煤炭產業技術創新戰略的探討

陳立武，李冬東

(1.中國中煤能源集團有限公司，北京 100120;2.煤炭信息研究院，北京 100029)

1 前言

煤炭產業為我國約提供70%的一次能源[1]，在可預見的未來仍將處于絕對主要位置。但是，在國際氣候變化和碳減排壓力的形勢下，我國煤炭產業將面臨資源和環境的雙重約束，需要進一步提高產業集中度，加快向集約發展轉型，通過技術創新調整產業結構。因此，分析探討煤炭產業的技術創新及其戰略，有助于推進技術升級，實現產業科學健康發展。

2 技術創新及其戰略

技術創新是企業核心競爭力的源泉，也是產業升級發展的關鍵因素，深化認識技術創新特征，合理選擇技術創新戰略，很大程度決定了技術創新的成敗。

2.1 技術創新及分類

2.1.1 技術創新概念的提出

美籍奧地利經濟學家約瑟夫·阿羅斯·熊比特(J.A.Schumpeter)從論證技術變革對經濟非均衡增長以及社會發展非穩定性的影響出發，在1912年德文版《經濟發展理論》[2]中首次提出了技術創新的思想與概念，1934年譯成英文時，正式使用“創新”(innovation)一詞。熊比特認為，創新是指企業家對于生產要素的新組合，創新的目的在于獲取潛在利潤。他分析了創新的內在機理，用技術變革的現實來解釋資本主義經濟的周期發展，認為決定經濟周期運動的關鍵是技術創新。他認為，發明創造(包括科技成果)只是一種新概念、新設想或實驗品;而技術創新則是將發明或科技成果引入生產體系，利用其原理制造出市場需要的商品。

此后，索羅(S.C.Solo，1951 年)、弗里曼(C.Freeman，1973年，1982年)及美國科學基金會即NSF(National Science Fundation of USA，1976年)等國外大批學者和機構曾先后對技術創新進行了系統研究。北京清華大學教授傅家驥[3]認為，狹義技術創新始于研究開發，終于市場實現，廣義技術創新則始于發明創造，終于技術擴散。

2.1.2 技術創新的基本類型

技術創新的分類可以根據不同的分類方法而定。根據創新過程中的技術變化強度的不同，可以劃分為漸進性創新和根本性創新。漸進性創新(incremental innovation)是對現有技術的改進引起的漸進性、連續性的創新活動。而根本性創新(radical innovation)則是重大技術突破的創新活動。

根據創新對象的不同，可將技術創新劃分為產品創新和過程創新。產品創新(product innovation)是指產品用途及其應用原理有變化的創新活動。而過程創新(process innovation)也稱工藝創新，則是指產品的生產技術的變革，包括新工藝、新設備、新的組織管理方式。漸進性創新與根本性創新，產品創新與過程創新可以分別按以下創新矩陣分類，其中縱坐標是創新強度，橫坐標是創新對象，這樣可構成四類創新活動，如圖1所示。

圖1 技術創新分類矩陣圖Fig.1 Technological innovation laplacian

根本性創新是跳躍的、不連續的創新，是漸進性創新活動逐步積累到一定程度的產物。而產品創新之后常緊跟一系列工藝創新活動。有時產品創新效益明顯，有時工藝創新獲益更大。漸進性創新與根本性創新也是如此。如美國3M公司開發生產一種小型不干膠便箋，技術雖不復雜，但每年為3M公司帶來3億美元以上的銷售收入。

近年來，發達國家逐步注重集成創新。集成創新是美國高技術企業為適應經濟發展而創造出來的一種新的技術管理和生產組織方式。其理論源泉是哈佛大學教授馬可·伊恩斯蒂(Marco Iansiti)在1998年提出的“技術集成”(technology integration)理念。集成創新的主體是企業，其目的是為了有效集成各種要素，更多地占有市場份額，創造更大的經濟效益。

2.2 技術創新基本戰略及其分析

2.2.1 技術創新戰略及其分類

美國哈佛大學商學院教授、戰略研究專家邁克爾·波特(Micheal E.Porter)專門研究了與技術創新有關的市場競爭戰略[4]。英國學者弗里曼(Freeman)將創新戰略按創新時機和創新程度分為進攻型戰略、防御型戰略、模仿型戰略、傳統型戰略和機會型戰略5種。而英國教科書則根據安索夫(I.Ansoff)對于企業經營戰略的分類相應地把技術創新戰略分為市場領先者戰略、追隨領先者戰略、應用工程戰略和模仿戰略。北京清華大學教授傅家驥[3]提出了自主創新、模仿創新和合作創新3種技術創新基本戰略類型。國內學者高健[5]、施培公[6]分別提出不同的創新戰略分類。

筆者認為:創新戰略分類可從兩個維度進行，一是從創新技術進入市場的時間序列進行劃分，將技術創新戰略劃分為率先創新和模仿創新;二是從創新的主體形式進行劃分，將創新戰略劃分為自主創新和合作創新。通過矩陣組合可以形成4類典型技術創新戰略，如圖2所示。

圖2 技術創新戰略矩陣及風險分析圖Fig.2 Technological innovation strategy risk

2.2.2 創新戰略分析

率先創新也可稱原始創新，指企業依靠自身努力和探索，產生核心技術或概念的突破，并依靠自身能力完成創新后續環節，率先實現技術的商品化和市場開拓，向市場推出全新的產品或工藝，一般是根本性創新，開辟全新市場或領域。如美國Intel公司的計算機微軟處理器，屬于率先創新。

模仿創新是后發者的創新，是指企業以率先創新者的創新思路為榜樣，以其創新產品或工藝為示范，吸取率先者經驗教訓，并改進和完善，進一步開發和生產富有競爭力的產品，參與競爭。模仿創新決非模仿抄襲，屬于漸進性創新。如松下公司對某錄像機全面剖析，查找關鍵缺陷，通過模仿開發，推出機型小、性能高、價格低的新型錄像機，很快占領錄像機總銷量首位。

自主創新具有率先性[3]，它是企業通過自身努力和探索產生新技術或工藝，并依靠自身能力完成技術商品化，獲取商品利潤的創新活動。合作創新是企業間或產學研的聯合創新行為。自主創新與合作創新具有主體或體系的相對性，當采用自主創新表征一國技術創新特征時，自主創新是指一國不依賴外國的技術引進，依靠本國技術力量獨立開發新技術進行創新的活動，但不排除國內各企業之間或產學研的技術合作。

2.3 創新戰略與創新風險分析

技術創新的風險主要來自兩個方面:其一是研發風險，這是一種技術性風險，起因于對科學發現和技術原理掌握不夠，技術成功的不確定性;其二是市場風險，這是由于技術成果商業化和市場化是否成功的不確定性。兩類風險并無嚴格界限，在不同的產業或創新項目中，兩類風險大小有所不同。合作創新通常以合作伙伴的共同利益為基礎，以資源共享、優勢互補為前提，有明確的合作目標、期限和規則，在創新的某些環節或全過程共同投入，共同參與，共擔風險，共享成果，集中于技術或市場風險大的產業或項目，且主要集中在研發(research and developmaent)環節，有利于降低創新風險。有關創新戰略風險的關系可見圖2。

世界著名的銥星公司(Iridium LLC)2000年3月由美國破產法院破產清算[7]，再次表明率先創新存在的巨大風險，同時表明正確選擇創新戰略及技術創新管理體系的極端重要性。“銥星”開創了全球個人通信新時代，但因對電話市場前景判斷失誤，運營成本太高，背負40多億美元債務無力按期償還，被迫宣告破產，摩托羅拉公司因此損失巨大。

3 煤炭產業與技術創新

我國目前仍處于工業化中期階段，煤炭產業仍然具有十分廣闊的發展空間。我國現有煤炭產業的產能較大，但總體上技術比較落后，安全保障能力不高，經營比較粗放，企業缺乏競爭力。迫切需要通過技術創新，提升煤炭企業核心競爭力，改造煤炭產業，促進產業升級。

3.1 傳統產業與煤炭產業

煤炭產業是典型的傳統產業。傳統產業是在新興的高技術產業出現之后人們對以往技術產業的一種表述。傳統產業和高技術產業的劃分是一種相對階段與時間觀念。高技術的概念必須是從國際規范化和全球的視野來考察的。阿爾文·托夫勒(Alvin Toffler)1980年在《第三次浪潮》[8]中指出，工業文明猶如夕陽西沉，將一系列傳統產業稱為“夕陽產業”，認為將較快趨于消亡。實踐證明，這種提法有欠科學性，應客觀科學分析傳統產業。

首先，傳統產業在國民經濟中的地位，如以占國內生產總值的比例統計將降低[9]，從業人數會減少，但通過注入高新技術和技術改造，傳統產業國內生產總值絕對值還會增加，農業、紡織業、礦業等都不會消亡;其次，大量耗竭資源、污染環境和破壞生態的傳統產業生產方式或技術屬于“夕陽技術”，必然會被逐步取代。將傳統產業籠統稱為“夕陽產業”是不科學的，宜提“夕陽技術”或“夕陽產品”。

目前國內煤炭生產和消費分別約占國內一次能源構成的76%和68%[1]，預計到2050年，煤炭能源所占比例不會低于50%[10]。煤炭產業在國民經濟中的基礎地位，將是長期的、穩固的，具有不可替代性。

3.2 煤炭產業技術發展的現狀與問題

2009年，我國煤炭產量30.5億t，位居世界首位[10]，但百萬噸工亡率 0.892 人/百萬 t，原國有重點煤礦生產效率5.413 t/工，采煤和掘進機械化程度分別為89.97%、80.03%，而美國、澳大利亞煤炭產量分別為9.73 億 t、4.09 億 t，百萬噸工亡率分別僅0.01、0.018 人/百萬 t，生產效率達 30 t/工以上，機械化程度達100%。即使與我國經濟發展水平比較接近的印度，煤炭產量5.62億t，百萬噸工亡率0.167人/百萬t。其主要原因是，盡管近年來煤炭需求旺盛、產量大幅度提高，但是總體上煤炭產業仍缺乏相應的現代先進技術支撐，煤炭企業缺乏技術創新能力及創新形成的長效機制。

3.3 技術創新對煤炭產業的作用

一般來說，技術創新對煤炭等傳統產業的作用主要體現在以下3個方面:

1)用高新技術改造技術裝備和工藝，改善生產安全環境，防范安全事故，提高勞動效率，提高產品質量，降低產品成本。目前，我國煤炭產業技術改造的重點是大力推進煤礦、選煤廠等機械化、自動化，提高生產效率、煤炭質量，提高安全可靠性，增強其市場競爭力。

2)用高新技術改造和完善生產管理系統，為煤炭產業提供多種先進的檢測、控制裝置和以計算機為核心的現代化通信網絡，促進生產管理跨越和升級。目前，我國煤炭產業的許多先進企業正在努力推進信息化建設，優化企業組織結構，實現管理現代化。

3)利用高新技術來升級換代傳統產品，促使傳統產業的產品朝著多種類、多功能、高檔次、高效率、低能耗、低物耗、低成本的方向發展，通過產品升級換代煥發傳統產業的生機和活力。

長期以來，煤炭產業的創新活動的主要目標是降低傷亡率，減少安全事故，減少物能消耗，提高采掘機械化程度，提高勞動效率，包括生產環節改造、采掘運機械化、井巷布置優化等裝備與工藝措施，這些均屬工藝創新。近年來，逐步重視產品創新，包括煤炭液化、煤炭氣化、水煤漿、煤炭篩選分級和重新配置，以及煤制油、煤化工產品等，實現煤炭資源價值的最大化。

3.4 煤炭產業技術創新戰略及其選擇

3.4.1 技術創新階段分析

工業化階段與技術創新階段具有良好的對應性，從美國、日本、韓國技術創新發展歷程來看，經濟、技術標志與工業化和技術創新階段存在如表1所示的基本關系[6]，到2009年我國研發經費占國內生產總值之比為1.70%，較2000年提高了0.8個百分點。中國內地以國際匯率記的人均GNP為4 283美元，低于世界平均值，位于所統計的182個國家(地區)中的第95位。

表1 技術創新發展階段標志[5]Table 1 Technological innovation stage mark

根據美國、日本和韓國技術和經濟發展的經驗，從國家、產業及企業的層次，技術創新戰略的選擇必須與經濟競爭發展階段相對應，必須與技術創新發展階段相適應。從國家層次來看，企圖越過模仿創新直接進入率先創新幾乎是不可能的;從產業層次來看，由于特殊環境和政策造就的超越模仿創新階段直接進入率先創新的行為，在個別產業、少數項目中是有可能實現的，但要考慮付出較高的代價或機會成本。其主要表現在自然、經濟和人力等稀缺性資源高度集中于某一產業或項目，力促該產業或項目技術的超越發展，使稀缺性資源投入的邊際效益下降，造成資源相對浪費，而使其他產業減少發展機會。因此，后發者發揮后發優勢的最佳戰略選擇應該首選通過引進、消化技術，實施模仿創新，在此基礎上逐步完成向率先創新戰略的過渡，實現產業騰飛。這個階段是比較漫長的。美國約為50～60年(1860—1910或 1920年)，日本約為 20～25年(1955—1975或1980年)，韓國約為20年(1980—2000年)，我國如果從實行市場經濟過渡轉變的1994年起算，預計20年即到2015年，且研發經費占比達到2.0%以上，才有可能總體上進入率先創新階段。

3.4.2 煤炭產業技術創新戰略選擇及其依據

從技術發展階段來看，我國煤炭產業以大量成套購買國外先進設備和技術為標志，經歷了大約20年(1975—1995年)的使用技術階段，2000年后已相繼進入改進技術階段。20世紀70年代中期從美歐等地大規模購買引進100多套綜合機械化采煤成套設備，到90年代中后期綜采部分關鍵設備(綜采液壓支架等)已出口到俄羅斯、印度等國。2007年，首套放頂煤成套設備及技術出口俄羅斯。放頂煤支架專利成功轉讓給DBT公司，成為煤炭機械領域知識產權的首次出口。

由于我國幅員遼闊，煤炭產業歷史悠久，一些小煤礦還停留在打眼放炮等開采階段，而大多數國有重點煤礦則已進入綜合機械化開采階段，達到或接近國際先進開采水平，這些不同類型的煤礦之間技術發展的歷史跨度相差大約40年。因此，煤炭產業在技術創新戰略的選擇過程中，既要考慮產業先進企業技術發展階段，還要考慮產業內其他企業的技術發展階段。

煤炭產業的先進企業在主導技術上已經進入改進技術階段中后期，應該采用模仿創新與率先創新相結合的戰略。同時對于一些特殊技術和項目，可以采用購買引進、模仿創新和率先創新三位一體的技術創新戰略，爭取實現技術跨越式發展。比如，煤炭產業的井巷支護技術，1995年由煤炭部科教司牽頭組織產、學、研有關專家，進行錨桿支護技術的重點攻關，從引進、演示、擴大試驗，到1999年創新成功僅用了5年時間[11]，就實現了20年的技術跨越，2000—2005年在全國各重點煤礦推廣使用。目前，全國煤礦均已經大面積采用該技術，并在復合圍巖、軟巖、深部開采及其他高應力復雜條件下，部分填補了國內外井巷支護技術的空白，初步完成由模仿創新向率先創新的轉變，對于提高我國煤礦安全保障能力、推動煤炭產業技術進步，發揮了重大作用。

4 煤炭產業技術創新的案例

神華集團、中煤集團等特大型煤炭企業，其大部分煤礦已經建成安全高效礦井，部分煤礦已達到國際領先或先進水平。因此，應該根據企業實力和效益原則，縮短模仿創新階段，并在部分關鍵領域突出重點、集中資源，直接進入率先創新階段，實現技術跨越，引領煤炭產業健康發展。

4.1 中煤集團的技術創新

中煤能源集團是我國特大型能源企業，煤炭產量位居全國第二，主營業務包括煤炭生產及貿易、煤機制造、煤礦建設、煤化工、坑口發電和煤層氣開發，以及相關工程技術服務。近年來，中煤能源集團充分發揮煤炭產業鏈完整的優勢，圍繞提高企業核心競爭力，加大國內外、行業內外的合作創新力度，強化創新能力建設。目前擁有露井聯采、淺埋深硬頂板厚煤層綜采放頂煤、湖下開采、重大煤機裝備、特厚沖積層特殊鑿井、深立井快速機械化施工、油頁巖提油技術和煤層氣成套開發等一批國際國內領先的核心技術，為產業技術創新發揮重要引領作用。

1)圍繞建設平朔億噸級煤炭生產基地目標，結合礦區實際條件，研究解決了露天煤礦剝采工藝、綜采放頂煤試驗(井工煤礦綜采放頂煤工作面可見圖3)、年產千萬噸級綜采成套裝備技術、露井聯合開采關鍵技術等(安太堡露天煤礦可見圖4)，2010年11月創造了采煤工效599 t/工的世界最高紀錄。2010年，中煤平朔煤業公司完成原煤1.05億t，提前實現億噸級奮斗目標，成為我國首個單一省區單一礦區建成的億噸級礦區。

圖3 中煤平朔井工煤礦綜采放頂煤工作面Fig.3 The top coal caving in fully mechanized mining face in Pingshuo underground mine

2)研究開發深部開采技術，包括大屯礦區深部開采巖巷非對稱支護技術、深部煤巷圍巖變形“三控”技術、深部大斷面交叉點的“雙控錨桿(索)”技術，為解決煤炭深部開采提供了技術保證。

圖4 中煤平朔安太堡露天煤礦——亞洲第一礦Fig.4 Pingshuo Antaibao open-cut mine

3)年產千萬噸級綜采成套裝備技術取得重要成果。結合我國大型煤炭基地和千萬噸級礦井建設需要，完成國家千萬噸采煤成套裝備的研發、制造與應用，研制成功年產千萬噸煤礦井下綜采工作面成套裝備，達到國內領先水平(特厚煤層大采高綜采成套設備可見圖5)。

圖5 中煤集團承擔的國家科技計劃重大項目——特厚煤層大采高綜采成套設備Fig.5 Fully mechanized mining equipment in thick coal seam by China National Coal Mining Equipment Co.，Ltd.

4)超大直徑深立井設計、施工技術和特厚表土層凍結法鑿井關鍵技術取得重大突破，攻克600 m特厚表土層凍結法鑿井關鍵技術，創造了587.5 m的厚表土凍結施工世界紀錄。已取得井壁結構設計、超大型鑿井井架、液壓傘鉆、全液壓抓巖機、超深孔爆破、千米深立井鑿井成套裝備及安全快速施工工法等一批重大科技成果。

5)成功開發循環經濟與綠色能源成套技術，包括露天排土場生態治理復墾技術，礦區生態環境恢復治理成果由國家環保部向全國推廣，自主開發的粉煤灰先提硅后提鋁技術獲得多項國際專利。開發實施沁南煤層氣高技術產業化國家示范工程，首次研究形成整套適宜于我國高階煤儲層特征的具有自主知識產權的煤層氣開發技術體系，填補了我國煤層氣產業的多項技術空白。

6)按照“先研究、后建設”礦區建設新模式，構建產業技術創新戰略聯盟，包括中煤科工集團、中國科學院、中石油東方地球物理勘探院等，以及中國礦業大學、北京科技大學、中南大學和北京大學等高校院所，系統研究包括地質與防治水、弱粘結基巖快速建井、礦壓與采掘技術、保水采煤與生態治理、資源綜合利用與循環經濟等成套技術與裝備，建設蒙陜億噸級現代化礦區，為我國西部煤炭開發提供技術支撐。

4.2 神華集團的技術創新

神華集團公司是集煤礦、電力、鐵路、港口、煤制油煤化工一體化的特大型能源企業，是我國目前最大煤炭企業、全球最大煤炭供應商。為提高企業競爭力，自2001年開始，整合、利用科技資源，著力加強戰略合作，在解決重大關鍵技術難題的同時，建立了適合神華發展的產學研用相結合的技術創新模式。

1)研究實施神東現代化礦區建設與生產技術，包括快速建井技術，設計產能800萬t/a的神東榆家梁礦僅用10個月建成投產，創造特大型井工礦快速建設的世界奇跡;首創綜采面輔巷多通道快速搬家技術等，哈拉溝礦建成世界上第一個百人千萬噸礦井，安全、環保、效益等方面達到了世界一流水平。

2)神華煤直接液化技術掌握了具有自主知識產權的煤直接液化工藝技術，2008年12月，世界上第一條年產百萬噸油品的生產線已成功出油，標志著我國成為世界上唯一掌握百萬噸級煤直接液化關鍵技術的國家。該項目是國家能源安全戰略的重要組成部分，也是我國新能源發展的重大嘗試。

3)建立與上海市的戰略合作。與上海市及相關企業在采煤關鍵裝備研發、電力設備制造和煤直接液化中試基地建設方面展開戰略合作。神華集團參與研發、采購上海電氣集團大型電站主機設備，極大支持了600 MW電站主機設備的國產化進程，上海市則對神華煤直接液化中試基地建設給予巨大支持。

4)構建產業技術創新戰略聯盟。2007年，神華集團牽頭聯合中國航天科技集團、上海交通大學、煤炭科學研究總院等18家單位組建“煤炭開發利用技術創新戰略聯盟”，被列入國家首批試點的4個戰略聯盟之一。形成了以市場為鏈接點，自愿平等、利益共贏、風險共擔、資源共享、優勢互補的雙向合作及多方戰略聯盟相結合的產學研用合作新模式。

5 結語

1)煤炭產業必須通過技術創新手段，應用高新技術改造傳統技術，促進其產業技術跨越和升級。同時，必須高度重視技術創新戰略的合理選擇，考慮宏觀環境和技術發展階段因素，根據市場和效益原則，力求自然、資金、技術和人力等資源要素的最佳配置。

2)模仿創新是后發產業實現技術跨越的最佳創新戰略，煤炭產業技術發展階段差異較大，現階段我國煤炭產業先進企業的技術創新戰略應選擇率先創新與模仿創新并存為主要形式。其他大多數企業技術創新戰略應主要采用模仿創新戰略。

3)煤炭產業的各企業創新資源比較單一，各創新主體研發與生產制造資源分割。通過合作創新可以實現資源優勢互補，提高創新效率，降低創新風險。因此，要推進產學研合作創新，包括國內外、產業內外的產學研合作，建設無邊界產業技術創新戰略聯盟，形成主體開放、模式多元化的產學研集成創新格局。

4)2010年我國煤炭產量已占全球煤炭產量的44%，展望未來十年，我國煤炭產業應有所作為。神華、中煤集團等特大型煤炭企業，應繼續改造完善煤礦生產系統的薄弱環節，實現集團內各煤礦全面機械化，研究解決煤炭開發西移所帶來的安全與環境問題，提升安全技術綜合保障能力。同時，積極推進自動化煤礦示范工程建設，并在數字化、智能化煤礦的研發和試驗方面有所突破，引領煤炭產業科學協調發展。

[1]黃盛初.2010中國煤炭發展報告[M].北京:煤炭工業出版社，2011.

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[8]阿爾溫·托夫勒.第三次浪潮[M].朱志焱，潘琪，譯.北京:生活·讀書·新知三聯書店，1983.

[9]吳季松.知識經濟[M].北京:北京科技出版社，1998.

[10]煤炭工業通信信息中心.煤炭經濟運行信息資料[R].2011.

[11]陳立武.煤礦技術創新的實踐與探索[M].北京:煤炭工業出版社，2005.