科学技术在我国煤炭行业可持续发展中的应用

陈根生 张云国

1.淮南矿业顾北煤矿，淮南，232151；2.中色矿业集团有限公司,北京 100089

科学技术在我国煤炭行业可持续发展中的应用

陈根生1张云国2

1.淮南矿业顾北煤矿，淮南，232151；2.中色矿业集团有限公司,北京 100089

科学技术是第一生产力，是人们认识世界和改造世界的强大武器。现代科技革命对煤炭行业可持续发展有着重大的促进作用，特别是机械、电力行业等的发展对煤炭行业科技进步，提高煤炭生产量，改善环境起着非常重要的作用。

科技革命；煤炭行业；可持续发展

Scientific and Technological Revolution; Coal Industry; Sustainable Development

概述

科学技术是第一生产力，是人们认识世界和改造世界的强大武器。19世纪中叶以后,随着科学技术的迅猛发展，又在世界范围内兴起了近代第二次技术革命。这次技术革命以电力技术为主导，它的产生、发展及其应用极大地推动了化工、钢铁、内燃机等技术的全面发展，创造了巨大的生产力，给整个社会带来了广泛而有深远的影响。同时有力地促进着现代科学革命的产生。

现代科学革命的重要特征表现在：①科学体系结构的整体化和专业化；②科学活动的社会化和国际化；③科学发展的加速化和数学化；④科学、技术、生产的一体化。而现代技术革命的基本特征也表现为：①技术科学化；②技术群体化；③技术智能化；④技术生态化；⑤高技术及其产业化。

现代科技革命对于各行各业都有重大的促进和影响，同样对煤炭行业也产生了深远的影响。二次世界大战以来，煤炭行业的每一步发展都同现代科技革命密切相关。

1 现代科技革命对煤炭行业的影响

现代科技革命的发展，特别是机械、电力行业的科技革命对煤炭行业的科技发展起到巨大的促进作用。实现矿井高效集约化开采的技术是煤炭行业的发展途径。

1.1 采煤工作面高产高效是实现矿井高效集约化开采的前提

根据我国的煤炭开采条件，实现采煤工作面高产、高效、安全开采可有两种途径，采取两种开采工艺：一是通过加大采煤设备的生产能力和提高开机率来实现单一煤层的高产、高效、安全开采。这是美国、澳大利亚等先进采煤国家井工矿井实现高效集约化开采的有效方法。我国神东矿区利用引进的高产高效综采装备，取得了良好的技术经济指标，但国产装备的生产能力、可靠性、机电一体化程度、配套性能等方面仍存在很大的差距，需要继续攻关提高。另一条技术途径是针对储量丰富的厚及特厚煤层采用综采放顶煤采煤工艺。综采放顶煤工作面除了采煤机落煤外，增加了液压支架后部放顶煤的出煤点，并实现采煤机割煤和放顶煤工序平行作业，大大提高了工作面的出煤能力。

1.2 先进的开采装备是实现矿井高效集约化开采的基础

煤矿高效集约化生产的发展方向是将先进的机电一体化技术、计算机自动控制技术、先进制造技术应用于煤矿机电设备，使传统的采煤、掘进、运输等主要工艺过程全部用先进的技术装备完成，实现高效率、高可靠性和高安全集约化生产模式。综采机组实现机电一体化是发展高效、安全、集约化开采的必然要求。

采煤机实现电牵引不仅极大提高了可靠性和生产能力，更重要的是为采煤机采用微机监控、故障诊断等新技术开辟了途径。用新技术装备的智能型采煤机，可自动调节截煤高度和实现辅助操作自动化；液压支架用电液控制可使采煤机、液压支架和工作面输送机紧密结合成一个整体，实现动作的快速协调，提高采煤过程的自动化水平和生产能力，最终实现少人或无人的自动化采煤工作面和计算机辅助采煤。

1.3 矿井大型化、集中化、系统化和自动化是发展方向

要实现矿井高效集约化开采，必须依靠科学技术进步，走大型化、集中化、系统化和自动化的道路。

大型化有两个层次的含义，即矿井大型化与采煤工作面装备和生产能力大型化。矿井大型化有两个不同方式，即对有条件的井田，建设大型或特大型矿井，另一个技术途径是老矿井技术改造。为适应现代机械化采煤的发展，我国和世界主要产煤国家，都对老矿井的原生产系统进行了不同程度的改造，扩大了井田范围和生产能力，使分散的矿井和采区更加集中，缩短了生产战线，为高效、高强度开采，创造了基本条件。

矿井大型化从空间上就是合并矿井和井田，扩大矿井生产规模；扩大采区尺寸和规模；加大工作面长度和巷道断面等。

集中化就是缩短战线，提高单位时间和空间的利用率。时间集中是指在有限的时间内增加有效工作时间，尽可能地减少装备工作面和非生产时间，提高工时利用率和采煤工作面设备的开机率。空间集中是指缩短战线、减少工作点。一个现代化矿井能否实现空间集中，将直接影响其矿井经济效益。要实现空间集中、缩短战线，保持高强度开采，就必须进行生产水平集中，采区集中、工作面集中和开采煤层集中。

生产要素的集中主要体现在开采装备和资本的集中。由于受煤矿开采条件、生产技术水平，以及目前煤炭行业经济现状制约，必须改变过去分散投资，低水平重复建设的状况，才能实现煤炭行业生产的良性循环，必须把有限的资本投向经济效益好和开采条件好，有发展前景的矿井。依靠技术进步和装备更新来扩大再生产，使煤炭开采走向良性循环。

1.4 促进煤炭科技向深度和广度发展

应用基础研究是技术开发研究的前提。目前，我国煤炭科技在一些领域的水平长期滞留不前，一些生产技术难题未能得到彻底解决，很重要的一个原因是应用基础研究没有新的突破。在加强应用基础研究时，要有重点、分层次、有目标地进行。

一是要确保我国煤炭科技应用基础研究优势领域的地位。如：采动损害与防治理论、采场矿山压力理论、“三下”开采理论、边坡稳定机理、岩体分形与损伤破坏理论、特殊方法凿井理论、防治煤尘爆炸理论、矿井均压通风理论、矿物加工的浓相气——固流化床理论等在国外学术界都有一定地位，为解决我国煤炭生产建设中的重大技术问题起到重要作用，应该继续加强研究，使之形成更加完整和有特色的理论体系。

二是要针对解决重大生产技术难题，围绕国家攻关和煤炭科技中长期发展目标，强化应用基础研究。特别是在开展综采放顶煤、煤巷锚杆支护、防治重大瓦斯煤尘与火灾事故、洁净煤、高产高效矿井综合配套等重大技术攻关中，要把技术开发与应用基础研究紧密结合起来，以应用基础研究为先导，促进技术开发研究。

三是要积极开展煤炭工业重大发展战略的基础研究，应特别重视煤炭工业可持续发展理论与实践问题的研究。煤炭作为非再生能源，本质上是不可持续发展的，煤炭工业作为一个十分重要的基础产业必须走可持续发展的道路。有许多重大的理论问题需要深入研究，近年来已经做了一些工作，还需要对煤炭工业可持续发展的内涵、要求与目标，从理论上进一步深化，否则就难以实施可持续发展战略。可以预见，在这一重大战略理论问题的涵盖下将会派生出一系列煤炭科技的新学科和新领域，如绿色开采技术体系[1]，采矿环境力学[2]等。

四是要借鉴现代相关学科的新发展，拓宽煤炭科技应用基础研究领域。现代科学技术发展迅速，新的学科和领域与日俱增，而高渗透性又是现代科技的一大特点，学科之间的交叉、相融为煤炭科学应用基础研究提供了机遇。例如，随着计算机技术的兴起，目前，在解决许多自然科学和工程技术问题中，数值分析方法往往可以取代实验方法，特别是当许多基本物理规律已经明确、数学模型已经确定的领域中，计算手段所取得的成果，其可靠性已能接近或达到实验手段获得的结果，使科学实验能更节约、更有效地进行。如在研究解决煤炭开发过程中岩层控制、支护结构分析模拟等方面，有限元、边界元、离散元等数值分析方法广泛应用，计算力学所起的作用已非同小可，被称为“第三种科学方法”。研究表明，在采矿工程研究中数值模拟方法往往比相似材料模拟方法更能科学地揭示研究对象的规律性，特别是涉及多维和动态过程问题，更有无可比拟的优越性。数值模拟技术在采矿工程技术的应用，正在逐渐形成一个新的领域。

2 现代科技革命对煤炭行业可持续性的影响

实现持续发展是人类的基本目标和基本任务。待续发展是能够长期延续的发展。1987年联合国世界环境和发展大会提出人类社会持续发展的概念是：“今天的人类不应以牺牲今后几代人的幸福而满足其需要。”因此，保护人类赖以生存的自然环境和自然资源已成为当今世界共同关心的全球性问题，而目前我国的环境问题很大部分是由于能源发展，特别是化石资源的利用引起的。

环境问题实质上是发展问题，由于各国处于不同的发展阶段，经济结构、产业政策和环境政策也不一样。因此，各国所面临的环境问题迥然不同。按世界银行的说法：“发展中国家将面临的最紧迫的环境问题是：有害健康的饮用水；卫生设施的不完备；土壤侵蚀；炉火造成的室内烟尘和燃煤造成的室外烟尘。”我国是发展中国家，最典型的环境问题就是大气污染严重(纯属于煤烟型污染)。它不仅影响中国大陆，而且也影响港澳和邻近国家。

环境破坏是一个特殊问题，它不像教育、医疗卫生等，可能随着经济发展而改善。它有时会由于这种发展而遭到破坏。受害者通常不是享受发展结果的受益者，可能是继承遭到破坏了的环境的后代人。

环境问题是一个复杂的综合性问题，一是由于带有明显的行业特征。随着工业文明的兴起，现代技术的广泛应用，令人忧虑的技术负效应(技术的应用所造成的环境污染和生态环境的破坏)也在不断地演变和扩张 煤炭工业技术的生态负效应可分为两个方面：一方面是自然资源(煤炭资源)的破坏和匮乏。另一方面是生态环境的污染可分为两个类型：①内污染，即对生产过程自身环境的污染。如井下开采煤炭时高湿、高压、强噪和有毒气体等工作环境因素对操作者身心健康的损害及对生产设备的破坏、腐蚀等。②外污染，即对生产过程之外的生态环境的污染。我们通常所说大气污染、水体污染等都属此类，这和环境问题已威胁到了煤炭经济的持续向前发展。二是环境问题的区域化和国际化，相互联系和相互影响，已跨出本部门、本行业范围，形成了环境问题空间联系。

我国经济持续发展道路：首先要保证满足全体国民的基本需求；其次是尽快建立资源节约型的国民经济体系，从掠夺式开发向集约性合理经营转变，合理使用资源，提高资源的利用率，维持生态平衡和持续发展后劲；再次，实现社会、政治、经济、技术、管理等方面的全方位转变，建立有效、协调、创新的持续发展的机制。针对煤炭工业而言，具体思路是：

①制定煤炭经济发展目标和产业政策时应充分考虑环境问题。如煤炭工业经济发展既能够带来经济效益，又能保证周边环境，它就能促进整个国民经济的持续发展。反之，就要调整那些只重视行业经济效益，而损害全国乃至全球生态环境的煤炭经济发展计划。

②在全国范围内建立适应市场经济的环境保护政策。坚持“使用者付费和污染者付费”的原则。根据各地使用煤炭资源和开发煤炭资源的用户，一律征收资源税；根据用户使用煤炭资源所造成的污染破坏程度强制实行征税收费。同时取消燃料补贴等做法，消除使用资源价格的扭曲。

③采用污染减少型技术。在全国范围内治理城市环境，开发新技术、新工艺，降低单位产出能源消耗，开发清洁工业技术，包括改变燃料组成和能源结构；改进燃烧装置、燃烧技术和运转条件；发展集中供热和区域采暖；发展清洁固体燃料型煤，普及工业与民用型煤，限制原煤散烧、采用高烟囱和集合式烟囱排放.以减少污染排放量。同时调整现有煤炭产业结构，着重发展附加值高、轻污染或无污染的产业。逐步淘汰那些消耗高，资源浪费大，污染严重的产品产量。逐步降低煤炭工业污染比重，尽可能减少全国范围内的环境污染。

④加强对煤炭资源的管理。强化现有煤炭资源管理机构，充分应用行政的和法律的手段。坚决制止乱开小煤窑的做法，同时要加强政府与地方组织在管理资源方面的合作，强化政府的宏观管理能力。

3 结论

煤炭行业可持续发展与现代科技革命是密不可分的，我们应充分认识两者之间的重要关系。我们应大力提倡对煤炭的综合利用，变事后治理污染为事前防止污染，为把我国建设成繁荣昌盛、环境优美的国家作出贡献。

[1]钱鸣高，许家林，缪协兴.煤矿绿色开采技术[J].中国矿业大学学报.2003，32(4)：343～348

[2]姚建国.采矿环境力学与煤炭工业可持续发展.新世纪岩石力学与工程的开拓与发展[M].北京：科学技术出版社.2000

[3]全国煤矿瓦斯防治专题培训专家讲义.2008.5

[4]林伯泉.我国煤矿安全现状分析.中国西部煤炭网.2006.3.30

[5]李毅中.在全国安全生产会议上的讲话.2008.1.12

[6]温兴林.当前煤矿安全事故频发的原因与对策[J].矿山压力与顶板管理.2005.22(专刊)

Science and technology is primary productive forces, is a powerful weapon in which people understand the world and transform the world.Modern science and technology revolution has a major role in promoting for sustainable development of coal industry, especially the development of mechanical, electrical industry, which play a very important role in the coal industry technological advances, raising coal production capacity and improving the environment.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.004

陈根生，男，1983年生，安徽桐城人，本科。2005年毕业于河南理工大学采矿系，现就职于淮南矿业集团顾北煤矿。