作用。“十四五”时期是我国“两个一百年”奋斗目标的历史交汇期，是全面建设社会主义现代化强国新征程上的重要机遇期，煤炭行业也进入高质量发展攻坚期。面对新形势新要求，煤炭行业应该将加强科技创新作为最紧迫的任务，强化基础理论研究，加快原创技术、关键核心技术攻关，解决“卡脖子”技术，实现高水平科技自立自强，以科技创新驱动煤炭行业高质量发展。

　　煤炭开发科技创新需求

　　经过“十三五”期间不懈努力与快速发展，煤炭行业科技创新能力大幅提升，关键核心技术持续突破，煤炭科技实现了从模仿到部分领域并跑、领跑的转变，取得了突出的成就。同时，我们也清醒地认识到，面对新时代赋予煤炭行业的新定位和新要求，煤炭科技创新支撑行业高质量发展的能力依然不足，在安全、绿色、智能、清洁、低碳、高效开发方面还存在发展不平衡、不充分的问题，亟待进一步加强科技创新。

　　在智能化开采方面，一是地质保障技术有待提升。在隐蔽致灾地质因素精准探测、智能探测、三维地质透明化等方面还需要加强攻关；二是采掘运智能化水平需要进一步提高。煤矿智能化发展还处于初级阶段，综采设备群智能自适应协同推进、智能快速掘进等关键核心技术和装备仍需要继续攻关。

　　在绿色低碳开采方面，一是低生态损伤的煤矿绿色开采技术体系亟待完善。随着煤炭开发重心向西部转移，亟须针对西部生态脆弱区研究低损害开采与生态环境保护理论与技术，形成采动损伤精准监测与感知、矿区生态健康预警与修复技术体系。二是煤炭与共伴生资源开发利用技术缺乏。煤与共伴生油气资源、金属与非金属矿产资源等的协调开采理论与技术亟须加强研究，低浓度瓦斯未有效利用。

　　在安全开采方面，一是重大灾害智能监控技术依然存在短板。煤与瓦斯突出、冲击地压等动力灾害机理尚未取得突破，需要开发智能、精确、高效的灾害监控、预测预警关键技术装备。二是煤矿粉尘危害预警与防护技术亟待提升。当前，煤矿井下人员工作环境差、职业健康保障弱等问题依然比较突出，亟须突破采掘工作面呼吸性粉尘在线监测、精确预警、控制与净化等技术难题，以改善井下作业环境。

　　在煤炭洗选加工方面，存在洗选设备可靠性差、关键参数检测仪表依赖进口等问题，在精细化、信息化、智能化洗选加工方面短板明显，亟须加强理论创新和关键技术研发。

　　“十四五”煤炭开发科技创新重点任务

　　“十四五”期间，煤炭行业科技创新应依托现有的基础和条件循序渐进，拓展开发应用安全、绿色、智能开发技术，进一步提高煤炭开发利用全过程的绿色低碳水平，加速推进煤炭行业实现数字化、高端化、低碳化产业转型。“十四五”煤炭开发科技创新要突出“智能”“绿色”“安全”“健康”“低碳”特色。

　　具体到煤矿智能开采科技创新方面，一是研制智能实时随机超前探测技术。研发基于随掘、随采、随钻的智能探测技术与装备，开发物探、钻探、化探为一体的矿山地质综合探测技术，实现采掘工作面前方地质体的动态、智能、超前、精细探测，支撑“透明矿井”所要求的地质保障体系建设。

　　二是研发快速智能掘进成套技术装备。研发井筒机械破岩智能建井技术与装备；开发掘进工作面围岩稳定性、可掘性、可钻性及可锚性智能探测与实时感知技术；攻克掘进机定位与导航、自动化与智能化截割等核心关键技术，研发全断面、掘支运一体化快速掘进成套装备，大幅提高作业效率，减少作业人员。

　　三是推进智能开采与煤机装备研发应用。在现有智能开采技术与装备的基础上，突破深部煤层、松软破碎煤层、薄煤层、特厚煤层等复杂困难条件智能开采关键技术与装备；攻克综采设备精准定位与导航、智能自适应液压支架、智能采煤机、煤矿井下机器人等关键技术；建设智能工厂，提高智能化煤机装备的制造水平。

　　煤炭绿色开采与废弃物资源化利用科技创新方面，一是攻关矿井水资源保护技术。开展煤炭开采应力场—裂隙场—渗流场演化规律、导水通道精细探查与高效封堵防漏等技术装备研发；突破煤水资源协调开采、生态脆弱矿区煤水智能调控开采等关键技术，实现煤矿区地下水资源的有效保护与利用。

　　二是攻关充填开采与地表生态修复技术。开展充填开采岩层移动规律与控制理论、充填工艺与材料、高效充填装备研究；开发采空沉陷区精细治理与安全高效利用、矿山生态健康预警及生态修复等关键技术，显著改善矿区生态环境。

　　三是研发关闭矿井资源再利用技术。开展关闭矿井水—气—热等资源开采技术体系与利用模式、地下空间碳封存技术研究；研发关闭矿井环境污染动态监测与评价、地质环境保护和土地复垦综合治理等技术，实现关闭矿井资源的有效再利用。

　　四是推进煤矿废弃物资源化利用。研发煤矸石、煤泥、粉煤灰高效利用技术，煤矿低浓度瓦斯、井下废热等低位热能利用技术；开展煤火区灭火、地下煤火热能利用及治理区绿色生态修复技术研究。实现煤矿废弃物、热能的资源化利用。

　　煤矿重大灾害及粉尘防控科技创新方面，一是攻关深部围岩控制关键技术。研究深部采动岩石力学行为、深部高强度开采围岩致灾机理；攻关深部强采动围岩大变形控制理论、冲击地压源头防控理论；研发深部围岩支护—改性—卸压“三位一体”协同控制技术，为深部围岩灾害控制提供有效手段。

　　二是研发灾害智能监控预警技术及装备。研制井下极端复杂环境下多功能、高精度、低功耗智能感知设备，开发多功能灾害智能探测机器人；研发井下海量多源异构数据高效分析处理技术，实现重大灾害事故风险的精准识别、预测与预警。

　　三是研发粉尘等职业危害防治技术及装备。重点突破采掘工作面呼吸性粉尘浓度连续在线监测、粉尘危害精确预警、粉尘控制与净化等关键技术，开发大容尘量和强耐湿性的送风过滤式个体防护设备，显著降低粉尘对井下工人的危害。

　　煤炭与共伴生资源综合开发科技创新方面，一是攻关煤炭共伴生资源综合开发技术。在精确探明煤系地层煤炭共伴生资源赋存条件的基础上，开展多资源、立体化、综合开发模式与技术研究，实现煤炭及共伴生资源的有效开发。

　　二是攻关煤矿区煤层气开发技术。开展煤系“三气”（煤层气、页岩气、致密砂岩气）综合开发技术，推进煤矿区煤层气开发与瓦斯治理协同示范。

　　煤炭精准智能洗选加工科技创新方面，一是研发煤炭精准分选技术工艺及装备。研发旋流场重介质精准分选、界面调控增强选择性浮选、煤炭智能干选、煤泥水高效固液分离等关键技术与装备，突破工艺参数和产品质量高精度在线检测及预测技术，实现有效分选矿物密度差别0.1克/立方厘米，煤炭产品灰分误差±0.5%。

　　二是构建智能化选煤技术体系。集中攻克一批基于精细化和智能化的煤炭分选加工共性关键技术，突破自适应原煤性质全流程智能控制、数字孪生运维等技术，实现生产管理智能化、生产过程自动化、生产模式柔性化。

　　开展煤矿智能绿色低碳开发示范试验方面，选择不同层级、不同地区的典型煤矿/矿区，开展煤炭智能、绿色、低碳开发技术示范。重点开展智能化采掘、智能化灾害防控、智能化选煤示范，煤矿地下水、低浓度煤层气、井下废热等利用示范，充填开采及大宗固废资源化利用示范等一批示范工程，形成一批大型智能化高效露天开采示范矿井，智能绿色低碳井工示范矿井。

　　煤炭开发科技创新发展建议

　　建议一是强化基础理论研究与关键技术攻关。在国家能源局支持下，重组或新建煤炭智能开采、绿色充填开采、矿井重大灾害防控、智能洗选等一批国家能源研发创新平台，为煤炭开发基础理论研究与关键技术攻关提供研发平台。加快重点领域关键技术标准研制，推动行业优势技术与标准国际化。

　　二是推动煤炭与新能源低碳融合发展。围绕矿区生态修复+新能源、煤矿地面和地下资源立体开发等耦合协同发展模式，支持社会资本、企业资本等多元资本投资，鼓励科研机构与企业联合开展煤炭与新能源耦合前沿技术研究，提升煤炭与新能源协同发展技术攻关能力。

　　三是加强产学研用协同创新。支持建立产学研用合作的紧密型技术创新战略联盟和协同创新中心，加强产学研用结合的中试基地和共性技术研发国家级大平台建设。

　　四是强化企业创新主体地位。发挥中央企业的骨干和引领作用，积极培育企业建设国家级科技研发平台，促进创新资源围绕领军企业集聚形成创新链。探索建立多元化、多渠道、多层次的科技投入体系，加大政策支持力度，引导大中型企业增加科技投入。

　　五是加大高素质人才培养。加大煤炭开发高素质人才培养，加强传统矿业学科与现代信息技术、新能源、新材料、碳减排等学科的交叉融合，通过传统专业改造、新增等方式强化“采矿+智能化”“采矿+生态环保”“采矿+碳减排”等复合型专业。

　　六是深化国际合作。积极践行“一带一路”倡议，拓展发展空间，坚持对外开放，支持煤炭企业走出去，发挥煤炭行业在国际上的技术引领作用，提升我国在世界煤炭领域的影响力。（作者系中国工程院院士）

　　责任编辑：张栋钧