煤炭产(chǎn)业进入精(jīng)准开采新(xīn)时代

今年1-7月，我國(guó)煤炭消费同比略增3.4%左右，尽管略有(yǒu)反弹，但与2013年的峰值水平相比，煤炭消费量長(cháng)期下降已是大势所趋。

福祸相依，不要总认為(wèi)煤炭消费比重下降对煤炭行业是坏事，应该继续坚持节约、清洁、安(ān)全的发展思路，聚焦煤炭精(jīng)准开采、清洁高效利用(yòng)，力争用(yòng)最少的煤矿数量、最小(xiǎo)的开采面积、最小(xiǎo)的煤炭消费量支撑中(zhōng)國(guó)的能(néng)源需求。出于安(ān)全生产(chǎn)、生态环境和节能(néng)降耗层面考虑，我國(guó)煤炭行业必须要持续推进煤炭资源高效回收及节能(néng)战略。这意味着，煤炭行业正处于一个重大的转型期，逐步进入一个安(ān)全智能(néng)精(jīng)准开采新(xīn)时代。

绿色煤炭资源只够四五十年

我國(guó)煤炭的基本國(guó)情是资源禀赋复杂。煤炭资源分(fēn)布差异大，极薄煤层与特厚煤层、近水平与急倾斜煤层广泛分(fēn)布，开采条件极其复杂。煤炭开采受煤与瓦斯突出、冲击地压、煤自燃、水害、粉尘等灾害威胁严重，安(ān)全开采难度大。

在我國(guó)已探明的煤炭资源中(zhōng)，埋深在1000米以下资源量占53%。随着浅部资源枯竭，煤炭采深以平均每年10-25米的速度增加，且深部煤炭资源安(ān)全开采威胁巨大，深部瓦斯、冲击地压等灾害相互耦合，成灾机理(lǐ)复杂，防治愈加困难。

在煤炭开采过程中(zhōng)，普遍存在“弃薄采厚、挑肥拣瘦”现象，矿井资源回收率平均仅50%左右，与发达國(guó)家约80%的回收率有(yǒu)较大差距，造成原设计80-100年服務(wù)年限缩短一半。在节能(néng)领域，煤炭生产(chǎn)吨煤能(néng)耗大，2012年原煤生产(chǎn)耗電(diàn)28.4千瓦时/吨，煤炭生产(chǎn)综合能(néng)耗17.1千克标煤/吨。

近年来，依靠科(kē)技(jì )进步，煤矿安(ān)全开采形势持续好转：在我國(guó)煤炭产(chǎn)量逐年增加的同时（从2000年的13亿吨增加到2017年的35.4亿吨，增幅达172.3%），百万吨死亡率从2005年的2.76降至2017年的0.106。

但是，煤炭安(ān)全开采形势依然严峻：虽然煤矿瓦斯、顶板、水害等事故率逐年大幅下降，但重特大事故仍然时有(yǒu)发生，社会影响恶劣；煤矿百万吨死亡率与世界发达國(guó)家相比仍存在较大差距，目前是美國(guó)的5倍，是澳大利亚的11倍。

解决这些问题，就需要“刀(dāo)口向内”，以精(jīng)准开发方式，推进绿色煤炭资源发展，同时最大限度保护资源、生命和环境。绿色煤炭资源量是指能(néng)满足煤炭安(ān)全、技(jì )术、经济、环境等综合条件，并支撑煤炭科(kē)學(xué)产(chǎn)能(néng)和科(kē)學(xué)开发的煤炭资源量。基于现有(yǒu)技(jì )术条件，我國(guó)可(kě)供开采的绿色煤炭资源量极其有(yǒu)限，只有(yǒu)5048.95亿吨，不足探明煤炭储量的一半，占全國(guó)预测煤炭资源量5.97亿吨的十分(fēn)之一。按國(guó)家能(néng)源需求和煤炭资源回收现状，绿色煤炭资源量仅可(kě)开采40-50年，未来或将大面积进入非绿色煤炭资源赋存區(qū)开采，煤矿安(ān)全势必面临巨大难题。

安(ān)全、智能(néng)、精(jīng)准一个不能(néng)少

2016年，筆(bǐ)者首次提出“煤炭精(jīng)准开采”科(kē)學(xué)构想，引发行业内外广泛热议。2017年8月8日，“煤炭安(ān)全智能(néng)精(jīng)准开采协同创新(xīn)组织”在淮南理(lǐ)工(gōng)大學(xué)成立并揭牌。如今，煤炭安(ān)全智能(néng)精(jīng)准开采是未来采矿的必由之路，已成為(wèi)行业共识。

“煤炭精(jīng)准开采”是将煤炭开采扰动影响、致灾因素等统筹考虑的煤炭无人（少人）智能(néng)开采与灾害防控一體(tǐ)化的未来采矿技(jì )术。其科(kē)學(xué)内涵是，基于透明空间地球物(wù)理(lǐ)，以多(duō)物(wù)理(lǐ)场耦合、智能(néng)感知、智能(néng)控制、物(wù)联网、大数据、云计算这些信息作(zuò)為(wèi)技(jì )术支撑，具(jù)有(yǒu)风险判识、监控预警与处置功能(néng)等安(ān)全开采技(jì )术為(wèi)支撑的智能(néng)无人安(ān)全开采。

随着新(xīn)形势的发展，“煤炭精(jīng)准开采”又(yòu)增加了新(xīn)的内涵。

首先，要考虑在安(ān)全方面实现精(jīng)准开采，如果安(ān)全问题都解决不了，其他(tā)就如同无本之木(mù)。

其次，要实现智能(néng)化。过去，我國(guó)煤矿根本谈不上智能(néng)化，连最基本的机械化也有(yǒu)很(hěn)大差距，平均采煤机械化程度只有(yǒu)45%，國(guó)有(yǒu)重点企业為(wèi)82.7%。相比其他(tā)行业，煤矿信息化、无人化、智能(néng)化水平尚处于起步阶段。未来，煤炭产(chǎn)业必须由高危劳动密集型升级為(wèi)高精(jīng)尖技(jì )术密集型：每个矿100人以内，90%的人在地面作(zuò)业，10%的人在井下做生产(chǎn)准备、巡检；信息化、自动化、智能(néng)化水平以及回收率、效率等指标会达到较高水平。

但仅仅是智能(néng)化仍然不够，最终目的还是要实现精(jīng)准开采，对煤矿资源、开采之后的状况做到先知先觉，开采过程中(zhōng)的机器设备、系统运行都能(néng)够实时感知，达到航空航天一样的水平。

从技(jì )术路線(xiàn)来看，精(jīng)准开采有(yǒu)自己的路線(xiàn)图：第一步，2035年以前，是地面和井下相结合的遠(yuǎn)程遥控无人开采阶段，实现操作(zuò)人员在监控中(zhōng)心遠(yuǎn)程干预遥控设备运行，采掘工(gōng)作(zuò)面落煤區(qū)域无人操作(zuò)；第二步，2035年到2050年，真正实现智能(néng)无人精(jīng)准开采，突破地面遠(yuǎn)程控制的智能(néng)化与信息化、可(kě)视化煤炭无人采与智能(néng)感知、灾害智能(néng)监控预警与防治等技(jì )术。

如今，煤炭开采从传统的人力矿山(shān)、机械矿山(shān)到信息矿山(shān)、数字矿山(shān)并逐步向智能(néng)矿山(shān)演进，安(ān)全智能(néng)精(jīng)准开采正在成為(wèi)现实。据统计，自首个无人开采工(gōng)作(zuò)面——黄陵一号煤矿1001工(gōng)作(zuò)面试验成功以来，我國(guó)已有(yǒu)70余个采煤工(gōng)作(zuò)面实现智能(néng)无人开采。几代煤炭人期待的“有(yǒu)人巡视，无人值守”智能(néng)化无人开采由梦想变成现实。

加强产(chǎn)學(xué)研协同创新(xīn)

目前，煤炭精(jīng)准开采发展还面临诸多(duō)挑战，主要表现為(wèi)多(duō)种煤岩动力耦合灾害治理(lǐ)研究尚不成熟，隐蔽致灾因素动态智能(néng)综合探测技(jì )术缺乏，基于大数据的煤矿重大灾害预警平台及新(xīn)技(jì )术研究尚未开展等几个方面。

為(wèi)此，煤炭安(ān)全智能(néng)精(jīng)准开采模式需要尽快研究并突破以下几项关键技(jì )术：一是要精(jīng)准掌握煤层赋存条件，实现地质(zhì)构造、陷落柱、瓦斯等致灾因素高清透视，打造具(jù)有(yǒu)透视功能(néng)的地球物(wù)理(lǐ)科(kē)學(xué)支撑下的“互联网+矿山(shān)”；二是要研发新(xīn)型安(ān)全、灵敏、可(kě)靠的采场、采动區(qū)及灾害前兆等信息采集传感技(jì )术装(zhuāng)备，形成人机环参数全面采集、共网传输新(xīn)方法；三是要突破多(duō)源异构数据融合与知识挖掘难题，创建面向煤炭精(jīng)准开采及灾害预警监测数据的共用(yòng)快速分(fēn)析模型与算法；四是采用(yòng)“三位一體(tǐ)”科(kē)學(xué)研究手段，研究煤矿灾害致灾机理(lǐ)及灾变理(lǐ)论模型，实现对煤矿灾害的自适应、超前、准确预警；五是要探索多(duō)场耦合复合灾害知识库构建方法，建立适用(yòng)于區(qū)域性煤矿开采条件下灾害预警特征云平台；六是以采煤机记忆切割、液压支架自动跟机及可(kě)视化遠(yuǎn)程监控等為(wèi)基础，以生产(chǎn)系统智能(néng)化控制软件為(wèi)核心，研发遠(yuǎn)程可(kě)控的无人精(jīng)准开采技(jì )术与装(zhuāng)备；七是要融合计算机网络技(jì )术、现代控制技(jì )术、云计算技(jì )术于一體(tǐ)，将互联网技(jì )术应用(yòng)于云矿山(shān)建设，把煤炭资源开发变成智能(néng)工(gōng)程或車(chē)间，建设基于云技(jì )术的智能(néng)矿山(shān)。

煤炭科(kē)技(jì )创新(xīn)，不搞产(chǎn)學(xué)研协同合作(zuò)，就是死路一条。因為(wèi)各方优势可(kě)以互补：高等院校主要从事基础研究，科(kē)研机构主要从事技(jì )术装(zhuāng)备研发，大型煤炭企业主要从事成果应用(yòng)推广及示范工(gōng)程建设，形成产(chǎn)、學(xué)、研协同创新(xīn)體(tǐ)制。只有(yǒu)各展所長(cháng)、协同创新(xīn)、联合攻关，才能(néng)破解难题、引领行业，如果各干各的，一个教授一个团队，一个单位一个团队，难以实现创新(xīn)。

“煤炭安(ān)全智能(néng)精(jīng)准开采协同创新(xīn)组织”成立至今，一直致力于推动煤炭安(ān)全智能(néng)精(jīng)准开采从科(kē)學(xué)构想变成理(lǐ)论与技(jì )术现实。目前，该组织边研究边转化边示范，已经基本实现了煤与瓦斯的精(jīng)准共采，并在液压支架自动跟机、采煤机记忆截割、工(gōng)作(zuò)面视频监控技(jì )术与装(zhuāng)备等方面取得重大突破。通过产(chǎn)學(xué)研协同创新(xīn)，组织成员单位在信息智能(néng)传感传输、互联网+大数据信息处理(lǐ)、灾害智能(néng)预警与防控、智能(néng)采掘技(jì )术与装(zhuāng)备等领域进展显著。

面向未来，建议政府主管部门更加重视煤炭行业科(kē)技(jì )创新(xīn)，以煤炭精(jīng)准开采引领资源科(kē)技(jì )未来发展，未来争取用(yòng)最少的矿井数量和开采面积支撑國(guó)家25亿-30亿吨煤炭需求。

本文(wén)转自中(zhōng)國(guó)煤炭新(xīn)闻网

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