今(jin)年1-7月，我(wo)國煤(mei)(mei)炭(tan)消(xiao)費同(tong)比略增3.4%左右，盡管(guan)略有反彈(dan)，但與2013年的峰(feng)值(zhi)水平(ping)相比，煤(mei)(mei)炭(tan)消(xiao)費量長期(qi)下降(jiang)已(yi)是大勢(shi)所趨(qu)。
福禍相依，不要總(zong)認為(wei)煤炭(tan)(tan)消費比重下降對煤炭(tan)(tan)行業(ye)是壞事，應該繼續堅(jian)持(chi)節(jie)(jie)約(yue)、清潔(jie)、安(an)全(quan)的(de)發展思路，聚焦煤炭(tan)(tan)精準開采(cai)、清潔(jie)高(gao)效利用，力爭用最少的(de)煤礦(kuang)數量、最小(xiao)的(de)開采(cai)面積、最小(xiao)的(de)煤炭(tan)(tan)消費量支撐中國(guo)(guo)的(de)能(neng)源(yuan)需求。出于安(an)全(quan)生產(chan)、生態環境和節(jie)(jie)能(neng)降耗層面考慮，我國(guo)(guo)煤炭(tan)(tan)行業(ye)必須要持(chi)續推(tui)進煤炭(tan)(tan)資源(yuan)高(gao)效回收及節(jie)(jie)能(neng)戰略。這意味著，煤炭(tan)(tan)行業(ye)正處于一個重大(da)的(de)轉型期，逐步進入一個安(an)全(quan)智能(neng)精準開采(cai)新時代。
綠色煤炭資源只夠四(si)五十年(nian)。
我國煤(mei)炭的基本國情(qing)是資(zi)源(yuan)稟賦復雜。煤(mei)炭資(zi)源(yuan)分布差異大，極薄煤(mei)層(ceng)與特厚煤(mei)層(ceng)、近水(shui)平與急傾斜煤(mei)層(ceng)廣泛分布，開采(cai)條(tiao)件極其復雜。煤(mei)炭開采(cai)受煤(mei)與瓦斯突出、沖擊地壓、煤(mei)自燃、水(shui)害(hai)、粉(fen)塵(chen)等(deng)災害(hai)威脅(xie)嚴重，安全開采(cai)難度大。
在(zai)我國(guo)已探明的煤炭資源(yuan)(yuan)中，埋深在(zai)1000米以下資源(yuan)(yuan)量(liang)占53%。隨著淺(qian)部資源(yuan)(yuan)枯竭，煤炭采深以平均每(mei)年(nian)10-25米的速度增加，且(qie)深部煤炭資源(yuan)(yuan)安全開采威脅(xie)巨大，深部瓦斯、沖擊地壓等災害(hai)相互耦合(he)，成(cheng)災機理復(fu)雜(za)，防(fang)治愈加困難。
在煤(mei)炭開采過程中，普遍存在“棄薄采厚、挑肥揀瘦”現象，礦井資源回(hui)收(shou)率(lv)平均僅50%左右，與發(fa)達(da)國家(jia)約80%的回(hui)收(shou)率(lv)有較(jiao)大(da)(da)差距，造(zao)成原設計(ji)80-100年服務年限縮短一半(ban)。在節能領(ling)域，煤(mei)炭生產(chan)(chan)噸(dun)煤(mei)能耗(hao)大(da)(da)，2012年原煤(mei)生產(chan)(chan)耗(hao)電(dian)28.4千(qian)瓦時(shi)/噸(dun)，煤(mei)炭生產(chan)(chan)綜(zong)合能耗(hao)17.1千(qian)克標煤(mei)/噸(dun)。
近年(nian)來，依靠科技進(jin)步，煤礦(kuang)安全開采形勢持續好轉：在(zai)我國煤炭產量逐(zhu)年(nian)增加的同時（從2000年(nian)的13億噸(dun)增加到2017年(nian)的35.4億噸(dun)，增幅達172.3%），百萬噸(dun)死亡率從2005年(nian)的2.76降至(zhi)2017年(nian)的0.106。
但是，煤(mei)炭安(an)全(quan)開采形勢(shi)依然嚴(yan)峻：雖然煤(mei)礦瓦斯、頂板、水害等事故率(lv)逐年大(da)幅(fu)下降(jiang)，但重特大(da)事故仍然時有發生，社會影響惡劣；煤(mei)礦百萬噸死亡率(lv)與世(shi)界發達國(guo)家(jia)相比仍存在(zai)較大(da)差距，目前是美國(guo)的5倍，是澳大(da)利亞的11倍。
解決這些(xie)問題(ti)，就需要“刀口(kou)向內”，以精準開發(fa)方式，推進(jin)綠(lv)色(se)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)發(fa)展，同(tong)時(shi)最大限(xian)度保護資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)、生(sheng)命和(he)(he)環(huan)境。綠(lv)色(se)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)量(liang)是指能(neng)滿足煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)安全(quan)、技(ji)術(shu)、經濟、環(huan)境等綜合(he)條(tiao)件，并支(zhi)撐(cheng)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)科學(xue)(xue)產能(neng)和(he)(he)科學(xue)(xue)開發(fa)的煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)量(liang)。基于現有(you)(you)技(ji)術(shu)條(tiao)件，我國(guo)(guo)可供開采(cai)的綠(lv)色(se)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)量(liang)極(ji)其有(you)(you)限(xian)，只有(you)(you)5048.95億噸，不足探(tan)明(ming)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)儲量(liang)的一半，占(zhan)全(quan)國(guo)(guo)預(yu)測煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)量(liang)5.97億噸的十分之一。按國(guo)(guo)家能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)需求和(he)(he)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)回收(shou)現狀，綠(lv)色(se)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)量(liang)僅可開采(cai)40-50年，未來或將大面積進(jin)入(ru)非綠(lv)色(se)煤(mei)(mei)炭(tan)(tan)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)賦存區開采(cai)，煤(mei)(mei)礦安全(quan)勢(shi)必(bi)面臨巨大難(nan)題(ti)。
安全、智能(neng)、精(jing)準一個不(bu)能(neng)少
2016年(nian)，筆者首次提(ti)出“煤(mei)炭(tan)(tan)精準開(kai)采”科學構想，引發行業內(nei)外廣(guang)泛熱議(yi)。2017年(nian)8月8日，“煤(mei)炭(tan)(tan)安全(quan)智能精準開(kai)采協同創新組織(zhi)”在淮(huai)南理工大學成(cheng)立并揭牌。如今，煤(mei)炭(tan)(tan)安全(quan)智能精準開(kai)采是未來(lai)采礦的必由之(zhi)路，已成(cheng)為(wei)行業共識。
“煤炭(tan)精(jing)準開(kai)采”是將煤炭(tan)開(kai)采擾動影響、致災(zai)因素等(deng)統籌考慮的煤炭(tan)無(wu)人（少人）智(zhi)能(neng)開(kai)采與災(zai)害(hai)防控一(yi)體(ti)化的未(wei)來(lai)采礦技術。其(qi)科學內涵是，基于(yu)透明空間地球物(wu)理，以多物(wu)理場耦合、智(zhi)能(neng)感(gan)知、智(zhi)能(neng)控制、物(wu)聯網、大數據、云計算這些信息作(zuo)為技術支(zhi)撐，具(ju)有風(feng)險判(pan)識、監控預警與處置(zhi)功能(neng)等(deng)安全(quan)開(kai)采技術為支(zhi)撐的智(zhi)能(neng)無(wu)人安全(quan)開(kai)采。
隨(sui)著新形勢的(de)發(fa)展，“煤炭精準開采”又增(zeng)加(jia)了新的(de)內涵。
首先，要考(kao)慮在安(an)全方面實現精準開(kai)采，如果安(an)全問題都解決不了，其他(ta)就(jiu)如同無(wu)本(ben)之木(mu)。
其次，要實現智能(neng)(neng)(neng)化(hua)。過去，我國煤(mei)(mei)礦根本(ben)談(tan)不上(shang)智能(neng)(neng)(neng)化(hua)，連(lian)最(zui)基(ji)本(ben)的機械(xie)化(hua)也有很大(da)差距(ju)，平(ping)(ping)均采煤(mei)(mei)機械(xie)化(hua)程度只有45%，國有重點企(qi)業為(wei)82.7%。相比其他行業，煤(mei)(mei)礦信息化(hua)、無人(ren)化(hua)、智能(neng)(neng)(neng)化(hua)水平(ping)(ping)尚(shang)處于起步階段。未(wei)來，煤(mei)(mei)炭產(chan)業必須由高(gao)危勞動(dong)密集型(xing)升級為(wei)高(gao)精尖(jian)技術密集型(xing)：每個礦100人(ren)以內，90%的人(ren)在(zai)(zai)地(di)面作業，10%的人(ren)在(zai)(zai)井下做(zuo)生產(chan)準備、巡(xun)檢(jian)；信息化(hua)、自(zi)動(dong)化(hua)、智能(neng)(neng)(neng)化(hua)水平(ping)(ping)以及回收率、效率等指(zhi)標(biao)會達到較(jiao)高(gao)水平(ping)(ping)。
但僅僅是智能(neng)化仍然不(bu)夠，最終目的(de)還是要實現精準開(kai)采(cai)，對煤礦資源(yuan)、開(kai)采(cai)之后的(de)狀況做到先(xian)知先(xian)覺，開(kai)采(cai)過程中的(de)機(ji)器設備、系統運行都能(neng)夠實時感知，達到航(hang)空航(hang)天一樣(yang)的(de)水平。
從(cong)技術路(lu)線(xian)來看，精準(zhun)開采有(you)自(zi)己(ji)的路(lu)線(xian)圖：第一步，2035年(nian)以(yi)前，是地面和井下相結合(he)的遠(yuan)(yuan)(yuan)程遙(yao)控(kong)(kong)(kong)無人(ren)開采階段(duan)，實(shi)現(xian)操(cao)作(zuo)人(ren)員在(zai)監控(kong)(kong)(kong)中心遠(yuan)(yuan)(yuan)程干預(yu)遙(yao)控(kong)(kong)(kong)設備運行(xing)，采掘(jue)工作(zuo)面落(luo)煤區域無人(ren)操(cao)作(zuo)；第二步，2035年(nian)到2050年(nian)，真正(zheng)實(shi)現(xian)智(zhi)能無人(ren)精準(zhun)開采，突破地面遠(yuan)(yuan)(yuan)程控(kong)(kong)(kong)制的智(zhi)能化(hua)與(yu)(yu)信息化(hua)、可視化(hua)煤炭無人(ren)采與(yu)(yu)智(zhi)能感知、災(zai)害(hai)智(zhi)能監控(kong)(kong)(kong)預(yu)警(jing)與(yu)(yu)防(fang)治等技術。
如今，煤(mei)(mei)炭開(kai)采(cai)從傳統的人(ren)力礦(kuang)山(shan)、機械礦(kuang)山(shan)到(dao)信息礦(kuang)山(shan)、數字礦(kuang)山(shan)并逐步向智(zhi)(zhi)(zhi)能礦(kuang)山(shan)演進，安全智(zhi)(zhi)(zhi)能精準開(kai)采(cai)正在成(cheng)(cheng)為現(xian)實(shi)(shi)。據統計，自首個無人(ren)開(kai)采(cai)工(gong)作(zuo)(zuo)面(mian)——黃陵一號煤(mei)(mei)礦(kuang)1001工(gong)作(zuo)(zuo)面(mian)試驗成(cheng)(cheng)功以來，我國已有70余個采(cai)煤(mei)(mei)工(gong)作(zuo)(zuo)面(mian)實(shi)(shi)現(xian)智(zhi)(zhi)(zhi)能無人(ren)開(kai)采(cai)。幾代煤(mei)(mei)炭人(ren)期待的“有人(ren)巡(xun)視(shi)，無人(ren)值守”智(zhi)(zhi)(zhi)能化(hua)無人(ren)開(kai)采(cai)由(you)夢想變成(cheng)(cheng)現(xian)實(shi)(shi)。
加強產學研協同創新
目前，煤炭精(jing)準開采(cai)發展(zhan)(zhan)還面臨諸多挑戰，主(zhu)要表(biao)現為多種煤巖動力耦合災害治理研(yan)究(jiu)尚(shang)不成熟，隱蔽(bi)致(zhi)災因素動態智能綜合探測(ce)技術缺乏，基于(yu)大數據的煤礦重大災害預警平臺及新技術研(yan)究(jiu)尚(shang)未(wei)開展(zhan)(zhan)等幾個方面。
為(wei)此，煤(mei)(mei)炭(tan)安全(quan)智能精準(zhun)(zhun)(zhun)開(kai)(kai)采(cai)(cai)模式(shi)需(xu)要(yao)(yao)(yao)盡快研究并突破以下(xia)幾項關鍵(jian)技(ji)術(shu)：一是(shi)要(yao)(yao)(yao)精準(zhun)(zhun)(zhun)掌握煤(mei)(mei)層賦存條(tiao)件，實(shi)現(xian)地質構(gou)造(zao)、陷落柱、瓦(wa)斯(si)等(deng)致災(zai)(zai)因素高(gao)清透(tou)視，打造(zao)具有(you)透(tou)視功(gong)能的(de)地球物理(li)科(ke)學支撐下(xia)的(de)“互(hu)聯網+礦(kuang)(kuang)(kuang)山”；二是(shi)要(yao)(yao)(yao)研發新型安全(quan)、靈敏、可靠的(de)采(cai)(cai)場(chang)、采(cai)(cai)動區及(ji)災(zai)(zai)害前(qian)兆等(deng)信息采(cai)(cai)集傳(chuan)感(gan)技(ji)術(shu)裝備，形成(cheng)人機(ji)環參數全(quan)面采(cai)(cai)集、共(gong)(gong)網傳(chuan)輸新方(fang)法；三(san)是(shi)要(yao)(yao)(yao)突破多源(yuan)異構(gou)數據融合(he)與知識挖掘難題，創(chuang)建面向煤(mei)(mei)炭(tan)精準(zhun)(zhun)(zhun)開(kai)(kai)采(cai)(cai)及(ji)災(zai)(zai)害預(yu)警監測數據的(de)共(gong)(gong)用(yong)快速(su)分析模型與算法；四是(shi)采(cai)(cai)用(yong)“三(san)位一體”科(ke)學研究手段，研究煤(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)(kuang)災(zai)(zai)害致災(zai)(zai)機(ji)理(li)及(ji)災(zai)(zai)變理(li)論模型，實(shi)現(xian)對煤(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)(kuang)災(zai)(zai)害的(de)自(zi)適(shi)應(ying)、超前(qian)、準(zhun)(zhun)(zhun)確預(yu)警；五是(shi)要(yao)(yao)(yao)探索(suo)多場(chang)耦合(he)復合(he)災(zai)(zai)害知識庫構(gou)建方(fang)法，建立適(shi)用(yong)于區域性煤(mei)(mei)礦(kuang)(kuang)(kuang)開(kai)(kai)采(cai)(cai)條(tiao)件下(xia)災(zai)(zai)害預(yu)警特征云(yun)平(ping)臺；六(liu)是(shi)以采(cai)(cai)煤(mei)(mei)機(ji)記憶切割、液壓(ya)支架自(zi)動跟機(ji)及(ji)可視化(hua)遠程(cheng)監控等(deng)為(wei)基(ji)礎，以生產系統智能化(hua)控制軟件為(wei)核心(xin)，研發遠程(cheng)可控的(de)無人精準(zhun)(zhun)(zhun)開(kai)(kai)采(cai)(cai)技(ji)術(shu)與裝備；七是(shi)要(yao)(yao)(yao)融合(he)計(ji)算機(ji)網絡技(ji)術(shu)、現(xian)代(dai)控制技(ji)術(shu)、云(yun)計(ji)算技(ji)術(shu)于一體，將(jiang)互(hu)聯網技(ji)術(shu)應(ying)用(yong)于云(yun)礦(kuang)(kuang)(kuang)山建設，把煤(mei)(mei)炭(tan)資(zi)源(yuan)開(kai)(kai)發變成(cheng)智能工程(cheng)或車間，建設基(ji)于云(yun)技(ji)術(shu)的(de)智能礦(kuang)(kuang)(kuang)山。
煤(mei)炭科技(ji)創(chuang)新(xin)(xin)，不搞產(chan)學研(yan)協同(tong)合(he)作，就是死路一(yi)條。因為各方優勢可以(yi)互補：高等院校主要從事基礎研(yan)究，科研(yan)機(ji)構主要從事技(ji)術裝備研(yan)發，大型煤(mei)炭企(qi)業(ye)主要從事成(cheng)果(guo)(guo)應用推廣及(ji)示范工程建設(she)，形成(cheng)產(chan)、學、研(yan)協同(tong)創(chuang)新(xin)(xin)體制。只有各展所(suo)長、協同(tong)創(chuang)新(xin)(xin)、聯合(he)攻(gong)關，才能破解難(nan)題、引領(ling)行業(ye)，如果(guo)(guo)各干各的(de)，一(yi)個(ge)教授一(yi)個(ge)團隊，一(yi)個(ge)單位一(yi)個(ge)團隊，難(nan)以(yi)實現創(chuang)新(xin)(xin)。
“煤(mei)(mei)炭安(an)全智(zhi)能(neng)精(jing)(jing)準開(kai)采(cai)(cai)協同創新組織”成立(li)至今，一直致力于(yu)推動(dong)煤(mei)(mei)炭安(an)全智(zhi)能(neng)精(jing)(jing)準開(kai)采(cai)(cai)從科學(xue)構想變成理論與(yu)技術(shu)(shu)現實(shi)。目(mu)前，該(gai)組織邊研究(jiu)邊轉化(hua)邊示范，已(yi)經基本實(shi)現了煤(mei)(mei)與(yu)瓦斯(si)的精(jing)(jing)準共采(cai)(cai)，并(bing)在(zai)液壓支架自動(dong)跟機、采(cai)(cai)煤(mei)(mei)機記憶截割、工作(zuo)面視(shi)頻監控技術(shu)(shu)與(yu)裝備(bei)等方面取得重大突(tu)破。通過產(chan)學(xue)研協同創新，組織成員單位在(zai)信息智(zhi)能(neng)傳(chuan)感(gan)傳(chuan)輸、互(hu)聯網+大數據(ju)信息處理、災害智(zhi)能(neng)預警(jing)與(yu)防控、智(zhi)能(neng)采(cai)(cai)掘(jue)技術(shu)(shu)與(yu)裝備(bei)等領域進展顯(xian)著(zhu)。
面(mian)向(xiang)未(wei)來，建議政府主(zhu)管部(bu)門更加重(zhong)視(shi)煤炭(tan)行業科技創新，以煤炭(tan)精準開(kai)(kai)采(cai)引領資(zi)源科技未(wei)來發展，未(wei)來爭取用最少的礦井數量和開(kai)(kai)采(cai)面(mian)積(ji)支撐國家25億-30億噸煤炭(tan)需求。
（作者(zhe)為中(zhong)國(guo)工(gong)程院院士、安徽理工(gong)大學校(xiao)長 袁亮）
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