【中国煤炭报】四院士谈煤炭科技创新


发表时间: 2017-02-14 10:24:33  作者:  来源:中国煤炭报  浏览次数:1370  


  编者按:中国煤炭企业科学产能排行榜首次发布、神华宁煤煤制油示范项目正式投产、煤炭和水双资源共同开发、N00工法开始在井下试验……2016年,煤炭科技领域有太多值得煤炭人自豪的创新与突破。近日,中国煤炭报邀请中国工程院院士谢和平、武强、康红普,中国科学院院士何满潮,畅谈2016年煤炭科技创新取得的成就,以飨读者。
 
  中国工程院院士、四川大学校长谢和平:煤炭科学产能 亮出先进标准

  通过发布中国煤炭企业科学产能排行榜,塑造中国煤炭行业和企业的正面形象、良好口碑、社会品牌

  2016年既是“十三五”规划开局之年,也是我国科技创新具有里程碑意义的一年。全国科技创新大会隆重召开,提出了深入实施创新驱动发展战略的一系列新任务、新要求,吹响了建设世界科技强国的号角。在经济发展新常态和推动供给侧结构性改革的环境下,在煤炭行业发展困难重重的现实条件下,加强煤炭科技创新既是落实全国科技创新大会精神的要求,也是煤炭行业突破发展瓶颈、实现转型升级发展的现实需要,这在行业内已达成共识。我们必须坚定依靠科技创新,推动煤炭行业在保障能源安全、转化发展模式、提升生产效率、保护生态环境等方面取得重大突破。我认为,2016年煤炭科技创新有三方面值得关注。

  一是煤炭科技创新成果不断涌现。依托国家重大科技计划项目的实施,我国近年来在煤炭开发利用领域取得一系列重大突破,大型矿井建设、特厚煤层综放开采、燃煤超低排放、新型煤化工技术达到国际领先水平。2016年,我国在煤炭智能化掘采和智能矿山建设方面取得重要进展,“智能煤矿建设关键技术与示范工程”成果获2016年国家科技进步奖。在煤炭清洁利用方面,我国突破了煤加氢气化、民用洁净焦炭生产等核心技术,推动了煤炭清洁转化利用水平再上新台阶。科技进步对煤炭生产力总体水平的贡献率显著提升,科技贡献率从“十一五”末的39%大幅提高到目前的50%左右,“十三五”煤炭行业科技贡献率可望达到60%,充分发挥了科技作为“第一生产力”的作用。

  二是煤炭科技创新力度不断加大。2016年是国家科技计划管理改革过渡期的最后一年,也是新旧计划体系衔接和新机制磨合的关键之年。2016年,“深部岩体力学与开采理论”“煤矿深井建设与提升基础理论及关键技术”“煤矿典型动力灾害风险判识及监控预警技术研究”等涉煤国家重点研发计划项目启动。通过整合行业内优势科技资源,产学研用相结合共同实施这些项目,有望逐步破解当前煤炭开发利用领域关键的理论与技术难题,推动煤炭开发利用向安全、高效、智能、绿色方向发展。与此同时,我们也积极探索未来深部煤炭资源开发的有效途径,谋求煤炭开发利用方式的重大变革,明确了煤炭工业智能化、超低排放的煤炭工业3.0,少人化、近零排放的煤炭工业4.0,无人化、零排放的煤炭工业5.0发展技术路线图,为最终实现“井下无人、地上无煤”目标储备技术。我们创新提出了固态资源流态化开采的颠覆性技术构想:将深部煤炭资源原位转化为气态、液态或气固液混态物质,在井下实现采选充、热电气一体化的流态化开发模式,力争破解深部煤炭资源开采的重大技术难题,占领世界地下资源开发理论及技术制高点。

  三是科学产能成为行业发展目标。煤炭科学产能是我们2011年提出并大力倡导的煤炭资源开发利用新理念。2016年7月,我们在北京发布了中国煤炭企业科学产能排行榜,首次对中国煤炭企业科学产能进行排名。煤炭科学产能理论和指标体系是衡量煤炭企业科学化开采的标准,是提高行业科技创新能力的有效路径,是当前煤炭先进产能的核心内涵,是国家制定煤炭宏观调控政策的重要参考和依据。中国煤炭企业科学产能排行榜是反映煤炭行业、企业发展科学化水平能力即先进产能的重要表征,在全社会初步形成了煤炭革命的方向就是清洁高效开发利用、煤炭也是清洁能源的共识。在深入开展供给侧结构性改革和推动能源革命的背景下,淘汰煤炭落后产能、化解煤炭行业过剩产能是当前的重要任务,通过发布中国煤炭企业科学产能排行榜,以推动煤炭行业转型升级,塑造中国煤炭行业和企业的正面形象、良好口碑、社会品牌。
 
  中国工程院院士、中国矿业大学(北京)教授武强:煤—水双资源型 矿井开采促多赢

  消除矿井水“灾害属性”的负效应,挖掘其“资源属性”的正效应,促进煤炭和水双资源共同开发与生态环保协调可持续发展

  我国东西部地区煤—水资源呈逆向分布。14个大型煤炭基地中的11个处于水资源供需矛盾突出的干旱、半干旱地区,生态环境脆弱。全国煤矿实际排水量仅2012年就达71.7亿立方米。目前,矿井水平均利用率仅为20%至30%。

  为解决煤炭资源安全绿色开发、水资源供给、生态环保之间的尖锐矛盾和冲突,实现煤矿区水害防治、水资源保护利用、生态环境改善的多赢目标,我们提出了煤—水双资源型矿井开采的概念、内涵和技术方法。

  煤—水双资源型矿井开采的概念是指,在确保矿井生产安全、水资源保护利用、生态环境质量的前提下,为达到水害防控、水资源保护利用与生态环境保护三位一体系统整体最优目的所实施的开采技术方法。

  煤—水双资源型矿井开采的内涵是指,在煤炭开采过程中,将矿井水视作资源,通过合理的开采技术方法,消除矿井水“灾害属性”的负效应,通过将矿井水资源化利用,挖掘其“资源属性”的正效应,同时尽量避免破坏扰动与煤系同沉积的含水层结构,达到煤炭和水的双资源共同开发与矿区生态环境保护的协调、可持续发展目的,最终实现煤矿区水害防控、水资源保护利用、生态环境改善的多赢目标。

  煤—水双资源型矿井开采的主要技术方法包括六个方面。

  一是根据主采煤层的具体水文地质条件,动态优化开采工艺参数。当长壁式放顶煤采煤法无法保障控水开采时,应将牺牲水资源和生态环境为代价的上述所谓高效率采煤法,优化为减小工作面参数的高效益采煤法(如短壁、条带、房式/房柱式等开采方法)或限高开采。依据煤炭开采的完全成本核算观点,前者可能是高效率但是低效益,后者是高效益低效率,企业的最终追求目标应是可持续的高效益;就煤炭开采的系统论观点而言,系统最终追求目标是整个开采系统总体效益最优,而不是系统中某个子系统效益最优,煤炭企业最终追求的应是企业总体效益最大化。“三图—双预测法”是控水采煤评价预测、分区方案制定和优化开采工艺参数的重要技术支撑手段。

  二是根据矿井的具体水文地质特征,选择可协调解决煤炭资源安全开发、水资源保护利用、生态环保之间尖锐矛盾与冲突的多位一体优化结合模式。对于具备预先可疏性矿井,宜采用“矿井排水、供水、生态环保三位一体”优化结合模式;对于可疏性差矿井,宜采用“矿井水控制、利用、生态环保三位一体”优化结合模式;对于具备回灌条件矿井,可采用“矿井水控制、处理、利用、回灌、生态环保五位一体”优化结合模式。

  三是井下洁污水分流分排技术。针对井下涌水量大的集中出水点和疏放水,修建专门的洁净水排水沟或管路,将洁净矿井水由工作面集中汇入到专门修建的洁净水仓。排水沟和水仓应按照饮用水工程标准进行设计与施工,并设置排水沟盖板,避免洁净水在井下输送过程中受到任何污染,最后通过洁净水泵房直排地面。这部分矿井水水质与含水层地下水原始水质相同,无需任何处理可直接使用。

  四是水文地质条件人为干预技术。该技术主要包括煤层底板隔水层注浆加固和改造技术、局部富水区预疏放或注浆技术、抑制导水冒裂带发育高度的煤层覆岩局部轻微爆破技术等。

  五是利用充填开采技术,有效控制煤层覆岩含水层结构破坏扰动和地表移动变形,并处理固体废弃物。

  六是井下随钻超前探放水技术。该技术充分吸收了传统钻探直观明了和传统物探快速、经济、探测范围较大的优点,弥补了传统钻探存在大量勘探盲区和传统物探探测精度受探测距离增大而急速下降的不足,在钻探过程中实施随钻物探,将物探探头置于钻孔内,探头的网口通过网线电缆与现场主机网口相接,探测数据直接在现场解译成图,并可通过互联网直接传输到所需用户。
 
  中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家康红普:煤炭开发利用 取得可喜进展

  快速掘进装备、智能化开采技术及装备等研发实现重大突破;年产400万吨煤炭间接液化示范项目投产,开拓了煤炭清洁高效利用新途径

  科技创新是煤炭工业发展的内生动力,是实现煤炭安全、绿色开采与清洁高效利用的根本保障。2016年,我国在煤炭开发与利用技术方面取得可喜进展,有些技术达到国际领先水平,引领了本领域技术的发展方向。

  在煤炭采掘技术方面,快速掘进装备、超大采高综采和智能化开采技术及装备等研发实现重大突破。

  为了提高掘进速度与效率,解决采掘接续紧张的矛盾,中国煤炭科工集团太原研究院与神华神东煤炭集团合作开发出全断面煤巷快速掘进系统,采用一次截割全断面掘进机掘进,带式连续运输系统运煤,跨骑式八臂锚杆钻机配合两臂锚杆钻车钻装锚杆,显著提高了锚杆机的同时开机率。2015年,该系统煤巷最高单日掘进进尺达158米,月掘进进尺突破3000米,创造了煤巷掘进进尺新纪录。2016年,该套系统得到进一步推广应用。同时,太原研究院正在开发、试验针对一般条件甚至困难条件煤巷的快速掘进系统,以适应各类煤巷的快速掘进。

  近年来,我国煤矿大采高综采、大采高综放开采技术与装备发展迅速,显著提高了煤炭产量、生产效率,引领了厚煤层开采技术的发展方向。2016年,山东兖矿集团、中国煤炭科工集团等联合研发了世界首套8.2米超大采高综采装备,包括超大采高液压支架及过渡和端头支架,适应8.2米超大采高的智能刮板输送机,1.8米带宽的自移折叠机身带式输送机,工作面智能化综合降尘系统等。该套技术与装备在兖矿集团金鸡滩煤矿试验成功,具备年产1500万吨煤炭的能力。

  实现安全、高效采煤的有效途径是自动化、智能化。我国煤矿智能化开采技术在“十二五”期间取得快速发展。中国煤炭科工集团通过产学研合作,开发出以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础,以生产系统智能化控制软件为核心的综采成套装备智能系统。综采成套装备智能系统可在巷道及地面实现远程控制,实现了综采工作面“有人巡视、无人操作”的智能化采煤,并在黄陵、神东、宁煤等矿区得到成功应用,实现了我国采煤技术的重大变革。2016年,山西同煤集团与中国煤炭科工集团合作,在同忻煤矿建成了千万吨级综采智能化工作面,实现了矿井的安全、高效开采。

  在煤矿安全方面,井下千米定向钻机、井下松软突出煤层钻机、地面车载钻机,地面和井下瓦斯抽采技术、煤与瓦斯突出防治技术等均取得一些新进展。

  在煤炭清洁高效利用方面,近年来,我国加快了先进煤炭转化技术产业化的步伐,先后建成了煤直接液化、煤间接液化、煤制烯烃、煤制乙二醇等示范工程,带动了现代煤化工项目的快速发展。2016年12月28日,全球单套规模最大煤制油项目——神华宁煤年产400万吨煤炭间接液化示范项目正式投产。该项目每年可转化煤炭2036万吨,年产合成油品405万吨。该项目承担着国家37项重大技术、装备及材料国产化任务,开发出煤制油成套大型工艺技术,攻克了工程化及大型装备制造、成套设备集成技术难题,国产化率达到98.5%,不仅打破了煤制油化工核心技术、装备及材料的国外垄断,还探索出了符合我国国情的科技含量高、附加值高、产业链长的煤炭深加工产业发展模式。该项目开拓了煤炭清洁高效利用的新途径,对保障我国能源安全具有重要意义。
 
  中国科学院院士、中国矿业大学(北京)教授何满潮:无煤柱自成巷开采 引领矿业技术变革

  110工法、N00工法的广泛应用,将推动煤矿安全、高效、节约、绿色开采,是使我国从煤炭生产大国成长为煤炭工业强国的战略取向

  近段时间以来,很多人唱衰煤炭,甚至呼吁去煤化。我认为想要在短期内替代煤炭不现实,而且预计未来很长时间内,煤炭在我国能源结构体系中的主导地位不会改变。从2011年起,煤炭价格一路下跌。进入2016年,随着去产能力度的不断加大,寒潮中的煤市正在发生好转,煤炭价格持续攀升,但煤炭行业亏损依旧严重。要想使煤炭行业扭亏为盈,科技是重要手段,而颠覆性技术革新是杀手锏。

  长期以来,我国煤矿开采最广泛使用的121工法,每回采一个工作面,需要掘进两条回采巷道,留一个区段煤柱。121工法在如今煤炭行业不景气的大环境下,使煤柱浪费变成了更加突出的问题。由于需要掘进两条回采巷道,所以大大增加了生产成本。据了解,我国每年巷道掘进里程约13000公里,3年便可绕地球一圈,掘进费用高达1000多亿元,使煤炭企业雪上加霜。同时,沿空巷道围岩容易出现应力集中,导致事故多发。据统计,巷道事故占煤矿事故的91%以上,沿空巷道事故占巷道事故的90%以上。因此,传统的121工法已经不符合新常态下能源结构调整的要求,中国矿业再一次进行技术变革迫在眉睫。

  2008年,我提出了切顶短臂梁理论,从而形成了以切顶短臂梁理论为指导的切顶卸压自动成巷技术(110工法):回采一个工作面,只需掘进一条回采巷道,另一条回采巷道通过切顶卸压自动形成,把采煤与掘进两套工序初步统一起来,真正实现了无煤柱开采,可显著提高煤炭回采率。可以说,110工法是我国矿业技术变革的第三次探索。

  自2009年在四川省煤炭产业集团芙蓉公司白皎煤矿首次成功应用以来,110工法陆续在神华神东煤炭集团哈拉沟煤矿,中煤集团唐山沟煤矿、大屯煤矿,陕西煤业化工集团神南矿业公司柠条塔煤矿,河南能源化工集团永煤公司城郊煤矿,延安市禾草沟二号煤矿等20多个煤矿得到了推广应用。以前,很多技术在推广应用的时候不被人理解,甚至经常听到反对的声音,但是看到110工法的优势这么明显,好多煤炭企业高层着急了,亲自督促110工法的推广应用。110工法降低了巷道掘进率,大量节省了采煤成本,减少了巷道事故,福泽了数万矿工兄弟。

  在110工法的基础上,2016年,我们又进一步探索出了不掘回采巷道、不留区段煤柱的无煤柱自成巷开采技术(N00工法):在工作面推进过程中,由采煤机割出一条回采巷道,并且通过相关配套技术将这条回采巷道保留下来供下一工作面使用,以实现对N个工作面无巷道掘进、无煤柱采煤。N00工法从根本上改变了传统的采煤工艺技术体系,解决了传统采煤工艺采掘接续紧张的问题。它是一项全新的无煤柱开采工艺,不仅在安全方面能减弱周期来压、减少采空区瓦斯含量、降低煤层自燃倾向,而且能够大幅度降低回采巷道掘进率、提高煤炭回收率、降低煤炭开采成本,经济效益明显。

  2016年8月,我们在柠条塔煤矿成功启动了N00工法生产试验项目,填补了该领域国内外空白,推动了煤矿安全、高效、节约、绿色开采,解决了煤炭工业发展长期面临的安全、资源回收和开采成本三个突出问题,为我国煤矿大面积推广N00工法提供了可能,也为未来出口N00工法配套技术奠定了基础。

  2016年,110工法被写进《国务院关于煤炭行业化解过剩产能实现脱困发展的意见》,成为国家层面主推的技术之一;N00工法及其关键装备被写进《中国制造2025——能源装备实施方案》,成为未来10年进行技术攻关的煤炭采掘装备之一。110工法、N00工法在煤炭企业的广泛应用,将推动煤矿安全、高效、节约、绿色开采,高度符合党和国家的政策要求,是能源革命和实施创新驱动发展战略的重大举措,也是使我国从煤炭生产大国成长为煤炭工业强国的战略取向,具有十分光明的应用前景。



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