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面对挑战、机遇、任务……“十四五”该如何推进煤炭科技发展?
发布者:宣传部 发布时间:2021-01-22 00:00:00 浏览次数:7 文章来源:中国煤炭报 字体:

大力提升自主创新能力

助科技与产业深度融合

——“十四五”期间煤炭科技创新发展的思考  刘峰


“十三五”以来,我国煤炭行业面貌发生巨大变化,行业自主创新能力大幅提升,实现了从跟踪、模仿到部分领域并跑、领跑的转变。大型矿井建设、特厚煤层综放开采、煤与瓦斯共采、燃煤超低排放发电、高效煤粉型和水煤浆工业锅炉、现代煤化工技术达到国际领先水平,主要煤机装备和大型粉煤气化技术实现了国产化,装备制造水平位于世界先列,引领了国际煤炭智能化开采和清洁高效转化的发展方向。

“十三五”我国煤炭科技主要成就

“十三五”以来,建立起以企业为主体、市场为导向、产学研协同创新的煤炭科技创新体系,初步形成了功能互补、导向明确的行业研发平台和创新基地合理布局,国家、省部和行业级研发机构达150余家,培育了一批从事知识产权、检验检测认证等专业化服务的科技服务机构,打造了开放共享、创新活跃的行业“双创”新模式新业态,涌现出一批科技创新领军人才、创新团队和青年人才,培养了一支高技能人才队伍。


“十三五”以来,煤炭行业共获得国家科技奖励22项,其中“煤制油品/烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用”项目荣获国家科技进步奖一等奖;煤炭行业共获得中国专利奖63项,其中金奖4项、银奖2项、优秀奖57项。


煤炭地质勘查与建井理论体系不断完善,关键技术取得突破。建立了具有中国特色的煤炭地质学新理论与综合勘查技术体系,将以煤为主的地质勘查发展为煤系多能源、多资源的协同勘查。完善了以冻结、钻井、注浆为主的建井理论与技术体系,研制出超大直径深立井建井技术和大型成套装备。


煤炭绿色安全智能开采格局初步形成,煤炭绿色开发与智能精准开采技术体系逐步建立。提出了采煤区地质环境保护的核心就是保护地下水位的新理念及不同分区保护水位的开采方法。矿井复杂地质构造与灾害源探测、深部开采突水动力灾害防治、大空间采空区防灭火、井下瓦斯高效抽采等技术取得突破,井下随钻测量定向钻进最大成孔深度达3353米。目前,全国已建成300余个智能化采掘工作面,形成了“有人巡视、无人操作”的智能开采工作面新模式,大断面快速掘锚系统、岩巷全断面掘进装备、大倾角矿用盾构机等在井下试验应用,8.8米一次采全高、7.0米超大采高智能综放系列成套装备成功投用,纯水液压支架示范应用。


形成了包含煤炭洗选、提质加工、清洁转化与污染物控制的煤炭清洁利用技术体系。千万吨级湿法全重介选煤技术、大型复合干法和块煤干法分选技术、大型井下选煤排矸技术和新一代空气重介干法选煤技术成功应用。中小型高效煤粉工业锅炉、水煤浆浆体化CFB供热供暖锅炉、民用固硫抑尘型煤和烟煤解耦新型炉具、大型低阶煤热解分质分级利用等技术取得突破。现代煤化工产业关键技术和核心装备自主化取得重大突破,攻克大型、超大型水煤浆气化和干煤粉气流床高压气化成套关键技术与装备,建成单炉日处理3000吨级、4000吨级煤气化示范工程;以低温浆态床F—T合成技术为核心的100万吨煤间接液化示范项目成功投产,大型煤制油、煤制天然气、煤制烯烃、煤制甲醇制汽油和高含氧燃油添加剂、大型煤焦油加氢制油等示范和升级示范项目全面取得成功,转入安稳长满优商业化运行,污废水实现循环利用和“近零”排放;煤制芳烃、煤制乙醇示范取得成功。


建立了煤矿区生态修复与水资源保护技术体系,矿区生态环境取得明显改善。成功研发了矿区土地生态环境损害监测与构造土壤介质和恢复植被相结合的综合复垦技术,中东部煤矿井下煤矸石固废充填开采减沉置换技术,地面沉陷区水域景观、养殖、果蔬、旅游、光伏立体生态复垦技术,西部煤矿区采煤塌陷地和矸石山的微生物修复植被绿化技术,以“导储用”为特征的地下水库技术。

“十四五”如何推进煤炭科技发展

“十四五”是我国全面建成小康社会、实现第一个百年奋斗目标之后,乘势而上开启全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的第一个五年,是深入贯彻“四个革命、一个合作”能源安全新战略、着力构建清洁低碳、安全高效现代化能源体系的攻坚期,也是煤炭工业应对新一轮工业革命的机遇和挑战、实现高质量发展的关键时期。
面对高质量发展新要求,必须以系统思维来谋划煤炭科技创新发展,需从发展历史、现实、未来、地理、国际等多个角度综合考虑。
从发展历史角度看,新中国成立70年来煤炭工业的发展,尤其是改革开放以来的跨越式发展离不开煤炭科技的有力支撑;从现实角度看,煤炭行业面临高质量供给和发展不平衡不充分的矛盾,应对新矛盾,更需要煤炭科技创新,在发展动力上提供支撑;从未来角度看,煤炭科技发展要顺应未来能源发展趋势,要着力推动煤炭从传统能源向清洁能源转变;从地理角度看,煤炭科技发展要充分考虑我国煤炭资源地理空间分布;从国际角度看,要密切关注世界经济和能源格局调整带来的机遇与挑战,坚持开放合作。
“十四五”时期,煤炭科技发展要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,深入贯彻创新驱动发展战略和能源安全新战略,坚持新发展理念,以支撑引领现代化煤炭经济体系建设为目标,加强新一代信息技术与煤炭开发利用深度融合,大力提升自主创新能力,组织开展“31110”科技创新重点任务,加强煤炭基础理论研究,突破新一代煤炭安全绿色智能化开发和清洁高效低碳化利用关键核心技术,强化重大技术创新示范引领,推广先进适用技术,培养科技创新人才队伍,构建开放型合作创新生态,支撑煤炭工业高质量发展。
到2025年,行业自主创新能力大幅提升,煤炭产业重点领域关键技术实现自主可控,现代化煤炭开发利用理论与技术体系明显完善,科技创新人才队伍建设取得显著成效,建成特色鲜明、产学研深度融合的行业科技创新体系,推动一批煤炭企业成为高新技术企业。
行业科技贡献率持续提升,规模以上企业研究与试验发展(R&D)经费支出占主营收入比率达到2.5%;积极培育建设国家实验室,建成包括国家、省部、行业级科研平台和企业技术创新基地布局优化的研发体系,开展行业重点联合实验室建设,培育一支知识型、技能型的科技人才队伍。
煤炭绿色智能开采、煤矿重大灾害防控、煤炭清洁高效转化基础理论研究取得突破,完善形成生态环境低扰动绿色开采技术体系、深部煤炭资源安全高效开采技术体系、煤矿智能化技术体系、煤炭智能化洗选加工技术体系、煤炭清洁高效减碳转化技术体系、煤系共伴生资源开发利用技术体系、废弃矿井空间资源综合利用技术体系。
煤矿智能化与机器人关键技术取得突破,因地制宜、有序推进智能化煤矿建设。大型煤矿和灾害严重的煤矿基本实现智能化,实现井下重点岗位机器人作业,露天煤矿智能连续作业和无人化运输;建立煤矿智能化技术规范与标准体系。
煤矿安全管理和技术装备水平大幅提高。冒顶、火灾、爆炸、冲击地压、水害、煤与瓦斯突出等灾害防治能力进一步提升,工作面粉尘防治取得明显成效,煤矿作业人员安全防护与职业健康保障更加完备,矿山应急救援体系与技术更加完善。
大型煤机装备、露天开采装备、煤炭洗选装备与煤化工装备的智能化和可靠性水平大幅提升,关键零部件、核心元器件、控制系统与软件实现自主化。
现代煤化工实现高效、环保、低耗发展。突破煤油共转化制清洁燃料与化学品、煤制芳烃、煤制乙醇等关键工艺技术;煤转化有机固废和污废水、矿井水低成本资源化利用技术,千万吨级煤炭分质分级利用技术取得积极进展。

矿区生态环境显著改善。采煤沉陷区土体整治与生态修复技术不断完善,矿区大宗固废资源利用取得明显成效。

当前面临的挑战和机遇

当前,能源安全形势严峻复杂。从国际看,能源领域战略博弈持续深化,能源秩序深刻变化。新冠肺炎疫情在全球传播蔓延,人员流动、跨境商贸活动受阻,世界经济深度衰退、国际油价低位震荡运行,未来能源安全面临的风险因素将进一步增加。从国内看,我国面临能源需求压力较大、能源供给制约较多、能源生产和消费对生态环境损害较严重、能源技术水平总体落后等挑战,疫情叠加产生的阶段性挑战进一步加剧。
我国煤炭资源受地质条件的制约,井工开采占据了主导地位,露天开采仅占煤炭产量的20%左右。煤炭资源开发面临着地质条件复杂、采深逐年增加、灾害多发等多重压力,资源采出率有待提高,智能化水平亟须进一步提升。动力煤入洗率低,褐煤转化利用率低,废弃矿井空间、矿井水、地热等伴生资源利用率低。煤炭开发造成的土地塌陷面积大,且产生大量的煤矸石等固废,矿区环境破坏严重。煤矿职业危害问题突出,累计职业病发病人数占全国总数的一半左右。
煤炭行业基础研究难度较大,研究力度不够,方向较为分散,关键技术原创性突破、颠覆性创新仍然较少,一些关键技术亟须突破,能源技术革命涉及的材料、工艺、核心元器件、工业软件、高端设备等未能完全满足应用需求,自主创新能力较弱,面临多个“卡脖子”难题,创新体系及平台建设不完善,科技创新领军人才、复合型人才和高技能人才大量缺乏,研发经费投入强度达不到全社会平均水平,知识产权保护运用和标准引领水平滞后,科技创新能力尚无法满足行业高质量发展要求。
当前,全球科技创新呈现出新的发展态势和特征。学科交叉融合加速,新兴学科不断涌现,前沿领域不断延伸。信息技术、生物技术、新材料技术、新能源技术广泛渗透,带动各个领域发生了以绿色、智能、泛在为特征的群体性技术革命,为煤炭科技创新提供了广阔的空间。党的十九届五中全会明确提出:“坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。”

因此,煤炭行业必须以新发展理念为引领,主动适应新一轮科技革命与产业变革的发展趋势,推动科技与产业深度融合,加强交流合作,加快构建现代化煤炭安全绿色智能开发和清洁高效低碳利用技术体系,引领煤炭行业步入具有高科技特点的高质量发展道路。

煤炭科技发展面临的主要任务

“十四五”期间,我国煤炭科技发展需组织开展“31110”科技创新主要任务,包括:三大基础理论研究、十大重点领域核心技术攻关、十项重大技术创新示范和百项先进适用技术推广应用,大力推动煤炭从传统能源向清洁能源转变,推动煤炭开采向智能化转变。
一是煤炭基础理论研究。以国家重大战略需求为导向,重点围绕煤炭绿色智能开采、煤矿重大灾害防控、煤炭清洁高效转化等领域开展基础理论研究,为我国煤炭资源的安全绿色智能开发和清洁高效低碳利用提供基础支撑。
二是重点领域核心技术攻关。聚焦煤矿清洁、绿色、智能化开采突出矛盾和重点难点热点问题,挖掘国内与国际两大创新资源,开展煤炭资源勘查与地质保障、大型现代化矿井建设、煤炭与共伴生资源协调开采、煤矿灾害防治、煤矿智能化与机器人、煤炭清洁高效加工、煤炭高效转化利用、煤矿职业危害防治、煤矿应急救援、资源综合利用与生态保护10个重点领域的核心技术攻关。
三是重大技术创新示范。积极培育技术创新示范企业,重点推进煤矿井巷全断面快速掘进、复杂地质条件煤层智能综采、井工煤矿智能化建设、露天煤矿智能高效开采、智能精细高效洗选、煤炭分质利用、煤炭液化及高端化工品制备、废弃矿井地下空间资源综合利用、矿区大宗固废资源利用、大型矿区生态修复10项重大技术创新示范。

四是先进适用技术推广。“十四五”期间,大力加强先进适用技术推广,促进科技成果规模化转化应用。重点推广高精度高密度全数字三维地震勘探、复杂地质构造槽波地震探测、“一扩成井”软岩地层钻井法凿井、导井竖井掘进机凿井、掘支运一体化全断面岩巷掘进、无煤柱自成巷110/N00工法、直角拐弯大功率重型刮板输送机、矿用新能源防爆无轨胶轮辅助运输、煤矿井下水力压裂增透、低浓度瓦斯发电、矿井通风智能决策与远程控制、煤层可变径造穴卸压增透一体化、干法矿物高效分离、煤泥循环流化床洁净燃烧利用、工业和民用兰炭清洁替代等先进适用技术。

要重视建立完善煤炭科技创新体系

一是完善科技创新体系。强化企业创新主体地位,持续推动煤炭企业科技创新机制改革,加速产学研深度融合,优化行业技术创新基地和科研设施布局;积极推进具有国际竞争力的创新型领军企业建设,培育行业“独角兽”、“瞪羚”企业,发展面向市场的多模式新型研发机构,构建专业化和网络化的技术创新服务平台;引导大中型企业增加研发投入,研究设立“联合基金”加强基础理论和共性关键技术研究,拓宽科技投入渠道,利用好国家和政府专项资金,用足创新优惠政策。
二是强化标准规范引领。推进煤炭领域新型标准体系建设,加快煤矿智能化、生态矿山等重点领域关键标准研制,强化基础性、关键技术标准和管理标准的制修订,推动行业优势技术与标准转化为国际标准;积极推进煤炭领域团体标准制定,快速满足市场需求和创新需要,增加标准有效供给;建立煤炭标准一致性、符合性检测体系和行业标准资源服务平台,形成标准制修订、宣贯应用、咨询服务和执行监督的闭环管理体系。
三是加强科技创新服务。推进创业孵化、知识产权服务、第三方检验检测认证等科技专业化服务,引导行业科技中介机构向服务专业化、组织网络化、运行规范化方向发展;积极推广新型研发组织模式和创业创新模式,加快发展“互联网 ”创业网络体系;搭建煤矿总工程师论坛等技术交流平台,组织新兴技术行业应用论坛,促进技术转化应用落地。
四是加强知识产权保护。健全行业知识转移和技术扩散机制,推动建立行业知识产权信息共享平台,培育行业技术交易市场;加强行业知识产权专业服务机构能力建设,加快知识产权示范企业和领军人才培养,定期发布行业知识产权发展报告;鼓励和支持企业运用知识产权参与市场竞争,培育一批具备知识产权优势的煤炭企业。
五是健全人才发展机制。继续实施行业高素质人才培养工程,推进战略科技人才、科技创新领军人才和高技能人才队伍建设,加强一线创新人才和青年科技人才的培养;推动高校和企业合作创新人才培养模式,共建新工科示范基地和实习实践基地,面向产业急需共建现代产业学院;积极开展在职人员培训,优化知识型、技能型、管理型人才发展体系;建立以能力和贡献为导向的人才评价和激励机制,推动科技人员分类评价。
六是营造良好创新环境。加强煤炭工业技术委员会建设,组织开展技术咨询,加大新技术、新工艺、新材料、新装备的推广应用;建立行业科技创新调查机制,完善科技创新综合评价体系,定期开展行业科技创新评估;大力弘扬科学家精神,宣传行业科技创新进展成效和先进经验,形成崇尚创新、尊重知识的创新文化,营造有利于科技创新的良好氛围。(作者系中国煤炭工业协会副会长、中国煤炭学会理事长)
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