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煤炭革命进入科技驱动时代

日期:2015年6月8日 09:13

煤炭黄金十年一去不返,治霾成为全民诉求,深化能源结构、进行煤炭产业改革被推上了历史舞台。能源革命必然伴随煤炭自身的革命,煤炭革命不是“革煤 炭的命”,而是要实现煤炭生产与消费利用的安全高效、生态清洁以及低碳集约发展。国家能源局等相关部门日前发布了相关指导意见,要求推进煤炭清洁高效利 用。

中国矿业大学作为世界著名的矿业学府,为推动我国煤炭科技革命作出了重要贡献。煤炭科技变革如何助推煤矿安全高效洁净生产?为此,《中国能源报》专访了中国矿业大学校长葛世荣。

科技进步实现了一增一减

中国能源报:我国近2/3的能源供给依靠煤炭,科技与装备对此有怎样的贡献?

葛世荣:我国煤炭行业目前发生了两个巨大变化。一个变化是产量的大幅增长,去年全国煤炭38亿吨的产煤量,占世界总产量的50%。我 国煤炭资源赋存条件差,在这种情况下有如此大的产量,是靠先进的科技和装备来支撑的。另一个变化是全国煤矿安全事故发生起数和伤亡人数均大幅下降,这离不 开安全技术的发展,以及开采装备的进步。可以说,这两大变化,都是科技进步催生的。煤炭生产已经到了靠技术、靠装备的时候。

中国能源报:煤炭行业面临环境、安全、资源三大压力,目前行业又不景气,煤炭行业需要进行哪些技术变革来应对?

葛世荣:我们煤炭开采与利用虽然取得了很大进步,但与国际上煤炭开采利用的发达国家相比,差距依旧明显。煤炭行业的压力和困境,还得 依靠科技进步来改变。例如,我校在十多年前就已经开始高度重视煤炭开采的环境问题,钱鸣高院士把资源约束、安全约束、环境约束等问题都考虑在内,提出了绿 色开采技术理念。

总的来讲,我国煤炭开采在近三十年基本走过了从高效开采、安全开采到绿色开采的三个发展阶段。我相信,这三个开采技术体系的综合运用,肯定会促进煤炭行业形势进一步好转。

中国能源报:这三个阶段的技术变革是在何种背景下提出的?

葛世荣:在改革开放初期,煤炭能源需求旺盛,高效开采解决了煤炭产量的问题。煤炭开采的第一次技术革命是综合机械化采煤技术,实现了煤炭的高效开采,它支撑了我国煤炭产量从10亿吨到20亿吨的增长。

量的增长,也伴随着日益凸显的安全生产问题,这就需要实现煤炭安全开采,解决以人为本的问题。我国煤矿业态是大中小并举,既有世界一流的现代化煤 矿,也有极其落后的传统小煤矿。因此,煤炭开采的第二次技术革命基本是围绕安全开采提出的,集中表现在瓦斯事故、顶板事故、突水事故、运输事故等重大煤矿 安全隐患的综合治理等方面,使得煤矿安全事故得到了有效遏制。

近几年,煤炭开发的环境问题日益突出,绿色开采成为煤炭行业发展的瓶颈约束,所以第三次煤炭开采技术革命要解决生态环境破坏问题,其具体技术表现在 煤与水共采、煤与气(瓦斯)共采、煤与共伴生矿物共采、煤与热共采,以及矿区生态修复、矸石减量化、开采节能化等诸多方面。目前,部分矿区和煤炭企业已经 实现了“近零排放”,但实现广义的低损害、低排放、低能耗的绿色开采,要走的道路仍然很长。对雾霾溯源分析显示,煤的因素确实占了很大的比重。在未来的一 二十年或更长时间里,在高效、安全开采基础上,更加重视开采过程中的环境问题,已经成为煤炭行业共识。

煤也可以和“脏”说拜拜

中国能源报:人们提及煤炭,往往逃脱不了“脏”的形象,如何改变这些形象?

葛世荣:煤本身是大自然赐予人类的宝物,它为我们人类文明发展作出了重要贡献。但煤炭之所以形象不好,是人们对它的利用方式不当。要 改变这种形象,首要的是保障煤炭开采安全,不能要带血的煤,这就要大力推广智能无人化开采,从根本上提高煤炭开采的科技水平。其次,要改变煤炭的利用方 式,推广降氮、降硫、降尘及二氧化碳捕捉等技术,这样煤炭就完全可以成为清洁燃料。当然,这需要全社会协同完成。

中国能源报:刚才您提到,在高效安全开采基础上,环境问题已是行业共识,那么,如何通过技术改革来实现煤炭清洁利用?

葛世荣: 煤炭的污染问题,主要出在煤炭利用之前和之后。所以,要洁净化利用煤炭,关键就要在煤炭利用的入口和出口的相关技术上作出变革。

入口上的变革,是围绕煤炭商品质量作洁净化、低污染的源头处理,减少煤炭质量劣化,提供洁净度更高的商品煤。目前,我国只有60%原煤进入洗选,还 有近15亿吨原煤没有经过洗选而被直接使用,其污染必然很大。因此,在利用时应把煤“分门别类”,针对不同用户的“胃口”,针对不同的工业设备提供不同的 “粮食”。正如,同样需要营养和热量,成人可以直接食用大米,婴儿就需要加工成米粉,面对不同人群要提供不同的食物。如果不对用户进行区分化供煤,就会造 成煤炭价值浪费,不能物尽所用,还会形成污染。因此,要把好煤炭利用入口关。

出口上的变革,就要做到用煤的“近零排放”。固体废物排放,通过井下采选一体化或智能化选择性截割技术,实现矸石不出井;液体废物排放,通过地下循 环或者地上地下两级循环,实现地下水循环利用;气体废物排放,在井下解决粉尘产生问题,并通过低瓦斯收集利用和高瓦斯含量煤层气的高效抽采,实现瓦斯零排 放。

另外,我认为,如果把燃煤作为能源供给时,应实现集中燃烧,分布式供应,这样不仅可以提高利用效率,也可大大减少散煤燃烧和小锅炉燃烧的污染物排放量,而这也是当前燃煤排放的大部分来源。

中国能源报:要实现清洁利用,煤矿从开采、运输、加工到排放,各个环节的关键技术是什么?

葛世荣:在开采环节,要提高采煤集约化程度,逐步淘汰小规模开采;开拓系统要简约化,发展大功率采煤装备,实现高度智能化开采。此 外,煤系地层除了煤炭以外,还有许多固体矿产、气体资源和液体资源。应高度重视这三种形态伴生资源的综合评价和系统开采,力求实现资源利用的最大化、最优 化。

在运输环节,要实现连续、智能、集控,充分利用现代信息和控制技术。现在的煤炭运输方式基本上仍停留在一百多年前发明的运载方式,比如矿车运输、轨 道运输、胶带运输等,除了功率变大,实现重载化,在原理上没有大的变革。其实,煤炭运输也可以实现流态化,采用管道连续运输,这种连续运输方式不仅少占用 铁路运力,提高效率,还可避免扬尘污染。

在加工环节,实质上就是讲综合利用,要增加原煤洗选的比重。我国原煤直接利用的比重还过高,要通过法规约束、政策引导等提升原煤洗选比重,由直接使用原煤转变为大量使用洁净煤。同时要加强高效、大规模的干法洗选技术的研发推广。

在排放环节,对燃煤气体和粉尘的处理、回收和利用,要朝着燃煤“近零排放”的目标努力。

推进颠覆性技术变革

中国能源报:勿庸置疑,煤炭生产革命势在必行,您认为煤矿开采系统的理想状态是怎样的?

葛世荣:煤炭行业变革靠的是技术进步,我认为未来煤炭开采的理想状态是智能化开采,有可能是化学开采。自人类开采煤炭以来,都采用物 理开采方法,从原始的镐头,到机器代替镐头,都是通过物理破碎作用来挖掘煤炭。化学开采就是把煤炭直接在井下完成气化、液化、生物溶解,采出来的是固体煤 炭经过化学反应之后的液态或气态产品。

另一种境界是进行井下采选充电热气一体化研究和技术可行性探索,也就是变输煤为输电、热、气的能源输送体系。这样,也实现了从输出原煤这种低端资源,变成输出完全清洁能源的终端产品。

中国能源报:目前物理开采状态下,技术上应该朝哪些方向发展?

葛世荣:即使现在物理开采,也要朝着信息化与煤炭开采深度融合努力,逐步实现科学开采和智能化开采。目前高效开采是很重要的一个方 向,我所指的“高效”不仅仅是产量提高,而且资源回收率也要提高,开采还要节能降耗。智能化开采的最终目标是实现少人化开采,直至无人化开采,实现装备自 动化。无人则安,如果井下都用机器人,可以判别井下环境,识别危险,那么安全开采可以得到充分保障。

其次,矿区不是污染的、衰败的,而应该是绿色、生态的;开发不应该是掠夺式的,而应该是可持续的,要与环境充分协调。通过技术的发展,实现煤炭的清洁高效利用,也应促使我们煤矿从业人员感到自豪,拥有较高的职业成就感、社会认可度和美誉度。

中国能源报:实现煤炭清洁高效利用,除了技术上的变革,还需要哪些制度保证?

葛世荣:首先要为煤炭行业健康可持续发展创造有效的政策环境。国家的宏观战略规划应是科学的、有序的、可持续的。应加大煤炭环保利用 的立法,例如,规定未经加工的煤炭不得使用,煤炭使用后不达标的废弃物不得排放,如果违反法律就要严厉惩罚。此外,要逐步淘汰煤炭落后产能,为煤炭行业的 良性发展创造条件。

其次,要避免因降低成本而出现高新技术“逆淘汰”现象。在清洁生产环节,要制定鼓励煤炭清洁化开采的税费政策,制定约束高排放开采的法规,以有利于采用安全保障程度高的技术、有利于采用适于生态环境保护的技术、有利于采用促进减排的技术等为指导方向。

资源不可再生,我们要实行优质煤炭资源的保护性开发。应通过税费的调节,将未经洗选的、非洁净的低品质煤炭逐步淘汰。中国煤炭的远景储量很大,但实 际上可供开采的储量不大,要出台一些保护优质煤炭资源的法律,以保护优质煤炭资源的合理、高效开发,减少宝贵的不可再生资源浪费。

再者,一定要大力鼓励或支持那些超前的科技创新,要制定有利于提高人才素质的培训、就业和社保政策。同时进一步加大对行业院校的投入,设立专项资金来保证煤炭高效、清洁开采技术研究。

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