我国煤炭科技现状与发展趋势

1我国煤炭科技现状与发展趋势煤炭工业是我国重要的基础能源产业。在一次能源生产和消费结构中，煤炭的比重约占70％左右，这就决定了在今后相当长的时期内，煤炭在我国能源结构中的主导地位不会改变。随着国民经济和人民生活水平的迅速提高，国家对煤炭的需求也将快速增长。根据党的十七大提出的“全面建设小康社会奋斗目标”的新要求，到2020年，我国GDP将突破35亿元，煤炭需求将达到22～32亿t标准煤。面对如此大的煤炭需求量，应用先进的科学技术提升煤炭生产力水平，加快新井建设、提高现有矿井产量是保障煤炭供给的根本手段。一、我国煤炭科技现状我国煤炭资源分布不均，煤层赋存条件复杂，中小型矿井数量较多，井工矿井比例较大，开采技术水平不一，煤矿整体科技水平相对落后；同时，我国煤炭资源洁净开发利用研究起步较晚，技术不够成熟，传统采煤工艺对生态环境的破坏已不容忽视，地面塌陷、大量的地下水流失、向大气排放烟尘和硫化物等，已经给一些地区的生态环境构成了较大威胁，严重地影响了煤炭工业的健康发展。要解决这一系列问题，必须依靠技术进步与创新，全面提升煤炭工业的整体技术水平。随着现代科学技术的快速发展，现代化的新理念、新工艺和新技术不断渗透到煤炭工业领域，有力地促进了煤炭科技的快速发展，主要表现在以下四个方面：2㈠煤田地质勘探精度、快速建井、巷道掘进技术水平不断提高以高分辨率三维地震勘探技术为核心的精细物探技术，结合其他的高精度、数字勘探技术的应用推广，极大地提高了井田精细化勘探程度，为大型矿井设计提供了资源保障。深井、厚冲积层条件下矿井建设水平不断提高，采用钻井法、冻结法两种凿井工艺，基本解决了近600m厚松散冲积层矿井建设难题，达到国际领先水平；千米深凿井技术和工艺取得了突破性进展，立井井筒施工速度达到230m/月以上，创造了世界纪录。煤巷、半煤岩巷掘进技术装备得到长足发展，研制成功了一系列高可靠性半煤岩巷掘进机，配合巷道锚杆锚索支护新技术，显著地提高了巷道掘进施工机械化水平，为我国现代化矿井建设提供了有力技术保障。㈡煤矿综采成套装备水平得到提升，高产高效矿井建设取得巨大成就近年来，我国自主研发了具有国际先进水平的大功率电牵引采煤机，具有电液控制功能的大采高强力液压支架，大运力重型刮板运输机及转载机和大倾角、大运力胶带输送机，可为开采煤层厚度5m左右、配套能力2500t/h、生产能力600万t/a的综采工作面提供成套装备及开采工艺，在比较复杂的开采条件下实现高产高效。截至2007年底，全国符合高产高效矿井建设条件的矿井共有253处，原煤产量达25.23亿t，人均工效为4.599t，百万吨死亡率为1.485，主要技术经济指标接近或达到了世界先进水平。3㈢煤矿瓦斯、火灾治理等技术不断改进，安全生产的技术水平得到提高为全面落实“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的十六字方针，地面抽采、本煤层抽采、邻近煤层、采空区抽采等瓦斯抽采技术在全国得到了广泛应用。目前，属于高瓦斯和瓦斯突出煤矿的原国有重点煤矿90%以上开展了瓦斯抽采工作，年抽采量达到20多亿m3，其中40%被用于瓦斯发电或作为民用燃料。基于计算机网络系统的全矿井安全监测系统和远程集中监控系统被普遍推广应用，在煤矿瓦斯事故监控和防治中发挥了重要作用。我国自主研发的地音监测仪、微震监测系统以及电磁辐射装置，广泛用于预测矿井动力灾害，使不发生动力灾害区域的预报准确率达到100%，可能发生动力灾害区域的预报准确率达到80%以上。同时矿区火灾隐患识别及控制新技术研究也取得了突破，矿井火区的早期预报、注浆灭火技术日趋成熟并得到广泛推广应用。由于煤矿安全生产技术的不断创新和推广，煤矿安全生产形势总体趋于好转，“十五”期间全国煤矿事故死亡人数和百万吨死亡率等指标呈逐年下降趋势。㈣洁净煤技术水平不断提升，煤炭资源的综合加工利用技术加快发展煤炭的洗选加工是洁净煤技术的源头，经过十几年的攻关，重介选煤技术在我国取得了积极进展和广泛推广，实现了传统洗煤工艺的升级和改造。同时，浮选技术也日趋完善，有效地提高了精煤回收率和浮选效果。目前，我国自主研发的煤炭洗选技术装备可以满足年产500万t大型选煤厂建设的需要。近年来，与4煤共伴生资源利用技术和环境保护技术也得到快速发展。采用地面和井下相结合的煤层气抽采利用技术、煤矸石发电、土地复垦、洁净开采以及矿井水资源化利用技术的研究开发都取得了积极进展，使矿区生态环境保护、发展循环经济取得了初步成效。在煤炭资源综合加工利用方面，煤炭的洁净燃烧技术、煤炭气化、液化技术以及其他煤化工技术已经从工业试验研究阶段，逐步向工业化、产业化阶段发展。年产50万t甲醇、15万t二甲醚生产线现已在河南和内蒙古建成投产，煤炭加工转化技术近期可望取得重大突破。二、我国煤炭科技发展目标与趋势㈠我国“十一五”煤炭科技发展目标我国政府及有关机构高度重视煤炭科技发展。2005年，中国煤炭工业协会提出了“十一五”煤炭工业科技工作发展思路和目标，号召全行业全面落实《国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见》精神，紧紧围绕大型煤炭基地建设、煤矿安全高效生产技术、煤炭综合加工利用技术等领域，开展综合攻关，重点突破，强化创新，引领发展，实现绿色开采，发展循环经济，走资源利用率高、安全有保障、经济效益好、环境污染少的新型工业化道路，力争使我国煤炭资源开发利用的整体技术水平有所突破，“十一五”末使科技对全行业经济发展的贡献率达到40%以上。一是全面推进矿井机械化生产。努力实现煤炭重大技术装备国产化，煤矿技术装备水平明显提高。到2010年，大中型煤矿采掘机械化水平达到85%以上。通过新建和老井技术改造，全国5建成300处高产高效矿井，高产高效矿井产量占全国总产量的50%左右。二是矿井抗灾能力全面提高。2010年，煤矿瓦斯重大灾害防治技术要取得突破,煤尘、自燃、冲击地压、高温、水害等灾害防治技术基本成熟，煤矿职业病防治取得明显成效。三是煤层气开发和煤炭转化取得明显进展。2010年，煤转化（煤制油、煤制气）产品产量力争达到500万t，煤层气开发和利用实现产业化，低透气性煤田煤层气开采技术取得突破，煤制气、地下气化技术力争完成工业化试验。四是煤炭综合利用技术得到较快发展。2010年，全国原煤入选率提高到50%以上，入选能力基本得到利用；与煤相关产业技术水平达到同行业平均水平，与资源相匹配的煤炭产业链基本形成，煤炭产品附加值大幅度提高。五是环境友好型社会建设全面启动。2010年，大中型煤矿煤炭资源采区回收率达到国家标准，矿井水利用、土地复垦、煤矸石综合利用水平大幅度提高，矿区生态环境保护取得实质性进展。六是人才队伍建设取得成效。高等院校煤炭相关专业招生规模不断扩大，煤矿人才选拔、培养和使用机制基本形成，煤炭科技队伍不断加强，大中型煤矿人才结构需进一步优化，人才素质显著提高。㈡我国煤炭科技发展趋势21世纪人类已进入“知识经济”时代，信息科学、材料科学和环境科学将取得新的突破和进展。科技创新、科技革命的浪6头将引发新的产业竞争。煤炭作为重要的能源产业，煤炭科技发展令人瞩目；21世纪前叶，我国煤炭工业将向“高效、安全、洁净、结构优化”的方向发展，煤炭科技将在以下技术领域取得新的进展。1．煤炭资源（含煤层气）精细勘探技术我国煤炭资源总量丰富，但存在经济可采储量少、优质环保型资源少、优质炼焦用煤短缺、勘探程度低（精查2593.71亿t，详查1764.33亿t，普查6063亿t）、可供开采的资源少，很少进行可行性研究和技术经济评价等问题,不能满足现代煤炭工业可持续发展的需求。据专家预测，2020年我国煤炭产量将达28亿t左右。而我国现有的精查煤炭保有储量不到700亿t，如不加快煤炭资源勘探，将会严重影响我国能源战略的顺利实施。而我国原有的以钻探为主体的煤炭资源勘探方法落后，勘探周期长、效率低、精度差，急需实施煤炭和煤层气地质综合勘探技术创新工程。煤炭资源精细勘查技术发展趋势是，研究高产高效矿井地质保障技术，实现对矿井开采地质条件的综合评价和量化预测。发展各种复杂条件下的三维地震勘探技术、受控定向钻进和超大孔径钻探技术、电阻率法影像与三维可视化综合分析技术和电、核、声成像测井技术；形成煤田快速精细勘探技术体系,提高煤炭资源勘查效率和质量,为大型煤炭基地和高产高效矿井建设提供准确可靠的地质资料。研究复杂地形地质条件下综合勘探理论和综合勘探模式，开展西部煤炭资源、水资源、生态环境综合调查与研究；西部聚煤盆地地质基础理论研究和资源评价。发展煤层气7储层模拟技术、煤层气地震和测井技术等。2．东部深厚冲积层下建井综合技术目前，地处（或临近）我国经济发达地区且冲积层较薄的煤田，绝大多数已得到充分开发，其中不少煤田的资源已枯竭，需要开发山东、安徽、河南和河北等省特厚冲积层所覆盖之下的煤田(煤田已探明地质储量在983亿t以上)。这些煤田的开发均需采用特殊施工技术，钻井法与冻结法凿井以及注浆法施工技术为深厚冲积层建井的最主要特殊施工方法。一是要研究开发600m以上深厚表土层冻结法施工技术和800m以上钻井法凿井技术,组织深井凿井钻机及配套设备的研制；二是要发展550m以深的深厚冲积层冻结壁设计理论，要对井筒开挖过程中深部土层冻土力学性能，冻结工艺、冻结施工综合监控及信息化施工技术和深厚冲积层钻孔轨迹控制方法等进行试验研究；三是要研究注浆法关键技术，主要是与复杂的水文地质条件相适应、性能变化的浆液材料，进一步提高浆液性能、降低材料成本，减少注浆对环境的影响。此外，要开展针对深井地下水、强含水层水、陷落柱等的防治研究，研制大泵量注浆专用设备，注浆效果的检查手段，粉煤灰塑性浆液研究，小口径陀螺测斜定向仪等。3．发展煤矿高效集约化开采技术煤炭高效集约化生产是我国煤炭企业主要技术发展方向，大功率、高性能综采装备是市场竞争的主要产品，神华和兖矿集团等已先后从美国和德国引进先进的综采自动化成套装备推动高效集约化矿井建设，国外厂商亦运筹抢占我国煤机市场策略，我8国必须抓紧高技术综采技术装备的研制开发，发展煤矿机械制造技。一是要组织特大型矿井综合开采、掘进设备及大型露天矿设备研制，提高煤炭重大技术装备研发和制造能力，实现重大装备国产化；二是要研发600万t/a以上高可靠性的自动化、智能化技术装备；三是要发展短壁开采和辅助运输成套技术；四是要研制适应复杂煤层和薄煤层开采条件的机械化和自动化综采装备。其主要关键技术:①年生产能力800～1000万t高效长壁综采开采技术与装备；②快速掘进和支护技术与装备；③高效短壁开采技术与装备；④煤矿提升、装车配煤技术与辅助运输装备；⑤矿井通讯和自动化配套技术等。4．以矿井瓦斯灾害综合防治技术为重点的煤矿安全新技术我国煤炭产量的90%以上来自地下开采，开采作业环境复杂，安全生产的制约因素很多。据统计，我国国有重点煤矿中44.4%的矿井是高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井，自然发火危险矿井占51.3%，煤尘有爆炸危险的矿井占87.4%，水文地质条件属于复杂或极复杂类型的煤矿占25.04%。小煤矿中高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井占15%以上，具有煤尘爆炸危险的矿井占91.35%，其中高达57.71%的矿井具有强爆炸性。随着开采强度的加大，我国煤炭开采逐渐向深部延深（平均每年延伸约10m），瓦斯、水、冲击地压、热害的威胁有进一步加剧的趋势。为解决这一问题，我国将开展以瓦斯煤尘爆炸为重点的煤矿重大灾害监控、预警、预防基础研究；开发出先进适用的煤矿安全生产和监测管理设备设施,促进煤矿安全技术装备的升级换9代。具体的关键技术包括:①电磁辐射、AE声发射等动力灾害连续预测技术；②高瓦斯区、高应力区、地质异常区超前探测技术与装备；③瓦斯爆炸危险源动态预测技术；④非接触隐蔽火源探测技术；⑤粉尘浓度连续监测技术；⑥松软突出危险煤层顺煤层长钻孔施工及安全保障成套技术；⑦突水水源与突水通道封堵材料与装备；⑧低热损冷源介质输送技术及高效热交换技术；⑨重大事故遇险人员生命保障及快速救援技术与装备；⑩井下人员定位与无线通讯技术。5．发展以“煤基液体燃料”和煤化工多联产为目标的新型煤转化技术新型煤