劉 峰 曹文君 張建明

(中國煤炭工業(yè)協(xié)會，北京市朝陽區(qū)，100013)

當前，我國煤炭工業(yè)正處于全面深化改革、加速轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的關鍵時期,也是提升自主創(chuàng)新能力、進入世界先進采煤國家行列的重要機遇期。近年來,在黨中央的領導和國務院相關部門的支持下,煤炭行業(yè)供給側結構性改革取得重要進展,過剩產(chǎn)能得到有效化解,市場供需基本平衡,產(chǎn)業(yè)結構不斷優(yōu)化,經(jīng)濟運行質(zhì)量和效益明顯提升,為建設現(xiàn)代化煤炭經(jīng)濟體系奠定了良好基礎。在此背景下，科學謀劃煤炭科技未來,大力推進煤礦智能發(fā)展,提升我國煤炭工業(yè)發(fā)展的科學化水平,促進我國現(xiàn)代煤炭經(jīng)濟體系建設，顯得非常重要而緊迫。

1 科技創(chuàng)新對煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要性

新時代發(fā)展的核心要義是高質(zhì)量發(fā)展。煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展必須以新發(fā)展理念為引領，堅持實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，將發(fā)展動能從依靠要素投入、投資驅(qū)動的傳統(tǒng)動能轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動的新動能，不斷激發(fā)行業(yè)發(fā)展的內(nèi)生活力、動力和潛力，持續(xù)推動開發(fā)布局、產(chǎn)業(yè)結構、生產(chǎn)格局、供給質(zhì)量、發(fā)展動力的變革。

1.1 科技創(chuàng)新是煤炭工業(yè)跨越式發(fā)展的關鍵所在

新中國成立以來，煤炭產(chǎn)量從1949年的3243萬t增加到2018年的36.8億t(2013年產(chǎn)量最高39.74億t)，累計生產(chǎn)煤炭860億t，占全國一次能源生產(chǎn)總量的76%左右，支撐了國內(nèi)生產(chǎn)總值由123億美元到13.6萬億美元的增長。煤炭供給實現(xiàn)了從短缺匱乏到豐富充裕的巨大轉(zhuǎn)變，大型煤炭企業(yè)采煤機械化程度由新中國成立初期的0.73%提高到2018年的97.9%，掘進機械化程度由1.99%提高到56.3%；全國煤礦人均年生產(chǎn)效率由1949年的100 t/(人·a)左右提高到目前的1000 t/(人·a)，部分煤礦人均效率達到2萬t/(人·a)。

我國煤炭開采從建國初期的人力落煤，發(fā)展到20世紀60年代的炮采，80年代推行綜合機械化采煤，相繼自主研發(fā)了3.5～8.8 m的一次采全高系列成套裝備，目前正逐步向智能化采煤的方向發(fā)展。經(jīng)過廣大煤炭科技工作者的不懈努力和艱苦奮斗，形成了較為完善的采場巖層控制理論，建立了以液壓支架與圍巖“三耦合”原理為基礎的綜采理論與技術體系，以及包含保水開采、充填開采、煤與瓦斯共采、無煤柱開采的綠色開采技術體系，發(fā)展出先進的放頂煤技術、切頂卸壓無煤柱自成巷開采技術和以超高水、膏體、固體為充填物的井下充填開采技術。煤炭開采技術實現(xiàn)了從跟蹤、模仿到并跑、領跑的轉(zhuǎn)變，有力支撐了我國煤炭工業(yè)的跨越式發(fā)展。

1.2 科技創(chuàng)新是破解當前行業(yè)矛盾和發(fā)展難題的制勝之招

當前，煤炭工業(yè)發(fā)展面臨煤炭總量過剩和先進產(chǎn)能不足的矛盾、規(guī)模資源開發(fā)與剛性環(huán)境約束的矛盾、災害威脅加重與安全生產(chǎn)保障的矛盾。煤炭產(chǎn)業(yè)基礎相對薄弱，產(chǎn)業(yè)鏈比較脆弱。行業(yè)關鍵裝備、核心技術等原創(chuàng)性突破不足，高端產(chǎn)品遠未能滿足需求。煤炭開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)鏈大而不強、寬而不深，且缺乏對全球資源的整合和控制能力，整體處于價值鏈中低端。2018年，我國煤炭消費量占能源消費總量的59%，首次降至60%以下。根據(jù)國家統(tǒng)計局2019年前三季度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國能源消費總量同比增長3.3%，增速比2019年上半年和2018年同期均回落0.1個百分點。2018年能源結構持續(xù)優(yōu)化，清潔能源消費比2017年同期提高1.2個百分點，煤炭消費比重下降1.5個百分點。

在新能源和可再生能源快速發(fā)展、煤炭消費占比下降的趨勢下，在現(xiàn)實發(fā)展環(huán)境的倒逼之下，煤炭行業(yè)必須緊緊依靠科技創(chuàng)新，積極采用新技術、新工藝、新裝備，促進煤炭生產(chǎn)向機械化、信息化、智能化和綠色開采的方向發(fā)展，促使煤炭行業(yè)由勞動密集型向人才技術密集型轉(zhuǎn)變，使之發(fā)展成為具有高科技特點的新產(chǎn)業(yè)。加快煤炭科技創(chuàng)新，能夠不斷強化創(chuàng)新引領，優(yōu)化人才、技術、資金等創(chuàng)新資源配置，擴大中高端產(chǎn)品供給，提升煤炭產(chǎn)品的附加值，提高煤炭供給體系的質(zhì)量和效率，有效破解煤炭行業(yè)發(fā)展不平衡不充分的難題。

1.3 科技創(chuàng)新是行業(yè)未來高質(zhì)量發(fā)展的核心動力

新時代高質(zhì)量發(fā)展是體現(xiàn)新發(fā)展理念的發(fā)展，是以質(zhì)量第一、效益優(yōu)先為原則的發(fā)展，是從要素驅(qū)動轉(zhuǎn)向創(chuàng)新驅(qū)動的發(fā)展。我國煤炭資源豐富，長期為經(jīng)濟和社會發(fā)展提供了強大的、無法取代的能源保障。在未來相當長一段時期內(nèi)，煤炭作為我國主體能源的地位作用不會改變，這是由我國的能源資源稟賦特點決定的。煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展意味著更多依靠科技創(chuàng)新，更多依靠勞動力素質(zhì)提高，更多依靠內(nèi)生動力的提升。

2018年，全社會研究與試驗發(fā)展(R&D)經(jīng)費支出19677.9億元，占GDP比重2.18%；基礎研究經(jīng)費1090.4億元，首次突破千億元大關，占R&D經(jīng)費的比重為5.5%；研發(fā)人員總量達到418萬人·年，居世界第一；國際科技論文總量和被引次數(shù)穩(wěn)居世界第二；發(fā)明專利申請量和授權量居世界首位，科技進步貢獻率達58.5%。然而，煤炭行業(yè)的創(chuàng)新驅(qū)動水平還有待提升。全行業(yè)研發(fā)經(jīng)費投入強度尚達不到全社會平均水平，基礎研究投入更是嚴重不足，每萬人發(fā)明專利擁有量離全國11.5件的平均水平相差較大。根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的第四次全國經(jīng)濟普查結果，2018年，煤炭開采和洗選業(yè)規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)法人單位R&D經(jīng)費支出146.5億元，比2013年下降6.5%;R&D經(jīng)費與營業(yè)收入之比為0.58%。行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展迫切需要現(xiàn)代煤炭技術體系的引領，需要高質(zhì)量科技供給的支撐，需要更高水平的開放合作創(chuàng)新的推動。

2 持續(xù)推進我國煤礦智能化建設與發(fā)展

新一代人工智能與工業(yè)領域的深度融合正在引發(fā)深遠的產(chǎn)業(yè)變革，成為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的核心驅(qū)動力。人工智能必將成為煤炭革命的引領技術，未來必將深刻影響煤炭生產(chǎn)、加工、利用和轉(zhuǎn)化的發(fā)展模式與形態(tài)，加速煤炭革命。煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術支撐，代表著煤炭先進生產(chǎn)力的發(fā)展方向。煤礦智能化正是將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、機器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，形成全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學習、動態(tài)預測、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)，實現(xiàn)煤礦開拓、采掘(剝)、運通、洗選、安全保障、經(jīng)營管理等過程的智能化運行。因此，必須持續(xù)推進我國煤礦智能化建設與發(fā)展。

2.1 從需求端看，煤礦智能化已成為煤炭企業(yè)生產(chǎn)方式變革的必由之路

我國煤炭資源開采條件差異較大，既有賦存穩(wěn)定的特厚煤層，也有地質(zhì)條件很差的薄煤層。尤其一些老礦區(qū)，地質(zhì)條件復雜，各種災害齊全，巷道系統(tǒng)復雜，自動化水平低，開采難度大。加快推進煤炭生產(chǎn)方式變革，以最合理的資源擾動和勞動消耗，集約、高效、經(jīng)濟地開采煤炭資源，已成為煤炭生產(chǎn)企業(yè)的最緊迫需求。煤礦智能化正是采用先進的技術與裝備實現(xiàn)生產(chǎn)過程的少人化和無人化，從而達到生產(chǎn)過程的低消耗、低排放和低擾動，這是煤炭生產(chǎn)革命的必由之路。

近年來，廣大煤炭生產(chǎn)企業(yè)積極開展了煤礦智能化基礎建設，陸續(xù)實施了礦井信息基礎設施的升級改造，包括傳感器、攝像儀等信息感知設備，井上下傳輸網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)中心等信息服務設施。2014年，陜煤集團黃陵礦業(yè)一號煤礦率先實現(xiàn)了“工作面有人巡視、無人操作”的智能開采工作模式。2019年，國家能源神東煤炭集團在榆家梁礦成功試驗了基于精確三維地質(zhì)模型和掃描構建工作面絕對坐標數(shù)字模型的自主智能割煤。目前，國家能源集團、中煤能源、兗礦集團、山東能源、平煤集團、陜煤集團、山西焦煤、同煤集團、陽煤集團、重慶能投、淮北礦業(yè)等企業(yè)都在積極開展智能工作面建設，全國已建成100多個智能化采煤工作面，實現(xiàn)了減人提效的示范目標，取得了良好的應用效果。

2.2 從供給端看，煤礦智能化支撐技術與裝備研發(fā)取得了較大的進展

2019年10月在北京召開的第十八屆中國國際煤炭采礦技術交流及設備展覽會，以“智能高效、綠色發(fā)展”為主題，集中展示了近年來煤炭行業(yè)的智能化技術與成果。中國煤炭科工集團展示了煤礦大腦、透明礦井、智能開采、智能掘進、智能運輸、礦山物聯(lián)網(wǎng)、智能安全保障、綠色礦山與智能洗選、智能制造9個領域的科技成果和產(chǎn)品裝備。北京龍軟科技展示了煤礦專題圖形處理系統(tǒng)、煤礦安全生產(chǎn)動態(tài)診斷系統(tǒng)、透明礦山系統(tǒng)、安全云系統(tǒng)等技術成果。兗礦北斗天地展示了礦用5G智能傳輸平臺、基于高精度慣導的智能綜采作業(yè)導向系統(tǒng)、煤礦生產(chǎn)精益管理系統(tǒng)、工業(yè)企業(yè)多級綠色云數(shù)據(jù)中心解決方案等技術成果。山西科達自控展示了智慧礦山整體解決方案、智慧礦山一張網(wǎng)、礦山機器人、礦山無人值守控制系統(tǒng)等技術成果。

智能裝備是煤礦智能化的“地基”，智能技術是煤礦智能化的“內(nèi)核”。當前煤礦智能化發(fā)展要以夯實“地基”和增強“內(nèi)核”為本，將煤礦智能化產(chǎn)業(yè)作為一個開放系統(tǒng)，在開放合作中打造出更強創(chuàng)新力、更高附加值的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。高新技術企業(yè)要聚焦煤礦智能化的薄弱環(huán)節(jié)，以自主可控、安全高效為目標，強化自身優(yōu)勢和發(fā)力重點，加強智能化技術與裝備的自主創(chuàng)新研發(fā)。煤炭生產(chǎn)企業(yè)要結合自身的實際情況，充分認識煤礦智能化發(fā)展的難度和階段性特征，制定科學合理的煤礦智能化建設規(guī)劃，堅持“一礦一策”，在煤礦智能化的道路上行穩(wěn)致遠。

2.3 強化指導，多方聯(lián)合，促進煤礦智能化發(fā)展

煤礦智能化可以充分發(fā)揮全要素生產(chǎn)作用，實現(xiàn)效率變革，促進煤炭行業(yè)由要素驅(qū)動型向創(chuàng)新驅(qū)動型轉(zhuǎn)變；可以建立起新技術、新產(chǎn)品、新模式等突出優(yōu)勢，實現(xiàn)路徑變革，增強煤炭企業(yè)的核心競爭力；可以加速煤炭由傳統(tǒng)能源向清潔能源轉(zhuǎn)變，解決煤炭開發(fā)利用與生態(tài)文明建設之間的矛盾，推動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)展和建設煤礦智能化，應采取因地制宜、分類施策的原則。因此，提出以下階段發(fā)展目標：到2021年，建成一批智能化示范礦井，初步形成煤礦主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的信息化傳輸、自動化運行技術體系，基本實現(xiàn)掘進工作面減人提效、綜采工作面內(nèi)少人或無人操作、井下和露天煤礦固定崗位的無人值守與遠程監(jiān)控；到2025年，大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現(xiàn)智能化，建立煤礦智能化建設技術規(guī)范與標準體系，實現(xiàn)煤礦主要系統(tǒng)的智能化決策和自動化協(xié)同運行，井下重點崗位機器人作業(yè)，露天煤礦實現(xiàn)智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸；到2035年，各類煤礦基本實現(xiàn)智能化，構建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的煤礦智能化體系。

為持續(xù)推進煤礦智能化發(fā)展，2019年7月，由國家能源局、國家煤監(jiān)局、中國煤炭工業(yè)協(xié)會指導，中國煤炭學會、中國煤炭科工集團發(fā)起，聯(lián)合大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)、高等院校、高技術企業(yè)等共27家單位組建成立煤礦智能化創(chuàng)新聯(lián)盟，助力我國煤礦智能化發(fā)展。

2.4 聚焦煤礦智能化前沿科學問題，構建成熟穩(wěn)定的煤礦智能化技術體系

以推動人工智能技術與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合為主線，圍繞工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)基礎平臺、智能裝備和機器人、煤礦大數(shù)據(jù)三大方向持續(xù)攻關，從基礎理論、支撐體系、關鍵技術、創(chuàng)新應用4個層面構筑技術群和產(chǎn)品群，堅持多元合作、跨界聯(lián)合、開放共享，構建煤礦智能化產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

以煤礦智能化基礎原理、模型和算法為重點，結合人工智能理論發(fā)展布局煤礦智能化基礎理論研究：一是時空變化條件下的礦井地質(zhì)精準建模理論方法；二是面向礦井復雜環(huán)境的自適應感知理論方法，提高智能系統(tǒng)的魯棒性；三是礦山多源異構數(shù)據(jù)融合及信息動態(tài)關聯(lián)理論方法，支持礦山復雜信息處理；四是復雜條件下采掘設備群的智能控制理論方法；五是面向復雜礦井環(huán)境的協(xié)同控制與決策理論方法，支持人機物的虛實融合與動態(tài)調(diào)度。

以智能裝備和機器人為基礎，以數(shù)據(jù)和算法為核心，全面提升礦井感知、數(shù)據(jù)處理、裝備系統(tǒng)、智能控制等能力，突破煤礦智能化共性關鍵技術，包括4D-GIS透明地質(zhì)技術、井下視頻高效處理及VR技術、井下大容量快速通信技術、開采裝備精確定位與導航技術、輔助運輸系統(tǒng)連續(xù)化和無人化技術、智能化無人快速掘進技術、重大危險源智能感知與預警預報技術、高可靠性智能裝備(終端)技術、煤礦機器人路徑規(guī)劃與長時供電技術、露天開采無人化連續(xù)作業(yè)技術。

3 科學謀劃煤炭科技未來創(chuàng)新發(fā)展

我們要以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，著眼于建設世界科技強國和能源革命的中長期發(fā)展目標，以建設現(xiàn)代化煤炭經(jīng)濟體系的重大需求為牽引，以全球視野、全局思維系統(tǒng)謀劃新時代煤炭科技創(chuàng)新，明確未來發(fā)展重點、發(fā)展路徑和發(fā)展方法，為現(xiàn)代化煤炭經(jīng)濟體系建設提供保障。

我國大型礦井建設、特厚煤層綜放開采、燃煤超低排放發(fā)電、高效煤粉型工業(yè)鍋爐、新型煤化工技術已達到國際領先水平。然而，煤炭科技的整體水平特別是產(chǎn)業(yè)關鍵領域，與國際先進水平相比仍存在著較大差距，同建設世界科技強國的目標要求還不相適應。科技創(chuàng)新體系是創(chuàng)新能力的基礎和保障，健全科技創(chuàng)新體系的關鍵是提升創(chuàng)新主體能力和激發(fā)創(chuàng)新活力。加強煤炭科技創(chuàng)新體系建設，必須加速建設定位明確、功能互補的科研平臺體系，培育世界級領軍企業(yè)，鼓勵更多企業(yè)開展原創(chuàng)性研究，系統(tǒng)提升煤炭院校人才培養(yǎng)、學科建設、科技研發(fā)三位一體創(chuàng)新水平，建設世界一流科研院所和具有鮮明行業(yè)特色的科學研究中心，發(fā)展面向市場的新型研發(fā)機構和科技服務機構，尤其注重高質(zhì)量科技人才培養(yǎng)和團隊建設，打造人才培養(yǎng)高地。

煤炭行業(yè)現(xiàn)階段的科研水平、創(chuàng)新能力決定了我們短期內(nèi)無法在所有領域齊頭并進、全面開花。我們應采取非對稱創(chuàng)新戰(zhàn)略，明確未來一段時期煤炭科技的主攻方向和突破口，著力解決技術軟肋和制約發(fā)展的技術瓶頸問題，尤其要注重支撐一個技術群或多個技術群的基礎技術；應聚焦產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求不動搖，堅持關鍵技術自主可控不動搖，大幅增強技術創(chuàng)新引領能力和融通創(chuàng)新能力；應在依靠全球創(chuàng)新的同時考慮建立“備胎計劃”，補齊短板，為卡脖子關口提供備選方案。

4 結語

煤炭行業(yè)應深刻學習領會習近平總書記關于科技創(chuàng)新的重要論述和指示精神，提升推動煤炭科技發(fā)展的本領和能力；將習近平總書記關于科技創(chuàng)新的重要論述作為科技工作的根本遵循，深刻理解“發(fā)展是第一要務，人才是第一資源，創(chuàng)新是第一動力”的科學內(nèi)涵和“把科技發(fā)展主動權牢牢掌握在自己手里”的重大意義，緊緊圍繞國家對科技事業(yè)的重大戰(zhàn)略部署，把握煤炭科技發(fā)展的正確方向，將“面向世界科技前沿、面向現(xiàn)代化煤炭經(jīng)濟體系、面向行業(yè)重大需求”作為煤炭科技創(chuàng)新的戰(zhàn)略著力點，以煤炭安全綠色智能化開采和清潔高效低碳化利用為主攻方向，保持定力，把握主動，加強煤炭基礎理論研究，攻關核心關鍵技術，推進煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。