煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想.pdf

第 4 3卷第 5期 2 0 1 8 年 5月 煤 炭 学 报 J OUR NAL O F C HI NA C O AL S OC I E T Y Vo 1 ． 43 No． 5 Ma v 2 01 8 谢和平， 王金华， 王国法， 等． 煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想 [ J ] ． 煤炭学报， 2 0 1 8 ， 4 3 5 1 1 8 7 1 1 9 7 ． d o i 1 0 ． 1 3 2 2 5 ／ j ． e n k i j C C S ． 2 0 1 8 ． 0 5 1 7 X I E H e p i n g ， WA N G J i n h u a ， WA N G G u o f a ， e t a 1 ． N e w i d e a s o f c o a l r e v o l u t i o n a n d l a y o u t o f c o a l s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y d e v e l o p me n t [ J ] J o u r n a l o f C h i n a C o a l S o c i e t y ， 2 0 1 8 ， 4 3 5 1 1 8 7 1 1 9 7 ． d o i 1 0 ． 1 3 2 2 5 ／ j ． c n k i ． j C C S ． 2 0 1 8 ． 0 5 1 7 煤炭 革命新理念 与煤炭 科技发展构 想 谢和 平 ， 王金 华 ， 王国 法 ， 任怀 伟 ， 刘 见中 ， 葛世 荣 4 ， 周宏 伟 ， 吴 刚 ， 任世华 1 ． 深圳 大学 深地科学与绿色能源研究院 ， 广东 深圳5 1 8 0 6 0； 2 ． 中国煤炭科工集团有限公司 ， 北京1 0 0 0 1 3 ； 3 ． 天地科技股份有限公司 开采设 计事业部， 北京1 0 0 0 1 3 ； 4 ． 中国矿业大学， 江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ； 5 ． 中国矿业大学 北京 力学与建筑工程学院， 北京1 0 0 0 8 3 ； 6 ． 四川大学 水利 水 电学院 ， 四川 成都6 1 0 0 6 5； 7 ． 煤炭科学研究总院 煤炭战略规划研究 院 ， 北京1 0 0 0 1 3 摘要 从重大科学发现对能源科技发展重大促进作用的视角， 研究煤炭科技革命的科学基础与技 术演进趋势， 提 出了煤炭开发利用一体化、 矿 井建设与地下空间利用一体化、 煤基 多元 清洁能源协 同开发和煤炭洁净低碳高效利用四大煤炭革命理念 ； 提 出了近零生态损害的科学开采、 近零排放的 清洁低碳利用、 矿井建设与地下空间一体化利用、 深部原位流态化 开采 四大领域的全产业链煤炭技 术革命路 线图。结合我 国煤炭开发利用的现状、 资源空间分布以及能源结构随时间的变化规律 ， 提 出了煤炭革命 3 ． 0， 4 ． 0和 5 ． 0三个发展 阶段 构想 ， 给出了每个阶段 的战略 目标 ； 系统阐述 了不 同阶 段实现 目 标需要突破的重大理论和前沿技术， 形成了我国未来3 0年煤炭革命的技术路线及战略蓝 图。 关键词 煤炭革命 ； 技术路线 图； 开发利用一体化； 清洁低碳利 用； 多元协同开发 中图分类号 T D 8 文献标志码 A 文章编号 0 2 5 3 - 9 9 9 3 2 0 1 8 0 5 1 1 8 7 一 l 1 Ne w i d e a s o f c o a l r e v o l ut i o n a nd l a y o u t o f c o a l s c i e nc e a n d t e c hno l o g y d e v e l o p m e n t XI E He p i n g ， WANG J i n h u a ， WANG Gu o f a ， RE N Hu a i w e i ， L I U J i a n z h o n g ， GE S h i r o n g 4 ， ZHOU Ho ng we i ， W U Ga ng ， REN S h i h u a 1 ． I n s t i t u t e o fD e e p E a r t h S c i e n c e a n d G r e e n E n e r g y ， S h e n z h e n U n i v e r s i t y ， S h e n z h e n 5 1 8 0 6 0， C h i n a； 2 ． C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g G r o u p C o ．， L t d ．， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3， C h i n a ；3 ． D e p a r t m e n t o fC o a l Mi n i n g a n d R e s e a r c h ， T i a n d i S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y C o ． ， L t d ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3 ， C h i n a； 4 ． C h i n a U n i v e r s i t y ofMi n i n g a nd T e c h n o l o g y ， Xu z h o u 2 2 1 1 1 6 ， C h i n a； 5 ． S c h o o l of Me c h a n ic s a nd E n g i nee r i n g ， C h i na U n i v e r s i t y ofMi n i n g a nd T e c h n o l o g y B e ij i n g ， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a ；6 ． S c h o o l of W a t e r R e s o u r c e a n d H y d r o p o w e r Wa t e r ， S ic h u a n U n i v e r s i t y， C h e n g d u 6 1 0 0 6 5 ， C h i n a ；7 ． R e s e a r c h I n s t i t u t e o f C o a l S t r a t e g y ， C h i n a C o a l R e s e a r c h I n s t i t u t e ， B e ij i n g 1 0 0 0 1 3， C h i n a Ab s t r a c t F r o m t h e p e r s p e c t i v e o f t h e i mp o r t a n t s c i e n t i f i c d i s c o v e r y t o p r o mo t e t h e d e v e l o p me n t o f e n e r g y s c i e n c e a n d t e c h no l o gy ， t h i s p a pe r s t u di e s t he s c i e n t i f i c b a s i s a n d t e c h n o l o g i c a l e v o l ut i o n t r e n d o f t h e c o a l s c i e n c e a n d t e c h n o l o gy r e v o l u t i o n， a n d p ut s f o r wa r d f o u r r e v o l u t i o na r y i d e a s o f c o a l r e v o l u t i o n， s u c h a s t h e i n t e g r a t i o n o f c o a l e x pl o i t a t i o n a n d u t i l i z a t i o n， mi n e c o n s t r u c t i o n a n d u n d e r g r o u n d s p a c e u t i l i z a t i o n， C O d e v e l o p me n t o f c o a l - b a s e d mu h i p l e c l e a n e n e r gy ， c l e a n a nd l o w c a r b o n u t i l i z a t i o n o f c o a 1 ． Th e r o a d ma p s o f c o a l t e c h n o l o g y r e v o l ut i o n i n t he wh o l e i n d us t ry c h a i n i n f o ur a r e a s a r e a l s o p u t f o rw a r d， s u c h a s t h e s c i e n t i f i c e x p l o i t a t i o n o f n e a r z e r o e c o l o g i c a l da ma g e， t he c l e a n a n d l o w c a r bo n u t i l i z a t i o n o f n e a r z e r o e mi s s i o n， t h e i n t e g r a t e d u t i l i z a t i o n o f mi n e c o ns t ru c t i o n a nd u n d e r g r o u n d s pa c e， a nd d e e p i n s i t u 收稿 日期 2 0 1 8 - 0 1 0 9 修回 日期 2 0 1 8 - 0 4 - 1 2 责任编辑 毕永华 基金项 目 中国工程院咨询项 目 2 0 1 5 - N Y一 5， 2 0 1 6 - X Z 一 0 3 6 作者简介 谢和平 1 9 5 6 一 ， 男 ， 湖南双峰人 ， 中国工程院院士 。T e l 0 2 8 - 8 5 4 0 6 0 0 2 ， E - m a i l x i e h p S C U ． e d u ． a n 煤 炭 学 报 2 0 1 8 年第4 3 卷 flu i d i z e d mi n i n g． Ac c o r di ng t o t he p r e s e n t s i t ua t i o n o f c o a l e x p l o i t a t i o n a n d u t i l i z a t i o n i n Ch i n a， t h e s pa t i a l d i s t r i b u t i o n o f r e s o ur c e s a n d t h e c ha ng i n g l a w o f e n e r g y s t r u c t u r e wi t h t i me， t hi s p a p e r p ut s f o r wa r d t h e c o nc e p t i o n o f t h r e e d e v e l o p m e n t s t a g e s o f c o a l r e v o l u t i o n 3 ． 0， 4 ． 0 a n d 5 ． 0 ， a n d g i v e s t h e s t r a t e g i c o b j e c t i v e s o f e a c h s t a g e ． T h i s p a p e r s y s t e m- a t i c a l l y e x p o u n ds t he i mp o r t a n t t h e o r i e s a n d f r o n t i e r t e c hn o l o g i e s whi c h ne e d t O b e b r o k e n t h r o u g h i n d i f f e r e n t s t a g e s t o a c h i e v e t h e g o a l ， a n d f o r ms t h e t e c hn i c a l r o u t e a n d s t r a t e g i c b l ue p r i n t o f t h e c o a l r e v o l u t i o n i n t h e n e x t 3 0 y e a r s ． Ke y wo r d s c o a l r e v o l u t i o n； t e c h n o l o g y r o a d ma p； i n t e g r a t i o n o f d e v e l o p me n t a n d u t i l i z a t i o n； c l e a n a n d l o w c a r b o n ut i l i z a t i o n； c o l l a b o r a t i v e de v e l o p me n t 能源是 国家繁荣和经济可持续发展的基础和支 撑 ， 随着我国经济发展 ， 人们生活质量逐步提高 ， 能源 需求也越来越大 ， 能源供给和消费带来 的相关问题逐 步凸显 ， 如能源开发利用造成严重的环境污染 、 极端 气候事件等等 ， 传统的能源生产、 消费方式不可持续。 对于我国而言 ， 煤炭是最为主要的能源， 资源量 占我 国化石能源资源基础储量 的 9 4 ％左右 ， 远大 于石 油 和天然气 J 。实现煤 炭生产 和消费的变革 ， 提高煤 炭的开发利用效率 、 减少污染 物和二氧化碳排放 、 降 低对资源 、 生态 、 环境等的破坏 ， 对 “ 推动我国能源 生产和消费革命 ， 构建清洁低碳 、 安全高效的能源体 系” 具有决定性的意义。 在全面推进能源生产 和消费革命 的高质量经济 发展新阶段 ， 煤炭必须 自身进行革命 ， 即煤炭开发利 用的理念革命 、 技术革命 、 管理模式革命等 ， 才能提高 煤炭行业安全 、 高效、 绿色和智 能化水平 ， 转 向质量 、 效益 、 集约型发展 。煤炭革命 不是革煤炭 的命 ， 而是 革煤炭“ 落后产能” 的命 ， 革煤炭“ 肮脏利用” 的命 ， 走 向高效 、 清洁、 绿色开发利用的发展道路。 煤炭革命首先是 理念革命 。2 0 1 3年 ， 笔者完成 了中国工程 院课题 “ 煤炭 安全 、 高效 、 绿色开采技术 与战略研究”， 提 出了我国煤炭科学开采及科学产能 的概念， 为我国煤炭行业的发展提出了新的方向和目 标 。2 0 1 5年 ， 中国工程院启动 了能源革命 战略研 究 一期 重大咨询项 目， 笔者继续开展 了“ 中国煤炭 能源革命 的战略研究 ” ， 提 出“ 高端 、 国际化 、 近零 生 态损害、 科学产能 、 高效低碳 、 扩展转型” 的煤炭发展 理念 。 煤炭革命关键是技术革命。我 国可经济开发利 用的煤炭资源并不富余， 只有进行煤炭技术革命才能 克服煤炭生产面临的复杂地质条件 、 采深逐年增加等 多重压力 ， 应对煤炭 的持续需求与当前不够清洁的利 用方式相矛盾等挑战 ， 才能解决煤炭行业面临的可持 续发展的重大科技问题 。 本文在能源革命 的背景下 ， 从重大科学发现对能 源科技发展重大促进作用的视角 ， 系统研究了如何实 现煤炭革命 ， 包括实现煤炭革命需要什么理念 、 煤炭 革命 的目的和战略蓝图、 技术革命如何支撑煤炭革命 等问题 。基于对煤炭革命 的科学基础与技 术演进趋 势的研究， 提出了煤炭开发利用一体化、 矿井建设与 地下空间利用一体化 、 煤基多元清洁能源协同开发和 煤炭洁净低碳高效利用四大新理念 ， 以及近零生态损 害的科学开采、 近零排放 的清洁低碳利用 、 矿井建设 与地下空间一体化利用、 流态化开采 四大领域 的全产 业链煤炭技术革命路线图， 规划 了煤炭革命 3 ． 0 ， 4 ． 0 和 5 ． 0三阶段的发展路径及战略 目标 ， 系统阐述了不 同阶段实现 目标需要突破的重大理论和前沿技术 ， 从 而形成 了我国未来 3 0年煤炭革命的技术发展战略蓝 图， 提出了我国煤炭革命 的发展方 向和 目标 ， 使煤炭 成为最经济 、 最可靠 的清洁绿色能源 ， 支撑国 民经济 高质量的发展。 1 煤炭革命科学技术基础及新理念 1 ． 1 煤炭革命的科学技术基础 研究表明[ 8 - u ， 历次工业革命都伴随着能源结构 衍生及品种更替。 自然科学和工程技术的进步是能 源更替的驱动力 ， 推动人类 主体能源经历 了“ 柴薪 煤炭 石 油 低碳 ” 的变 迁。科学原理认 识和技术 进步决定了能源系统 的变迁方 向和速率 图 1 ， 人类 对 自然科学的新发现为能源技术史上的重大技术变 迁奠定了关键基础 。从摩擦生热原理一直到爱因斯 坦的相对论 ， 推动能源由固态到液态 、 再到电磁场 、 能 量场的跃迁 ， 是利用水平和效率提升、 由低密度能源 向高密度能源演进的过程 。 各种主体能源的增 长与兴替都遵循着量变与质 变相统一的 L o g i s t i c 增长模式 ， 也称作 5曲线的发展 模式 图 2 。 这一演化发展过程的方程表达形式 为 dT 一 ＼ ／ 式中， x为系统的发展水平 ； T为时问； r 为系统发展 的内在增长率 ； K为系统容量 ， 是系统发展的极限。 例如 ， 1 9 2 0 -- 1 9 6 0年间的美 国煤炭产 量的 L o g i s t i c曲线 图 3 ， 很 明显 的出现 了增长 饱 和 跃 迁 5期 谢和 等 煤炭， 命新州念 煤炭科技发腱构思 取火 轮 规缛 l l l 火能水轮 『 ． 』 I 机 机 I I 内 1受 f H 煤 燃 l 乜 零删 机 站 放 阳 1 人类 曩大科技变革 及其刘 能源 革命的 霞 贡献 Fi g ．1 GJ P al t e c hn o l o g i ’i I J t r a n s f o r n l a t i o i a r 】 1 i l s i n po t ‘ l H J I c o n t r i l mt i l l t o t h e ll l ’g ’r e ol u l i o n 、 、 一 ／ ／ 图 2 能源发腮 亍 跃迂 的 L o g i s i i 曲线 Fi g ． 2 l 』1 g i s i i ‘I I I- V o l’ P n e r de v eh ／ | l l l e l l a l l {t i，a ns i t i l l 3 美 煤 炭产量 的 l o g i s l i 增长I I I I 线 Fi g ．3 l _o g i s t i c ur v e o t c o a l i r o du c t i o n i n t h e Uni l e I Sl a t e s 的由量变 引起质 变 的规律。 与煤 炭产 塌 的增 长 沿 着 L o g i s t i c 路径进行时， 必将 会由于约束而趋于发展 的饱和 停滞 阶段 ， 由此便构成 r 一个发展周期 此时 ， 必须有相关的驱动凶素推动系统向新的发展路 径上跃迁 ， 从而实现进一步的发展。这 一 驱动冈素 定是科学原理 技术创新 的重大突破。煤炭要在人 类社会发展过程中继续扮演重要角色 ， 就必须顺应能 源发展的规律。凶此， 必须推动煤炭科学技术的重大 创新和突破 ， 使煤炭技术实现革命性变迁 ， 为煤炭革 命奠定坚实的发展基础 。 1 ． 2 煤炭革命新理念 煤炭革命的核心是理念革命 ， 开展煤炭革命 的科 技创新需要科 的理念指引发展方 向 因此提 H { 煤 炭J f 发利 一体化 、 矿外 建设 与地 卜 问利用 一体 化 、 煤磬多 L 一 , T、 H i t ] ‘ 厶fl y -, 源协同升发和煤炭沽} 了 } 低碳离效 利用 四大新理念。 1 ． 2 ． 1 煤炭1 十 发 ll J i t 一体化弹念 传统煤炭行业 只沣重研 究煤 炭 采的科 学 技术问题 ， 而很少考虑煤 炭利用 、 生态环境等领域 的 问题 、煤炭利用科学技l术问题 的攻天难度更大 ， m此 造成的 态破坏 、 环境 负效 埘煤炭产业肜成 _r重人 冲击和挑战。真 造成煤炭环境污染的不是煤炭 本 身 ， m是没有按照绿色生态 、 洁净 、 低碳的 式开发利 用好煤炭。煤炭革命 必须改变 目前 卜游脱节 的发 展卡 } l 式 ， 树立开发利用一体化的 念 ， 必须进行煤炭 7 f 发 、 利用整个技术产业链 的革命． ， 实现煤炭开发利用 一体化需开展 系统的探索 、 攻关 ， 研究采选允 体化 图 4 、 煤炭地下 气化／ 液 化 、 地下气化／ 地 下发 电一体化等技 术 研究将 传统的圩发和利用 融合 的技 术装 备， 『 t l “ 外下挖 煤 出地面” 转 变为“ 外下挖煤 出地 ”， 由 “ J f 下 只 挖煤” 转 变为“ 片下深地 原位实现挖煤 、 电 、 热 、 气 一 体化综 合 J r 发 利用”， 实现 对深 地 煤炭 资 源 的采 、 选 、 冶 、 允 、 电 、 气 的原值 、 实时和 一体化开 发 ， 实 现 深地煤炭资源J l 发的“ 地上无煤 、 片 卜无人” 的绿色 环保 J F 采 r { 标 。 混 凝 原f 采 区 填 充 ⋯一⋯ 一 圆圈 一 涡旋 分选粗计 ， 一 “ 卜采选充 体化 1 ． 芝 l 钢4井 采选允 体化 『 } i g ． 4 L l l h r g r i l li I i r il e gi’a t e d pi’ 【 】【 e s s o t l n i n i n g． s Pl e t rin g a I I I 1 f i l l i n g 1 ． 2 ． 2 矿i f - 建没 j 地下空问利J 4 J一 体化理念 随着经济礼会发展 ， 城市发展 临的人 【 j 增J J u 、 上地紧缺 、 住房紧张等问题 ， 向地 要夺问成 为发展 趋势 卜 j 必 然选择 ， 2 1世纪是地下 空问利用 的1 纪。 然而 ， 煤炭开发本身形成了巨大的地下空间却没有得 到有效利用。传统产业转型升级去产能 、 去库存 导致 大量矿井关闭 ， 如果直接简 封井将造成数万亿元地 _血地下 固定资产 的废弃和浪 费。。 因此 ， 合理有效 黻 泌 沦 一 一 ， 千 ． 定 一 一 功 火 _1 Ⅲ 『 _ ， 论L， 厂 告 ] 爱 断圯 一 一． 比 兜 b 嫩 件● 纪 U 论 李 理 胀 缩 球 L 厂 汽 热 冷 定一 一 ． 蒸 顿 学人律L r ●动 乍力． 定 一 一 动 阻理 ． “ 滚减 原 _ _ 1 ] 擦热 理 L 厂 术 撇 ● 机 糊 机 锄 主 机 链 一 一 ． ． 煤 炭 学 报 2 0 1 8 年第4 3 卷 的利用煤矿开采形成 的地下空 间既能避免空间资源 浪费 ， 又能满足经济社会发展的需求 ， 符 合新 时代绿 色、 共享的理念 。所 以， 煤炭革命要树立 矿井建设与 地下空间利用一体化开发 的理念 ， 实现煤炭资源开发 与地下空间利用的协调同步。 矿井建设与地下空 间一体化要求在矿井规划设 计、 开拓布局的时候就考虑到关 闭的时候如何转型升 级 、 再利用 ， 建立一体化设计 、 一体化建设 、 一体化开 发的技术体系。以煤炭资源量、 服务年限、 年产量、 采 出率 、 地表沉陷量、 水资源保护率 、 科学产能指标等作 为变量 ， 优化煤矿开采 和地 下空间利用 两个 目标 函 数 ， 获得资源开采量和地下空间利用效率的同时最大 化 。煤矿地下空 间可 纳人 城市 的整 体空 间规 划 ， 打造地下博物馆 、 地质公 园、 地下立体 车库等 ， 形 成地下新型经济业态 。 1 ． 2 ． 3 煤基多元清洁能源协 同开发理念 当前 ， 煤 矿 生 产 只完 成 了煤 炭一 种 资 源 的开 采 ， 而与 煤炭 共 伴 生 的其 他资 源 ， 如 铝 土 矿 、 贵 金 属 、 稀有元素 、 煤层气 、 地热等资源能源却 没有得到 有效开 发利用 。实 际上无 论 以何种形 式存 在 的资 源 、 能源都是 我们获 取 的对 象 ， 我们 完全 可 以总体 考虑 ， 在一次建井 、 采掘过程 中同步开采多种资源 ， 发展煤与共伴生资源共采技术 ， 做到一体化协 同开 发。所 以 ， 煤 炭革命应树立煤 基多元清洁能 源协 同 开发理念 ， 将煤矿 由单 一能源供给基地转 型升级为 综合能源和资源基地 。 资源协同开发重点发展的技术有 煤炭开采过程 中煤层气 、 矿井水、 煤矸石、 粉煤灰等多种资源及 废弃物的综合利 用技术 ， 煤 系共伴 生 的稀 土元素和 镓、 锂 、 铀 、 硒等金属元 素的提取技术 。煤炭与太 阳能、 风能、 核能等其他能源耦合利用技术； 在井下进 行煤炭原位就地转化 ， 构建合成燃气用于整体煤气化 联合循环 I G C C 发 电、 C O 封存及增强地热开采一 体化 ； 以干热岩集热供热 的地下煤炭原位干馏理 论与技术 ， 基于电磁感应加热和微波辐射加热的地下 煤炭原位热解理论与技术 ； 基于微生物溶煤的地下煤 炭原位生物开采理论与技术。 1 ． 2 ． 4 煤炭洁净低碳高效利用理念 “ 不论 出身 ” 煤炭也 能成 为清洁能源 ， 是煤炭革 命 的终极 目标 。如果煤炭不 自我革命 、 实现煤炭的清 洁高效利用 ， 就会被革命。所 以， 煤炭革命必须树立 煤炭洁净低碳高效利用理念 ， 努力向超低排放和近零 排放方向迈进 。 目前 7 0 ％燃煤发 电超低排放达到 了天然气 的排 放水平 ， 超过 5 ％燃煤工业锅炉 已可实 现超低排放。 实现煤炭洁净低碳高效利用主要技术途径包括 高效 发电、 大型高效工业化燃煤锅炉等超低排放技术 ， 二 氧化 碳 高 效 捕 集 、 封存 和 利 用技 术 ； 高 效 煤 炭 转 化 煤制油 、 煤制烯烃 、 煤 制天然气 等 技 术 ， 水及污 染物二次处理技术等 。 2 煤炭革命的总体 目标及战略蓝图 2 ． 1 煤炭革命 总体 目标 煤炭革命是煤炭行业整体进步的推动力， 总体而 言 ， 煤炭革命应达到 3个 目标。 2 ． 1 ． 1 煤炭成为清洁能源 通过煤炭革命 ， 使煤炭成为清洁能源 ， 即 1 清洁绿色。实 现开发 、 利用 、 转化 污染物全 程近零排放 ， 推动煤炭由“ 黑” 变“ 绿 ” ； 高碳能源低碳 化利用 ； 实现污染物及共伴生资源最大限度的资源化 利用 。 2 高效智能。煤 炭开发 、 利用 、 转化 全过程 中 的高效技术及装备和优化集成高效系统 ； 煤中特殊成 分的有效利用 ， 实现资源节约 、 集约发展 。 3 可持续。保护利用地下水资源 ， 保护改善地 表生态环境 ， 实现煤炭开发利用生态环境友好 ； 实现 煤炭开发近零伤亡 ； 推进高碳 能源低碳发展 ； 持续保 障国家能源安全。 2 ． 1 ． 2 煤矿区成为煤基多元协同能源基地 通过煤炭革命 ， 使煤矿成为集光、 风 、 电、 热 、 气多 元协 同的清洁能源基地 ， 包括 1 煤炭生产 区煤 矿区本身就是 一个多能 源系统。以煤为基础 ， 煤矿区应当发展多能源协同开 放的清洁能源系统 。 2 大力发展坑 口清洁低碳煤 电， 提高煤电发 电 效率 ， 实现煤 电的近零排放 ， 减少原煤 长距 离运输 和 污染排放 。 3 依托煤矿位于距离城镇较远 或山区偏远地 区 ， 利用优势条件大力发展 太阳能 、 风能、 蓄水能 ， 以 煤电为核心 ， 与太 阳能发电、 风电和水电的协 同发展 ， 多种 电力能源的协同高效开发利用。 4 依托煤矿区的生产条件和井下空 间优势 ， 大 力发展煤矿井下新型生产工艺 ， 实现煤基 电、 热、 气 的 全井下供应和生产 ， 污染物井下控制与处理 ， 形成煤 炭清洁能源系统 、 地下房地产及地下城市等。 2 ． 1 ． 3 煤炭行业成为社会尊重 、 人才 向往的高新技 术行业 煤炭革命是个长期过程 ， 是系统工程 ， 行业通过 高端化 、 国际化 、 绿色化 、 低碳化发展 ， 成为社会尊重 、 人才 向往 的高新技术行业 ， 包括 第 5期 跚卡 等 煤炭 r‘f 命新 念 j 煤炭科技发腱构想 1 以“ 矿 L 安全 j 职业健康 ” 倒遄矿 近零伤 ，提升矿 职业健康水半 。 2 以“ 卜 念绿色” 倒逼煤 炭开发 、 利用 、 转化过 程中环境友好 、 低碳利用以及污染物全程近零排放 3 以“ 高效智能” 倒逼煤炭开发 、 利用 、 转化过 程 中的装备信息化 、 智能化 、 无人化 ， 使煤炭行业成为 现代化 、 知识化 、 专、 l 化的高技术产业 ， 炭科 ’ 开采水 、 l 人化 丌乐 I l 动化 川求 l {}lj 化开 地 震、 人 J 汞垛 2 ． 2煤炭革命总体战略蓝图 为实现 J 述 日标 ， 给⋯煤炭 t’ I 命的阶段划分 、 阶 段 H标及总体战略蓝I殳 1 ， 如I 警 I 5所7 】 j ， J ／ 『 十 通过 3 0～ 4 0年的努 J ， 使煤炭行业 1 最初的 一资源 采 、 利 刚发展成为煤 多元 M 化采川一体化干 深地 f u ] 利J } J 的智慧能源系统， 煤炭最终成为安 、 绿色 、 H 靠 、 高科技 含qL LL 的清沽能源。 排放丛刊 能源水平 罔5 煤炭 命总体战略监 Fi g ． 5 0v r a l l s na t e g i r I a h n a p f l h t ‘ l l r I V O ] l i t h l 煤炭革命 的发展演进l有时问、 空间和技术演进 3 个维度。从时间角度， 煤炭革命是一个长期 的过程。 笔者总结 了之前 l 0 多年的煤炭技术发展规律 ， 即煤 炭经历_ r人工 开采 、 机械化开采两个阶段 ， 称之 为煤 炭 1 ． 0和 2 ． 0时代 ， 1 ． 0时代的煤炭仅仅作为燃料被 低水平的开采利用 ； 目前发展剑 2 ． 0阶段 的后期 ， 煤 炭开采效率 、 利用水平大幅提升， 在满足能源需求 的 同时也带来了一系列『 口 J 题。本义在此基础 f ， 提出未 来 3 0年煤炭革命 3 ． 0 ， 4 ． 0和 5 ． 0的阶段划分。煤炭 3 ． 0阶段要实现 自动开采 、 超低排放 ， 4 ． 0阶段 要实现 智能开采 、 近零排放 ， 5 ． 0阶段要实现无人 J F 采 、 达到 再生能源排放标准 。从窄问角度， 日前开采深度已经 到 1 5 0 0 1 1 1 ， 冉继续 向深部进 ， 将受到高地压 、 高地 温及复杂地质条件等因素的严重制约 ， 面临极大的安 全 、 环境 、 技术及经济风险 当前的开采理论 和方法 适应的开采深度是有极限的， 超过这个极限就必须考 虑采用全新 的开采方法。从煤炭 3 ． 0， 4 ． 0阶段就开 3 近 ‘譬摊放 俞 趔低} 染坩 放 八 t J 低 ，j 染 放 t I l 然 0 染j II 放 始研究颠役现有物 采方法 1 j 体 系的深部 化流 态化J f 采理论 、 技 术 ‘ j 装备， 剑煤炭 5 ． 0阶段 始 】 业性试验心用 。从技术研究演进的f f 】 度， 将按照“ 现 有 础 支撑技术一 突破性技术一 颠役件技 术” 构建煤 炭 3 ． 0 ， 4 ． 0干 I l 5 ． 0 个阶段的技术蓝l 割。开采 、 利J f j 技术的研究／ f 要号虑现有技 术的升级 突破 ， 还 有埘新的 、 颠筱性技术 的探索 ， 从 应对 木来的技 术 变革。 按照煤炭革命总体 n怀 L j 战略监 的没想 ， 将煤 炭革命的发展分为 3个阶段 1 2 0 2 0年 前 煤 炭 3 ． 0 2 0 0 0 1 1 1 以浅 阶段 2 0 2 0年之 I j i 『 ， 开采 2 0 0 0 1 1 1以浅煤 炭资 源 通 过 技 术推广 j 升级 ， 建 成超 低 ， 1 i 念 损 。 卜 孑 低 排 放 的机械化 、 信息化煤炭 开发利用 体 系 ， 进入 井下 少 人 、 接 近天然气排放水平 的煤炭 L业 3 ． 0时 代 ， 煤 矿井 下空 间得 到初 步利 用 ； 煤 炭 3 ． 0足 J l 采 及 利 用技 术的革命 。 ■． 圳 ▲ - ● 利 近 煤 炭 学 报 2 2 0 2 0 --2 0 3 5 煤炭 4 ． 0 3 0 0 0 m以浅 阶 段 ． ． 2 0 2 0 --2 0 3 5 ， 采 3 0 0 0 n l 以浅煤炭资源 通 过技术的突破 ， 成近 ， I i 念损 与近岑排放的智能 化 、 多J 煤炭 发利川体系， 进入井下无人 、 接近清沽 能源排放水 、 的煤炭 I 、 4 ． 0时代， 煤矿_片 『 n J 得 刮 r 效利J I t ； 煤 炭4 ． 0足J l 采及利H J 法的节命。 3 2 0 3 5 2 0 5 0 煤 炭 5 ． 0 3 0 0 0 I 1 ／ 以深 阶 段 2 0 3 5 -- 2 0 5 0‘ 卜 ， 采 3 0 0 0 I l l 以深煤 炭 资源 、现 仃 宋体 系尢法仃效支撑 通过颠役性技术的研究 ， i g ． 6 l v t I 2 ． 3 ． 1 夸 -ll f i 皂 化几人J l 采 建成煤暴多儿 、 放 、 I、 绿色 发利川n 勺 消沾能源 地 ， 进入仆 卜 尤人 、 地 尤煤 、 纯消 能源的煤炭 I 、 I 5 ．