煤炭綠色開發利用的顛覆性技術發展對策研究

馬登玖

摘 要：煤炭資源是我國發展國民經濟的重要資源。為了保護生態環境，需要對煤炭進行綠色開采。該文提出了煤炭綠色開發利用的顛覆性技術，在提高開采效率、降低人員傷亡和保護生態穩定方面為行業提供一定的參考建議。

關鍵詞：煤炭5.0；煤炭開發；礦井設計

中圖分類號：TD82 文獻標志碼：A

我國是產煤和耗煤大國，每年我國煤炭在北方供暖、火力發電、工業生產中應用占比超過煤炭應用總量的90 %，其中，火力發電所產生的電能占所有發電量的60 %以上。雖然例如太陽能、核能、潮汐能等新能源手段不斷發展，但是煤炭資源仍是支撐我國經濟發展的重要資源之一。當前，我國發展過程中不斷出現環境問題，我國正在加快能源結構向低碳型和清潔型轉化，我國煤炭的綠色開發與利用，是保證我國可持續發展的重要戰略之一。因此，煤炭行業必須加快向綠色化、清潔化生產和應用轉型。

1 煤炭技術改革的總體路線

我國煤炭行業技術改革，要在2050年逐步實現3個階段的改革與發展，這3個階段可以概括為“煤炭3.0”、“煤炭4.0”和“煤炭5.0”。

“煤炭3.0”是指在2025年之前，煤礦的總體開采深度在2 000 m以淺，逐步降低開采過程中對生態的破壞，以信息化手段提高煤炭開發和利用的效率。同時要求井下作業人員數量下降至30 %，開采過程中的數字化、信息化、自動化程度超過80 %，人員死亡率降低至每百萬噸不超過5 %。對于環境的影響中，對資源保護和利用率超過50 %，開采環境的生態恢復率要超過70 %，煤炭燃燒清潔排放程度要有所提高。

“煤炭4.0”是指在2025-2035年，開采深度達到3 000 m以淺，在開采過程中高度使用自動化、智能化開采體系，使開采過程中污染接近零排放。開采過程中的井下作業人員數量降低至20 %，人員死亡率降低至每百萬噸不超過1%，避免大型事故的發生，并且無工人患有職業病；對開采環境生態平衡恢復達到90 %以上，做到水、天然氣、煤炭和熱能的同步開采，提高資源的綜合利用率。

“煤炭5.0”是指在2035-2050年，開采深度達到3 000 m以深，采煤整個過程高度自動化、智能化和機械化，采煤整個過程中包括井下和井上作業人員不足10 %，盡量實現井下無人操作，降低井下事故率和死亡率，職工無職業病。在開采時對于天然氣、熱能、煤炭、水、石油等一體化供應，優勢資源和新能源協同開發，提高經濟效益的同時不斷加強綠色化應用，降低對環境的損害。

2 綠色開采顛覆性技術創新

近幾十年來，我國生態遭到了不同程度地破壞，其中對于資源的濫用和過度非科學開采，導致了例如土地沙漠化、水土流失和開采地生態破壞的嚴重后果。因此采用綠色開發技術，能夠對生態發展做出有利的貢獻，建立綠色智慧煤礦也是為我國可持續發展戰略提供良好的保障。

2.1 綠色開采理論與技術

所謂綠色開采，就是要做到近乎零生態損害的資源開發。由于過去我國煤炭過度開采并且沒有先進的科學治理手段，造成了開發地區的地面坍塌、植被生態遭到破壞、地下水遭到污染、廢物排放污染環境以及潛在資源遭到浪費，因此必須通過有效的新興手段，保證綠色開采不再重蹈覆轍。在綠色開發理論下，利用先進科學手段提前規劃、綜合治理，開采煤炭的過程中對附屬資源一并開采，利用煤炭與水資源同時采集技術、煤炭與天然氣同時采集技術、煤炭深陷區功能重建及開發利用技術、煤炭與地熱資源共同采集技術等。

2.2 深部開采的地質保障技術

對于深度礦區的開采，首先要進行地質評估和預判，提前做出方案；其次，要建立無人化礦井，以機械化、自動化和智能化設備代替人工從事危險的井下作業任務，只需在地面留下技術人員即可。在深部開采過程中做到邊開采、邊重構，可以獲得諸多資源的情況下減少對地質的損害，可避免塌陷和生態破壞。

2.3 無人化智能開采技術

幾十年前我國開采煤礦資源主要依靠人工為主、設備輔助的方式，開采過程中在不斷造成人員傷亡的同時，其開采效率也普遍較低。目前，我國科技水平不斷提升，很多大型設備例如機械設備、工業機器人設備、自動化生產線設備等諸多新科技設備的發展，提升了我國工業自動化水平，同時向智能化和無人化發展。因此，在當今煤炭開采過程中，可以應用多種井下無人技術，例如無人開采機器人、無人轉運運輸設備、智能監控設備、遠程控制設備和大數據安全預警設備等，全面降低井下工人的參與程度，同時提升開采效率。

3 清潔低碳技術的創新

3.1 梯級的綜合利用

按照“應選盡選、深度洗選”原則，提高商品煤的入選率，加快研究低階煤熱解，建設百萬噸級大規模低階煤高效轉化工程，開發半焦燃燒或氣化綜合利用技術、煤氣深加工等技術。梯級利用煤中固定碳、油氣等各種有效組分，充分利用即為少排放。

3.2 煤炭高效燃燒技術

煤炭在不充分燃燒時極易產生例如一氧化碳等危害物質，為了提高煤炭的燃燒利用率，降低資源浪費的同時減少有害物質的產生，在利用煤炭資源的企業中應用高效煤炭燃燒鍋爐、加強有害氣體的過濾、降低污染物排放、煤炭與瓦斯噴談爆炸發電技術，可以實現近乎零排放的目的。

3.3 煤炭溫和精準轉化技術

在煤炭使用過程中，要研發出新的煤炭催化氣化和煤油共煉技術，節約整個過程中水與化工廢水的處理成本，提高效率，實現溫和條件下環境友好的煤炭精準轉化高規格、高附加值化工品。

4 礦井設計建設和地下空間利用技術

4.1 地下空間與安全保障技術

煤炭礦井的地下空間較為復雜，其空間利用技術屬于世界性難題。如果能夠充分合理地利用井下空間，提升井下空間安全管理技術，那么對我國礦業生產將是一項重大突破。對于井下空間，可以采用井下智能機器人進行空間的遙感探測技術，對環境空間進行評估，在合適的位置進行空間的綜合設計與建設，提升地下空間的利用率，同時保證地下空間的安全性。

4.2 地下空間綜合利用技術

煤炭開采運輸后會在地下留下較大的空間，可以利用該空間進行地下設施的建設，象人防工程或者大型地下空間實驗室或者地下軍事儲備工程。通過合理的勘探和設計后，在一定大型的空間內建設相應的地下室，同時匹配相應的恒溫恒濕系統、通風系統、供水排水系統、供電系統和網絡通信設備，拓展人類生活和生存空間。再如，在發達城市我國地面空間較為緊張，可以利用淺層地下礦洞建設成大型地下停車場，可緩解城市停車問題。同時，可以吸引投資商進行地下商場建設的投資，將該區域建設成為旅游景點和購物景點，依次促進當地經濟，還能緩解政府關于治理礦洞地下空間的財政壓力。

5 結語

未來，我國煤炭綠色開發技術必將全面鋪開，保證發展的同時還必須注重環境和生態的保護。利用顛覆性綠色煤炭開采技術，提高煤炭產量的同時，能夠降低氣體排放、降低人員傷亡、提高機械化運行效率。此外，綠色開采技術在保證煤炭產量的同時，還能保證附屬資源如石油、天然氣、地熱、水等資源的產出，做到全面科學地利用資源。

參考文獻

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