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科技改变煤炭 智慧成就未来
——行业科技创新十年发展成就综述
党的十八大以来，煤炭行业在习近平新时代中国特色社会主义思想的指引下，紧跟时代步伐，围绕煤炭生产、消费、技术、体制四个方面不断开展自我革命，行业数字化转型、智能化发展和煤炭清洁高效利用步伐不断加快，建设了一批智能化示范煤矿，建成了世界上最大的清洁高效煤电供应和现代煤化工技术体系，科技创新引领带动行业高质量发展的作用愈发凸显，煤炭安全兜底保障能力大幅提升，行业探索出一条安全、高效、绿色、智能的高质量发展之路。
十年来，在煤炭行业广大科技工作者和干部职工的共同努力下，行业自主创新能力大幅提升，科技贡献率从近40%提高到60%，科技实力从量的积累迈向质的飞跃、从点的突破迈向系统能力提升，实现了从跟踪、模仿到部分领域并跑、领跑的转变。行业科技创新取得新的历史性成就，大型矿井建设、特厚煤层综放开采、煤与瓦斯共采、燃煤超低排放发电、高效煤粉型和水煤浆浆体化工业锅炉、现代煤化工技术国际领先，主要煤机装备和大型粉煤气化技术实现了国产化，煤机装备制造水平位于世界先进行列，引领了世界煤炭智能化开采和清洁高效转化的发展方向。
煤炭基础研究取得重要进展
十年来，行业持续加强基础理论研究，获批国家重大专项及示范项目、国家重点研发计划项目、国家自然科学基金重大研发计划等各类国家重大、重点项目110余项，成功组织了一批重大基础研究，在煤田地质勘查、深部煤炭资源开采、煤矿灾害防治、煤炭转化等领域取得一批研究成果，煤炭基础研究整体实力显著增强，为煤炭领域关键技术突破奠定了坚实基础。
煤炭勘查与开采领域，形成了具有中国特色的煤炭地质学新理论，发展出适合中国煤炭资源分布特点的煤炭资源综合勘查技术体系；完善并形成了厚及特厚煤层开采、深部软岩工程耦合支护、保水开采、煤与瓦斯共采、煤与油型气共采等一系列代表性理论，提出了煤炭安全智能精准开采、深部煤炭原位流态化开采等科学构想。
煤矿灾害防治领域，形成了以灾害预测和防控为核心的理论与技术体系，包括集中静载荷疏导的区域防冲理论、冲击地压巷道防冲吸能支护理论、多尺度强湍流瓦斯爆炸动态传播和湍流—火焰—超压多场耦合理论、基于系统动力学的水害动态预测理论、煤自燃阶段跃迁理论等。
煤炭转化利用领域，探索研究了煤热解的多相反应动力学及传热传质理论、煤炭液化催化原理、燃煤烟气NOx脱除的化学反应、煤大规模高效清洁气化、中低阶煤分级转化联产低碳燃料和化学品、褐煤洁净高效转化、二氧化碳地质存储等基础理论和方法。
针对煤炭领域大型科学研究仪器与试验系统缺乏状况，成功研制出多尺度真三维煤与瓦斯突出定量模拟试验仪器系统，填补了国内加载充气保压下巷道掘进诱突物理模拟的空白，为揭示煤与瓦斯突出机理与规律提供了基础；研制出国际上唯一能测试井下锚杆支护系统复杂受力状态的综合试验平台，可对锚杆及构件在受到拉、剪、扭、弯以及冲击载荷单一或复合载荷作用下的力学性能进行试验，试用锚杆直径16毫米至25毫米，冲击能量达11000焦耳。
鄂尔多斯煤直接液化项目厂区
原始创新与关键技术攻关取得重要突破
十年来，行业以推进高质量发展为目标，以只争朝夕的使命感、责任感、紧迫感，成功完成了一批重点科技攻关任务，原始创新取得新突破，智能开采、矿山生态、清洁煤电、煤炭转化等重要领域实现了跨越发展，煤炭采掘与利用关键技术装备逐步实现自主可控。
行业共获得国家科学技术奖励48项，其中科技进步一等奖3项、科技进步二等奖35项、技术发明二等奖10项，“特厚煤层大采高综放开采关键技术及装备”“煤制油品/烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用”“400万吨/年煤间接液化成套技术创新开发及产业化”三项成果荣获国家科技进步一等奖；荣获中国专利奖126项，其中金奖8项、银奖7项、优秀奖111项，“一种煤炭直接液化的方法”“一种矿井地下水的分布式利用方法”“沿空留巷Y型通风采空区顶板卸压瓦斯抽采的方法”等8项专利荣获中国专利金奖。
煤矿采区高密度全数字三维地震勘探技术趋于成熟，能够查明1000米深度以内落差3米至5米以上的断层和直径20米以上的陷落柱；国产井下随钻测量定向钻进技术装备井下深孔钻进记录从1212米提升至3353米；槽波地震、瞬变电磁等探测技术与装备得到广泛的推广应用，为煤矿安全高效智能开采提供了可靠的地质保障。
冻结、钻井等特殊凿井技术达到国际领先水平，有力支撑了我国大型现代化矿井建设，大型现代化煤矿产量比重由65%左右提高到85%左右。攻克了深厚富水岩层中新型单层冻结井壁技术和冻结孔固管充填缓凝水泥浆液及施工技术，建立了深部冻土全套实验系统，立井施工冻结法凿井穿过冲积层厚度从587米提升至753.95米，最大冻结深度由737米提升至958米。成功研制出超大直径深立井凿井大型成套装备，在国内施工井筒最大荒径15.5米，最大井深1341.6米；研制的大直径反井钻机一次钻孔直径达5.0米，钻孔深度达600米，钻孔偏斜控制精度达0.5%。
煤炭开采形成涵盖薄、中厚、厚、特厚煤层的智能化开采应用示范体系，迈向智能化时代。一次采全高综采煤层厚度从6米突破至8.8米，工作面开采长度延长至450米，工作面产煤量从600万吨提升至超千万吨。14米至20米特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备研发成功并推广应用。以掘锚一体机、锚杆转载机和柔性连续系统为主体的智能快速掘进成套装备，煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机，盾护式掘进机器人等先进掘进装备在井下成功应用，煤巷掘进月进尺由平均600米提升至平均1000米以上，半煤岩掘进月进尺由平均150米提升至平均300米。5G、鸿蒙等新技术率先在煤矿应用，有力带动了智能化建设。
安全技术创新支撑煤矿安全生产形势稳定向好，十年来，煤矿事故起数和死亡人数大幅下降，百万吨死亡率由0.374下降到0.044。行业研发了以诱发冲击启动的载荷源为中心、分源监测与防治的局部冲击地压防治技术，冲击地压危险多尺度多元融合预警技术，发明了系列巷道防冲吸能支护装备及能量释放与吸收监测装备；发展了基于瓦斯含量法预测煤与瓦斯突出的瓦斯含量临界值，发明了全过程监测、多元信息融合的突出预警方法；创建了射流孔含水层改造技术，开发了烧变岩帷幕墙注浆保水技术；研发了火区范围初探与高温点精探相结合的火源探测技术、易燃复杂采空区下开采的风压自动调节技术以及非间隔连续拖管注氮防灭火工艺与装备等。
干法选煤技术达到国际领先水平，选煤主要技术装备均已实现国产化。原煤入选（洗）率由55.4%提高到71.7%，2021年入选原煤达29.6亿吨。成功研发大型复合干法和块煤干法分选技术、大型井下选煤排矸技术和新一代空气重介干法选煤技术，开发了世界上首套模块式高效干法选煤工艺系统。湿法全重介选煤技术将炼焦煤单系统入选能力从600万吨/年提升至千万吨级，自主研发的特大型无压给料三产品重介质旋流器、超级旋流器、大型机械搅拌式和喷射式浮选机、特大型微泡浮选柱已广泛应用，离心机、压滤机、磁选机和破碎机等设备实现大型化，侧方入料式精煤压滤机和超高压尾煤压滤机解决了细粒煤水分问题。
煤炭清洁利用技术取得实质性进展。高效煤粉工业锅炉、水煤浆浆体化CFB锅炉、民用固硫抑尘型煤、烟煤解耦新型炉具成功推广应用。研发出神华脱硝催化剂再生技术，实现了兰炭粉无助燃稳定运行，攻克了粒径小于30毫米、产量占低阶煤总产量80%以上的混煤热解系列关键技术难题，突破了煤焦油分质转化高性能油品及高附加值产品技术瓶颈。
煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制乙二醇等现代煤化工整体向高端化、多元化、低碳化发展，生产工艺、关键大型装备和特殊催化剂等逐步实现国产化。攻克了大型、超大型水煤浆气化和干煤粉气流床高压气化成套技术与装备，建成单炉日处理3000吨级、4000吨级煤气化示范工程；实现100万吨/年煤直接液化和400万吨/年煤间接液化的连续稳定生产，新一代直接煤制油技术已完成开发，具备工业化的技术基础，掌握了百万吨级高温流化床费托合成技术；第三代甲醇制烯烃技术正在进行工业示范装置建设，即将投产实施，其甲醇转化率、乙烯丙烯选择性、甲醇单耗水平都大幅提升，合成气直接制低碳烯烃的新型催化剂及浆态床等新技术取得了新突破；煤制乙二醇的工业化产能已占到全国乙二醇总产能的43%左右，低阶煤分质利用技术等取得了成熟的工业化成果，煤制乙醇示范项目也将投料试车。
积极践行“绿水青山就是金山银山”理念，技术创新助力“双碳”目标实现。行业创建了采煤沉陷区中高层建筑群建设技术体系，打造了采煤沉陷区城市服务功能开发的“任城模式”；建设了内蒙古东部草原大型煤电开发区，开展露天煤矿生态扰动区和干旱半干旱的草原沙化区的生态修复与综合整治示范，植被覆盖率提高35%以上，废迹地示范区治理率达到96%。开展了集瓦斯治理、抽采、发电、制冷、热害治理于一体的瓦斯综合治理与循环利用技术研发与示范；发明了瓦斯自适应混配和自回热蓄热氧化技术、低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热技术和焦化厂荒煤气高温余热回收技术。首创了煤化工二氧化碳捕集、咸水层封存与监测成套技术，建成世界首个10万吨级煤化工CCS示范工程。
晋能控股集团特厚煤层大采高综放开采成套装备
神东矿区生态示范基地
煤炭科技创新体系整体效能明显提升
十年来，产学研深度融合的煤炭科技创新体系不断完善，科技资源的优化配置能力持续加强。大型煤炭企业研发投入强度达2%，科研项目和经费管理不断优化，成果转化、科技奖励等科技管理制度不断健全，分配政策逐步转向以增加知识价值为导向，科研项目设置更突出国家使命和解决行业重大难题导向，有力推进创新链产业链深度融合。
煤炭行业战略科技力量不断加强，第四届煤炭工业技术委员会委员达1300余人，发挥了行业高端智库的作用。目前，煤炭领域共有国家及行业级研发平台145个，包括国家企业技术中心30个，科技部批准运行的国家重点实验室和国家工程技术研究中心24个，国家发改委纳入新序列管理的国家工程研究中心6个，国家能源局批准运行的能源研发创新平台13个，应急管理部批准运行的安全科技支撑平台7个、重点实验室1个，国家矿山安全监察局重点实验室8个，中国煤炭工业协会认定的煤炭行业工程研究中心56个。
行业知识产权保护效果和运用效益明显提升，知识产权意识大幅增强，涌现出一批知识产权竞争力较强的市场主体，能源装备智能化产业知识产权运用联盟获北京市知识产权局批准建设。一大批科技创新成果转化为标准，截至目前，煤炭行业现行有效国家标准426项、行业标准1430项，一大批团体标准实施应用。
加快实现煤炭行业高水平科技自立自强
我国煤矿分布区域较广，矿井地质赋存环境复杂、开采难度大，复合动力灾害机理尚不明晰，灾害预警预报准确度还需提高；煤矿智能开采基础理论研究不够深入，西部生态脆弱区低损害开采与生态保护技术体系尚未形成，充填开采、保水开采、无煤柱开采等绿色开采技术亟需规模化推广应用；煤炭作为原料转化为碳基新材料、特殊性能产品的基础理论与关键技术需进一步加强，煤炭与清洁能源协同并向固碳、碳循环方向转变尚处于起步阶段。
当前，世纪疫情与百年变局影响交织叠加，世界进入动荡变革期，全球能源价格上涨，能源体系发生结构性演变，未来我国能源安全面临的风险因素将进一步增加。站在新一轮科技革命和产业变革的历史潮头，煤炭行业比过去任何时候都更加需要科技创新，需要面向碳达峰碳中和目标，从整体技术布局和攻关方向进行全新定位，从而引领支撑行业高质量发展。
第一，做好煤炭技术前沿领域布局。结合煤炭绿色低碳转型短期与中长期目标，提出升级换代、低碳融合、颠覆突破、负碳固碳四大技术类型布局。升级换代类包括精准地质探测技术、智能快速掘进技术、智能无人开采技术、煤矿绿色开采技术、超超临界发电技术、新型煤气化和煤与有机废气物协同气化技术、煤经合成气一步法制化学品技术、关闭矿井瓦斯抽采技术、低浓度瓦斯高效利用技术、低品位气源分布式发电技术、黄河流域煤炭开发生态修复技术、矿区碳汇管理技术等；低碳融合类包括矿井空间开发利用技术，绿氢、绿电与煤炭转化融合技术，煤与生物质、废弃物协同利用技术，地热资源利用技术等；颠覆突破类包括井下流态化开采与转化一体化技术，煤基高能燃料合成技术，先进煤基炭素材料制备技术，深部原位二氧化碳与甲烷制氢技术等；负碳固碳类包括煤矿采空区、残采区、关闭矿井封存二氧化碳技术，二氧化碳驱油驱气技术，二氧化碳电化学催化转化捕集技术，二氧化碳矿化利用技术等。
第二，推进创新链产业链深度融合。深入实施创新驱动发展战略，强化国家能源保障使命担当，加快科研生产管理体系优化升级，夯实国家能源安全基础。进一步完善以企业为主体、以市场为导向、产学研深度融合的煤炭科技创新体系，增强企业在技术创新决策、研发投入、项目组织、成果转化等方面的主导地位，不断提升企业的原创力和组织力。以智能开采、灾害防治、清洁利用等为主题，加快构建行业龙头企业牵头、高校院所支撑、各创新主体相互协同的创新联合体，协同推进基础研究、技术研发、转化应用。充分发挥企业的“出题者”作用，采用“揭榜挂帅”“赛马制”等竞争性方式，加速内部市场和应用场景开放，提高科技成果转移转化成效。积极融入全球创新网络，加强国际合作，深化与国家科研机构、高水平研究型大学、科技领军企业的合作，持续扩大技术创新“朋友圈”。
第三，打造煤炭原创技术策源地。以行业国有重点企业为主，重点突破引领行业未来发展、推动产业变革的颠覆性技术以及影响产业链安全稳定的卡脖子难题，大幅提升源头供给能力。持续加大企业研发投入强度，提升原创技术投入在研发投入中的占比，用足用好税收优惠、单列工资总额等各项支持政策。围绕国家实验室、全国重点实验室、国家技术创新中心等国家级平台和省部级、行业级平台建设目标，加强高端研发平台建设，集聚创新要素。针对原创技术具有高风险性和不确定性的特点，坚持以创新能力、质量、价值、贡献为核心的评价导向，准确反映成果创新水平、转化应用绩效和对经济社会发展的实际贡献。积极培养、引进、用好各类人才，厚植尊重人才、尊重创造、鼓励探索、宽容失败的创新文化。到2025年，突破一批行业卡脖子技术瓶颈，行业核心技术基本实现自主可控；到2030年，在煤矿智能化、煤矿灾害防治、煤炭清洁高效利用等领域取得一大批原创成果，推动我国进入创新型国家前列。
（作者：中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长刘峰）
