改革开放40年丨煤炭工业实现三大科技革命
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改革开放40年我国煤炭工业实现三大科技革命
中国工程院院士 武强 中电传媒能源情报研究中心 张立宽
党的十一届三中全会以来，我国将改革开放确定为基本国策，邓小平提出了“科学技术是第一生产力”的著名论断，科技创新成为提升我国综合国力的正确选择。改革开放40年来，煤炭行业改革发展的历史，就是一部煤炭行业坚持科技创新、推动科技进步，以科技创新和科技进步实现煤炭工业科学发展、跨越发展、转型发展的历史。煤炭行业在40年波澜壮阔的发展进程中，推动并实现了三大科技革命。
科技创新推动实现采煤方法的革命
新中国成立后，党和政府高度重视煤炭工业发展，但当时煤炭工业的科技含量十分低下。改革开放后，我国大力推进综合机械化采煤技术，2017年底我国大型煤矿采煤机械化程度达到96%，掘进机械化程度提高到54%，智能化采煤工作面有70多个，无人开采工作面有47个。
一、综合机械化采煤技术是采煤史上的重大突破。综合机械化采煤设备既能保障安全又能提高效率，实现机械化减人、自动化换人，大大减少了煤矿事故。改革开放之前，我国国有重点煤矿采掘机械化程度仅为30％。我国煤炭科技工作者创造性地研发出煤矿长臂综合机械化采煤工艺、煤矿短臂综合机械化采煤技术、薄煤层综采工艺，辅以相应的综采支护设备和综采运输机械，形成独具特色的综合机械化采煤工艺，极大地提高了采煤效率和安全性。
2005年，我国国有重点煤矿采煤机械化程度达到82.7%，一批煤炭企业的生产和安全指标达到世界先进水平，年产400万～600万吨煤炭的综采技术装备实现了国产化。2017年底，我国建成了一批具有世界先进水平的大型煤炭企业，基本上实现了采煤综采化、掘进综掘化、运输机械化、监测监控自动化、管理手段现代化。
二、综采放顶煤技术是采煤机械化历程的一个里程碑。新世纪以来，随着我国大型煤炭基地的不断建成，煤炭采掘工效日益提高，对煤炭工业集中度和集约化提出了新的要求，综采放顶煤技术成为行业新宠。
综采放顶煤采煤法按照工艺方法可分为全厚放顶煤、预采顶分层放顶煤、倾斜分段放顶煤等三种放顶模式。1992年8月，兖矿首个综采放顶煤工作面在兴隆庄煤矿建成投产，综采放顶煤技术获得国家科技进步一等奖。1999年，我国综合机械化采煤产量占国有重点煤矿的51.7%，较1975年提高了26倍。
进入新世纪，以中国煤炭科工集团为代表的我国煤炭工业科技水平“国家队”，成功研制的国产大采高综采成套技术与装备达到年产600万～1000万吨生产能力，攻克了我国煤炭行业厚煤层综采技术瓶颈，该技术荣获3项国家科技进步奖、煤炭工业特等奖和一等奖。2005年5月，兖矿集团与德国鲁尔工业集团DBT公司签订“两柱式综采放顶煤液压支架”专利技术转让协议，改写了由国外单一向我国输入先进采煤技术的历史。
三、“互联网+智慧矿山”引领现代煤炭工业发展方向。随着“互联网+”技术的逐渐普及，我国煤炭工业智慧矿山建设飞速发展。智慧矿山是基于 “互联网+”技术，以建设安全矿山、高效矿山和绿色矿山为目标的综合技术体系，代表着煤炭工业未来的发展方向。
2008年，根据科技部《关于推进产业技术创新战略联盟构建的指导意见》精神，神华集团、中国矿业大学、煤炭科学研究总院等产学研单位发起成立智慧矿山联盟，加大智慧矿山关键技术攻关力度；“十二五”期间，中国煤炭工业协会提出推进智慧矿山和数字矿山建设。进入“十三五”，“互联网+”增值服务为我国建设全数字化智慧矿山、强化信息资源综合利用、实现煤炭工业转型升级提供了新的途径和有效手段。2017年，我国首座TBM施工长距离煤矿斜井建成启用，首台全断面矩形快速掘进机投入使用，首台矿用全断面硬岩快速掘进机、首套煤矿大型护盾式快速掘锚装备研制成功，8米大采高采煤机、8.2米超大采高智能输送系统、3~4米煤层千万吨级智能化综采成套装备实现了国产化。
科技创新推动实现煤矿安全管理革命
煤矿大多为井下作业，瓦斯、水、顶板、煤尘、火、冲击地压等灾害时刻威胁着井下人员生命健康安全，是典型的高危行业。长期以来，我国煤矿采掘方式较为落后，科技含量不高，煤矿安全事故多发。
1978年，我国煤矿死亡4500多人，百万吨死亡率为9.44；2017年我国煤矿死亡人数为375人，百万吨死亡率为0.106，科技创新使煤矿的安全水平实现了质的飞跃。
一、科技创新使安全装备水平大幅提升，减少了煤矿“五害”导致的煤矿事故率。改革开放后，我国积极引进国外先进科技装备，并在实践中消化吸收改造提升为自主国产装备，煤矿安全投入不断加大，以“一通三防”为主的安全技术改造逐渐升级，煤矿瓦斯监测监控系统、瓦斯抽放系统得到普及，有效地降低了事故起数和死亡人数。与此同时，综合机械化掘进工艺集掘进、装岩、运煤等多种功能于一体，实现了综合掘进机械化，支护模式也从木桩支护逐步发展到锚杆支护。目前，矿井建设与安全生产管理正依靠科技进步实现“机械化换人、自动化减人、智能化无人”，把人彻底从井下解放出来，使科技兴安达到新的高度。
二、科技创新提升了煤矿安全质量标准化和安全生产标准化建设，使煤矿安全生产工作更加标准化、规范化。1978年以前，我国煤矿安全质量标准不统一、不规范，改革开放后有关部门一直致力于标准的统一。1986年，原煤炭工业部开展实施全国统一标准，此后经过多次修订完善。2017年1月，国家煤监局发布《煤矿安全生产标准化基本要求及评分方法（试行）》，形成了风险分级管控、隐患排查治理、安全质量达标“三位一体”的煤矿安全生产标准化体系，将煤矿安全生产的科技含量提升到新的更高层次。
三、科技创新使煤矿六大系统成为可能，为矿井安全生产插上科技的翅膀。
煤矿六大系统是指监测监控系统、人员定位系统、通信联络系统、紧急避险系统、压风自救系统、供水施救系统。2010年3月，华晋公司王家岭矿发生透水事故，经全力抢险115人获救；2017年5 月，山西省太原市清徐县东于煤业公司发生透水事故，5人成功生还，煤矿井下六大系统起到了关键作用。
科技创新推动煤炭消费利用方式革命
长期以来，我国煤炭工业一直致力于推进将煤炭由燃料向燃料与原料并重转变；而推进现代煤化工发展，是实现煤炭新型利用技术的一次革命，也是实现煤炭资源高效清洁转化的重要途径。
现代煤化工通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烃、煤制乙二醇等。1978年12月，原国家科委和煤炭工业部在山西召开了全国第一次煤的气化和液化工作会议，拉开了现代煤化工大发展的序幕。“十二五”以来，煤液化、煤气化、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制乙烯等一大批具有自主知识产权的现代煤化工关键技术和装备取得突破，为煤炭清洁高效利用提供了技术支撑。2017年，《现代煤化工产业创新发展布局方案》明确了八大重点任务。同年，“煤制油品/烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用”项目获得国家科技进步一等奖。目前，全国已建成投产煤制气项目4项、煤制油项目5项、煤制烯烃项目16项，年产能分别达到51.05万吨、558万吨和881万吨，取得了不俗的成就。
同时，作为一次能源的煤炭清洁高效利用也得到长足发展。目前，燃煤电厂超低排放技术改造后烟尘浓度达到2.78mg/m3左右、SO2浓度23mg/m3左右、NOX浓度31mg/m3左右，均低于天然气电厂的排放标准；高效煤粉型锅炉技术使燃烬率达到98%，比普通燃煤锅炉提高28个百分点，烟尘、SO2、NOX等污染物排放指标相当于天然气锅炉标准，“一种旋流干煤粉气化炉”项目获得中国专利金奖；水煤浆、型煤、低阶煤分级分质利用等技术示范稳步推进、成效显著。
总之，煤炭开采方法、煤矿安全管理和煤炭消费利用方式，是煤炭工业的三大板块。改革开放以来，这三大板块实现了从传统粗放到现代高效，从人工和半机械化到自动化、信息化和智能化的科技革命，为我国经济长期高速发展提供了必要而难得的能源支撑，对保障我国经济从高速增长转向高质量发展、实现新旧动能转换，具有非常重要的意义。
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