煤炭工業(yè)邁向智能安全綠色之路

袁亮，中國工程院院士、安徽理工大學(xué)校長。他開創(chuàng)性地提出了卸壓開采抽采瓦斯、無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)原理，率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的防治煤礦瓦斯爆炸成套技術(shù)與裝備，解決了低透氣性高瓦斯煤層安全開采技術(shù)難題，并在安徽淮南礦區(qū)首次實(shí)現(xiàn)了煤與瓦斯共采重大突破。他牽頭組建了中國首個(gè)煤礦瓦斯治理國家工程研究中心，相關(guān)研究成果在全國煤炭行業(yè)推廣應(yīng)用。

【院士訪談】

近日，中國工程院工程科技學(xué)術(shù)研討會——“甲烷管控減排”暨“煤炭安全智能精準(zhǔn)開采協(xié)同創(chuàng)新組織”成立七周年國際學(xué)術(shù)研討會暨2024安全科學(xué)與工程國際產(chǎn)學(xué)研用合作會議舉行，中國工程院院士、安徽理工大學(xué)校長袁亮牽頭編制的《中國甲烷管控技術(shù)發(fā)展路線圖》成果正式發(fā)布。

袁亮長期關(guān)注煤炭安全智能精準(zhǔn)開采暨甲烷管控減排。他的研究基于透明空間地球物理，以多物理場耦合、智能感知、智能控制、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等作為技術(shù)支撐，為我國傳統(tǒng)煤炭開采提供了煤礦智能精準(zhǔn)開采的全新思路和解決方案。

會上，袁亮接受了科技日報(bào)記者專訪。

煤炭工業(yè)助“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施

記者：您在煤炭領(lǐng)域深耕多年，取得了一系列成就，也為“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施作出了貢獻(xiàn)。您認(rèn)為，加強(qiáng)煤炭清潔高效利用對實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略有哪些影響?

袁亮：伴隨著化石能源的大量開采和使用，全球性的大氣污染和溫室效應(yīng)已經(jīng)成為21世紀(jì)影響人類生存和可持續(xù)發(fā)展的最大問題之一。目前，二氧化碳、甲烷濃度分別比工業(yè)化前高了149%、262%。2023年，全球與能源相關(guān)的二氧化碳排放量達(dá)到374億噸，創(chuàng)下歷史新高。如何在滿足當(dāng)前社會發(fā)展需求的前提下，控制和降低碳排放，成為近年來的熱點(diǎn)話題。

面對這個(gè)問題，我國彰顯出大國擔(dān)當(dāng)，積極主動(dòng)參與全球氣候環(huán)境治理。

我國已進(jìn)入新發(fā)展階段，推進(jìn)“雙碳”工作是破解資源環(huán)境約束突出問題、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，是順應(yīng)技術(shù)進(jìn)步趨勢的必然選擇。

我國是煤炭資源相對豐富的國家，碳排放量中很大一部分是由煤炭消耗產(chǎn)生的。煤炭工業(yè)通過低碳轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，既是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，也是落實(shí)國家“雙碳”目標(biāo)的重要抓手。而依據(jù)節(jié)能是“第一能源”的理念，煤炭清潔高效利用是減少煤炭工業(yè)二氧化碳排放的根本途徑。具體來說，要推進(jìn)清潔高效燃煤發(fā)電，加快燃煤機(jī)組升級改造，加快“煤改電”配套電網(wǎng)改造，推進(jìn)電能替代;加快傳統(tǒng)煤化工升級改造，加快推進(jìn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的煤氣化技術(shù)裝備開發(fā)研究;推進(jìn)現(xiàn)代煤化工示范化建設(shè)，大力發(fā)展精細(xì)化工和化工新材料等。實(shí)施“雙碳”戰(zhàn)略要重點(diǎn)抓煤炭行業(yè)，加強(qiáng)煤炭清潔高效利用，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系。

記者：為什么要進(jìn)行煤炭精準(zhǔn)開采?您帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)在這方面作了哪些努力?

袁亮：加強(qiáng)煤炭清潔高效利用，必須堅(jiān)持煤炭精準(zhǔn)開采。我們團(tuán)隊(duì)在煤炭精準(zhǔn)開采上主要作了三個(gè)方面的努力。

一是提出并實(shí)施了卸壓開采抽采瓦斯、無煤柱煤與瓦斯共采技術(shù)原理，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的防治煤礦瓦斯爆炸成套技術(shù)與裝備，成功解決了低透氣性高瓦斯煤層安全開采技術(shù)難題。我們在安徽省淮南市礦區(qū)首次實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯共采，并將研究成果推廣應(yīng)用于全國煤炭行業(yè)，產(chǎn)生了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益。

二是首次提出了煤炭精準(zhǔn)開采五大科學(xué)構(gòu)想，并在2017年?duì)款^成立了“煤炭安全智能精準(zhǔn)開采協(xié)同創(chuàng)新組織”，推動(dòng)煤炭安全智能精準(zhǔn)開采由構(gòu)想變成現(xiàn)實(shí)。

三是針對煤礦安全智能精準(zhǔn)開采生產(chǎn)過程中的人才鏈、產(chǎn)業(yè)鏈銜接不夠緊密等問題，積極參與行業(yè)高校學(xué)科專業(yè)優(yōu)化調(diào)整、人才培養(yǎng)方案制定、課程設(shè)計(jì)等，定制化培養(yǎng)急需人才，制定實(shí)施含金量高的人才引進(jìn)政策，同時(shí)推動(dòng)高?？蒲腥藛T進(jìn)企業(yè)掛職，匯聚更多優(yōu)秀技術(shù)人才。

這些工作不僅提升了煤炭安全智能精準(zhǔn)開采水平，也為煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和安全生產(chǎn)提供了有力支持。

記者：能具體解釋一下您提出的煤炭精準(zhǔn)開采五大科學(xué)構(gòu)想嗎?

袁亮：煤炭開采隨著深度的增加，難度和復(fù)雜程度也都在不斷增加。我認(rèn)為，煤炭工業(yè)未來一定是大量的人在地面上遠(yuǎn)程遙控，而不是在地下。所以，我在2017年提出了煤炭精準(zhǔn)開采的科學(xué)構(gòu)想，主要包括精準(zhǔn)勘探、精準(zhǔn)控制、精準(zhǔn)感知、精準(zhǔn)開采、監(jiān)控預(yù)警五大方面。目前這已經(jīng)成為煤炭行業(yè)科技攻關(guān)的方向。

記者：您提出進(jìn)行煤礦智能化建設(shè)，目前工作進(jìn)展怎樣?

袁亮：截至今年4月底，全國累計(jì)建成智能化采煤工作面1922個(gè)，智能化掘進(jìn)工作面2154個(gè)。“少人巡視、無人操作”的智能化采掘工作面正逐步實(shí)現(xiàn)常態(tài)化應(yīng)用。這為煤礦安全生產(chǎn)提供了重要保障，對煤炭安全智能精準(zhǔn)開采水平作出重要貢獻(xiàn)，推動(dòng)了煤炭行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

實(shí)現(xiàn)甲烷全濃度利用

記者：為什么要進(jìn)行甲烷管控，請介紹一下我國煤炭行業(yè)甲烷管控的整體情況。

袁亮：在“雙碳”背景下，實(shí)現(xiàn)深部煤層氣高效開發(fā)、甲烷管控或近零排放具有極其重要的戰(zhàn)略意義。煤層氣作為煤炭資源的重要伴生產(chǎn)物，主要成分是甲烷。我國高度重視甲烷排放控制工作。2023年11月，生態(tài)環(huán)境部等11部門聯(lián)合印發(fā)了《甲烷排放控制行動(dòng)方案》。這是我國第一份全面、專門的甲烷排放控制政策性文件，對未來一段時(shí)期我國甲烷排放控制工作進(jìn)行了頂層設(shè)計(jì)和系統(tǒng)部署。

目前，煤炭甲烷管控產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新方面取得顯著進(jìn)展，煤礦瓦斯治理等技術(shù)均取得了重要突破。隨著煤炭行業(yè)向智能化、綠色化轉(zhuǎn)型，煤炭甲烷管控產(chǎn)業(yè)對智能化技術(shù)的投入也在加大。例如通過應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，對煤礦瓦斯的實(shí)時(shí)監(jiān)測、預(yù)警和治理得以實(shí)現(xiàn)，提高了甲烷管控的效率和精度。

在“雙碳”戰(zhàn)略的推動(dòng)下，當(dāng)前我國在甲烷管控減排方面總體上呈現(xiàn)出政策不斷完善、技術(shù)不斷進(jìn)步、監(jiān)測體系不斷健全、具體行動(dòng)不斷深入的積極態(tài)勢。未來，隨著全球應(yīng)對氣候變化力度的加大，甲烷管控減排工作將取得更加顯著的成效。

記者：您在這方面取得了哪些突破?

袁亮：在甲烷管控減排方面，我?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過近40年的努力，主要取得了五個(gè)方面的成績。

一是攻克煤礦瓦斯治理世界性難題。二是持續(xù)推進(jìn)煤礦甲烷管控科技創(chuàng)新，主持完成煤炭行業(yè)首個(gè)國家重大科研儀器研制項(xiàng)目，即“用于揭示煤與瓦斯突出機(jī)理與規(guī)律的模擬試驗(yàn)儀器”。三是攻克甲烷全濃度利用世界性難題。四是提出甲烷減排方法學(xué)。同時(shí)，我們受中國21世紀(jì)議程管理中心委托，牽頭承擔(dān)了《甲烷管控技術(shù)發(fā)展路線圖》的編制工作，并于今年8月8日正式發(fā)布。

記者：您是如何攻克甲烷全濃度利用世界性難題的?

袁亮：甲烷全濃度利用技術(shù)主要分為高濃度利用和低濃度利用兩方面。我們團(tuán)隊(duì)在20年前就已研發(fā)出成熟技術(shù)，解決了10%以上高濃度瓦斯利用問題。最難“啃”的“骨頭”是對濃度為3%—9%的低濃度瓦斯的利用，因?yàn)檫@是瓦斯的爆炸濃度，過去缺乏成熟直接利用技術(shù)。近8年來，我們組建跨學(xué)科多專業(yè)的煤礦低濃度瓦斯安全穩(wěn)定燃燒技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)，自主研發(fā)了煤礦低濃度瓦斯安全穩(wěn)定燃燒技術(shù)，安全高效地解決了低濃度瓦斯利用難題，填補(bǔ)了國際與國內(nèi)技術(shù)空白。該技術(shù)已在多個(gè)煤礦成功應(yīng)用，顯著提高了低濃度瓦斯利用率，減少了溫室氣體排放，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

值得一提的是，我國因此成為唯一具備全濃度甲烷利用能力的國家。

做好安全采煤“必答題”

記者：在煤炭工業(yè)的發(fā)展過程中，我們還面臨哪些阻礙?

袁亮：保障煤炭產(chǎn)能接續(xù)平穩(wěn)，關(guān)鍵是提升深部煤炭資源的安全開采水平。我國已探明的煤炭資源量超過5.9萬億噸，其中深部資源(千米以下)占比超過50%。隨著淺部資源開采不斷推進(jìn)，煤礦開采深度正以每年10—25米的速度增加。當(dāng)前，我國煤礦開采逐漸走向深部，礦井最大開采深度已達(dá)1500米。這意味著，未來將有更多的礦井進(jìn)入地質(zhì)條件和煤層賦存條件復(fù)雜的深部開采。煤礦深部開采面臨的問題和隱患比淺部開采復(fù)雜得多，各類災(zāi)害發(fā)生可能性加劇，在開采環(huán)境、技術(shù)裝備、災(zāi)害防治等方面都面臨前所未有的挑戰(zhàn)。如何在地球深處安全采煤，是迫在眉睫、必須答好的重大課題。

記者：在您看來，解決這些困難應(yīng)從哪些方面入手?

袁亮：防范深部煤炭開采風(fēng)險(xiǎn)，必須從政策、監(jiān)管、技術(shù)、人才等方面全面發(fā)力，將各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)防范工作想在先干在前?？萍紕?chuàng)新是應(yīng)對深部開采風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)的“法寶”，要加快推進(jìn)深部開采安全、環(huán)保技術(shù)研究，盡快培育煤礦深部開采國家戰(zhàn)略科技力量。

技術(shù)的升級、難題的攻克關(guān)鍵靠人才。要推進(jìn)教育、科技、人才“三位一體”融合發(fā)展，深入實(shí)施“人才強(qiáng)煤”戰(zhàn)略，不斷健全完善行業(yè)教育培訓(xùn)體系，強(qiáng)化科技人才支撐，加大青年科技人才培養(yǎng)力度，為煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供人才保障。

記者：您認(rèn)為，煤炭工業(yè)未來的發(fā)展方向是什么?

袁亮：煤炭工業(yè)未來會朝著安全、智能、精準(zhǔn)、綠色、健康的方向發(fā)展。

促進(jìn)煤炭清潔高效利用，重點(diǎn)是加強(qiáng)先進(jìn)燃煤發(fā)電技術(shù)和煤炭高效轉(zhuǎn)化科技攻關(guān)，提升煤炭清潔高效利用水平。支持研發(fā)先進(jìn)煤電技術(shù)、煤基新材料技術(shù)，加強(qiáng)全產(chǎn)業(yè)鏈CCUS科技攻關(guān)。

近日，黨中央、國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》，提出科學(xué)設(shè)定綠色轉(zhuǎn)型的時(shí)間表、路線圖、施工圖。經(jīng)濟(jì)綠色低碳發(fā)展需要推進(jìn)能源革命，促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。煤炭作為我國的主體能源，在保障國家能源安全、推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型方面具有特殊重要意義，因此推進(jìn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展必須面向未來，在能源保供、低碳綠色轉(zhuǎn)型方面持續(xù)發(fā)力。

致青年科技人才

廣大青年科技人才要拓展視野、敢于創(chuàng)新、注重積累。當(dāng)今知識生產(chǎn)和學(xué)科發(fā)展已經(jīng)步入多學(xué)科交叉融合的時(shí)代，因此，青年科技人才應(yīng)具備寬廣的學(xué)術(shù)視野。要勇于打破學(xué)科壁壘，敢于跨越學(xué)科界限，尋找新的研究視角和方法，開拓新的研究領(lǐng)域。創(chuàng)新是科研的靈魂，作為青年科技人才，要樹立強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識，敢于挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀念，善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題，勇于提出新觀點(diǎn)、新理論，敢于嘗試新方法、新手段，不斷突破自我，追求更高研究水平?？蒲惺且粋€(gè)長期積累的過程，只有經(jīng)過長期的積累和沉淀，才能在關(guān)鍵時(shí)刻爆發(fā)出驚人的創(chuàng)新力?？蒲羞^程中只有注重團(tuán)隊(duì)合作與分享，與他人共同進(jìn)步、共同成長，才能在科研道路上走得更遠(yuǎn)。

——袁亮