第36卷第11期2011年
11月煤炭学报
JOURNALOFCHINACOALSOCIETY
Vol．36Nov．
No．112011
文章编号:0253－9993(2011)11－1779－05
中国煤炭科学技术新进展
申宝宏，雷毅，郭玉辉
(中国煤炭科工集团有限公司，北京100013)
“十一五”要:介绍了期间我国煤炭科技在地质保障、资源开发、煤矿安全、洁净利用等领域的
分析了现阶段我国煤炭产业结构调整、资源保障能力、矿井开采深度等对我国煤炭科技最新进展，摘
“十二五”发展的影响，提出了我国煤炭科技面临的主要挑战。指出了期间我国煤炭科技在煤炭开
发、地质保障、大型矿井建设、煤炭高效开采、煤与煤层气协调开发、煤矿灾害防治、煤矿安全避险和应急救援、职业危害防治、煤炭加工与转化、节能减排与资源综合利用等领域的发展方向。关键词:煤炭科技;新进展中图分类号:F426.21
文献标志码:A
ProgressofcoalscienceandtechnologyinChina
SHENBao-hong，LEIYi，GUOYu-hui
(ChinaCoalTechnology＆EngineeringGroupCo．，Ltd．，Beijing100013，China)
Abstract:Thelatestdevelopmentsofcoaltechnologyingeologicalguarantee，resourcesdevelopment，coalminesafety，cleanutilizationwereintroducedduringtheperiodsof“The11thFive-YearPlan”．Theeffectofstructureadjustmentincoalindustrial，resourcesecurity，thedepthinthemineetc．oncoaltechnologicaldevelopmentwereanalyzed．Andthemainchallengesofcoalscienceandtechnologywasproposed．Thedevelopmentofcoaldevelopment，geologicalguarantee，constructionoflarge-scalecoalmine，highefficientmining，coalandcoal-bedmethanesimultaneousextrac-tion，minedisasterpreventionandcontrol，coalminesafetyriskandemergencyrescue，occupationalharm’spreventionandtreatment，coalprocessingandconversion，energysavingandemissionreduction，andcomprehensiveutilizationofresourcesarepointedoutintheperiodsof“The12thFive-YearPlan”．Keywords:coalscienceandtechnology;newprogress煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业，
支撑着国民经济持续快速健康发展。2010年，在我国一次能源生产和消费结构中，煤炭的比重分别达到77.4%和68.6%，煤炭在相当长时期内仍将是我国。“科学技术是第一生产力”，煤炭科技是实现煤炭高效、安全、洁净开发和利用，促进煤的主体能源
。“十一五”炭工业健康可持续发展的重要保障期间，煤炭行业相关科研单位、高等院校、煤炭企业等优势科技资源注重加强科技合作，强化产学研用相结合，广泛开展煤炭科技创新活动，在基础理论研究、关键技术研发、重大装备研制及先进成果推广等方面取得了重要突破，促进了煤炭科技的快速发展。与此同
［1－2］
时，现阶段煤炭科技也面临一系列的新问题和新挑
，“十二五”战期间，要进一步完善煤炭科技创新体系，搭建煤炭科技创新平台，促进煤炭科技全面进步，
［3］
全面提升行业科技水平和核心竞争力。
1我国煤炭科学技术新进展
“十一五”期间，煤炭行业科技创新步伐明显加快，在科学技术研发、科研条件建设、先进成果推广等方面取得重要进展。煤炭行业共实施完成“973”计、“863”划计划、国家科技重大专项、国家科技支撑计划等国家科技计划50余项、课题360余个，建设完成国家科技大型示范工程项目13个。煤田地质勘探、
收稿日期:2011－10－18责任编辑:许书阁作者简介:申宝宏(1956—)，男，安徽凤阳人，研究员，博士生导师。Tel:010－84262769
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煤炭学报
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煤炭资源高效开采和清洁加工利用、煤矿重大灾害防治、节能减排及环境保护等涉及煤炭资源高效、安全、洁净开发利用的一系列共性、关键性技术难题取得突
涌现出一大批具有先进性和创新性的优秀破性进展，
科技成果。
1.1煤炭地质保障技术装备取得新进展
深部煤炭资源赋存规律、开采地质条件与精细探测基础研究取得新进展。揭示了深部煤炭资源赋存资源潜力、原地应力场及原地温场特征，建立了规律、
以物探为主、钻探配合的深部煤炭资源快速、综合探查技术体系。高分辨三维地震勘探可以查出1000m深度以内落差3～5m以上的断层和直径20m以内的陷落柱。瑞利波超前探测技术及装备实现了阵列观测、时域叠加和空间迭加，提高了探测能力和精度，形成了采掘工作面围岩松动圈和破碎带的处理和解释方法，超前探测能力可达到80m。采用发射接收一体化技术、智能电极自动转换技术、基于叠加拟合压制干扰信号的数据处理与解释技术，开发出了含水层音频电透视探测技术与装备，提高了工作面探测精度。基于采集发射一体技术，采用高磁导率的磁芯定开发的井下瞬变电磁法超前探测技术与装向天线，备，提高了信号质量、工作效率及探测精度，超前探测距离达100m。声发射、微震、电磁辐射等监测技术也得到广泛应用，井上下一体、采前采中配合的煤矿地质保障技术体系初步形成。
1.2煤炭生产开发技术装备取得新突破
深厚冲积层大型矿井建设技术取得新突破，冻结、钻井、注浆等特殊凿井技术达到国际领先水平。解决了在600～800m冻结法凿井施工中的冻结管断裂和外层井壁压坏等技术难题，冻结法凿井技术穿过冲积层厚度达到587m，最大冻结深度737m。地面
，预注浆材料从“水泥时代”进入“黏土时代”井筒地面预注浆最大深度达到1048m。研制的大型钻机能
力达到钻径13m，钻深700m以上;完成了最大钻凿成井深度660m，最大钻井直径10.3m的工程实践。研制成功大直径反井钻机，反井钻井深度达到500m，最大扩孔直径达到5m。综合机械化开采技术和成套装备研发取得新突［4］
破。自主研制了大功率电牵引采煤机、刮板输送机和电液控制液压支架等工作面成套装备，初步攻克了我国煤机装备普遍存在的设备性能参数低、关键元件、单件设备、系统设备可靠性低、开机率低、自动化
“短板”水平低的装备问题，适应煤层厚度3～6m，一次采全高工作面年产量达到1025万t，创造了新纪
录。综放工作面在煤层厚度13m条件下，年产煤
1039.1万t，刷新综放工作面年产世界纪录。研制成功煤巷大断面掘锚联合机组，具备一次截割成形的高
效截割技术和机载全液压导轨式锚杆机技术;开发了研制出小孔径预紧涨大断面煤巷锚杆快速支护技术，
楔锚杆，22mm锚杆杆体破断载荷达330kN。研制成功功率大、机面高度低、过煤空间大的极薄煤层电牵引采煤机，适应煤层厚度0.8～1.25m，煤层倾角0～45°;在薄煤层采煤机中引入DSP为核心的控制系统，显著提高了控制系统的可靠性;工业性试验表明，平均月产达4万t。研制成功总装机功率597kW、单向抗压强度≤40MPa的EML340型连续采煤机，以及履带行走用1140V机载交流变频器，在乌兰木伦矿开机率最高达到98.87%，在中煤东坡煤矿平均月产达5万t，刷新了国产装备新纪录。1.3煤矿安全技术装备水平再上新台阶
煤矿灾害防治基础研究取得新进展，为煤矿灾害预测防治新技术、新装备研发应用提供了理论依据和科学基础。提出了瓦斯突出“准备阶段、发动阶段、发展阶段和暂停阶段”理论模型及各阶段的力学作用机制，实现了瓦斯预测理论上的突破;提出了构造煤分类新方案，获得了采动裂隙场与瓦斯流动场耦合效应作用规律
［5］
。得出了煤岩动力灾害演化过程的
地球物理响应规律，对多种爆炸物质共存井巷网络条件下最低着火温度、最小点火能量等爆炸条件和瓦斯煤尘爆炸致灾机理有了新认识;提出了矿井突水的水文地质结构模式及形成条件，初步形成了采动岩体渗流规律与突变机理;获得了采动应力场、裂隙场和瓦
［6］
斯流动场耦合效应作用规律。
煤矿灾害预测预警及防治技术取得新进展。瓦斯含量快速准确测定技术解决了硬煤压风取样温升加速瓦斯解吸、松软煤层取不到样或取样时间过长、损失量估算误差大的难题，实现了120m长钻孔定点
8h内快速测定瓦斯含量，取样，测定误差小于7%，在100多个矿井推广应用。开发出红外甲烷传感器，误差≤真值的±10%，响应时间≤12s，工作稳定性≥12个月，寿命≥5a;红外二氧化碳传感器，解决了设计、温度补偿、防尘防水结构等难题;激光甲烷传感器，测量精度±0.05%，响应时间＜12s，工作稳定性≥6～12个月，寿命≥5a;激光一氧化碳传感器检测
－6
范围0～2000×10，测量误差≤真值的±5%，稳定性≥12个月，响应时间＜30s，寿命≥5a，已进入工业性试验阶段。安全生产综合监控技术实现升级换代，井下易爆环境用以太环网+现场总线、宽带接入设备、大容量本安电源设备、异常联动控制等技术取得突破。开发了集地质测量、生产技术、通风安全、办
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公自动化和数字化矿山、安全生产监控于一体的预警平台，实现了隐患联动控制和动态预警。煤矿井下千米定向瓦斯抽采技术及装备填补了国内空白，ZDY600LD型履带式钻机在陕煤彬长大佛寺矿业公司钻孔深度达1212m，创出国内新记录。研制出的适合于突出松软煤层的顺层钻机在坚固性系数f≤1.5条件下煤层钻孔深度达到168m，创造了突出松软煤层钻孔的最新深度，钻孔深度超过100m的成孔率达到70%，已在50多个矿区进行了推广。煤矿灾害应急救援技术及装备取得新进展。开发了人员精确定位技术，井下目标移动速度不大于1m/s的条件下，定位精度达4m。研制出了采用无线传输和无线中继技术的矿井无线救灾通讯系统技术与装备，实现井下指挥基地与救援现场之间的灾区O2、CH4、图像、语音、环境参数(CO、温度等)三位一体的实时并行传输，井下无线传输距离达到2km。建立了移动式矿井重大灾害应急救援指挥系统，可完成气体采集、监测、危险性判别等信息、救援方案制定、应急措施执行等。研发了井下移动式救生舱，采用分段组装式结构，在没有外界动力条件下可提供8CO等有毒有害气体吸人4d的生存环境;采用CO2、收清除技术，保障了救生舱安全的生存环境;研制了救生舱专用蓄冷空调，解决了制冷除湿问题。1.4煤炭洁净利用技术水平取得新进步
难选煤高效分选关键技术取得突破。采用“等基元灰分”分选技术，开发成功最大产率工艺系统，研制成功世界首台煤用第一段锥形双供介无压给料三产品重介质旋流器。开发了重介质旋流器分选难选煤工艺系统，实现了－80mm级别原煤的高效分级入选，使精煤产率提高了1.17%。研制成功SSC900型大型分级破碎机，破碎工艺指标达到国际先进水平。
研究开发了干煤粉气化技术、水煤浆加压气化技术，一批大型煤气化技术与装备相继进行示范和投入工业化运行;多喷嘴对置式水煤浆气化技术单炉最大规模2200t/d;华能绿色煤电250MW级IGCC示范项目，采用两段式干煤粉气化技术，规模达到2000t/d。百万吨级煤炭直接液化示范工程已经建成投产。煤炭间接液化技术示范取得成功，自主研发了低温浆态床F－T合成关键技术，目前有3套20万t/a级的间接液化示范项目在试运行。煤制天然气工艺技术成熟，大部分生产设备已实现国产化，在建规模达到136亿m3/a。开发了工业煤粉锅炉专用燃烧器，在中小容量锅炉高效燃烧、低NOx排放技术取得重大突破。锅炉热效率达到86%以上，比传统燃煤锅炉节
3
SO2等煤超过1/3以上，煤尘排放不超过20mg/m，
污染物排放量远低于国家排放标准的要求
［7］
。
。研制成煤矿瓦斯利用技术取得重要突破
功浓度低于1%的乏风氧化、浓度低于30%的易爆炸浓度高于30%的瓦斯浓缩提纯与深瓦斯安全燃烧、冷液化中试装置，解决了低浓度瓦斯安全利用的难题。在国内外首创以煤为原料制备的低浓度瓦斯浓
甲烷氮气吸附分离系数3.4～缩专用煤基碳分子筛，
4.6，且甲烷吸附容量较大及解吸性能较好，强度达到99%。建成国内外首套原料气处理能力4800m3/d含氧煤层气混合工艺制冷液化中试装置，原料气甲烷
浓度26.98%～32.05%，液化后产品纯度达99.10%以上，甲烷回收率达98.75%。
［8－9］
2我国煤炭科技面临的挑战
随着煤炭工业可持续发展对资源、安全和环境等方面的要求不断提高，煤炭科技也面临一系列新问题和新挑战。
(1)煤炭资源开发基础理论研究相对滞后，亟待攻关。一方面，我国煤炭资源赋存条件复杂、自然灾害众多威胁，大量重大共性、关键技术需要攻关;另一方面，煤炭产量增长、大规模开发与生态环境的协调发展，迫切需要解决煤炭绿色开采与洁净利用的科学问题
［10］
。
(2)煤炭资源保障能力较低，煤炭开发重心逐步西移。我国查明煤炭资源储量为13058.8亿t，其中基础储量3176.2亿t，西部煤炭资源超过总量的60%。我国东部资源日渐枯竭，深部开采技术亟待解但生态环境脆弱，资决;中部资源富集区开发强度大，
源开发与环境协调技术需要研究;西部资源丰富，煤炭开发重心逐步西移，但适应西部地层特点的高强度开发技术装备缺乏，煤炭转化、转运技术、特厚煤层开
［11］采、易自燃煤层火灾防治技术等急需攻关。
(3)煤炭产业结构调整，提升煤矿现代化水平对
煤炭科技创新提出新要求。综采综掘装备能力、关键元部件可靠性、智能化控制以及煤矿管理信息化、安全监控现代化水平仍需提高。极薄、急倾斜、赋存状况变化大、受煤与瓦斯突出等灾害威胁严重的难采煤层的安全高效开采技术，小型煤矿和小块段煤炭机械化开发技术等亟待攻关。
(4)集约发展、清洁发展、安全发展和可持续发展对煤炭科技创新提出更高要求。我国煤炭资源综合精细勘查技术和装备相对落后，地质保障水平仍有待提高;保水开采、采煤沉陷治理、粉尘与噪声治理、热害防治与地热利用、地下水利用等亟待攻关;煤层
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气开发、煤矿瓦斯灾害形成机理和监控监测预警与治理、井下充填和煤矿三下采煤，特别是矿井带高压水威胁开采以及冲击地压预测与防治等一系列重大关键技术和装备均需要开展研究。
件的煤层气开发与煤炭开采协调发展模式，为煤层气产业化开发提供先进的技术与装备。
(6)煤矿灾害预测与防治。重点开展煤岩动力灾害多因素耦合致灾机理、前兆信息探测分析与监测预警技术研究，研发煤与瓦斯突出及冲击地压综合防治、隐蔽火源探测等关键技术装备，完善深部矿井煤岩动力灾害防治技术体系，提升煤矿动力灾害的综合防治技术水平。
(7)煤矿安全避险和应急救援。重点研发地面
快速安装的大流大直径救生专用钻机与破拆工器具、
量成套排水装备;开发功能完善、性能可靠的井下移动式避难大型设备及固定式避险硐室系列设施以及
个体防护装备;实现灾区环境参数及音视频信号的稳定传输，无线通信组网距离达到2500m以上;研究建立适合我国煤矿灾害事故风险管理与分级控制的
［12］
标准体系。
(8)煤矿职业危害防治。开展以呼吸性粉尘为主的尘害防治关键技术以及粉尘预警、粉尘浓度传感器和实时监测等关键技术的研究。随着开采深度的增加，矿井地温不断升高，且机械设备放热也已成为井下重要热源之一，我国热害矿井数量明显增加。针对现有降温技术与装备集成化低、制冷效率差，运行费用高等问题，急需进行深部矿井热害预测与防治技术及装备的研究。
(9)煤炭加工与转化。重点开展大型选煤厂成套技术与装备、井下选煤技术、深度脱硫及其它有害重金属元素脱除技术以及在线监测技术的研究，开发
1000万t/a动力煤特大出单系统600万t/a炼焦煤、
型选煤厂关键装备，形成具有自主知识产权的技术体
系。开发出大型低阶煤提质、煤炭气化、新型催化剂和加氢处理等关键技术装备，加强褐煤干燥、改性、热解等提质技术开发和大型关键设备攻关，制备出黏结指数较原料煤增加20以上的增塑煤，使低阶煤发热量升高至23014.2kJ/kg。
(10)节能减排与资源综合利用。重点研发低浓度煤层气高效分离及浓缩技术和提高煤炭燃烧效率及固硫、脱硫的技术装备;研发矿井水井下处理、规模化循环利用和煤化工废水处理以及矿井热能高效利用技术装备。
3我国煤炭科技发展方向
“十二五”煤炭科技发展重点方向如下:
(1)煤炭资源开发地质保障。开展煤田精细勘
探和多源地质灾害探测技术研究，提高戈壁、黄土塬、采空区等区域煤田地质勘探精度，在煤矿井下增强多源地质灾害全方位、可视化超前预测预报能力，增强煤矿灾害超前预测预报与防治能力，为实现安全高效开采提供技术支撑。重点加强资源整合煤矿与矿井多源地质灾害防治技术研究，实现对小煤矿边界及其富水性、冒落状态的高效、高精度探查。
(2)特殊地层大型矿井建设。重点开展东部厚冲积层深立井、西部斜井冻结、软岩钻进机械施工和岩巷全断面综合快速掘进等关键技术和装备研发，满足大直径矿井快速建设的需要。在西部大型矿井建设方面，要解决斜井冻结孔施工和冻结法凿井关键技实现井深400～800m的竖井钻掘，月成井速度达术，
到50～150m。
(3)煤炭高效开采。重点开展综采装备关键零部件新材料、新工艺、系统匹配、大型设备软起动、快速搬运，煤矿深部围岩控制与支护和极薄煤层机械化开采技术装备研究。开展西部矿区保水开采和生态修复技术研究，研制出高效充填开采成套装备，年充填能力达120万t以上，充填率不低于90%;地面开采损害控制在一级范围以内，实现低损害开采。研发大型露天煤矿装备和新型大功率防爆运输装备，电驱动半连续开采单机产能达1000万～3000万t/a;连续采煤单系统生产能力达500万t/a;大型挖掘机铲
3
斗容量达55～80m，额定负载达104～200t。
(4)煤矿信息化和管理现代化。重点开展煤矿
物联网关键技术研究，研发基于高可靠性的矿井一体化综合监测监控关键技术与装备，推动煤矿智能控制与决策系统现代化;研发促进煤矿企业管理信息化和现代化的电子商务关键技术，以及煤矿员工培训等关键技术。
(5)煤与煤层气开发。重点开展煤系地层煤层气成藏规律研究，开发煤层气高效抽采、煤层气与煤炭一体化开发和低浓度煤层气利用技术装备与工艺。研究多分支水平井技术、井壁稳定技术、分层连续压裂技术及煤层气低压集输工艺和监控技术。强化煤层气开发与煤炭开采工程紧密结合，建立不同赋存条
4结语
针对煤炭科技发展重点方向，要强化煤矿重大灾
害防治、煤炭资源开发、煤炭转化等方面的基础理论研究，大力攻克煤矿多源地质灾害防治、特设条件下大型矿井建设、高效辅助运输、煤矿高效充填开采、露
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天煤矿安全高效开采、煤矿安全避险及应急救援处置、千万吨级高效选煤、低阶煤提质与综合利用等一系列重大关键技术，着力建设千万吨高效自动化开采矿井、绿色开采生态矿山、煤与瓦斯突出防治、高承压及深部矿井防治水、煤层气开发利用、煤矿井下高效选煤厂、规模化褐煤物理干燥技术、大型煤炭间接液化、煤矿物联网等一批示范工程。通过大力推广科技成果，加强科技成果转化，促进高新技术产业化，提高煤炭生产技术与装备的应用水平。参考文献:
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