改革开放40年我国煤炭工业实现三大 科技革命

Energy of China - - Contents | 目录 - 张立宽

(中电传媒能源情报研究中心,北京 100761)

摘要:煤炭开采方法、煤矿安全管理和煤炭利用方式,是煤炭工业的三大板块,是煤炭工业的核心和重中之重。改革开放 40年来,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、智能化的三大科技革命,为我国经济长期高速发展提供了强力的能源支撑;同时,对保障我国经济从高速增长到高质量发展,实现能源安全和环境友好,以及推动实现新旧动能转换具有重要意义。

关键词:改革开放;煤炭工业;科技

中图分类号:F426 文献标识码:A 文章编号:1003-2355-(2018)12-0009-05

Doi: 10.3969/j.issn.1003-2355.2018.12.002

Abstract: Mining method, safety management, and utilization pattern, are the three big plates and key tasks in the coal industry. In the past 40 years since China’s reforming and opening door policies, the three plates realized scientific revolutions from traditional and crude to modern and high efficient, from man-made or half automated manufacturing to automaticity and intellectualization. Chinese coal industry provides a necessary energy support to China’ rapid economic growth. Meanwhile, it will also has great significance on China’s future development from rapid growth to high-quality development, on realizing energy safety and environment friendship, as well as pushing the replace old growth drivers with new ones.

Key words: The Reform and Opening Up; Coal Industry; Science and Technology

1978 年,邓小平同志提出了“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,我国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行业科学发展、跨越发展、转型发展的历史,煤炭工业 40 年取得的辉煌成就,科技创新起到了决定性的推动作用。在科技创新推动下,我国煤炭工业在 40 年波澜壮阔的发展进程中,推动并实现了采煤方法、煤矿安全管理以及煤炭利用方式三大领域的科技革命。

1 科技创新推进采煤方法的革命

我国煤炭资源丰富,是世界上最早利用煤炭

的国家。我国自汉代就开始开采并使用煤炭;宋代时期煤炭开采有了较大发展,发现了若干大煤矿,设立了专门负责采煤的机构,政府还实行了煤炭专卖制度;明代时已能用煤炼出焦炭。新中国成立后,国家高度重视煤炭工业的发展,专门成立主管煤炭工业发展的政府部门。由于当时煤炭工业的科技含量十分低下,国家开始注重引进外国先进采煤技术,当时主要是引进苏联和东欧的先进采煤技术和采煤装备,而苏联、波兰在20世纪 60年代前后开始陆续进行综合机械化采煤。1970 年 11 月,我国按综合机械化开采模式在大同煤峪口矿进行实验,这是我国第一个综采工作面,由此拉开了综合机械化开采的序幕。

(1 )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,大大减少了煤矿事故。1978 年改革开放初期,我国煤炭生产方式主要由手工作业和半机械化为主,国有重点煤矿采掘机械化程度仅为 30%。随着改革开放逐渐拉开帷幕,经济开始高速发展从而对煤炭的需求越来越大,需要大力推广综合机械化采煤技术,以提高煤炭的生产效率。当时的煤炭工业部很重视综合机械化开采技术的发展,把综合机械化开采作为煤炭工业发展方向,专门成立了机械化指挥部,煤炭科学研究院也成立了机械化会战组。但是,综合机械化采煤技术受地质条件影响比较大,包括矿井水文地质构造和瓦斯的影响,井下工作面煤层厚度的影响,井下工作面顶底板的影响,工作面断层和陷落柱的影响等等,这些影响因素都需要在实践中因地制宜地创新和改进采煤工艺,才能使综采工作面顺利安装,这就反过来对采煤机的研发提出了更高的要求,在实践中相互促进、不断发展。我国煤炭科技工作者在实践中因地制宜地创造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,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 400~600 万 t 煤炭的综采技术装备实现了国产化。到 2017 年底,我国煤炭工业通过多年技术改造,技术水平得到很大提高,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。

(2)综采放顶煤技术是采煤机械化过程又一里程碑

随着我国大型煤炭基地的不断建成,煤炭采掘功效日益提高,对煤炭工业集聚度和集约化提出了新的要求,综采放顶煤技术对实现这一新要求立下大功。放顶煤采煤法是在开采厚煤层时,沿煤层的底板或煤层某一厚度范围内的底部布置一个采高为 2~3m 的采煤工作面,用综合机械化方式进行回采,利用矿山压力的作用或辅以松动爆破等方法,使顶煤破碎成散体后,由支架后方 或上方的“放煤窗口”放出,并由刮板运输机运出工作面。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。

放顶煤采煤法由来已久,法国、苏联、南斯拉夫等国家于 20 世纪 40 年代末 50 年代初即开始应用放顶煤采煤法,综放开采曾一度成为东欧地区厚煤层开采的主要方法。我国建国初曾在开滦、大同、峰峰等矿区采用放顶煤采煤法。20世纪 80 年代末 90年代初,我国综采放顶煤技术已走在世界前列,并已向国外输出综放开采的成套技术。1992年 8月,兖矿首个综采放顶煤工作面在兴隆庄煤矿成功投产,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 25 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”,研制成功的国产大采高综采成套技术与装备达到年产 600 万~1000 万 t 生产能力,攻克了我国煤炭行业厚煤层综采技术发展中采煤方法比较落后、装备性能低的技术“瓶颈”,形成了大采高综采采煤方法与围岩控制理论与技术,提出了设备系统与单件设备可靠性、能力协调匹配的设计方法,单一工作面生产能力达到 1025 万 t/a,成套设备的主要技术指标达到国际先进水平,摆脱了我国此类煤层开采装备依赖进口的局面,相关技术成果先后荣获国家科技进步奖 3 项,煤炭工业特等奖和一等奖 7项,具有里程碑意义。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,获得技术转让费 1600 万美元,改写了由国外单一向我国输出先进采煤技术的历史。

(3 )“互联网 +智慧矿山”引领现代煤炭工业发展方向

随着我国经济进入“新常态”和互联网 + 技术的逐渐普及,我国煤炭工业智慧矿山建设实现飞速发展。智慧矿山是基于互联网+ 技术,将采矿技术、人工智能技术和 3S (地理信息、定位、遥感)技术等融为一体,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,是采矿技术发展的高级阶段,是推动煤矿安全、清洁、高效、绿色发展的新手段,是未来煤矿发展的必然之路,代表着煤炭工业发展的未来方向。其中,智能开采煤岩识别技术将与 4G/5G 现代通讯控制技术结合起来,将实现数字化智能开采。2008 年,根据

国家科技部《关于推进产业技术创新战略联盟构建的指导意见》(国科政发〔2008〕770 号文件)精神,神华集团、中煤集团、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,建设智慧矿山示范工程,实现矿山本质安全、高产高效、绿色环保。中国煤炭工业协会在“十二五”期间提出推进智慧矿山和数字矿山建设,进入“十三五”时期后,互联网 +增值服务为我国全数字化智慧矿山、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。中国煤炭科工集团旗下的山西天地王坡煤矿智慧矿山建设,是综合了万兆工业以太网、数字化安全监控系统、智能化煤流系统、电力分控中心系统、移动通信定位系统、设备故障诊断系统、三维实景管理系统、煤矿数据中心和全矿井三维模型等体系于一体的综合性智能化数字矿山,具有很好的示范工程意义。

2 科技创新推进煤矿安全管理革命

众所周知,煤矿大多井下作业,井下环境复杂,水、煤尘、火、瓦斯、顶板灾害时刻威胁着井下作业人员生命健康安全,属于典型的高危行业。瓦斯是指井下各种有毒、易燃易爆的气体;煤尘是指能爆炸的煤尘和浓度达到可以导致尘肺的煤尘;水是指可以导致煤矿淹井或出现人员伤亡的涌水或透水;火是泛指井下发生的各种火灾;顶板灾害是指煤矿巷道或采区顶上的岩层发生的各种垮塌或冒落事故。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。改革开放初期的 1978 年,我国煤矿死亡4500 多人,百万吨煤死亡率为 9.44 ,到 2017 年底,我国煤矿年死亡人数为 375 人,百万吨死亡率为 0.106,科技创新使煤矿的安全管理水平实现了质的飞跃。

(1)科技创新使安全装备水平大幅提升,大幅度减少了煤矿“五害”导致的煤矿事故率

改革开放前,煤矿安全科技投入虽然有一定的保障,但整体处于捉禁见肘状态,同时科技水平和科技含量也明显不足。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使其成为自主国产装备,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合了掘进、装岩、运煤等多种功能为一体,实现了综合掘进机械化,支护模式也从木桩支护、铁架支护发展到锚杆支护,不但支护效果好,而且大大提升了安全性。目前,矿井建设与生产管理安全正依靠科技进步实现“机械化换人、自动化减人、智能化无人”的“三化”工程,把人彻底从井下解放出来,使科技兴安达到新的高度。

(2)科技创新促进和提升了煤矿安全质量标准化水平,使煤矿安全生产工作实现规范化、标准化以及安全与质量的高度统一

煤矿安全质量标准化是煤矿企业的基础工程、生命工程和效益工程,是构建煤矿安全生产长效机制的重要措施,是我国煤炭行业借鉴国内外先进的安全质量管理理念、方法和技术,经过多年实践探索,逐步发展形成的一整套安全质量管理体系和方法,是强化煤矿安全基础工作、保障煤矿生产安全的重要手段。

1978 年以前,我国煤矿安全质量标准不统一、不规范,全国统一标准成为大势所趋,改革开放后有关部门一直致力于标准统一。1986 年,煤炭工业部在全国开展实施全国统一标准,并在以后的实施过程中不断修订完善,目前执行的是《煤矿安全质量标准化考核评级办法(试行)》以及《煤矿安全质量标准化基本要求及评分方法(试行)》,经对各地申报的一级安全质量标准化煤矿进行资料审查、现场抽查、网上公示,确定年度一级安全质量标准化煤矿。实践证明,开展煤矿安全质量标准化达标创建工作,是落实党中央、国务院关于煤炭工业安全发展、科学发展的必然要求,是保障煤矿安全生产必要而有效的手段,而科技创新在煤矿安全质量标准化创建过程中起着基础和决定性作用。

(3)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。煤矿安全监测监控系统主要用来监控和预警瓦斯、火、冲击地压等特大事故;人员定位系统在遏制超定人员生产、防止人员进入危险区域、事故应急救援、及时发现未按时升井人员、领带下井带班管理、特种作业人员管理、井下作业人员考勤、持证上岗管理等方面发挥着重要作用;矿井通信系统又称矿井通信联

络系统,是煤矿安全生产调度、安全避险和应急救援的重要工具;紧急避险系统使煤矿除了必须为入井人员配备防护时间不低于 30 min 的自救器之外,煤与瓦斯突出矿井还应建采区避难硐室,突出煤层的掘进巷道长度及采煤工作面走向长度超过 500 m时,必须在距离工作面 500 m 范围内建设避难硐室或救生舱;压风自救系统的空气压缩氧机应设置在地面,压风管路要有采区保护措施,防止灾变破坏;供水施救系统是指煤矿必须按照煤矿安全规程要求设置三通及阀门,此外还要在所有采掘工作面和其他人员较集中的地点设置至少 2处供水水源,以确保在灾变情况下正常供水。

实践证明,正是科技创新使六大系统在煤矿井下得到成功应用,为煤矿安全生产插上了科技的翅膀。

3 科技创新推进煤炭利用方式革命

长期以来,我国煤炭主要用作电力、冶金、建材工业的燃料,不仅消耗了宝贵的不可再生资源,同时作为化石能源也造成了环境污染。多年来,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,而推进现代煤化工工业发展,是实现煤炭新型利用技术的一次革命,同时也是实现煤炭资源高效清洁转化的重要途径。

煤化工是以煤炭为原料,经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料以及化学品的过程。煤化工分为传统煤化工和现代煤化工,传统煤化工涉及焦炭、电石、合成氨等领域,新型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年以前,我国几乎没有现代意义的煤化工。正是改革开放的春风和科学技术是第一生产力的指引,敲响了现代煤化工的大门。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,拉开了现代煤化工工业大发展的序幕。我国“富煤、缺油、少气”的资源禀赋特点,使得发展新型煤化工成为我国能源战略中的一个必然趋势,它不但使煤炭实现清洁高效利用,也为煤炭成为化工原料、替代石油作为原料、减轻石油压力从可能变为现实。“十二五”时期以来,我国现代煤化工在新技术开发、核心装备突破、产业规划和布局、示范工程建设和运行等方面都取得了重要进展,为实施能源替代和保障国家能源安全做出了积极贡献,特别是煤 液化、煤气化、煤制烯烃、煤制乙二醇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。2008年 12 月 31日,世界最大的煤制油项目—神华集团鄂尔多斯煤直接液化示范工程产出了合格的柴油和石脑油,我国成为世界上唯一实现百万吨级煤直接液化关键技术的国家。2016 年 12 月,经过十多年的艰辛探索和3年多的建设,全球单体规模最大的煤制油工程神华宁夏煤业集团煤制油示范项目建成投产,是目前世界上单套投资规模最大、装置最大、拥有中国自主知识产权的煤炭间接液化示范项目。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 t、558 万t 和 881 万 t ,取得了良好的成就。

2017 年出台的《现代煤化工产业创新发展布局方案》明确了八大重点任务,包括深入开展产业技术升级示范;加快推进关联产业融合发展;实施优势企业挖潜改造;规划布局现代煤化工产业示范区;组织实施资源城市转型工程;稳步推进产业国际合作;大力提升技术装备成套能力;积极探索二氧化碳减排途径。同时,现代煤化工“十三五”时期发展指南指出,到 2020 年,预计现代煤化工规模将达到:煤制油1200 万 t ,煤制烯烃 1600 万 t ,煤制乙二醇 600~800 万 t ,煤制天然气 200 亿 m3 ,煤制芳烃 100 万 t。预计煤化工行业投资有望达到 6000 亿元,实现同比翻番,标志着我国现代煤化工进入了蓬勃发展的新阶段。

同时,由于煤炭在我国一次能源消费中仍将占主导地位,为加快推动能源消费革命,进一步提高煤炭清洁高效利用水平,煤炭清洁高效利用也得到长足发展。燃煤电厂超低排放技术可以进一步提高能效并降低污染物排放,改造后的电厂排放烟尘浓度达到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;具有我国自主知识产权的高效煤粉型锅炉技术得到普遍推广,锅炉燃料燃烬率达到 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;同时,水煤浆、型煤、低阶煤分级分质利用等技术示范稳步推进、效果显著,煤炭清洁高效利用水平大幅提高。另外,整体煤气化联合循环(IGCC)技术,是将洁净的煤气化技术与高效的燃

气—蒸汽联合循环发电系统结合起来,既能实现发电高效率,又有极好的环保性,是一种特别好的洁净煤发电技术;还有煤基多联产能源系统技术,它是指利用从单一的设备(气化炉)中产生的“合成气”,来进行跨行业、跨部门的生产,实现多种具有高附加值的化工产品、液体燃料以及用于工艺过程的热和进行发电等。实践证明,依托最先进的节能和环保技术,煤炭完全可以做到更清洁,与环境更友好,更符合科学可持续发展的理念。

总之,煤炭开采方法、煤矿安全管理和煤炭利用方式,是煤炭工业的三大板块,是煤炭工业的核心和重中之重。这三大板块自改革开放以来,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、智能化的三大科技革命,为我国经济长期高速发展提供了强力的能源支撑,功不可没;同时,也对保障我国经济从高速增长到高质 量与健康可持续协调发展,实现能源安全和环境友好、推动实现新旧动能转换,具有重要意义。 参考文献:

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