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【中国煤炭】2019-45卷-9期 Nov 11, 2019

★专题策划:煤炭工业壮丽70年★

持续创新70年硕果丰盈
——煤炭工业70年科技创新综述

刘 峰 曹文君 张建明

(中国煤炭工业协会,北京市朝阳区,100013)

摘 要 以重要时间段为节点,比较全面地总结了新中国成立到改革开放再到今天的煤炭工业科技创新历程以及取得的重要成果,尤其是改革开放40年来煤炭工业依靠创新驱动在煤炭生产加工等全过程的科技创新成果。认为,煤炭行业科研实力大大增强,产学研结合成果丰硕,企业充分发挥了重要的创新主体作用;相信,科技创新将继续成为煤炭行业高质量发展的重要引擎。

关键词 煤矿机械化 综合机械化采煤 智能开采 加工利用技术 生态矿山

2019年是新中国成立70周年,伴随共和国成长的脚步,煤炭工业在国民经济和社会发展以及保障国家能源安全的征程中做出了巨大贡献。原煤产量从1949年的3243万t增长到2018年的36.8亿t,累计生产超过800亿t煤炭,而持续的科技创新成为重要保障。

70年来,煤炭行业管理体制几经变革,但科技创新引领产业发展的主线从未改变。经过广大煤炭从业人员的不断努力,行业科技创新能力持续提升,为提高行业发展质量和效益、推动现代化煤炭经济体系建设奠定了坚实基础。

1 新中国成立到改革开放初期:综合机械化采煤开始起步

新中国成立初期的煤炭科技进步主要以采煤方法和采煤装备的进步为标志,此处主要阐述煤矿机械化开采装备的进步。

新中国成立后到20世纪50年代,我国先后引进了苏联和波兰的采煤机,煤矿支护材料开始由原木支架升级为钢支架,但还没有液压支架。而同期西方国家已开始进行综合机械化采煤。

综合机械化采煤就是在液压支架的保护下,能综合实现采煤机割煤、运输机输煤的技术。为了学习西方经验,1954年8月,燃料工业部召开了第一次煤矿机械化会议。1964年,煤炭部组织相关人员赴英国、法国和西德考察。同年,相关研究人员在郑州煤机厂开始研制液压支架。

1970年11月,在大同矿务局煤峪口煤矿进行了综合机械化开采试验,这是我国第一个综采工作面。这次试验为将综合机械化开采确定为煤炭工业开采技术的发展方向提供了坚实依据[1]。1972年燃化部在郑州召开了全国煤矿机械化会议,组织全国综合机械化采煤设备会战。当时一些煤机厂与冶金、机械等行业的相关厂家协作,先后研制出垛式、掩护式等多种液压支架、双滚筒采煤机、重型可弯曲输送机和高压乳化液泵站、阀组和高压管件等。这次会战及其研发成果为我国综合机械化采煤技术的发展奠定了坚实基础。

党和国家非常关心和支持煤炭行业的技术进步。1974年我国从国外引进43套综采设备,1977年又在当时国家外汇非常紧缺的情况下,支持煤炭工业部引进了100套综采设备,同时计划国内制造 500 套[2]

20世纪70年代煤炭工业部专门成立了综合机械化采煤指挥部,对液压支架“三阀”、乳化液泵、采煤机以及带式输送机托辊等关键部件进行了重点科技攻关,为提高综采设备的可靠性创造了条件。

2 改革开放到市场化初期:煤炭科技创新取得重要进展

1980年,我国成立国家能源委员会,负责管理石油、煤炭、电力3个工业部门。1982年撤销国家能源委员会。1988年,煤炭工业部、石油工业部、水利电力工业部和核工业部撤销,组建了能源部,统管国家能源工业。煤炭工业部撤销后,成立中国统配煤矿总公司和东北内蒙煤炭工业联合公司。1993年能源部撤销,重新组建煤炭工业部和电力部。1998年,国家进行机构改革,煤炭工业部改组为国家煤炭工业局。1999年,经国务院批准成立国家煤矿安全监察局,由国家经贸委实行部门管理,同年成立中国煤炭工业协会。

以上机构改革变化期间,正是煤炭行业市场化改革的初级阶段。这一期间,坚持科技兴煤的方向一直没有改变。煤炭科技创新取得重要进展,支撑了煤炭工业较快发展。

2.1 综合机械化和放顶煤技术

我国煤矿综合机械化开采技术在20世纪80年代取得较大进展,到80年代末已开始掌握综合机械化开采技术,极大地提高了采煤效率。与此同时,综采设备的研制也蓬勃展开。1985年郑州煤矿机械厂研制生产的ZY-35型液压支架,在4个综采工作面使用,年产原煤100万t以上;鸡西煤矿机械厂研制生产的MLS3-170型采煤机,在七台河、平顶山、潞安、鸡西等煤矿使用,实现了井下连续割煤150000 m以上不开盖检修;西安煤矿机械厂、辽源煤矿机械二厂和无锡采煤机械厂分别生产的300 kW和150 kW采煤机,都通过了1000 h台架试验;张家口煤矿机械厂生产的SGZ-764/264型重型刮板输送机,过煤量达到200万t,为煤炭生产能力的提高创造了条件。

1985年,全国有7个使用国产综采成套设备的综采队,创年产原煤100万t以上的记录,达到当时的国际先进水平。

20世纪80年代初,我国引进了国外的放顶煤技术。1984年,由煤炭科学研究总院开采所与沈阳煤炭研究所共同设计、郑州煤矿机械厂制造的FY400-14/28型放顶煤液压支架首次研制成功并在沈阳矿务局蒲河煤矿投入试验,取得较好效果;1986年在窑街矿务局二矿进行了急倾斜特厚煤层水平分段综采放顶煤开采工业性试验,取得圆满成功;之后在甘肃窑街、吉林辽源、新疆乌鲁木齐取得了急倾斜煤层综放技术的突破。

之后综采放顶煤液压支架得到进一步完善,实现了综采放顶煤技术的重大突破。1991年山西阳泉一矿创下综采放顶煤工作面月产14万t的记录;同年山西潞安漳村矿综采放顶煤工作面月产突破15万t,潞安五阳矿综采放顶煤工作面月产突破了21万t;1993年潞安王庄矿综采放顶煤工作面取得月产31.1万t、年产253万t的好成绩。

2.2 煤矿建设和掘进技术

20世纪70年代开始,由于开采深度增加,矿井建设向大型矿井、集中生产的方向发展,一批年产150万t、300万t、400万t的矿井以及年产1000万t的露天煤矿相继开工兴建。到1985年年底,全国已建成131个大中小相结合的煤炭生产基地,其中年产100万t及以上的矿区94处。

1983年,在注浆堵水技术研究领域中,MG-646化学注浆材料、水泥-水玻璃注浆材料、YSB-250/120型液力调速注浆泵和动水注浆技术4项成果荣获全国科学大会奖。1985年,冻结法凿井技术获国家科技进步二等奖。

为适应煤矿机械化发展需要,20世纪80年代,煤炭行业引进了AM50型、S-100型掘进机,对推动我国综掘机械化发挥了重要作用。在岩巷掘进机械化方面,研制成功了ZC-1B型侧卸式装岩机,与光面爆破、液压凿岩台车(双臂)或多台气腿式风动凿岩机、JZD-1型激光指向仪、胶带转载机、锚喷支护等设备综合配套使用,形成了岩巷掘进机械化作业线。

2.3 选煤技术

到20世纪80年代,我国已能自行设计年处理原煤300万t的大型选煤厂,并可以制造大型选煤设备。这一时期,我国已建设22处重介质选煤厂,入选原煤量约占全国入选总量的22%。三产品重介质旋流器和非磁性介质旋流器等新工艺研究也取得积极进展。同时,国内研制的XPM系列喷射浮选机也得到推广应用。其中,推广应用了煤泥直接浮选工艺,从根本上消除了细煤泥和极细泥质物在洗水系统中的积聚和恶性循环,达到清水选煤,为实现选煤厂洗水闭路循环创造了条件。

3 全面市场化改革以来:煤炭科技创新成就斐然

20世纪90年代后期,我国煤炭工业迎来全面市场化改革时期,虽然有改革的阵痛但科技创新的步伐更加稳健,成就斐然。

3.1 综合机械化采煤和智能化开采

3.1.1 20世纪90年代安全高效的煤炭综采和放顶煤技术

1995年日产煤炭7000 t的综采成套设备在铁法矿务局试验成功。同时开始研发和研制大功率、电牵引、多电机横向布置和大截深新一代采煤机,开始应用铸焊结合封底中部槽、交叉侧卸机头、链条自动张紧等先进技术的重型刮板输送机,从而将综采机械化采煤的能力提高到年产三四百万吨的先进水平。这一期间还开发了长距离带式输送机系统、既运人又可运料的煤矿辅助运输系统、地质保障系统、煤巷快速掘进与锚杆支护系统、安全生产监测系统,有效保障了综合机械化开采的安全高效生产。1999年,综合机械化采煤产量占国有重点煤矿煤炭产量的51.7%,较综合机械化开采发展初期的1975年提高了26倍。

这一时期的综采放顶煤技术进一步完善。1995年,山东兖州矿务局兴隆庄煤矿的综采放顶煤工作面达到年产300万t的好成绩;2000年兖州矿务局东滩煤矿综采放顶煤工作面创出年产512万t的记录;2002年兖矿集团兴隆庄煤矿采用“十五”攻关技术装备将综采放顶煤工作面的月产和年产再创新高,达到年产680万t。同时,山东兖矿集团开发了综采放顶煤成套设备和技术,并于2005年在澳大利亚澳思达煤矿成功应用,将综采放顶煤技术推广到了国外。

3.1.2 21世纪涌现出千万吨级综采机械化煤矿

进入21世纪,针对煤矿装备可靠性较差、寿命较短等方面的不足,煤炭行业开始采用三维仿真、有限元分析等现代设计方法,研制用高强度、高韧性优质焊接无裂纹结构钢的液压支架。新型采煤机研制时更加注重可靠性要求,采用了1000 V变频器和集中控制技术。同时,大运量、软起动、高强度、重型化、高可靠性的新型刮板输送机开始研制。采用动态分析技术,带式输送机在驱动装置、高效储带与张紧装置、自移机尾、控制系统与监控装置方面也取得长足进步。

目前,年产1000万t配套的采煤机、液压支架和运输机已全部实现了国产化,并达到了世界先进水平。如神东上湾煤矿年产1000万t的矿井,井下采煤工作面一个班只有9个人。至此,大型煤炭企业的采煤机械化程度已由1978年的32.5%提高到2018年的97.9%;掘进机械化程度由14.5%提高到56.3%;全国煤矿人均生产效率由137 t/a提高到1000 t/a,增长了6.3倍。

3.1.3 党的十八大后煤炭开采迈向智能开采

2014年5月8日,黄陵矿业一号煤矿1001工作面首次实现连续作业的智能化开采,成为我国煤炭开采史上具有里程碑意义的一次革命。

目前,我国一些现代化井工煤矿的主要生产系统中的胶带主运输、井下变电所、供排水泵房、地面主通风机房实现了远程监控和无人值守。全国已建成100多个有人巡视、无人值守的智能化综采工作面,既有薄煤层综采工作面,又有大采高、中厚煤层综采工作面,引领了国际煤炭智能化开采的方向。

2019年1月,国家煤矿安全监察局首次印发了5类38种煤矿机器人重点研发目录,加快煤矿机器人技术的攻关和研发应用。未来一批采煤、掘进、支护、喷浆、打钻、巡查等重点岗位的机器人将替代煤矿工人在井下危难险重岗位的工作,并建成一批智能化无人(少人)示范煤矿,特别是在煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害严重的煤矿。

3.2 煤矿建设与井巷掘进

3.2.1 矿井建设

目前,我国在煤矿建设方面已建立以冻结、钻井、注浆为主的建井理论与技术体系,矿井规模从改革开放初期的300万t发展到2800万t。

同时,发展了深井控制冻结理论、地层注浆改性理论,研发了“一扩成井”钻井技术,反井钻井技术,深井冻结、斜井冻结、“钻注平行作业”凿井技术,超大直径深立井建井技术。冻结法凿井技术穿过冲积层厚度726.42 m,钻井法最大钻凿成井深度达660 m,最大钻井直径10.3 m,研制出超大直径深立井凿井大型成套装备,国内施工井筒最大荒径15.5 m,最大井深1341.6 m,世界首套煤矿斜井盾构施工装备在神东矿区补连塔矿成功投用,创最高月进尺639 m的掘进记录,开创了煤矿建井施工新模式。

改革开放以来,“兖州矿区工程建设施工新技术”荣获国家科技进步特等奖。

3.2.2 井巷掘进

煤炭行业进入全面市场化改革之后,经过科技攻关,我国煤巷掘进技术水平有了大幅提高。掘进机的截割功率和整机性能大幅提高,巷道掘进速度与功效等指标也有了较大提升。研发出适应我国复杂地质条件和生产工艺的综掘装备,EBJ-120TP型掘进机在2002年通过了中国煤炭工业协会组织的技术鉴定,2003年获中国煤炭工业科技进步特等奖,2004年获国家科技进步二等奖 [3]

近年来,科研院所与企业合作开发的煤巷高效快速掘进系统在神东大柳塔矿试验成功,单班最高进尺85 m,日最高进尺158 m,月最高进尺3088 m,创造了大断面(25.2 m2)单巷掘进的世界记录,首次实现煤矿井下掘进工作面真正意义的综合掘进机械化[4]

3.3 煤炭加工转化

3.3.1 选煤技术及其装备

2018年全国原煤入选量约26.4亿t,入选率71.8%,其中炼焦煤入选约9.5亿t,动力煤入选量约17亿t。2018年末已建成投产的洗煤厂原煤入选能力达28.5亿t/a,投运入选能力超过1000万t/a的选煤厂80座,总能力近12亿t/a,占全国选煤能力的42%,其中炼焦煤选煤厂12座,入选能力约1.6亿t/a;动力煤选煤厂68座,入选能力10.4亿t/a。

目前,通过不断的科技攻关和研发,我国主要选煤工艺和部分装备技术水平世界领先。自主研发的SKT型筛下空气室跳汰机早已成为跳汰工艺选煤厂的主导产品,并实现了跳汰床层分层状态的可视化[5]。通过引进消化吸收再创新,我国重介质选煤技术工艺及其装备的自主创新取得重要进步,尤其是三产品重介选煤技术及其装备的研发。干法选煤技术及其装备方面,自主开发的复合式干法分选技术及其装备获得2018年国家科学技术进步奖,独创的空气重介干法选煤技术已投入工业化应用。浮选技术及装备方面,自主研发的XJM系列浮选机、喷射式浮选和微泡浮选技术已广泛应用,设备也日趋大型化。同时,选煤过程辅助的原煤筛分、破碎和煤泥压滤技术、泵送技术及其装备等也取得重大进步。目前,选煤领域的国产技术装备基本能替代进口,选煤厂正在向智能化方向发展。

3.3.2 型煤和水煤浆

1990年,年产25万t的兖矿水煤浆试验厂开工建设。进入21世纪,一些以洁净燃烧为方向的型煤技术及其工业化生产线不断落成,如洛阳双勇机器制造有限公司,先后攻克俄罗斯褐煤成型、新疆褐煤成型技术。洁净型煤自2014年开始工业化。兖矿集团蓝天清洁能源公司不仅生产洁净燃烧的型煤,还开发配套解耦炉,“蓝天”牌洁净型煤由于易点燃、上火快、火力旺、持续燃烧时间长、无烟等特点得到用户的肯定。

3.3.3 煤炭化学转化

煤炭化学转化分为传统煤化工和现代煤化工。传统煤化工主要指以煤干馏炼制焦炭和以煤为原料生产化肥;现代煤化工主要指煤制油气、煤制烯烃、煤制乙二醇和煤制芳烃。

改革开放以来,我国煤炭工业一直致力于推进煤炭由燃料向燃料与原料并重转变。20世纪70年代末,原国家科委和煤炭工业部在山西召开了全国第一次煤气化和煤液化工作会议,拉开了煤化工产业发展的序幕。进入21世纪现代煤化工迎来发展新机遇,目前煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制气等现代煤化工技术及其装备均在自主创新方面取得重大突破,并都打通了工艺流程。在煤气化技术自主创新方面,先后开发了“多喷嘴对置式水煤浆气化”、“航天粉煤加压气化”等先进技术,成功研发出“航天炉”、“神宁炉”、“晋华炉”等煤气化技术及其装备。自主研发了煤直接液化技术,成功运行了世界首套108万t煤直接液化示范工程;中温浆态床F-T合成煤间接液化技术,实现了世界单体规模最大的400万t煤间接液化项目运行;以低温浆态床F-T合成技术为核心的100万t煤间接液化示范项目成功投产。2010年8月8日,自主知识产权甲醇制烯烃关键技术(MTO技术)成功工业化,在原神华包头煤制烯烃示范工厂一次试车成功。甲醇制丁烯联产丙烯技术完成万吨级装置工业性试验。

3.3.4 清洁燃煤发电和洁净燃烧

(1)超低排放燃煤电厂。2014年以来,我国燃煤发电企业深入开展了超低排放和节能改造工作,并取得实质性成果。燃煤电厂二氧化硫、氮氧化物、烟尘年排放量大幅下降,供电标煤耗也呈现明显下降趋势。目前,燃煤电厂超低排放技术改造后电厂烟尘浓度达到2.78 mg/m3左右、SO2浓度 23 mg/m3左右、NOX浓度 31 mg/m3左右,均低于天然气电厂的排放标准[6]

(2)工业燃煤锅炉洁净化改造。工业燃煤锅炉洁净化改造方面也取得显著成效。高效煤粉型锅炉技术不仅可提前制作燃用的煤粉,还可大大提高燃烧效率、降低污染物排放。高效煤粉锅炉燃烬率可达98%,比普通燃煤锅炉提高了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。

3.4 生态矿山建设与煤炭综合利用

3.4.1 生态矿山建设

目前,煤炭行业已建立起煤矿区生态修复与水资源保护技术体系,涌现出中煤能源平朔公司、国家能源集团宝日希勒露天煤矿、冀中能源峰峰集团梧桐庄煤矿、山东能源新汶矿业集团新巨龙煤矿、兖矿集团济三煤矿等一批绿色生态矿山。2018年我国煤矿区土地复垦率达到49.5%,矿区生态环境质量明显改善。

同时,成功应用了矿区土地生态环境损害监测与构造土壤介质和恢复植被相结合的综合复垦技术,徐州东部采煤塌陷区蝶变成美丽的国家湿地公园——著名的潘安湖景区,已成为矿区生态治理的样板。鄂尔多斯盆地相关采煤区实施地下水保护和复用的新理念,建成了以“导储用”为特征的地下水库,在神东矿区建成35座地下水库,使矿区由耗水大户变为供水基地。

3.4.2 煤炭综合利用

2018年,我国煤矸石综合利用量4.9亿t,综合利用率达到70%,比1979年提高43.3个百分点。煤矸石主要用于井下充填、矿区塌陷区治理、筑路材料、煤矸石砖、综合利电厂发电以及煤矸石深加工,同时还可以成为循环流化床锅炉的燃料。目前煤矸石等低热值燃料火电机组总装机容量达2800万k W,年利用煤矸石1.4亿t,年发电量1600亿k W·h。2018年,煤矸石、煤泥及低热值煤发电综合机组规模达37 GW。

油母页岩的加工从20世纪20年代日本占领抚顺矿区开始,当时的日处理量仅40 t。1989年,抚顺矿业集团千金页岩炼油厂和西露天矿页岩炼油厂开始建设。目前抚顺矿业集团控股的辽宁天宝能源股份有限公司是我国惟一的油母页岩综合利用示范基地。

改革开放以来矿井水处理工艺技术进步显著,综合利用途径多样化,除传统的井下和煤场降尘、工业广场绿化、选煤厂补水、综合利用电厂补水和生活用水等途径外,部分矿区还将处理达标的富余矿井水输送至周边的化工、钢铁和电厂等作为补充水源,拓展了矿井水的利用方式。2018年,我国矿井水用水量约为54.8亿m3,综合利用量为40.4亿m3,综合利用率达到73.6%。

另外,我国还利用品质较好的矿井水制作矿泉水,如北京的城子矿生产过“康力宝”牌矿泉汽水;山东省的坊子矿改制后成立新方集团生产过“奇灵矿泉水”。

4 70年,煤炭科技创新能力持续提升

截至2018年底,我国已建成煤炭相关国家重点实验室十多个,国家工程实验室7个,国家工程研究中心8个,国家地方联合工程研究中心11个,国家工程技术研究中心4个,国家企业技术中心28个,应急管理部安全科技支撑平台7个,煤炭行业工程研究中心50个,涵盖了煤炭相关的重点领域,形成了层次分明、结构合理的创新研发平台体系,成为推动行业科技进步、引领行业科学发展的重要支撑。改革开放以来,煤炭行业有1项成果获国家科技进步特等奖,12项成果荣获国家科技进步一等奖;全行业工培养院士30名,入选国家级人才计划数百人,形成一支富有创新精神的科技人才队伍。自中国专利奖设奖以来,煤炭行业共获得中国专利奖77项。其中,“一种煤炭直接液化的方法”等5项成果荣获中国专利金奖。

同时,煤炭科研院所的建设、煤炭企业创新主体的建设以及产学研深度融合使得煤炭科研院所主动融入煤炭科技创新基层生产的第一线,推进了科技成果的快速转化,提升了煤炭行业发展的科学化水平。所以,新中国成立70年以来,煤炭科技实现了从跟踪、模仿到部分领域并跑、领跑的转变。大型矿井建设、特厚煤层综放开采、燃煤超低排放发电、高效煤粉型工业锅炉、新型煤化工技术达到国际领先水平,煤机装备实现了国产化,装备制造水平位于世界先列。

4.1 高等教育与基础科研

原煤炭工业部下属的“十大矿院”为煤炭行业培养了大批优秀的科技人才,为新中国煤炭行业的建设和发展做出了重要贡献。中国矿业大学、中国矿业大学(北京)、辽宁工程技术大学、山东科技大学、西安科技大学、河南理工大学、安徽理工大学、太原理工大学、黑龙江科技大学、河北工程大学、湖南科技大学等煤炭类院校的学科建设和学术水平提升对推动煤炭行业科技进步起到了重要作用。

同时,煤炭相关高等院校和科研机构的国家重点实验室在研发基础理论、攻克煤炭行业关键技术、提升煤炭行业技术水平等方面,为我国煤炭行业的科技进步提供了强有力的支撑。高等院校与科研机构的国家重点实验室主要有:中国科学院山西煤化所的煤转化国家重点实验室;中国矿业大学和中国矿业大学(北京)的煤炭资源与安全开采国家重点实验室、深部岩石力学与地下工程国家重点实验室;煤炭科学研究总院的煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室;中国煤炭科工集团重庆研究院的瓦斯灾害应急信息技术国家重点实验室、沈阳研究院的煤矿安全技术国家重点实验室;重庆大学的煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室;安徽理工大学的深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室;华中科技大学的煤燃烧国家重点实验室。

4.2 企业技术中心和产学研协同创新

煤炭企业是技术创新的主体,设立企业技术中心,不仅可以提升煤炭企业科技创新水平,还有助于实现煤炭高效开采、煤矿安全生产和企业经济效益的统一。新中国成立初期,煤炭企业生产技术落后、安全条件差,随着时代的进步,煤炭企业科技创新的主体作用得以充分发挥,并与科研院所和高等院校逐渐建立了良好的产学研联合创新机制。兖矿集团技术中心在2017年国家发改委发布的国家级企业技术中心评价结果中名列煤炭领域国家企业技术中心首位。

经过70年的发展,煤炭产学研联合科技创新取得显著成效。目前,煤炭企业与高校、科研院所等协同创新的局面已经形成,产生了“1+1+1>3”的创新倍增效应。

4.3 国家重大科技项目攻关

4.3.1 岩层控制的关键层理论和“绿色开采技术”体系

钱鸣高院士创立了以采场上覆岩层活动规律和支架—围岩系统为核心的工程理论体系,建立了“矿山压力预测、控制和监测”的实用工程技术,为煤炭安全生产和高产高效开采做出了重要贡献。1996年钱院士在采场老顶岩层“砌体梁”理论基础上,提出了岩层控制的关键层理论;2003年,钱院士又首次提出煤矿绿色开采的概念和绿色开采技术体系。以上成果获得1项国家自然科学奖、2项国家科技进步奖和16项省部级奖,对推动我国煤炭科技的发展和实现绿色开采做出重要的历史性贡献。

4.3.2 中国煤成气的开发研究

1983年,“中国煤成气的开发研究”被列为国家“六五”重大科技攻关项目,由石油部、地矿部、煤炭部和中国科学院共同承担。开展了从地质、地球化学、地球物理到实验技术、开发技术等一系列的探索性、开创性的研究工作,完成了立项提出的各项任务。发现了30个气田(藏)和17个含气构造,其中包括我国当时最大的气田崖13-1 气田[7]

4.3.3 综采放顶煤技术

综采放顶煤技术是我国采煤机械化进程中的一个里程碑,对提高煤炭采掘工效、煤炭工业集中度和集约化作出重要贡献。新中国成立初曾在开滦、大同、峰峰等矿区采用放顶煤采煤法。20世纪80年代末至90年代初,我国综采放顶煤技术已居世界领先水平,并将此项技术及其装备输出国外。1998年兖矿集团综采放顶煤技术获得国家科技进步一等奖。

4.3.4 多喷嘴对置式水煤浆气化技术

由华东理工大学和兖矿集团、中国天辰化工共同研发的、具有自主知识产权的多喷嘴对置式水煤浆气化技术项目荣获2007年度国家科技进步二等奖。该技术及其装备已实现产业化,并投入连续长周期的工业化生产。它打破国外公司对大型水煤浆气化技术的垄断,实现了我国当时大型煤气化技术零的突破,并在水煤浆气化领域替代进口。同时,该气化技术特别适合高硫煤气化,为利用大量的高硫煤找到一条很好途径[8]

4.3.5 鄂尔多斯盆地生态脆弱区煤炭开采与生态环境保护关键技术

由西安科技大学、陕西省地质调查院等单位联合完成的“保水采煤”的标志性成果——《鄂尔多斯盆地生态脆弱区煤炭开采与生态环境保护关键技术》获得2011年度国家科学技术进步二等奖。1995年,范立民提出了开展陕北侏罗纪煤田水文地质工程地质环境地质综合研究的建议,主要研究煤炭开发对水文地质环境地质条件的影响及控制对策。相关研究列入煤炭工业部“九五”重点科技攻关计划[9]。本项成果提出了生态脆弱矿区必须“保水位开采”的新理念,揭示了地下水位埋深与地表生态系统的依存规律,发现了地表生态安全水位为1.5~5 m。揭示了“上行裂隙”和“下行裂隙”发育及导水规律,建立了隔水岩层的隔水性判据。制定了保水位开采地质条件分类,提出“长壁保水位采煤技术”和“限高分层长壁保水位采煤技术”,系统解决了高回采率采煤与生态水位保护并重的技术难题。

4.3.6 600 m特厚表土层冻结法凿井关键技术

中煤集团所属中煤第一建设公司作为主要完成单位与高校等联合研发的科技成果“600 m特厚表土层冻结法凿井关键技术”在2009年度国家科学技术奖励大会上荣获国家科技进步二等奖。该成果奠定了我国特厚表土层冻结施工技术在世界的领先地位。

4.3.7 特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备

2008年,“特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备”研发项目获科技部立项,被列入“十一五”国家科技支撑重大项目,这是新中国成立以来煤炭行业获得单项支持力度最大的项目之一,并以大同煤矿集团塔山矿为试验矿井。2014年,该项目由中国煤炭科工集团、大同煤矿集团、中国矿业大学等单位共同完成,获得国家科学技术进步奖一等奖,对特厚煤层的安全高效开采具有非常重要的现实意义。

4.3.8 煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用

2016年,中国矿业大学、河南理工大学等单位共同完成的“煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用”项目获得国家科学技术进步奖二等奖。该项目研究成果创新性强,为攻克松软煤层安全高效抽采这一世界难题提供了基础理论、技术体系和工程示范,研究成果已在全国100多座煤矿成功应用,对防范和遏制煤矿瓦斯事故做出了巨大贡献。

4.3.9 煤制油品/烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用项目

2017年该项目获国家科技进步一等奖,攻克了一系列世界性技术难题,整体技术达到国际领先水平。该项目以国家“863”相关课题为支撑,攻克了煤直接液化制油和煤制烯烃首次工业化的系列世界性难题,在全球率先掌握了百万吨级煤直接液化和60万吨级煤制烯烃成套技术,取得一系列重要创新成果,为保障国家能源安全、发展煤基化学品减少化工原料对石油和天然气的依赖,做出重要贡献 [10]

5 结语

70年来,煤炭科技创新推动行业实现了跨越式发展,为保障国民经济平稳较快发展做出巨大贡献。

进入新时代,我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段;社会主要矛盾已转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。煤炭行业要获得高质量发展,必须坚持创新驱动,以供给侧改革为主线,顺应能源革命的方向,推动行业安全、绿色、智能发展,促进煤炭清洁高效利用。

因此,科技创新将继续担当新时代煤炭行业高质量发展的重要引擎。煤炭行业要不断深化智能开采技术创新、推动智能矿山建设,实现煤矿的少人化;要进一步推动行业的绿色发展,对废弃矿井进行资源化利用;要以市场为导向,推动煤炭清洁利用和高效转化,促进与新能源的耦合发展,建设更多的清洁能源供给基地和清洁化工原料供给基地。相信科技创新将继续为煤炭行业科学发展提供不竭动力,并为行业发展创造新的更大辉煌。

参考文献:

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[9] 许武.张家峁井田采煤对潜水流场的扰动规律研究[D].西安:西安科技大学,2013.

[10] 石轩.中国石化3项目获国家科技进步一等奖[N].中国企业报,2018-1-16.

Continuous innovation and remarkable achievements in past 70 years—Research summary on scientific and technological innovation of coal industry in last 70 years

Liu Feng,Cao Wenjun,Zhang Jianming
(China National Coal Association,Chaoyang,Beijing 100013,China)

Abstract Taking significant periods as time nodes,the process and remarkable achievements of scientific and technological innovation of coal industry from the founding of the People's Republic of China to the reform and opening-up to this day were summarized from all angles,especially for the scientific and technological innovation achievements from coal production to coal processing driven by coal industry innovation after 40 years of the reform and opening-up.The authors holds the views that the coal industry's scientific research strength was greatly enhanced,and remarkable achievements were achieved in the combination field involving production,teaching and research,the enterprises played an important innovative principal role in the process and the scientific and technological innovation would continue to be an important engine for coal industry's high-quality development.

Key words mechanization of coal mine,fully mechanized coal mining,intelligent coal mining,processing and utilization technology,ecological mine

中图分类号 TD-1

文献标识码 A

引用格式:刘峰,曹文君,张建明.持续创新70年硕果丰盈——煤炭工业70年科技创新综述[J].中国煤炭,2019,45(9):5-12.Liu Feng,Cao Wenjun,Zhang Jianming.Continuous innovation and remarkable achievements in past 70 years[J].China Coal,2019,45(9):5-12.

(责任编辑 康淑云 郭东芝)

作者简介:刘峰(1967-),男,汉族,甘肃平凉人,博士研究生学历,教授级高级工程师,现任中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长。E-mail:mtkjlf@sina.com。

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