科技改變煤炭 智慧成就未來

——行業科技創新十年發展成就綜述

中國煤炭工業協會副會長

中國煤炭學會理事長

劉峰

黨的十八大以來，煤炭行業在習近平新時代中國特色社會主義思想的指引下，緊跟時代步伐，圍繞煤炭生產、消費、技術、體制四個方面不斷開展自我革命，行業數字化轉型、智能化發展和煤炭清潔高效利用步伐不斷加快，建設了一批智能化示范煤礦，建成了世界上最大的清潔高效煤電供應和現代煤化工技術體系，科技創新引領帶動行業高質量發展的作用愈發凸顯，煤炭安全兜底保障能力大幅提升，行業探索出一條安全、高效、綠色、智能的高質量發展之路。

十年來，在煤炭行業廣大科技工作者和干部職工的共同努力下，行業自主創新能力大幅提升，科技貢獻率從近40%提高到60%，科技實力從量的積累邁向質的飛躍、從點的突破邁向系統能力提升，實現了從跟蹤、模仿到部分領域并跑、領跑的轉變。行業科技創新取得新的歷史性成就，大型礦井建設、特厚煤層綜放開采、煤與瓦斯共采、燃煤超低排放發電、高效煤粉型和水煤漿漿體化工業鍋爐、現代煤化工技術國際領先，主要煤機裝備和大型粉煤氣化技術實現了國產化，煤機裝備制造水平位于世界先進行列，引領了世界煤炭智能化開采和清潔高效轉化的發展方向。

煤炭基礎研究取得重要進展

十年來，行業持續加強基礎理論研究，獲批國家重大專項及示范項目、國家重點研發計劃項目、國家自然科學基金重大研發計劃等各類國家重大、重點項目110余項，成功組織了一批重大基礎研究，在煤田地質勘查、深部煤炭資源開采、煤礦災害防治、煤炭轉化等領域取得一批研究成果，煤炭基礎研究整體實力顯著增強，為煤炭領域關鍵技術突破奠定了堅實基礎。

煤炭勘查與開采領域，形成了具有中國特色的煤炭地質學新理論，發展出適合中國煤炭資源分布特點的煤炭資源綜合勘查技術體系;完善并形成了厚及特厚煤層開采、深部軟巖工程耦合支護、保水開采、煤與瓦斯共采、煤與油型氣共采等一系列代表性理論，提出了煤炭安全智能精準開采、深部煤炭原位流態化開采等科學構想。

煤礦災害防治領域，形成了以災害預測和防控為核心的理論與技術體系，包括集中靜載荷疏導的區域防沖理論、沖擊地壓巷道防沖吸能支護理論、多尺度強湍流瓦斯爆炸動態傳播和湍流—火焰—超壓多場耦合理論、基于系統動力學的水害動態預測理論、煤自燃階段躍遷理論等。

煤炭轉化利用領域，探索研究了煤熱解的多相反應動力學及傳熱傳質理論、煤炭液化催化原理、燃煤煙氣NOx脫除的化學反應、煤大規模高效清潔氣化、中低階煤分級轉化聯產低碳燃料和化學品、褐煤潔凈高效轉化、二氧化碳地質存儲等基礎理論和方法。

針對煤炭領域大型科學研究儀器與試驗系統缺乏狀況，成功研制出多尺度真三維煤與瓦斯突出定量模擬試驗儀器系統，填補了國內加載充氣保壓下巷道掘進誘突物理模擬的空白，為揭示煤與瓦斯突出機理與規律提供了基礎;研制出國際上唯一能測試井下錨桿支護系統復雜受力狀態的綜合試驗平臺，可對錨桿及構件在受到拉、剪、扭、彎以及沖擊載荷單一或復合載荷作用下的力學性能進行試驗，試用錨桿直徑16毫米至25毫米，沖擊能量達11000焦耳。

原始創新與關鍵技術攻關取得重要突破

十年來，行業以推進高質量發展為目標，以只爭朝夕的使命感、責任感、緊迫感，成功完成了一批重點科技攻關任務，原始創新取得新突破，智能開采、礦山生態、清潔煤電、煤炭轉化等重要領域實現了跨越發展，煤炭采掘與利用關鍵技術裝備逐步實現自主可控。

行業共獲得國家科學技術獎勵48項，其中科技進步一等獎3項、科技進步二等獎35項、技術發明二等獎10項，“特厚煤層大采高綜放開采關鍵技術及裝備”“煤制油品/烯烴大型現代煤化工成套技術開發及應用”“400萬噸/年煤間接液化成套技術創新開發及產業化”三項成果榮獲國家科技進步一等獎;榮獲中國專利獎126項，其中金獎8項、銀獎7項、優秀獎111項，“一種煤炭直接液化的方法”“一種礦井地下水的分布式利用方法”“沿空留巷Y型通風采空區頂板卸壓瓦斯抽采的方法”等8項專利榮獲中國專利金獎。

煤礦采區高密度全數字三維地震勘探技術趨于成熟，能夠查明1000米深度以內落差3米至5米以上的斷層和直徑20米以上的陷落柱;國產井下隨鉆測量定向鉆進技術裝備井下深孔鉆進記錄從1212米提升至3353米;槽波地震、瞬變電磁等探測技術與裝備得到廣泛的推廣應用，為煤礦安全高效智能開采提供了可靠的地質保障。

凍結、鉆井等特殊鑿井技術達到國際領先水平，有力支撐了我國大型現代化礦井建設，大型現代化煤礦產量比重由65%左右提高到85%左右。攻克了深厚富水巖層中新型單層凍結井壁技術和凍結孔固管充填緩凝水泥漿液及施工技術，建立了深部凍土全套實驗系統，立井施工凍結法鑿井穿過沖積層厚度從587米提升至753.95米，最大凍結深度由737米提升至958米。成功研制出超大直徑深立井鑿井大型成套裝備，在國內施工井筒最大荒徑15.5米，最大井深1341.6米;研制的大直徑反井鉆機一次鉆孔直徑達5.0米，鉆孔深度達600米，鉆孔偏斜控制精度達0.5%。

煤炭開采形成涵蓋薄、中厚、厚、特厚煤層的智能化開采應用示范體系，邁向智能化時代。一次采全高綜采煤層厚度從6米突破至8.8米，工作面開采長度延長至450米，工作面產煤量從600萬噸提升至超千萬噸。14米至20米特厚煤層大采高綜放開采成套技術與裝備研發成功并推廣應用。以掘錨一體機、錨桿轉載機和柔性連續系統為主體的智能快速掘進成套裝備，煤礦深井巷道全斷面硬巖掘進機，盾護式掘進機器人等先進掘進裝備在井下成功應用，煤巷掘進月進尺由平均600米提升至平均1000米以上，半煤巖掘進月進尺由平均150米提升至平均300米。5G、鴻蒙等新技術率先在煤礦應用，有力帶動了智能化建設。

安全技術創新支撐煤礦安全生產形勢穩定向好，十年來，煤礦事故起數和死亡人數大幅下降，百萬噸死亡率由0.374下降到0.044。行業研發了以誘發沖擊啟動的載荷源為中心、分源監測與防治的局部沖擊地壓防治技術，沖擊地壓危險多尺度多元融合預警技術，發明了系列巷道防沖吸能支護裝備及能量釋放與吸收監測裝備;發展了基于瓦斯含量法預測煤與瓦斯突出的瓦斯含量臨界值，發明了全過程監測、多元信息融合的突出預警方法;創建了射流孔含水層改造技術，開發了燒變巖帷幕墻注漿保水技術;研發了火區范圍初探與高溫點精探相結合的火源探測技術、易燃復雜采空區下開采的風壓自動調節技術以及非間隔連續拖管注氮防滅火工藝與裝備等。

干法選煤技術達到國際領先水平，選煤主要技術裝備均已實現國產化。原煤入選(洗)率由55.4%提高到71.7%，2021年入選原煤達29.6億噸。成功研發大型復合干法和塊煤干法分選技術、大型井下選煤排矸技術和新一代空氣重介干法選煤技術，開發了世界上首套模塊式高效干法選煤工藝系統。濕法全重介選煤技術將煉焦煤單系統入選能力從600萬噸/年提升至千萬噸級，自主研發的特大型無壓給料三產品重介質旋流器、超級旋流器、大型機械攪拌式和噴射式浮選機、特大型微泡浮選柱已廣泛應用，離心機、壓濾機、磁選機和破碎機等設備實現大型化，側方入料式精煤壓濾機和超高壓尾煤壓濾機解決了細粒煤水分問題。

煤炭清潔利用技術取得實質性進展。高效煤粉工業鍋爐、水煤漿漿體化CFB鍋爐、民用固硫抑塵型煤、煙煤解耦新型爐具成功推廣應用。研發出神華脫硝催化劑再生技術，實現了蘭炭粉無助燃穩定運行，攻克了粒徑小于30毫米、產量占低階煤總產量80%以上的混煤熱解系列關鍵技術難題，突破了煤焦油分質轉化高性能油品及高附加值產品技術瓶頸。

煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制乙二醇等現代煤化工整體向高端化、多元化、低碳化發展，生產工藝、關鍵大型裝備和特殊催化劑等逐步實現國產化。攻克了大型、超大型水煤漿氣化和干煤粉氣流床高壓氣化成套技術與裝備，建成單爐日處理3000噸級、4000噸級煤氣化示范工程;實現100萬噸/年煤直接液化和400萬噸/年煤間接液化的連續穩定生產，新一代直接煤制油技術已完成開發，具備工業化的技術基礎，掌握了百萬噸級高溫流化床費托合成技術;第三代甲醇制烯烴技術正在進行工業示范裝置建設，即將投產實施，其甲醇轉化率、乙烯丙烯選擇性、甲醇單耗水平都大幅提升，合成氣直接制低碳烯烴的新型催化劑及漿態床等新技術取得了新突破;煤制乙二醇的工業化產能已占到全國乙二醇總產能的43%左右，低階煤分質利用技術等取得了成熟的工業化成果，煤制乙醇示范項目也將投料試車。

積極踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，技術創新助力“雙碳”目標實現。行業創建了采煤沉陷區中高層建筑群建設技術體系，打造了采煤沉陷區城市服務功能開發的“任城模式”;建設了內蒙古東部草原大型煤電開發區，開展露天煤礦生態擾動區和干旱半干旱的草原沙化區的生態修復與綜合整治示范，植被覆蓋率提高35%以上，廢跡地示范區治理率達到96%。開展了集瓦斯治理、抽采、發電、制冷、熱害治理于一體的瓦斯綜合治理與循環利用技術研發與示范;發明了瓦斯自適應混配和自回熱蓄熱氧化技術、低濃度瓦斯蓄熱氧化井筒加熱技術和焦化廠荒煤氣高溫余熱回收技術。首創了煤化工二氧化碳捕集、咸水層封存與監測成套技術，建成世界首個10萬噸級煤化工CCS示范工程。

煤炭科技創新體系整體效能明顯提升

十年來，產學研深度融合的煤炭科技創新體系不斷完善，科技資源的優化配置能力持續加強。大型煤炭企業研發投入強度達2%，科研項目和經費管理不斷優化，成果轉化、科技獎勵等科技管理制度不斷健全，分配政策逐步轉向以增加知識價值為導向，科研項目設置更突出國家使命和解決行業重大難題導向，有力推進創新鏈產業鏈深度融合。

煤炭行業戰略科技力量不斷加強，第四屆煤炭工業技術委員會委員達1300余人，發揮了行業高端智庫的作用。目前，煤炭領域共有國家及行業級研發平臺145個，包括國家企業技術中心30個，科技部批準運行的國家重點實驗室和國家工程技術研究中心24個，國家發改委納入新序列管理的國家工程研究中心6個，國家能源局批準運行的能源研發創新平臺13個，應急管理部批準運行的安全科技支撐平臺7個、重點實驗室1個，國家礦山安全監察局重點實驗室8個，中國煤炭工業協會認定的煤炭行業工程研究中心56個。

行業知識產權保護效果和運用效益明顯提升，知識產權意識大幅增強，涌現出一批知識產權競爭力較強的市場主體，能源裝備智能化產業知識產權運用聯盟獲北京市知識產權局批準建設。一大批科技創新成果轉化為標準，截至目前，煤炭行業現行有效國家標準426項、行業標準1430項，一大批團體標準實施應用。

加快實現煤炭行業高水平科技自立自強

我國煤礦分布區域較廣，礦井地質賦存環境復雜、開采難度大，復合動力災害機理尚不明晰，災害預警預報準確度還需提高;煤礦智能開采基礎理論研究不夠深入，西部生態脆弱區低損害開采與生態保護技術體系尚未形成，充填開采、保水開采、無煤柱開采等綠色開采技術亟需規模化推廣應用;煤炭作為原料轉化為碳基新材料、特殊性能產品的基礎理論與關鍵技術需進一步加強，煤炭與清潔能源協同并向固碳、碳循環方向轉變尚處于起步階段。

當前，世紀疫情與百年變局影響交織疊加，世界進入動蕩變革期，全球能源價格上漲，能源體系發生結構性演變，未來我國能源安全面臨的風險因素將進一步增加。站在新一輪科技革命和產業變革的歷史潮頭，煤炭行業比過去任何時候都更加需要科技創新，需要面向碳達峰碳中和目標，從整體技術布局和攻關方向進行全新定位，從而引領支撐行業高質量發展。

第一，做好煤炭技術前沿領域布局。結合煤炭綠色低碳轉型短期與中長期目標，提出升級換代、低碳融合、顛覆突破、負碳固碳四大技術類型布局。升級換代類包括精準地質探測技術、智能快速掘進技術、智能無人開采技術、煤礦綠色開采技術、超超臨界發電技術、新型煤氣化和煤與有機廢氣物協同氣化技術、煤經合成氣一步法制化學品技術、關閉礦井瓦斯抽采技術、低濃度瓦斯高效利用技術、低品位氣源分布式發電技術、黃河流域煤炭開發生態修復技術、礦區碳匯管理技術等;低碳融合類包括礦井空間開發利用技術，綠氫、綠電與煤炭轉化融合技術，煤與生物質、廢棄物協同利用技術，地熱資源利用技術等;顛覆突破類包括井下流態化開采與轉化一體化技術，煤基高能燃料合成技術，先進煤基炭素材料制備技術，深部原位二氧化碳與甲烷制氫技術等;負碳固碳類包括煤礦采空區、殘采區、關閉礦井封存二氧化碳技術，二氧化碳驅油驅氣技術，二氧化碳電化學催化轉化捕集技術，二氧化碳礦化利用技術等。

第二，推進創新鏈產業鏈深度融合。深入實施創新驅動發展戰略，強化國家能源保障使命擔當，加快科研生產管理體系優化升級，夯實國家能源安全基礎。進一步完善以企業為主體、以市場為導向、產學研深度融合的煤炭科技創新體系，增強企業在技術創新決策、研發投入、項目組織、成果轉化等方面的主導地位，不斷提升企業的原創力和組織力。以智能開采、災害防治、清潔利用等為主題，加快構建行業龍頭企業牽頭、高校院所支撐、各創新主體相互協同的創新聯合體，協同推進基礎研究、技術研發、轉化應用。充分發揮企業的“出題者”作用，采用“揭榜掛帥”“賽馬制”等競爭性方式，加速內部市場和應用場景開放，提高科技成果轉移轉化成效。積極融入全球創新網絡，加強國際合作，深化與國家科研機構、高水平研究型大學、科技領軍企業的合作，持續擴大技術創新“朋友圈”。

第三，打造煤炭原創技術策源地。以行業國有重點企業為主，重點突破引領行業未來發展、推動產業變革的顛覆性技術以及影響產業鏈安全穩定的卡脖子難題，大幅提升源頭供給能力。持續加大企業研發投入強度，提升原創技術投入在研發投入中的占比，用足用好稅收優惠、單列工資總額等各項支持政策。圍繞國家實驗室、全國重點實驗室、國家技術創新中心等國家級平臺和省部級、行業級平臺建設目標，加強高端研發平臺建設，集聚創新要素。針對原創技術具有高風險性和不確定性的特點，堅持以創新能力、質量、價值、貢獻為核心的評價導向，準確反映成果創新水平、轉化應用績效和對經濟社會發展的實際貢獻。積極培養、引進、用好各類人才，厚植尊重人才、尊重創造、鼓勵探索、寬容失敗的創新文化。到2025年，突破一批行業卡脖子技術瓶頸，行業核心技術基本實現自主可控;到2030年，在煤礦智能化、煤礦災害防治、煤炭清潔高效利用等領域取得一大批原創成果，推動我國進入創新型國家前列。