世界能源處于大變局時代，各國將科技創(chuàng)新視為推動能源轉型的重要突破口。國際礦業(yè)正在經(jīng)歷一場深刻的革命，建立綠色、安全、高效的現(xiàn)代化智慧礦山開發(fā)與利用體系是未來發(fā)展方向。我國能源資源稟賦特點決定煤炭在未來一段時期內仍是我國主體能源，在保障國家能源安全、支撐實現(xiàn)碳達峰碳中和目標等仍將發(fā)揮“壓艙石”和“穩(wěn)定器”的重要作用。
一、國內外煤炭科技發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
（一）世界煤炭科技發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢發(fā)達國家率先建立了成熟的煤炭科技研發(fā)體系，注重與現(xiàn)代科學技術結合，以機械化、數(shù)字化技術助力煤炭實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)，重視礦山環(huán)境保護與生態(tài)修復，發(fā)展煤炭的清潔高效轉化與利用。
1. 建立成熟領先的科技研發(fā)體系與研發(fā)計劃國外主要煤炭生產(chǎn)國和消費國，如美國、德國、澳大利亞、日本等較早開展煤炭開發(fā)利用相關研究，結合氣候、環(huán)保形勢針對性部署高碳能源低碳利用前沿研究。美國能源部（Energy Department, DOE）2018年～2021年在煤炭清潔轉化領域先后投入超過8100萬美元，支撐發(fā)展煤基復合建筑材料、高性能材料及電池材料等，并計劃投資1.22億美元建立煤炭產(chǎn)品創(chuàng)新中心，專注于從煤炭產(chǎn)品中制造具有高附加值的碳基產(chǎn)品，開發(fā)從煤炭中提取和加工稀土元素和重要礦物的新方法。澳大利亞實施的“煤炭聯(lián)合會研究計劃（ACARP）”，開展近30年并持續(xù)在煤炭自動化開采、安全生產(chǎn)和職業(yè)健康狀況改進、環(huán)境保護和溫室氣體減排等領域加大投入。
2. 在智能綠色開發(fā)方面，重視數(shù)字化科技、環(huán)境保護與職業(yè)健康防護技術一方面重視煤炭智能技術裝備開發(fā)，較早開始研究智能采礦技術，以工業(yè)自動化技術為基礎實現(xiàn)煤機裝備的程序控制、遠程可視化監(jiān)控、裝備狀態(tài)監(jiān)測等功能，致力于通過先進傳感器、高速通信與可視化、虛擬仿真實訓技術、防塵與噪聲控制技術等實現(xiàn)礦山自動化、智能化，促進礦山安全高效生產(chǎn)和職業(yè)健康狀況改善。美國和澳大利亞在開采條件好的中厚煤層已實現(xiàn)了長工作面高速截割、高速運輸、高度自動化采煤。另一方面通過嚴格的法律、環(huán)境標準促進開展煤炭綠色開發(fā)與職業(yè)健康保護技術研究，在土地復墾和廢石、尾礦、廢氣、廢水的處理領域取得系列關鍵技術。
3. 在清潔高效利用方面，重視煤炭清潔高效燃燒與轉化技術國外大力支持近零排放燃煤發(fā)電技術開發(fā)，包括先進超超臨界技術（二次再熱超超臨界、700℃超超臨界等）、IGFC、富氧燃燒、CCS技術等；在燃煤工業(yè)爐窯的清潔燃料制備、高效燃燒及爐型結構、低NOx燃燒和燃燒煙氣的深度治理方面進行了大量研究。較早開展煤炭清潔轉化及相關技術的研發(fā)，掌握了一系列核心技術。如德國分別在1927年、1934年建成世界第一座煤炭直接液化與間接液化工廠，美國美孚公司于1976年開發(fā)成功甲醇生產(chǎn)汽油的MTG技術，在煤炭熱解、氣化、液化等領域擁有核心技術與裝備。但近些年國外在煤炭清潔高效轉化方面總體上處于高端技術研發(fā)與儲備階段，這主要是由于各國能源結構不同，在煤炭清潔轉化領域的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面投入力度不同，目前僅有南非和美國等少數(shù)國家開展了部分示范工程和商業(yè)運行。
（二）我國煤炭科技發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，也是世界上少數(shù)幾個以煤炭為主要能源的國家之一。我國煤炭科技與國外相比，在很多領域從追趕態(tài)勢趨向于并跑或領跑，當前我國煤炭科技處于換擋提升、高水平、高質量發(fā)展的關鍵期。煤炭開發(fā)的綠色化和智能化、煤炭利用的清潔化和低碳化成為煤炭高質量發(fā)展的必然要求。
1. 煤炭智能綠色開發(fā)技術體系逐步建立在災害地質體超前探測方面取得新突破，開發(fā)了井下瞬變電磁法、無線電坑道透視、地質雷達、槽波地震、微震監(jiān)測等多種物探技術與裝備，巷道超前探測距離達到200米。豐富了以凍結、鉆井、注漿為主的建井理論與技術體系，研制出超大直徑深立井建井技術和大型成套裝備。全國已建成400余個智能化采掘工作面，形成了“有人安全巡視、無人跟機作業(yè)”的智能開采工作面新模式，大斷面快速掘錨系統(tǒng)、巖巷全斷面掘進裝備、大傾角礦用盾構機等在井下試驗應用，8.8米智能超大采高綜采、7.0米大采高智能綜放系列成套裝備成功投用，純水液壓支架示范應用。建立了保水開采、充填開采、煤與瓦斯共采、無煤柱開采等綠色開采技術體系。
2. 煤礦重大災害綜合防控技術體系初步完善礦井復雜地質構造與災害源探測、深部開采突水動力災害防治、大空間采空區(qū)防滅火、井下瓦斯高效抽采等技術取得突破。沖擊地壓防治方面，研發(fā)了系列巷道防沖吸能支護裝備及能量釋放與吸收監(jiān)測裝備。礦井水害防治方面，井工煤礦開采涌水量預測的“動—靜儲量法”“倒置大井法”等解析法取得重要進展。煤巖瓦斯動力災害方面，初步搭建了煤礦瓦斯突出預警平臺，實現(xiàn)了激光甲烷傳感器高穩(wěn)定性量測、有線+無線綜合傳輸。同時，三維礦井通風智能分析技術已達到國際領先水平；實現(xiàn)了煤礦粉塵的遠程在線監(jiān)測。百萬噸死亡率持續(xù)下降，從“十二五”末的0.162下降到2020年的0.0509。
3. 形成了包含煤炭加工、清潔轉化與污染物控制的煤炭清潔利用技術體系千萬噸級濕法全重介選煤、大型干法選煤技術成功應用，年處理原煤400萬噸的洗選成套技術與裝備已實現(xiàn)國產(chǎn)化。高效煤粉工業(yè)鍋爐、水煤漿漿體化CFB供熱供暖鍋爐、民用新型燃煤爐具、低階煤熱解等技術取得突破?，F(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)關鍵技術和核心裝備自主化取得重大突破，具有自主知識產(chǎn)權的神華寧煤400萬噸/年煤炭間接液化等一批煤炭深加工重大示范工程建成投產(chǎn)，煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制甲醇制汽油等示范項目取得成功，污廢水實現(xiàn)循環(huán)利用和“近零”排放。
二、“十四五”重點攻關技術方向及發(fā)展目標“十四五”時期，煤炭科技發(fā)展要以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入貫徹創(chuàng)新驅動發(fā)展戰(zhàn)略和能源安全新戰(zhàn)略，堅持新發(fā)展理念，以支撐引領現(xiàn)代化煤炭經(jīng)濟體系建設為目標，加強新一代信息技術與煤炭開發(fā)利用深度融合，大力提升自主創(chuàng)新能力，加強煤炭基礎理論研究，突破新一代煤炭安全綠色智能化開發(fā)和清潔高效低碳化利用關鍵核心技術，強化重大技術創(chuàng)新示范引領，推廣先進適用技術，構建開放型合作創(chuàng)新生態(tài)，支撐煤炭工業(yè)高質量發(fā)展。
（一）基本形成現(xiàn)代化煤炭綠色智能開發(fā)利用體系煤炭資源精細勘查、非爆破精準掘進、煤炭智能精準開采、煤礦重大災害防控、煤炭清潔高效轉化核心關鍵技術攻關取得突破，完善形成生態(tài)環(huán)境低擾動綠色開采技術體系、煤礦智能化開采技術體系、深部煤炭資源安全高效開采技術體系、煤炭智能化洗選加工技術體系、煤炭清潔高效轉化技術體系、煤系共伴生資源開發(fā)利用技術體系、關閉礦井資源綜合利用技術體系等。
（二）煤礦智能安全技術裝備水平大幅提高突破智能礦山核心關鍵技術與裝備，分類分級推進智能化煤礦建設。大型煤機裝備、露天開采裝備、煤炭洗選裝備與煤化工裝備的智能化和可靠性水平大幅提升，關鍵零部件、核心元器件、控制系統(tǒng)與軟件實現(xiàn)自主化。大型煤礦和災害嚴重煤礦基本實現(xiàn)智能化，實現(xiàn)井下重點崗位機器人作業(yè)，露天煤礦智能連續(xù)作業(yè)和無人化運輸。沖擊地壓、煤與瓦斯突出等災害防治能力進一步提升，工作面粉塵防治取得明顯成效。
（三）現(xiàn)代煤化工實現(xiàn)高端化、低碳化、多元化發(fā)展突破煤油共轉化制清潔燃料與化學品、煤制芳烴等關鍵工藝技術；煤轉化有機固廢和污廢水、礦井水低成本資源化利用技術，千萬噸級煤炭分質分級利用技術取得積極進展。
三、煤炭科技發(fā)展展望
（一）推動煤炭綠色智能化開發(fā)煤炭安全綠色智能化開發(fā)是適應現(xiàn)代工業(yè)技術革命發(fā)展趨勢、保障國家能源安全、實現(xiàn)煤炭工業(yè)高質量發(fā)展的關鍵舉措和有效手段?！笆奈濉彪A段重點推動煤礦智能化、煤炭綠色開發(fā)和資源化利用、煤礦重大災害監(jiān)控預警與防控、煤炭及伴生資源綜合開發(fā)等技術裝備研發(fā)。
1. 煤礦智能開采關鍵技術與裝備近年來在《關于加快煤礦智能化發(fā)展的指導意見》《煤礦智能化建設指南》等政策支持下，我國煤礦智能化技術發(fā)展很快，初步實現(xiàn)了不同水平的“記憶截割為主，人工干預為輔、無人跟機作業(yè)、有人安全巡視”為特征的智能化開采。在智能地質保障技術、大型設備群位姿監(jiān)測、環(huán)境感知及智能決策等智能化技術方面存在短板?！笆奈濉睍r期重點研發(fā)智能實時隨機超前探測技術，研發(fā)非接觸式地質異常精準探測技術、多致災參量隨鉆測量技術等，構建多源數(shù)據(jù)智能實時處理及解釋系統(tǒng)，提升煤礦探掘采協(xié)同動態(tài)精準地球物理探測裝備智能化控制、技術集成處理水平，支撐“透明礦井”所要求的地質保障體系建設；突破井筒機械破巖智能建設、綜采設備精準定位與導航、綜采設備群智能自適應協(xié)同推進、井下智能網(wǎng)聯(lián)無軌輔助運輸?shù)汝P鍵技術和裝備，開發(fā)適應各類煤礦條件的快速掘進智能化成套裝備，提高掘進效率，減少作業(yè)人員。
2. 煤炭綠色開發(fā)和資源化利用技術我國煤礦綠色開采經(jīng)過近20年的研究與工程實踐，形成了充填開采、矸石減排、減沉開采與環(huán)境修復等技術體系，近些年保水開采、煤-氣共采等技術發(fā)展較快，但相對來說仍存在綠色開采理論與技術體系不完善、綠色開采效率與規(guī)模開采要求不協(xié)調等問題，同時亟須建立全生命周期的煤炭綠色開發(fā)，拓展大宗固廢利用、廢棄礦井挖潛開發(fā)等?！笆奈濉睍r期重點開展采空沉陷動態(tài)監(jiān)測技術、矸石等固體廢棄物充填采煤技術、地表生態(tài)修復、煤水資源一體化利用技術研發(fā)，形成礦區(qū)環(huán)境采動損傷精準監(jiān)測感知與控制、礦區(qū)生態(tài)健康預警與修復技術體系；開展關閉礦井資源挖潛再利用技術、采空區(qū)封存CO 研究，初步形成礦井氣-水-地熱-空間等資源開采技術體系與利用模式，實現(xiàn)關閉（廢棄）礦井資源的深度開發(fā)；開展礦區(qū)典型大宗固廢資源化利用示范，建設煤礦地下水、低濃度瓦斯、井下廢熱等低位熱能利用技術示范工程，開展地下煤火熱能利用與生態(tài)恢復綜合示范與生態(tài)恢復綜合示范，實現(xiàn)煤炭的綠色開發(fā)和資源綜合利用。
3. 煤礦重大災害及粉塵智能監(jiān)控預警與防控技術我國煤炭生產(chǎn)重心逐步向深部轉移，地質賦存條件日趨復雜，礦井重大災害事故防控壓力很大，建立煤礦重大災害智能監(jiān)控、預測預警及綜合防控技術是重大災害事故防治的重要措施?！笆奈濉睍r期研究工程擾動下深部原位巖石力學行為，突破深部強采動大變形圍巖控制、沖擊地壓智能防控、以及沖擊危險源自動化探測、智能辨識、預測預警技術，開發(fā)沖擊危險區(qū)域高效、精準、智能卸壓解危技術與裝備；開展深部工程結構圍巖地層改性、深部高地應力采場圍巖綜合控制等技術研究；研制井下極端復雜環(huán)境下多功能、高精度、低功耗智能感知設備，開發(fā)礦井災變事故應急救援機器人，研發(fā)井下海量多源異構數(shù)據(jù)的高效分析處理與智能預測技術，實現(xiàn)重大災害事故風險識別、預測與預報預警；突破采掘面粉塵控制與凈化、呼吸性粉塵濃度連續(xù)在線監(jiān)測、粉塵危害精確預警等關鍵技術，開發(fā)大容量和強耐濕性的送風過濾式個體防護設備，實現(xiàn)粉塵高效防控。
4. 煤炭及伴生資源綜合開發(fā)技術我國多數(shù)聚煤盆地中均發(fā)現(xiàn)煤與多種礦產(chǎn)資源共伴生賦存，開展煤系伴生資源協(xié)同開發(fā)理論與技術攻關具有很大的潛在經(jīng)濟效益與戰(zhàn)略價值。當前以鄂爾多斯本地、準噶爾盆地、塔里木盆地為代表的煤、煤層氣、油氣共伴生資源開采面臨勘探水平亟待提高、開采理論及技術體系有待建立等問題，隨著智能工業(yè)革命勢頭強勁，信息化技術將傳統(tǒng)采礦帶來精準型、定量智能型，為實現(xiàn)多資源開采擾動識別、精準協(xié)調開發(fā)模式動態(tài)切換等提供了可能?！笆奈濉逼陂g開展精確探明煤、油、非常規(guī)天然氣、稀有金屬、水等疊置資源賦存條件，研發(fā)煤系伴生金屬非金屬固體礦產(chǎn)資源協(xié)調開采方法與技術體系，精準定量確定開發(fā)模式研究，實現(xiàn)深部煤炭及伴生資源的有效開發(fā)；在已有碎軟低滲煤礦區(qū)煤層氣地面抽采、煤礦井下精準抽采、井上下聯(lián)合抽采等技術突破，以及煤礦規(guī)劃區(qū)、準備區(qū)、生產(chǎn)區(qū)三區(qū)聯(lián)動井上下聯(lián)合抽采模式（晉城模式）基礎上，開展深部煤系“三氣”（煤層氣、頁巖氣、致密砂巖氣）綜合開發(fā)、礦區(qū)煤層氣分布式經(jīng)濟高效利用技術研究，推進煤礦區(qū)煤層氣開發(fā)與瓦斯治理協(xié)同示范。
（二）推動煤炭清潔高效轉化“清潔”要求煤炭利用低污染低碳化，“高效”要求煤炭經(jīng)濟高效，利用具有高效益、經(jīng)濟性，成本具有國際和綜合競爭力。當前煤炭轉化與利用效率偏低，精細化、差異化、多元化產(chǎn)品開發(fā)不足，產(chǎn)業(yè)比較優(yōu)勢不明顯、競爭力不強。未來亟須在煤炭分級轉化、重要能源化工產(chǎn)品、煤化工與其他能源系統(tǒng)耦合集成等方向開展攻關。
1. 煤炭精準智能化洗選加工技術煤炭洗選加工是潔凈煤技術的基礎和源頭，在政策扶持、環(huán)保及商品煤高質量要求下，我國選煤產(chǎn)業(yè)和選煤技術得到快速發(fā)展。當前選煤廠洗選工藝主要以重介洗選工藝為主，技術指標達到國際先進水平。但大型重介淺槽分選機、大型振動設備進口依賴度高，選煤裝備可靠性、智能化水平仍待提高?！笆奈濉睍r期重點研發(fā)旋流場重介質精準分選、界面調控增強選擇性浮選、高效智能干法分選、煤泥水高效固液分離等關鍵技術裝備，突破工藝參數(shù)和產(chǎn)品質量高精度在線檢測及預測技術，形成煤炭精確分選技術工藝和裝備；突破自適應原煤性質全流程智能控制、數(shù)字孿生運維等技術，構建智能化選煤技術體系。
2. 新型柔性氣化和煤與有機廢棄物協(xié)同氣化技術煤氣化是現(xiàn)代煤炭轉化的龍頭技術，當前我國已形成具有自主知識產(chǎn)權的大型加壓煤氣化等新技術新裝備，極大推動了煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展，但與國際先進技術相比仍有差距，在進一步大型化、降低投資和運行成本方面仍有較大發(fā)展空間?！笆奈濉逼陂g集中攻關適宜于油氣聯(lián)產(chǎn)的大型柔性氣化爐技術，提高甲烷產(chǎn)率、減少污水排放量，實現(xiàn)低階煤的清潔高效利用。開展水煤（焦）漿與煉廠廢棄物共氣化技術研發(fā)與示范，協(xié)同處理煉廠含油污泥、廢油漿等廢棄物；開展2000噸/天粉焦氣流床氣化技術裝備研發(fā)與示范，協(xié)同處置煤化工生產(chǎn)中的高濃度有機廢液；開展3000噸/天粉煤加壓氣化技術研發(fā)與示范，解決高灰分、高灰熔點煤清潔高效氣化難題。
3. 煤制油工藝升級及產(chǎn)品高端化技術煤轉化制液體燃料是煤炭清潔高效利用的重要途徑，煤炭液化包括直接液化和間接液化兩條路線，且均在我國實現(xiàn)了百萬噸級工業(yè)示范。但直接液化技術存在反應條件苛刻、工程化與操作難度大；間接液化存在能效相對低、產(chǎn)物單一且難以制取高品質油品等缺點。未來亟須發(fā)展提升過程能效、油品收率及品質的規(guī)模化成套技術。“十四五”期間重點突破煤炭分級液化的溫和加氫液化、殘渣熱解、固體殘渣-廢水共氣化等關鍵技術，滿足反應壓力≤10MPa、煤轉化率≥82%、油收率≥40%，完成萬噸級中試驗證；液化殘渣流化焦化，千噸級中試驗證；與間接液化技術集成，總體能效52～55%，汽柴油產(chǎn)品滿足國六標準。研發(fā)百萬噸級煤油共加氫制芳烴和軍用燃料、航空燃料等高品質特種燃料油成套技術。優(yōu)化升級超百萬噸級大型煤炭間接液化成套技術裝備，提升生產(chǎn)數(shù)字化、過程清潔化、產(chǎn)品高端化水平，進一步開發(fā)汽油等超清潔液體燃料生產(chǎn)技術。
4. 低階煤分質利用關鍵技術低階煤占我國探明煤炭儲量的55%以上，產(chǎn)量占約30%，低階煤分質分級利用可顯著提升碳和熱的轉化率，降低能耗和水耗，能效高、污染小，適合在我國低階煤資源豐富、生態(tài)脆弱和水資源缺乏的地區(qū)開發(fā)利用。“十四五”時期基于當前低階煤分質利用技術裝備研發(fā)基礎開展示范試驗，突破煤焦油深加工制取化工新材料技術，重點開展百萬噸級低階粒煤熱解及產(chǎn)品深加工、萬噸級粉煤熱解與氣化耦合一體化等技術裝備工程示范，推進低階煤分質利用。
5. 煤轉化過程中多種污染物協(xié)同控制技術國內工業(yè)窯爐的煙氣脫硫脫硝已成為下一步我國進行環(huán)境治理的重點，現(xiàn)有的活性焦干法脫硫脫硝技術存在投資成本與運行成本高的問題，難以推廣應用?！笆奈濉逼陂g煤化工產(chǎn)業(yè)繼續(xù)開展技術升級示范，污染防治和污染物減排技術的升級是重中之重，大量煤化工含鹽廢水的低成本處理是亟待解決的問題。
“十四五”時期重點攻關低成本炭基催化劑制備、新型脫硫脫銷反應器及原位再生等關鍵技術裝備，形成適于工業(yè)爐窯煙氣多種污染物協(xié)同凈化成套技術；突破煤化工高鹽、高濃、難講解有機廢水深度處理工藝技術，形成煤化工轉化過程中廢水協(xié)同凈化技術。
來源：中國電力報
