煤炭绿色开发利用的颠覆性技术探究范文

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摘要：煤炭资源是我国发展国民经济的重要资源。为了保护生态环境，需要对煤炭进行绿色开采。该文提出了煤炭绿色开发利用的颠覆性技术，在提高开采效率、降低人员伤亡和保护生态稳定方面为行业提供一定的参考建议。

关键词：煤炭5.0；煤炭开发；矿井设计

我国是产煤和耗煤大国，每年我国煤炭在北方供暖、火力发电、工业生产中应用占比超过煤炭应用总量的90%，其中，火力发电所产生的电能占所有发电量的60%以上。虽然例如太阳能、核能、潮汐能等新能源手段不断发展，但是煤炭资源仍是支撑我国经济发展的重要资源之一。当前，我国发展过程中不断出现环境问题，我国正在加快能源结构向低碳型和清洁型转化，我国煤炭的绿色开发与利用，是保证我国可持续发展的重要战略之一。因此，煤炭行业必须加快向绿色化、清洁化生产和应用转型。

1煤炭技术改革的总体路线

我国煤炭行业技术改革，要在2050年逐步实现3个阶段的改革与发展，这3个阶段可以概括为“煤炭3.0”、“煤炭4.0”和“煤炭5.0”。“煤炭3.0”是指在2025年之前，煤矿的总体开采深度在2000m以浅，逐步降低开采过程中对生态的破坏，以信息化手段提高煤炭开发和利用的效率。同时要求井下作业人员数量下降至30%，开采过程中的数字化、信息化、自动化程度超过80%，人员死亡率降低至每百万吨不超过5%。对于环境的影响中，对资源保护和利用率超过50%，开采环境的生态恢复率要超过70%，煤炭燃烧清洁排放程度要有所提高。“煤炭4.0”是指在2025-2035年，开采深度达到3000m以浅，在开采过程中高度使用自动化、智能化开采体系，使开采过程中污染接近零排放。开采过程中的井下作业人员数量降低至20%，人员死亡率降低至每百万吨不超过1%，避免大型事故的发生，并且无工人患有职业病；对开采环境生态平衡恢复达到90%以上，做到水、天然气、煤炭和热能的同步开采，提高资源的综合利用率。“煤炭5.0”是指在2035-2050年，开采深度达到3000m以深，采煤整个过程高度自动化、智能化和机械化，采煤整个过程中包括井下和井上作业人员不足10%，尽量实现井下无人操作，降低井下事故率和死亡率，职工无职业病。在开采时对于天然气、热能、煤炭、水、石油等一体化供应，优势资源和新能源协同开发，提高经济效益的同时不断加强绿色化应用，降低对环境的损害。

2绿色开采颠覆性技术创新

近几十年来，我国生态遭到了不同程度地破坏，其中对于资源的滥用和过度非科学开采，导致了例如土地沙漠化、水土流失和开采地生态破坏的严重后果。因此采用绿色开发技术，能够对生态发展做出有利的贡献，建立绿色智慧煤矿也是为我国可持续发展战略提供良好的保障。

2.1绿色开采理论与技术

所谓绿色开采，就是要做到近乎零生态损害的资源开发。由于过去我国煤炭过度开采并且没有先进的科学治理手段，造成了开发地区的地面坍塌、植被生态遭到破坏、地下水遭到污染、废物排放污染环境以及潜在资源遭到浪费，因此必须通过有效的新兴手段，保证绿色开采不再重蹈覆辙。在绿色开发理论下，利用先进科学手段提前规划、综合治理，开采煤炭的过程中对附属资源一并开采，利用煤炭与水资源同时采集技术、煤炭与天然气同时采集技术、煤炭深陷区功能重建及开发利用技术、煤炭与地热资源共同采集技术等。

2.2深部开采的地质保障技术

对于深度矿区的开采，首先要进行地质评估和预判，提前做出方案；其次，要建立无人化矿井，以机械化、自动化和智能化设备代替人工从事危险的井下作业任务，只需在地面留下技术人员即可。在深部开采过程中做到边开采、边重构，可以获得诸多资源的情况下减少对地质的损害，可避免塌陷和生态破坏。

2.3无人化智能开采技术

几十年前我国开采煤矿资源主要依靠人工为主、设备辅助的方式，开采过程中在不断造成人员伤亡的同时，其开采效率也普遍较低。目前，我国科技水平不断提升，很多大型设备例如机械设备、工业机器人设备、自动化生产线设备等诸多新科技设备的发展，提升了我国工业自动化水平，同时向智能化和无人化发展。因此，在当今煤炭开采过程中，可以应用多种井下无人技术，例如无人开采机器人、无人转运运输设备、智能监控设备、远程控制设备和大数据安全预警设备等，全面降低井下工人的参与程度，同时提升开采效率。

3清洁低碳技术的创新

3.1梯级的综合利用

按照“应选尽选、深度洗选”原则，提高商品煤的入选率，加快研究低阶煤热解，建设百万吨级大规模低阶煤高效转化工程，开发半焦燃烧或气化综合利用技术、煤气深加工等技术。梯级利用煤中固定碳、油气等各种有效组分，充分利用即为少排放。

3.2煤炭高效燃烧技术

煤炭在不充分燃烧时极易产生例如一氧化碳等危害物质，为了提高煤炭的燃烧利用率，降低资源浪费的同时减少有害物质的产生，在利用煤炭资源的企业中应用高效煤炭燃烧锅炉、加强有害气体的过滤、降低污染物排放、煤炭与瓦斯喷谈爆炸发电技术，可以实现近乎零排放的目的。

3.3煤炭温和精准转化技术

在煤炭使用过程中，要研发出新的煤炭催化气化和煤油共炼技术，节约整个过程中水与化工废水的处理成本，提高效率，实现温和条件下环境友好的煤炭精准转化高规格、高附加值化工品。

4矿井设计建设和地下空间利用技术

4.1地下空间与安全保障技术

煤炭矿井的地下空间较为复杂，其空间利用技术属于世界性难题。如果能够充分合理地利用井下空间，提升井下空间安全管理技术，那么对我国矿业生产将是一项重大突破。对于井下空间，可以采用井下智能机器人进行空间的遥感探测技术，对环境空间进行评估，在合适的位置进行空间的综合设计与建设，提升地下空间的利用率，同时保证地下空间的安全性。

4.2地下空间综合利用技术

煤炭开采运输后会在地下留下较大的空间，可以利用该空间进行地下设施的建设，象人防工程或者大型地下空间实验室或者地下军事储备工程。通过合理的勘探和设计后，在一定大型的空间内建设相应的地下室，同时匹配相应的恒温恒湿系统、通风系统、供水排水系统、供电系统和网络通信设备，拓展人类生活和生存空间。再如，在发达城市我国地面空间较为紧张，可以利用浅层地下矿洞建设成大型地下停车场，可缓解城市停车问题。同时，可以吸引投资商进行地下商场建设的投资，将该区域建设成为旅游景点和购物景点，依次促进当地经济，还能缓解政府关于治理矿洞地下空间的财政压力。

5结语

未来，我国煤炭绿色开发技术必将全面铺开，保证发展的同时还必须注重环境和生态的保护。利用颠覆性绿色煤炭开采技术，提高煤炭产量的同时，能够降低气体排放、降低人员伤亡、提高机械化运行效率。此外，绿色开采技术在保证煤炭产量的同时，还能保证附属资源如石油、天然气、地热、水等资源的产出，做到全面科学地利用资源。

参考文献

[1]董金恒.煤炭绿色智能开发利用战略选择[J].绿色环保建材，2018（2）：33.

[2]王金华，谢和平，刘见中，等.煤炭近零生态环境影响开发利用理论和技术构想[J].煤炭学报，2018（5）：1198-1209.

[3]王佟，张博，王庆伟，等.中国绿色煤炭资源概念和内涵及评价[J].煤田地质与勘探，2017，45（1）：1-8，13.

作者:马登玖 单位:中煤昔阳能源有限责任公司