科學技術在我國煤炭行業可持續發展中的應用

陳根生 張云國

1.淮南礦業顧北煤礦，淮南，232151；2.中色礦業集團有限公司,北京 100089

科學技術在我國煤炭行業可持續發展中的應用

陳根生1張云國2

1.淮南礦業顧北煤礦，淮南，232151；2.中色礦業集團有限公司,北京 100089

科學技術是第一生產力，是人們認識世界和改造世界的強大武器。現代科技革命對煤炭行業可持續發展有著重大的促進作用，特別是機械、電力行業等的發展對煤炭行業科技進步，提高煤炭生產量，改善環境起著非常重要的作用。

科技革命；煤炭行業；可持續發展

Scientific and Technological Revolution; Coal Industry; Sustainable Development

概述

科學技術是第一生產力，是人們認識世界和改造世界的強大武器。19世紀中葉以后,隨著科學技術的迅猛發展，又在世界范圍內興起了近代第二次技術革命。這次技術革命以電力技術為主導，它的產生、發展及其應用極大地推動了化工、鋼鐵、內燃機等技術的全面發展，創造了巨大的生產力，給整個社會帶來了廣泛而有深遠的影響。同時有力地促進著現代科學革命的產生。

現代科學革命的重要特征表現在：①科學體系結構的整體化和專業化；②科學活動的社會化和國際化；③科學發展的加速化和數學化；④科學、技術、生產的一體化。而現代技術革命的基本特征也表現為：①技術科學化；②技術群體化；③技術智能化；④技術生態化；⑤高技術及其產業化。

現代科技革命對于各行各業都有重大的促進和影響，同樣對煤炭行業也產生了深遠的影響。二次世界大戰以來，煤炭行業的每一步發展都同現代科技革命密切相關。

1 現代科技革命對煤炭行業的影響

現代科技革命的發展，特別是機械、電力行業的科技革命對煤炭行業的科技發展起到巨大的促進作用。實現礦井高效集約化開采的技術是煤炭行業的發展途徑。

1.1 采煤工作面高產高效是實現礦井高效集約化開采的前提

根據我國的煤炭開采條件，實現采煤工作面高產、高效、安全開采可有兩種途徑，采取兩種開采工藝：一是通過加大采煤設備的生產能力和提高開機率來實現單一煤層的高產、高效、安全開采。這是美國、澳大利亞等先進采煤國家井工礦井實現高效集約化開采的有效方法。我國神東礦區利用引進的高產高效綜采裝備，取得了良好的技術經濟指標，但國產裝備的生產能力、可靠性、機電一體化程度、配套性能等方面仍存在很大的差距，需要繼續攻關提高。另一條技術途徑是針對儲量豐富的厚及特厚煤層采用綜采放頂煤采煤工藝。綜采放頂煤工作面除了采煤機落煤外，增加了液壓支架后部放頂煤的出煤點，并實現采煤機割煤和放頂煤工序平行作業，大大提高了工作面的出煤能力。

1.2 先進的開采裝備是實現礦井高效集約化開采的基礎

煤礦高效集約化生產的發展方向是將先進的機電一體化技術、計算機自動控制技術、先進制造技術應用于煤礦機電設備，使傳統的采煤、掘進、運輸等主要工藝過程全部用先進的技術裝備完成，實現高效率、高可靠性和高安全集約化生產模式。綜采機組實現機電一體化是發展高效、安全、集約化開采的必然要求。

采煤機實現電牽引不僅極大提高了可靠性和生產能力，更重要的是為采煤機采用微機監控、故障診斷等新技術開辟了途徑。用新技術裝備的智能型采煤機，可自動調節截煤高度和實現輔助操作自動化；液壓支架用電液控制可使采煤機、液壓支架和工作面輸送機緊密結合成一個整體，實現動作的快速協調，提高采煤過程的自動化水平和生產能力，最終實現少人或無人的自動化采煤工作面和計算機輔助采煤。

1.3 礦井大型化、集中化、系統化和自動化是發展方向

要實現礦井高效集約化開采，必須依靠科學技術進步，走大型化、集中化、系統化和自動化的道路。

大型化有兩個層次的含義，即礦井大型化與采煤工作面裝備和生產能力大型化。礦井大型化有兩個不同方式，即對有條件的井田，建設大型或特大型礦井，另一個技術途徑是老礦井技術改造。為適應現代機械化采煤的發展，我國和世界主要產煤國家，都對老礦井的原生產系統進行了不同程度的改造，擴大了井田范圍和生產能力，使分散的礦井和采區更加集中，縮短了生產戰線，為高效、高強度開采，創造了基本條件。

礦井大型化從空間上就是合并礦井和井田，擴大礦井生產規模；擴大采區尺寸和規模；加大工作面長度和巷道斷面等。

集中化就是縮短戰線，提高單位時間和空間的利用率。時間集中是指在有限的時間內增加有效工作時間，盡可能地減少裝備工作面和非生產時間，提高工時利用率和采煤工作面設備的開機率。空間集中是指縮短戰線、減少工作點。一個現代化礦井能否實現空間集中，將直接影響其礦井經濟效益。要實現空間集中、縮短戰線，保持高強度開采，就必須進行生產水平集中，采區集中、工作面集中和開采煤層集中。

生產要素的集中主要體現在開采裝備和資本的集中。由于受煤礦開采條件、生產技術水平，以及目前煤炭行業經濟現狀制約，必須改變過去分散投資，低水平重復建設的狀況，才能實現煤炭行業生產的良性循環，必須把有限的資本投向經濟效益好和開采條件好，有發展前景的礦井。依靠技術進步和裝備更新來擴大再生產，使煤炭開采走向良性循環。

1.4 促進煤炭科技向深度和廣度發展

應用基礎研究是技術開發研究的前提。目前，我國煤炭科技在一些領域的水平長期滯留不前，一些生產技術難題未能得到徹底解決，很重要的一個原因是應用基礎研究沒有新的突破。在加強應用基礎研究時，要有重點、分層次、有目標地進行。

一是要確保我國煤炭科技應用基礎研究優勢領域的地位。如：采動損害與防治理論、采場礦山壓力理論、“三下”開采理論、邊坡穩定機理、巖體分形與損傷破壞理論、特殊方法鑿井理論、防治煤塵爆炸理論、礦井均壓通風理論、礦物加工的濃相氣——固流化床理論等在國外學術界都有一定地位，為解決我國煤炭生產建設中的重大技術問題起到重要作用，應該繼續加強研究，使之形成更加完整和有特色的理論體系。

二是要針對解決重大生產技術難題，圍繞國家攻關和煤炭科技中長期發展目標，強化應用基礎研究。特別是在開展綜采放頂煤、煤巷錨桿支護、防治重大瓦斯煤塵與火災事故、潔凈煤、高產高效礦井綜合配套等重大技術攻關中，要把技術開發與應用基礎研究緊密結合起來，以應用基礎研究為先導，促進技術開發研究。

三是要積極開展煤炭工業重大發展戰略的基礎研究，應特別重視煤炭工業可持續發展理論與實踐問題的研究。煤炭作為非再生能源，本質上是不可持續發展的，煤炭工業作為一個十分重要的基礎產業必須走可持續發展的道路。有許多重大的理論問題需要深入研究，近年來已經做了一些工作，還需要對煤炭工業可持續發展的內涵、要求與目標，從理論上進一步深化，否則就難以實施可持續發展戰略。可以預見，在這一重大戰略理論問題的涵蓋下將會派生出一系列煤炭科技的新學科和新領域，如綠色開采技術體系[1]，采礦環境力學[2]等。

四是要借鑒現代相關學科的新發展，拓寬煤炭科技應用基礎研究領域。現代科學技術發展迅速，新的學科和領域與日俱增，而高滲透性又是現代科技的一大特點，學科之間的交叉、相融為煤炭科學應用基礎研究提供了機遇。例如，隨著計算機技術的興起，目前，在解決許多自然科學和工程技術問題中，數值分析方法往往可以取代實驗方法，特別是當許多基本物理規律已經明確、數學模型已經確定的領域中，計算手段所取得的成果，其可靠性已能接近或達到實驗手段獲得的結果，使科學實驗能更節約、更有效地進行。如在研究解決煤炭開發過程中巖層控制、支護結構分析模擬等方面，有限元、邊界元、離散元等數值分析方法廣泛應用，計算力學所起的作用已非同小可，被稱為“第三種科學方法”。研究表明，在采礦工程研究中數值模擬方法往往比相似材料模擬方法更能科學地揭示研究對象的規律性，特別是涉及多維和動態過程問題，更有無可比擬的優越性。數值模擬技術在采礦工程技術的應用，正在逐漸形成一個新的領域。

2 現代科技革命對煤炭行業可持續性的影響

實現持續發展是人類的基本目標和基本任務。待續發展是能夠長期延續的發展。1987年聯合國世界環境和發展大會提出人類社會持續發展的概念是：“今天的人類不應以犧牲今后幾代人的幸福而滿足其需要。”因此，保護人類賴以生存的自然環境和自然資源已成為當今世界共同關心的全球性問題，而目前我國的環境問題很大部分是由于能源發展，特別是化石資源的利用引起的。

環境問題實質上是發展問題，由于各國處于不同的發展階段，經濟結構、產業政策和環境政策也不一樣。因此，各國所面臨的環境問題迥然不同。按世界銀行的說法：“發展中國家將面臨的最緊迫的環境問題是：有害健康的飲用水；衛生設施的不完備；土壤侵蝕；爐火造成的室內煙塵和燃煤造成的室外煙塵。”我國是發展中國家，最典型的環境問題就是大氣污染嚴重(純屬于煤煙型污染)。它不僅影響中國大陸，而且也影響港澳和鄰近國家。

環境破壞是一個特殊問題，它不像教育、醫療衛生等，可能隨著經濟發展而改善。它有時會由于這種發展而遭到破壞。受害者通常不是享受發展結果的受益者，可能是繼承遭到破壞了的環境的后代人。

環境問題是一個復雜的綜合性問題，一是由于帶有明顯的行業特征。隨著工業文明的興起，現代技術的廣泛應用，令人憂慮的技術負效應(技術的應用所造成的環境污染和生態環境的破壞)也在不斷地演變和擴張 煤炭工業技術的生態負效應可分為兩個方面：一方面是自然資源(煤炭資源)的破壞和匱乏。另一方面是生態環境的污染可分為兩個類型：①內污染，即對生產過程自身環境的污染。如井下開采煤炭時高濕、高壓、強噪和有毒氣體等工作環境因素對操作者身心健康的損害及對生產設備的破壞、腐蝕等。②外污染，即對生產過程之外的生態環境的污染。我們通常所說大氣污染、水體污染等都屬此類，這和環境問題已威脅到了煤炭經濟的持續向前發展。二是環境問題的區域化和國際化，相互聯系和相互影響，已跨出本部門、本行業范圍，形成了環境問題空間聯系。

我國經濟持續發展道路：首先要保證滿足全體國民的基本需求；其次是盡快建立資源節約型的國民經濟體系，從掠奪式開發向集約性合理經營轉變，合理使用資源，提高資源的利用率，維持生態平衡和持續發展后勁；再次，實現社會、政治、經濟、技術、管理等方面的全方位轉變，建立有效、協調、創新的持續發展的機制。針對煤炭工業而言，具體思路是：

①制定煤炭經濟發展目標和產業政策時應充分考慮環境問題。如煤炭工業經濟發展既能夠帶來經濟效益，又能保證周邊環境，它就能促進整個國民經濟的持續發展。反之，就要調整那些只重視行業經濟效益，而損害全國乃至全球生態環境的煤炭經濟發展計劃。

②在全國范圍內建立適應市場經濟的環境保護政策。堅持“使用者付費和污染者付費”的原則。根據各地使用煤炭資源和開發煤炭資源的用戶，一律征收資源稅；根據用戶使用煤炭資源所造成的污染破壞程度強制實行征稅收費。同時取消燃料補貼等做法，消除使用資源價格的扭曲。

③采用污染減少型技術。在全國范圍內治理城市環境，開發新技術、新工藝，降低單位產出能源消耗，開發清潔工業技術，包括改變燃料組成和能源結構；改進燃燒裝置、燃燒技術和運轉條件；發展集中供熱和區域采暖；發展清潔固體燃料型煤，普及工業與民用型煤，限制原煤散燒、采用高煙囪和集合式煙囪排放.以減少污染排放量。同時調整現有煤炭產業結構，著重發展附加值高、輕污染或無污染的產業。逐步淘汰那些消耗高，資源浪費大，污染嚴重的產品產量。逐步降低煤炭工業污染比重，盡可能減少全國范圍內的環境污染。

④加強對煤炭資源的管理。強化現有煤炭資源管理機構，充分應用行政的和法律的手段。堅決制止亂開小煤窯的做法，同時要加強政府與地方組織在管理資源方面的合作，強化政府的宏觀管理能力。

3 結論

煤炭行業可持續發展與現代科技革命是密不可分的，我們應充分認識兩者之間的重要關系。我們應大力提倡對煤炭的綜合利用，變事后治理污染為事前防止污染，為把我國建設成繁榮昌盛、環境優美的國家作出貢獻。

[1]錢鳴高，許家林，繆協興.煤礦綠色開采技術[J].中國礦業大學學報.2003，32(4)：343～348

[2]姚建國.采礦環境力學與煤炭工業可持續發展.新世紀巖石力學與工程的開拓與發展[M].北京：科學技術出版社.2000

[3]全國煤礦瓦斯防治專題培訓專家講義.2008.5

[4]林伯泉.我國煤礦安全現狀分析.中國西部煤炭網.2006.3.30

[5]李毅中.在全國安全生產會議上的講話.2008.1.12

[6]溫興林.當前煤礦安全事故頻發的原因與對策[J].礦山壓力與頂板管理.2005.22(專刊)

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

陳根生，男，1983年生，安徽桐城人，本科。2005年畢業于河南理工大學采礦系，現就職于淮南礦業集團顧北煤礦。