強化科技創新推動煤炭行業高質量發展研究

劉見中

(中國煤炭科工集團有限公司，北京市朝陽區，100013)

黨的十九屆五中全會提出，堅持創新在我國現代化建設全局中的核心地位，把科技自立自強作為國家發展的戰略支撐?？萍紕撔率峭苿用禾啃袠I轉型升級和發展的強大動力，“十三五”以來，科技創新在推動煤礦智能化、提高煤礦安全生產水平、促進煤礦綠色轉型、提高煤炭清潔高效利用水平等方面發揮了重要作用[1]，助力煤炭科技從跟跑逐步發展為部分領跑，有力推動了煤炭行業自主創新能力的提升。

進入“十四五”，煤炭行業面臨低碳轉型和高質量發展的雙重壓力，對煤炭科技創新工作提出了更高要求[2-5]，同時以智能化、信息化、大數據、綠色化為特征的新一輪技術創新的興起，將持續改變世界能源和產業格局[6-7]，煤炭行業對科技發展的需求空前高漲。然而，當前煤炭行業的科技創新體系和科技創新能力與低碳轉型和高質量發展的要求存在一定差距，通過分析當前煤炭行業科技創新存在的問題，科學采取提升科技創新能力的措施，科學部署“十四五”科技創新的發展方向，對推動煤炭行業高質量發展、助力碳達峰碳中和目標的實現具有重要意義。

1 科技創新推動煤炭行業技術進步

1.1 煤礦智能化水平顯著提升

煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐，以大數據、人工智能、區塊鏈、物聯網等現代信息技術與煤炭產業深度融合，推動煤炭行業向數字化、智能化轉型。截至2021年底，全國已建成800多個智能化采掘工作面[8]，實現智能化工作面從薄煤層、中厚煤層到特厚煤層的綜采、綜放開采的全覆蓋。在智慧礦山建設、煤礦智能開采和智能掘進領域取得顯著的技術進步，一批先進成果達到世界領先水平。

(1)在智慧礦山建設方面，建立了智慧礦山工業互聯網架構體系，包括設備層、邊緣層、企業層和產業層的“網絡、標識、平臺、安全”4大系統；提出了智慧礦山工業互聯網平臺技術5層架構[9]；建立了智能開采工作面三維地質模型，并實現了地質模型與“三機”信息互饋；建立了“數據透明-信息透明-知識透明”3層全息透明架構下的透明工作面體系[10]；建立了煤礦智能化技術標準體系，從而規范和指導高、中、低3類煤礦智能化建設[11]。

(2)在煤礦智能開采方面，建立了大采高綜采工作面設備智能控制系統，實現了單軌吊集中控制室、移變列車集中控制室和地面智能專家決策平臺3個控制平臺統一。開發了世界首臺9 m特厚煤層大功率智能采煤機(見圖1)，年生產能力達到1 500萬t以上。研制出滿足年產2 000萬t智能綜采輸送裝備，包括SGZ1400/4800型刮板輸送機、SZZ1600/700型刮板轉載機、PLM6000型破碎機等。

圖1 9 m特厚煤層大功率智能采煤機

(3)在煤礦智能掘進方面，開發了掘支運一體化智能快速掘進關鍵技術與裝備[12]，實現了不移位截割與錨桿支護同步作業的核心功能，平行作業時間由25%提高到75%，掘進效率提高3倍以上。研發了首套集智能截割、自動運網、自動鉆錨等技術為一體的智能快速掘進系統，掘進水平和支護質量得到有效提升。

1.2 煤炭安全生產形勢持續穩定好轉

沖擊地壓、水害、瓦斯、火災等重大事故防控關鍵核心技術不斷突破，職業危害、應急救援、安全監管監察等方面的先進技術裝備持續升級，極大提升了煤礦事故防控和救援的科學化、專業化、高效化、智能化水平，推動我國煤礦安全生產形勢持續穩定好轉。2021年，全國煤礦百萬噸死亡率降低至0.044，與2015年相比下降了37.29%[8]。

(1)在沖擊地壓防治方面，開發了煤礦巷道抗沖擊預應力支護關鍵技術，建成世界首套錨桿支護系統復雜受力狀態綜合測試試驗平臺，發明了高沖擊韌性、超高強度、低成本錨桿制造新工藝和抗沖擊全長預應力鉆錨注一體化錨桿，開發了雙組分阻燃型低粘度不飽和聚酯樹脂錨固材料。建立了沖擊地壓巷道防沖吸能支護理論[13-14]，創建了650 t沖擊試驗平臺，研發了系列巷道防沖吸能支護技術及裝備，發明了沖擊地壓能量釋放與吸收監測裝備。

(2)在礦井水害防治方面，不僅開發了典型頂板水害的防控技術[15]，建立了綜合防控體系，還開發了燒變巖帷幕墻注漿保水技術[16]。同時，開發了煤層底板水害超前區域高效治理技術及裝備，建立了煤層底板水害智能監測與預警系統[17]，大幅提高了煤層底板水害監測預警準確率。

(3)在瓦斯災害防治方面，建立了煤礦瓦斯災害智能監測預警系統，開發了多元信息動態監測、傳輸與自動采集技術以及監控預警軟件平臺，實現了瓦斯災害全過程、全方位監控預警和聯動控制。研制出煤礦井下瓦斯抽采鉆孔機器人[18]，實現煤礦井下瓦斯抽采孔無人化施工。研發了煤礦井下長鉆孔定向鉆進技術與裝備(見圖2)，創造了沿煤層定向鉆孔主孔深度3 353 m的世界紀錄。

圖2 煤礦井下長鉆孔定向鉆進裝備

(4)在火災治理方面，揭示了流動-反應傳熱-傳質耦合條件下采空區熱孕育機制[19]，開發了多元信息探測、時空協同分布式原位在線預警、高效阻化、瓦斯(煤塵)爆炸隔抑爆區域聯控等技術[20]；研制了煤礦熱動力災害在線預警裝備，實現工作面上隅角、回風巷等處火災氣體實時監測。

(5)在粉塵防治方面，揭示了大采高綜采工作面粉塵產生及呼吸塵時空演化規律，開發了大采高綜采面呼吸塵高效控制技術；揭示了綜掘工作面粉塵產生及其擴散分布規律，研制出快速綜掘工作面通風除塵成套技術與裝備[21]，建立了礦山粉塵職業危害預警信息系統。

(6)在應急救援方面，建立了復雜地質條件下生命保障孔快速精準鉆進技術優選評價體系，開發了地面大直徑救援井精準、安全、快速構建技術[22-23]，建立了大直徑應急救援井優快鉆進專家系統。研制了適應多工藝鉆進的大能力專用地面應急救援成套裝備[24]，研制了適用狹窄大深度空間的快速可視化地面應急救援提升成套裝備。

(7)在安全監管監察方面，形成了煤礦安全監管監察分級管控標準體系與規范，開發了礦井重大風險監測與違章自動識別量化評判技術與設備，建立了基于大數據的區域煤礦安全態勢智能分析與預警系統，形成“互聯網+”煤礦安全管控云平臺[25]。

1.3 綠色礦山建設能力逐步增強

開展了巖層移動及控制理論研究、采煤塌陷區生態復墾和綜合治理技術研究，形成了采空區治理、沉陷區土地整治、農林復墾、露天煤礦生態環境修復治理、礦區生態重構技術體系。開發了露天礦區典型災害風險鏈演化綜合分析、露天煤礦地質災害綜合治理、露天礦區生態修復等技術。開發了采煤沉陷區和礦山生態環境治理技術，推動我國煤礦區土地復墾率由原來的10%左右提高到2021年的57.5%。開發了高潛水位礦區生態修復技術、東部草原區大型煤電基地生態修復技術，創建了采礦跡地綜合整治與生態修復技術體系及治理利用模式[26]。

1.4 煤炭清潔高效利用水平不斷提高

(1)在清潔燃燒領域，開發了煤粉濃相供料、中心逆噴雙錐濃相燃燒、鍋殼式及膜式壁水管鍋爐和污染物聯合控制等關鍵技術[27-28]，建立了高效煤粉工業鍋爐系統，實現了熱效率>90%、煙塵排放≤20 mg/m3、SO2排放≤300 mg/m3、NOx排放≤350 mg/m3。開發的水煤漿循環流化床鍋爐具有熱效率較高、綜合電耗較低、原始NOx排放低的特點，經濟和環保效益顯著。

(2)在煤層氣利用領域，開發了低濃度煤層氣濃縮利用技術與裝備，可將10%～30%低濃度煤層氣濃縮至90%以上，CH4回收率在90%以上。研發了瓦斯階梯式清潔利用技術，解決了低品質瓦斯化學能的熱電轉換、高效氧化提熱的難題[29]。

(3)在水煤漿制備領域，開發了煤氣化細灰和化工污泥與煤協同制漿的技術與裝備[30]，建成了煤氣化細灰高碳組分和化工污泥與煤協同制漿示范線，每年減排化工污泥25萬t，資源化利用煤氣化細灰20萬t，實現了煤化工典型難處理固廢的源頭減量和清潔高質利用。

(4)在現代煤化工領域，形成了多噴嘴對置式水煤漿氣流床加壓氣化技術、水煤漿水冷壁廢鍋流程氣流床加壓氣化技術( 晉華爐) 、干煤粉氣流床加壓氣化技術(神寧爐)、航天干煤粉氣流床加壓氣化技術(航天爐)、干煤粉氣流床加壓氣化技術(東方爐)等具有自主知識產權的大型煤氣化技術。建成世界首套百萬噸級煤直接液化工業化項目，使我國成為世界上首個掌握百萬噸級煤直接液化關鍵工程技術的國家。建成擁有自主知識產權的煤間接液化工業化升級示范項目，建成世界上首個煤制烯烴(DMTO)工業化示范項目，以及單廠生產規模最大的煤制烯烴( SMTO) 工業化升級示范項目。

2 煤炭行業科技創新需要完善的領域

雖然煤炭行業科技創新在“十三五”期間經歷了快速發展，但是支撐煤炭行業高質量發展的能力還不足，依然存在行業基礎理論研究整體比較薄弱、與信息技術以及新能源等領域的交叉融合不夠、科技創新領軍人才和高技能人才大量缺乏等問題。

2.1 科技創新體系有待完善

與煤炭行業高質量發展的要求相比，當前科技創新體系還有存在諸多需要改進和完善的地方。一方面，當前科技創新體系結構不盡合理，缺乏對市場科技需求快速反應，未能充分發揮煤炭企業科技創新的主體作用。另一方面，科技創新體制機制難以適應改革發展的新要求，未形成運行良好的科技成果轉化機制、具有市場競爭力的科技人才引進機制以及行之有效的科技項目評價機制等。

2.2 基礎理論研究重視不足

由于基礎理論研究具有周期長、風險大的特點，煤炭企業普遍缺乏對基礎理論研究的積極性和主動性，投入的人力和物力不足，導致煤炭安全、高效、綠色開發等方面的基礎理論研究相對滯后。此外，應用技術開發缺乏基礎理論支撐，導致原始創新技術成果較少，核心技術受制于人，科技領域的“卡脖子”現象依然嚴峻。煤炭行業在科技資源配置上存在產、學、研、用資源分割以及溝通不暢等問題，導致基礎研究力量薄弱。

2.3 交叉領域科技攻關能力較弱

通過科技創新來推動煤炭行業與新能源、新技術、新產業的深度融合，促進煤炭由高碳能源向綠色能源轉變，是煤炭行業高質量發展的要求。目前以可視化遠程遙控技術和智能化工況監控為代表特征的煤礦智能化建設技術研發剛剛起步，與大數據、人工智能、區塊鏈等信息技術手段的融合不夠。煤炭行業綠色發展水平距離國家要求還有差距，西部生態環境脆弱地區煤炭資源開發與環境保護關鍵技術亟待突破。針對煤炭與風能、太陽能、生物質等新能源耦合發電、耦合燃燒、耦合化學轉化的技術研發與工程示范的投入不足，煤炭行業低碳化水平有待提升。

2.4 科技創新及復合型專業人才缺乏

在企業以短期經濟指標為主要考核指標的導向下，科研骨干力量向市場轉移，高層次科技人員流失比例大幅度上升。由于缺少系統的中長期人才培養規劃，對創新人才引進、選拔、培養力度不夠，缺乏培養高精尖科技人才的環境和土壤，導致科技領軍人才不足，人才梯隊缺乏發展后勁。在煤炭行業去產能、去庫存的發展環境下，煤炭行業對青年人才的吸引力下降，青年人才成長空間受到擠壓，致使企業高科技青年人才隊伍整體水平下滑。此外，尚未建立新興交叉領域人才培養機制，煤炭行業所需“采礦+信息技術”“采礦+環境保護”等復合型專業人才缺乏。

3 提升煤炭行業科技創新能力的措施建議

為了進一步提升自主創新能力，煤炭行業應積極構建體制機制靈活、高端人才聚集、創新成果不斷涌現的新型創新體系；持續加大研發投入，加強科研條件平臺建設；加強煤炭綠色智能開采、煤礦重大災害防控、煤炭清潔高效轉化領域的基礎理論研究和關鍵核心技術攻關，打造煤炭行業原創技術策源地；實施領軍人才和高層次科技人才培養與引進系統工程，建立學科帶頭人和學術梯隊的培養機制。

3.1 完善科技創新體制、機制

建立以企業為主體、市場為導向、產學研深度融合的科技創新體系，形成基礎研究、應用技術研究和產品研發的有效銜接。深化科技創新體制機制改革，優化科技創新決策機制，充分發揮科學家主導創新的決策作用；改革科研項目管理，探索“揭榜掛帥”“賽馬制”等新型科研項目管理機制；改進科技管理體系，深入落實“放管服”，賦予項目負責人技術路線決策權、研發團隊組建權、資金使用支配權、成果處置權、項目成員績效考核權等；健全科技創新成果轉化的制度體系，精準落實科技成果轉化激勵政策，鼓勵企業優先開展科技成果內部轉化，支持開展合作轉化和對外許可轉化；完善科技創新獎勵激勵機制，加大創新成果考核獎勵力度，對獲得國家、省重大科技獎項的人員給予額外獎勵，對在科研實施和成果轉化過程中做出突出貢獻的人員實施企業股權激勵、分紅激勵等措施，充分激活科研人員創新活力。

3.2 加大研發和科研平臺建設投入

加大研發經費投入力度，建立長期穩定支持的研發投入機制，設立支持基礎理論研究、“卡脖子”技術攻關的專項資金，優先支持原創性研究。持續加強科研條件平臺建設和運行經費支持，針對科研平臺設立非競爭性的科研項目，鼓勵實驗室開展基礎研究，重點支持實驗室開展原創性基礎研究、應用基礎研究、產業化前期基礎研究、技術標準制修訂研究。加快建設一批適應低碳轉型、煤礦智能化以及沖擊地壓等煤礦重大災害防控等新需求的實驗平臺，完善支撐煤炭行業高質量發展的科技創新平臺體系。

3.3 打造原創技術策源地

聚焦煤炭綠色智能開采、煤礦重大災害防控、煤炭清潔高效轉化領域的重大基礎理論、應用基礎理論和關鍵核心技術的需求，科學布局“十四五”重點攻關方向。加大對基礎理論研究的支持力度，重點支持自由探索、原始創新、具有戰略性前瞻性的基礎研究，鼓勵實施一批長周期、高風險、自主選題的重大基礎研究項目，圈定并培育基礎研究團隊。凝聚社會各界優勢力量，集聚創新資源，建立以科技領軍企業牽頭的面向關鍵核心技術攻關的創新聯合體，形成產學研深度融合的協同創新機制。聚焦煤炭行業高質量發展的迫切需求，制定“揭榜掛帥”項目榜單，凝聚國內優勢力量，加強核心技術攻關，快速突破技術瓶頸。

3.4 培養高水平科技創新人才

實施領軍人才和高層次科技人才培養與引進系統工程，通過多渠道、多層次廣泛吸納創新人才，圍繞核心領域，重點建設一批高水平科技創新團隊，在科研項目上給予優先支持，賦予更大的人財物支配權、技術路線決策權等。加大對優秀青年科技人才的資助力度，為優秀青年人才提供到國外高水平研究機構進修、學術交流的機會，破格聘任優秀青年人才為研究員和碩士、博士導師。建立煤炭行業新時期交叉領域復合型人才培養體系，培養既懂煤炭生產工藝又具有自動化、信息化研發能力的復合型人才，培養懂生產、能管理、全面掌握采掘工作面生產設備、熟練應用計算機控制系統的復合型人才。依托重大工程、重大科研攻關項目培養和鍛煉人才，構建以院士專家和科技領軍人才為核心、各級各類科技人才為骨干、具有持續創新能力的人才梯隊。

4 “十四五”煤炭行業科技創新發展方向

“十四五”是我國開啟全面建設社會主義現代化強國新征程、向第二個百年奮斗目標進軍的第一個五年。煤炭行業正面臨高質量發展和“雙碳”目標的雙重壓力，未來科技創新應圍繞煤炭綠色安全智能開發和清潔高效低碳利用等領域尚未攻克的重大基礎理論、應用基礎、關鍵核心技術進行布局，服務行業高質量發展和國家戰略需求。

4.1 全力推動智慧礦山建設

建設工業互聯網平臺和大數據中心，開發礦山智能系統，推動智慧礦山、透明礦山建設等行業標準制定。建立礦井地質及井巷工程全息數字模型，開發透明礦井三維可視化與數字孿生技術，構建全礦井數據匯聚、業務綜合管控的信息集成平臺及其高效運行生態。煤炭行業技術裝備智能化升級是發展趨勢，聚焦井工煤礦采掘工作面智能裝備、運輸智能裝備，露天煤礦智能裝備等智能裝備開發過程中的共性問題，開展技術攻關。

4.2 提升礦山安全生產保障能力

以沖擊地壓、瓦斯、水害等典型災害精準預警、智能防控、有效救援為重點，強化技術裝備研發。開發煤礦重大災害智能感知技術、災害感知數據實時可靠融合傳輸技術、重大災害智能預警技術，為智能化開采提供更加可靠的安全保障。突破煤層瓦斯智能高效抽采技術與裝備、沖擊地壓災害智能防控技術、煤礦火災一體化防控成套技術及裝備、瓦斯煤塵爆炸智能隔抑爆技術和煤礦典型水害精準高效防治技術等瓶頸制約。

4.3 保護和修復礦區生態環境

緊跟國家加強礦區生態建設步伐，加強廢棄礦井資源化利用和礦山生態修復。研發非爆破綠色建井技術、充填開采關鍵技術與裝備、礦井水資源保護技術、采煤沉陷監測預警和治理等，減小煤炭開采對地層、地下水資源和生態環境的損害。開發大型露天煤礦生態綜合治理技術、采煤沉陷區生態修復技術以及煤層氣高效開發利用相關技術。開發煤矸石等煤基固廢的資源化利用技術，加強對廢棄礦井地下空間的利用。

4.4 提升煤炭清潔高效利用水平

突破煤炭清潔加工深度轉化、污染物控制領域的新技術，大力發展智能高效節能的選煤技術、新型潔凈燃燒煤粉鍋爐、高濃度水煤漿、煤基新材料、揮發性有機物凈化處理及吸附劑再生、工業爐窯煙氣超低排放、工業廢水處理與回用等技術，為煤炭清潔化、低碳化轉型提供技術支撐。在碳減排、碳中和領域，積極部署CO2捕集關鍵技術、CO2驅煤層氣與封存技術、CO2礦化轉化利用技術、CO2高效催化還原技術，煤炭與風能、太陽能、生物質等新能源耦合發電、耦合燃燒、耦合化學轉化等技術。

5 結語

煤炭行業正處于低碳轉型和高質量發展的重要戰略機遇期，要深刻認識科技創新的核心地位，進一步強化科技創新推動煤炭行業高質量發展的推動力作用，不斷完善科技創新體系，持續加大科技研發和科研平臺建設的投入，強化人才建設，推進煤炭行業基礎理論研究和重大核心技術攻關，打造煤炭行業原創技術策源地，實現煤炭科技高水平的自立自強。