今年1-7月，中國(guó)煤炭消費(fèi)量同比小幅增長(zhǎng)約3.4%。雖然略有反彈，但與2013年的峰值水平相比，長(zhǎng)期下跌是大勢(shì)所趨。

福禍相依，不要總覺(jué)得煤耗比例下降對(duì)煤炭行業(yè)是壞事。而是堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)、清潔、安全的發(fā)展思路，以精準(zhǔn)采煤、清潔高效利用為重點(diǎn)，努力以最少的煤礦數(shù)量、最小的開(kāi)采面積、最小的煤炭消耗支撐中國(guó)的能源需求。

為了安全生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境和節(jié)能減排，中國(guó)煤炭行業(yè)必須推進(jìn)煤炭資源高效回收和節(jié)能減排戰(zhàn)略。這意味著煤炭行業(yè)正處于一個(gè)重大的轉(zhuǎn)型期和轉(zhuǎn)折點(diǎn)，正在進(jìn)入一個(gè)安全、智能、精確開(kāi)采的新時(shí)代。

綠色煤炭資源只夠四五十年

中國(guó)煤炭開(kāi)采的基本國(guó)情是復(fù)雜的資源稟賦。煤炭資源分布差異較大，極薄厚煤層、近水平急傾斜煤層分布廣泛，開(kāi)采條件極其復(fù)雜。煤炭開(kāi)采受到煤與瓦斯突出、沖擊地壓、煤炭自燃、水害、粉塵等災(zāi)害的嚴(yán)重威脅。

在中國(guó)已探明的煤炭資源中，53%埋藏在1000米以下。隨著淺層資源的枯竭，煤炭開(kāi)采深度以年均10~25米的速度增加，深部煤炭資源的安全開(kāi)采受到極大威脅。深部瓦斯和沖擊地壓等災(zāi)害相互耦合，災(zāi)害機(jī)理復(fù)雜，防治難度越來(lái)越大。

在煤炭開(kāi)采過(guò)程中，普遍存在“棄薄采厚、挑肥揀瘦”的現(xiàn)象，礦井資源平均回收率只有50%左右，與發(fā)達(dá)國(guó)家80%左右的回收率相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致原設(shè)計(jì)的80-100年使用壽命縮短了一半。在節(jié)能領(lǐng)域，煤炭生產(chǎn)的噸煤能耗大。2012年原煤生產(chǎn)電耗28.4kWh/噸，煤炭生產(chǎn)綜合能耗17.1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/噸。

近年來(lái)，依靠科技進(jìn)步，煤礦安全開(kāi)采形勢(shì)不斷改善:我國(guó)煤炭產(chǎn)量逐年增加(從2000年的13億噸增加到2017年的35.4億噸，增長(zhǎng)172.3%)，百萬(wàn)噸死亡率從2005年的2.76下降到2017年的0.106。

但煤礦安全開(kāi)采形勢(shì)依然嚴(yán)峻:雖然煤礦瓦斯、頂板、水害等事故逐年大幅下降，但重特大事故仍時(shí)有發(fā)生，社會(huì)影響惡劣；與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，煤礦百萬(wàn)噸死亡率仍有較大差距，是美國(guó)的5倍，澳大利亞的11倍。

要解決這些問(wèn)題，需要在最大限度保護(hù)資源、生命和環(huán)境的同時(shí)，通過(guò)精準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的方式“向內(nèi)切入”，促進(jìn)綠色煤炭資源的開(kāi)發(fā)。綠色煤炭資源是指能夠滿(mǎn)足煤炭安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境綜合條件，支撐煤炭科學(xué)生產(chǎn)能力和科學(xué)發(fā)展的煤炭資源?；诂F(xiàn)有的技術(shù)條件，我國(guó)可供開(kāi)采的綠色煤炭資源量極其有限，只有5048.95億噸，不到已探明煤炭?jī)?chǔ)量的一半，占全國(guó)預(yù)測(cè)煤炭資源量5.97億噸的十分之一。根據(jù)國(guó)家能源需求和煤炭資源回收現(xiàn)狀，綠色煤炭資源只能開(kāi)采40~50年，未來(lái)大面積開(kāi)采于非綠色煤炭資源賦存區(qū)，必然會(huì)使煤礦安全面臨巨大困難。

安全、智能、精準(zhǔn)缺一不可

2016年首次提出“精準(zhǔn)采煤”的科學(xué)概念，引起了業(yè)內(nèi)和業(yè)外的廣泛討論。2017年8月8日，“煤炭安全智能精準(zhǔn)開(kāi)采協(xié)同創(chuàng)新組織”在淮南工業(yè)大學(xué)成立并揭牌。如今，安全、智能、精確的煤炭開(kāi)采是未來(lái)開(kāi)采的必由之路，這已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)。

“精準(zhǔn)采煤”是集無(wú)人(少人)智能采煤與災(zāi)害防治于一體的未來(lái)采煤技術(shù)。其科學(xué)內(nèi)涵以透明空地球物理為基礎(chǔ)，以多物理場(chǎng)耦合、智能傳感、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為支撐，以風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、監(jiān)測(cè)、預(yù)警、處置等安全挖掘技術(shù)為支撐。

隨著新形勢(shì)的發(fā)展，煤炭的精確開(kāi)采增加了新的內(nèi)涵。

首先要從安全的角度考慮精準(zhǔn)開(kāi)采的實(shí)現(xiàn)。如果安全問(wèn)題解決不了，剩下的就像沒(méi)有根的樹(shù)。

其次，要實(shí)現(xiàn)智能化。以前中國(guó)的煤礦遠(yuǎn)沒(méi)有智能化，連最基礎(chǔ)的機(jī)械化都遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。煤礦平均機(jī)械化程度僅為45%，重點(diǎn)國(guó)有企業(yè)平均機(jī)械化程度為82.7%。與其他行業(yè)相比，煤礦的信息化、無(wú)人化和智能化水平仍處于啟蒙階段。

未來(lái)煤炭行業(yè)必須從高風(fēng)險(xiǎn)勞動(dòng)密集型升級(jí)為高技術(shù)密集型:每個(gè)礦井100人以?xún)?nèi)，90%在地面工作，10%在井下做生產(chǎn)準(zhǔn)備和檢查；信息化、自動(dòng)化和智能化水平、回收率、效率等指標(biāo)將達(dá)到更高水平。

但光靠智能還是不夠的，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)開(kāi)采，做煤炭資源和開(kāi)采后情況的預(yù)言者，實(shí)現(xiàn)開(kāi)采過(guò)程中機(jī)械、設(shè)備、系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)感知，達(dá)到航空空航天的水平。

從技術(shù)路線上看，精準(zhǔn)開(kāi)采有自己的路線圖:第一步，2035年之前，是地面與井下相結(jié)合的遠(yuǎn)程遙控?zé)o人開(kāi)采階段，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心遙控設(shè)備操作中操作人員的遠(yuǎn)程干預(yù)，采煤工作面在落煤區(qū)無(wú)人；第二步，從2035年到2050年，真正實(shí)現(xiàn)智能無(wú)人精確開(kāi)采，突破地面遙控、可視化無(wú)人開(kāi)采和煤炭智能傳感、智能監(jiān)測(cè)、預(yù)警防災(zāi)等智能化和信息化技術(shù)。

如今，煤炭開(kāi)采已經(jīng)從傳統(tǒng)的人工礦山和機(jī)械礦山發(fā)展到信息礦山和數(shù)字礦山，并逐步走向智能礦山。安全、智能和精確采礦正在成為現(xiàn)實(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃陵一礦首個(gè)無(wú)人采煤工作面——1001工作面試驗(yàn)成功以來(lái)，全國(guó)已有70多個(gè)采煤工作面實(shí)現(xiàn)了智能無(wú)人開(kāi)采。幾代煤礦工人所期待的智能無(wú)人開(kāi)采，已經(jīng)從夢(mèng)想變成了現(xiàn)實(shí)。

必須依靠生產(chǎn)、教育和研究的協(xié)同創(chuàng)新

目前，煤炭精細(xì)開(kāi)采的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在各種煤巖動(dòng)態(tài)耦合災(zāi)害管理研究不成熟，缺乏潛在致災(zāi)因素動(dòng)態(tài)智能綜合檢測(cè)技術(shù)，缺乏基于大數(shù)據(jù)的重大煤礦災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)和新技術(shù)研究。

安全、智能、精準(zhǔn)的采煤模式需要盡快研究和突破以下關(guān)鍵技術(shù):

一是要準(zhǔn)確把握煤層賦存條件，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造、陷落柱、瓦斯等致災(zāi)因素的高清透視，打造具有透視功能的地球物理科學(xué)支撐的“互聯(lián)網(wǎng)+礦井”；

二是要開(kāi)發(fā)安全、靈敏、可靠的采場(chǎng)、礦區(qū)、災(zāi)害前兆等新型信息采集傳感技術(shù)和設(shè)備，形成人機(jī)環(huán)參數(shù)綜合采集、共用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男路椒ǎ?/p>

三是突破多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合和知識(shí)挖掘問(wèn)題，創(chuàng)建共享的煤礦精確開(kāi)采和災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)快速分析模型和算法；

第四，采用“三位一體”的科學(xué)研究方法，研究煤礦災(zāi)害機(jī)理和災(zāi)害理論模型，實(shí)現(xiàn)煤礦災(zāi)害的自適應(yīng)、超前、準(zhǔn)確預(yù)警；

五是探索多領(lǐng)域耦合復(fù)合災(zāi)害知識(shí)庫(kù)的構(gòu)建方法，建立適合區(qū)域煤礦開(kāi)采條件的災(zāi)害預(yù)警特征云平臺(tái)；

第六，以采煤機(jī)記憶截割、液壓支架自動(dòng)隨動(dòng)和可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能控制軟件為核心，研發(fā)遠(yuǎn)程可控?zé)o人精密采礦技術(shù)和設(shè)備；

第七，要整合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于云礦山建設(shè)，將煤炭資源開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)化為智能工程或車(chē)間，構(gòu)建基于云技術(shù)的智能礦山。

煤炭科技創(chuàng)新，沒(méi)有產(chǎn)學(xué)研合作，就是死路一條。由于各方優(yōu)勢(shì)可以互補(bǔ)，高校主要從事基礎(chǔ)研究，科研機(jī)構(gòu)主要從事技術(shù)裝備研發(fā)，大型煤炭企業(yè)主要從事成果應(yīng)用推廣和示范項(xiàng)目建設(shè)，形成產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新體系。只有發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，協(xié)同創(chuàng)新，聯(lián)合研究，才能解決問(wèn)題，引領(lǐng)行業(yè)。如果他們走自己的路，很難實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。

“煤炭安全、智能、精確開(kāi)采協(xié)同創(chuàng)新組織”自成立以來(lái)，一直致力于推動(dòng)煤炭安全、智能、精確開(kāi)采從科學(xué)構(gòu)想走向理論和技術(shù)現(xiàn)實(shí)。目前，該機(jī)構(gòu)在研究改造的同時(shí)，基本實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯的精確共采，在液壓支架自動(dòng)隨動(dòng)、采煤機(jī)記憶切割、工作面視頻監(jiān)控技術(shù)及設(shè)備等方面取得重大突破。通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新，組織成員在信息智能傳感傳輸、互聯(lián)網(wǎng)加大數(shù)據(jù)信息處理、災(zāi)害智能預(yù)警與預(yù)防、智能挖掘技術(shù)與設(shè)備等領(lǐng)域取得顯著進(jìn)展。

面向未來(lái)，建議政府部門(mén)更加重視煤炭行業(yè)的科技創(chuàng)新，以精準(zhǔn)采煤引領(lǐng)未來(lái)資源科技發(fā)展，力爭(zhēng)以最少的礦井和礦區(qū)數(shù)量支撐未來(lái)全國(guó)25-30億噸煤炭需求。