我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向.pdf

第4 6 卷第1 期 2 0 2 1 年1 月 煤炭 学 报 J O U R N A LO FC H I N AC O A LS O C I E T Y V o l l 4 6N o ．1 J a n ． 2 0 2 1 i i 萋| | 麓蘩罐| | 滋| | | | i i | | | | 我国煤炭工业科技创新进展及“十四五“ 发展方向 刘峰1 ”，曹文君1 ，张建明1 ，曹光明1 ，郭林峰1 1 ．中国煤炭工业协会，北京1 0 0 0 1 3 ；2 ．中国煤炭学会，北京1 0 0 0 1 3 摘要煤炭是我国的基础能源和工业原料，长期以来为经济社会发展和国家能源安全稳定供应提 供了有力保障。作为煤炭工业健康有序发展的核心动力，“十三五”以来，我国煤炭行业自主创新 能力得到了大幅提升，实现了从跟踪、模仿到部分领域并跑、领跑的转变，取得了突出的成就。系统 总结了“十三五”以来我国煤炭科技取得的主要成果，梳理了煤炭地质勘探、矿井建设、煤及共伴生 资源开采、矿井灾害防治、煤机装备与智能化、洁净煤技术、节能环保与职业健康等7 个领域所取得 的理论、技术及工程应用方面的进展。分析了当前煤炭科技发展面临的共性问题，指出煤炭科技创 新支撑我国煤炭工业高质量发展的能力依然不足。提出了煤炭科技自立自强、完善现代化煤炭开 发利用理论与技术体系的“十四五”煤炭科技发展目标。围绕煤炭安全绿色智能开采和清洁高效 低碳利用，明确了“3 l l1 0 ”科技创新主要任务，包括煤炭绿色智能开采、煤矿重大灾害防控、煤炭清 洁高效转化三大煤炭基础理论研究，煤炭资源勘查与地质保障、大型现代化矿井建设、煤炭与共伴 生资源协调开采、煤矿灾害防治、煤矿智能化与机器人、煤炭清洁高效加工、煤炭高效转化利用、煤 矿职业危害防治、煤矿应急救援、资源综合利用与生态保护十大重点领域核心技术攻关，煤矿井巷 全断面快速掘进、复杂地质条件煤层智能综采、智能化煤矿建设、智能精细高效洗选、煤炭分质利用 技术、煤炭液化及高端化工品制备、废弃矿井地下空间资源综合利用、矿区大宗固废资源利用、大型 矿区生态修复、煤炭产品质量精准调控1 0 项重大技术创新示范，复杂地质构造槽波地震探测、导井 竖井掘进机凿井、掘支运一体化全断面岩巷掘进、煤矿井下水力压裂增透、干法矿物高效分离、采煤 沉陷区土地复垦与农业生态再塑、智能无人综采工作面等百项先进适用技术推广应用，为“十四 五”时期煤炭科技的发展方向提供了指导意见。 关键词煤炭工业；科技创新；煤炭开发；清洁利用；发展方向；“十四五” 中图分类号T D 4 1 6 ．2 1 ；T D 0 文献标志码A文章编号0 2 5 3 9 9 9 3 2 0 2 1 0 卜0 0 0 卜1 5 C u r r e n tt e c h n o l o g i c a li 皿o V a t i o na n dd e V e l o p m e n td i r e c t i o no ft h e14 m F i v e ．Y e a rP l a np e r i o di nC h i n ac o a li n d u s t r y L I UF e n 9 1 ”，C A 0W e n j u n l ，Z H A N GJ i a n m i n 9 1 ，C A 0G u a n g m i n 9 1 ，G U OL i n f e n 9 1 1 ．醌i Mc 0 Ⅱf 删珊打yA s s o c 泐抽凡，曰e 承n g 1 0 0 0 1 3 ，饥f M ；2 ．∞i 加c o o zs o c 如秒，B e 讲增 1 0 0 叭3 ，傩i n Ⅱ A b s t r a c t A st h eb a s i ce n e r g ya n di n d u s t r i a lr a wm a t e r i a l ，c o a lh a sp I ．o v i d e da ne f 玷c t i v eg u a r a n t e ef o rt h es o c i o - e c o - n o m i cd e V e l o p m e n ta n dt h en a t i o n a le n e r g ys e c u r i t ya n ds t a b l es u p p l yi nC h i n a ．S i n c et h el3 mF i V e - Y e a rP l a n p e r i o d ， t h ei n d e p e n d e n ti n n o v a t i o nc a p a b i l i t yo ft h ec o a li n d u s t r yh a sb e e ns i g n i f i c a n t l yi m p r o v e da st h ec o r ed r i V i n gf ．o r c ef b r t h ec o a li n d u s t r yh e a l t h ya n do r d e r l yd e v e l o p m e n t ，w h i c hh a sb e e nr e a l i z e dt h et r a n s f b 舢a t i o nf } o mt r a c k i n g ，l e a m i n g 收稿日期2 0 2 卜0 卜0 3修回日期2 0 2 卜0 卜2 1责任编辑常琛D o I l O ．1 3 2 2 5 ／j ．c n k ij c c s ．2 0 2 1 ．0 0 4 2 作者简介刘峰 1 9 6 7 一 ，男，甘肃平凉人，研究员。E m a i l f e n g l i u c c s o u t l o o kc o m 引用格式刘峰，曹文君，张建明，等．我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向[ J ] ．煤炭学报，2 0 2 l ，4 6 1 l 1 5 ． L I uF e n g ，c A 0w e n j u n ，z H A N GJ i a n m i n g ，e ta 1 ．c u r r e n tt e c h n o l o 百c a li n n o v a t i o na I l dd e v e l o p m e n td i r e c t i o no ft h 。 1 4 廿1F i v e Y e a rP I a np e r i o di nc h i n ac o a li n d u s t r y [ J ] ．J o u m a lo fc h i n ac o a ls o c i e t y ，2 0 2 1 ，4 6 1 1 一1 5 ． 移动阅读 万方数据 2 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 t op a r a l l e lr u n n i n ga n dl e a d i n gi ns o m ea r e a s ，a n dh a sb e e na c h i e v e dt h eo u t s t a n d i n ga c h i e v e m e n t s ．T h i sp a p e rs y s t e m ． a t i c a n ys u m m a r i z e st h em a i nt e c h n i c a Ia c h i e v e m e n t si nC h i n ad u r i n gt h eI3 小F i v e Y e a rP 1 a np e r i o d ，a n dp r e s e n t st h e p I D g r e s so ft h e o r y ，t e c h n o l o g ya n de n g i n e e r i n ga p p l i c a 土i o n si ns e v e n6 e l d s ，i n c l u d i n gc o a lg e 0 1 0 9 i c a le x p l o r a t i o n ，m i n e c o n s t m c t i o n ，c o a la n da s s o c i a t e dr e s o u r c em i n i n g ，m i n ed i s a s t e rp r e v e n t i o n ，c o a lm a c h i n e r ya n de q u i p m e n ta n dt h e i r i n t e l l i g e n c e ，c l e a nc o a lt e c h n o l o g y ，e n e r g yc o n s e n ，a t i o na n do c c u p a t i o n a lh e a l t h ．A l s o ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec o m m o n p r o b l e m sf a c e db yt h ec u I T e n tc o a lt e e h n 0 1 0 9 yd e v e l o p m e n ta n dp o i n t so u tt h a tt h ec o a lt e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o na b i l i ． t i e sa r es t i l li n a d e q u a t et os u p p o r tt h eh i g h q u a l i t yd e v e l o p m e n to fC h i n ac o a li n d u s t r y ．T h ec o a ls c i e n t i 6 ca n dt e c h n o ． 1 0 9 i c a ld e V e l o p m e n tg o a l so ft h e1 4 mF i v e Y e a rP l a np e r i o da r ep u tf o r w a r dt oi m p r o v et h em o d e md e v e l o p m e n t ，u t i l i ． z a t i o nt h e o r ya n dt e c h n i c a ls y s t e mo fc o a lt e c h n 0 1 0 9 yt o w a r d ss e l f - r e l i a n c e ．I no r d e rt o p r o v i d eag u i d a n c ef ．0 rt h ed e ． V e l o p m e n td i r e c t i o no fc o a lt e c h n o l o g yi nt h ep e r i o do ft h e1 4 mF i v e Y e a rP l a n ，t h em a i nt a s k so f “3l 11 0 ”s c i e n t i f i c a n dt e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o na r es p e c i f i e da r o u n dt h ec o a ls a f e ，g r e e n ，i n t e U i g e n tm i n i n ga n dc l e a n ，e m c i e n t ，1 0 w ．c a r ． b o nu t i l i z a t i o n ，w h i c hi n c l u d et h et h r e eb a s i cc o a lt h e o r e t i c a lr e s e a r c h e s g r e e ni n t e l l j g e n tc o a l m i n i n g ，p r e v e n t i o na n d c o n t I - 0 lo fm a j o rc o a lm i n ed i s a s t e r sa n dc o a lc l e a n n e s sc o n v e r s i o n ．T h ec o r et e c h n i c a lr e s e a r c ho ft e nk e yf i e l d si n c l u d e sc o a lr e s o u r c ee x p l o m t i o na n dg e o l o g i c a lp r o t e c t i o n ，l a r g e s c a l em o d e mm i n ec o n s t r u c t i o n ，c o o r d i n a t e dm i n i n go f c o a la n da s s o c i a t e dr e s o u r c e s ，c o a lm i n ed i s a s t e rp r e v e n t i o n ，c o a lm i n ei n t e l l i g e n c ea n dm b o t s ，c l e a na n de m c i e n tc o a l p m c e s s i n g ，e 伍c i e n tc o n v e r s i o na n du t i l i z a t i o no fc o a l ，p r e v e n t i o no fo c c u p a t i o n a lh a z a r d si nc o a lm i n e ，c o a lm i n ee m e r ． g e n c yr e s c u e ，a n dc o m p r e h e n s j V eu t i l i z a t i o n “r e s o u r c e sa n de c o l o 矛c a lp r o t e c t i o n ．’r e nm a j o rt e c h n o l o 西c a li n n o v a t i o n d e m o n s t r a t i o np r o j e c t sc o n s i s to ff u U f a c er a p i de x c a V a t i o no fc o a lm i n es h 撕，i n t e U i g e n tf u l l ym e c h a n i z e dc o a lm i n i n g i nc o m p l e xg e 0 1 0 9 i c a lc o n d i t i o n s ，i n t e l l i g e n tc o a lm i n ec o n s t l l l c t i o n ，i n t e l l i g e n t ，6 n ea n de m c i e n tw a s h i n g ，c o a lu t i l i z a t i o nt e c h n o l o g y ，c o a ll i q u e f a c t i o na n dh i g h e n dc h e m i c a lp r e p a r a t i o n ，c o m p r e h e n s i v eu t i I i z a t i o no fu n d e 唱m u n ds p a c e r e s o u r c e si na b a n d o n e dm i n e s ，u t i l i z a t i o no fb u l ks o l i dw a s t er e s o u r c e si nm i n i n ga r e a ，e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o no fl a r g e m i n i n ga r e a s ，a c c u r a t ec o n t r o lo fc o a lp r o d u c tq u a l i t y ．H u n d r e d so fp m m o t i o na n da p p l i c a t i o no fa d v a n c e da p p l i c a b l e t e c h n o l o 舀e s ，s u c ha sf u l l f a c er a p i de x c a v a t i o no fc o a lm i n e ，i n t e l l i g e n tc o a lm i n ec o n s t r u c t i o n ，h i g he f b c t i v ed r yc o a l b e n e 矗c i a t i o nt e c h n o l o g y ，e t c ．，w i l lb ei m p l e m e n t e d ． K e yw o r d s c o a li n d u s t r y ；s c i e n t i 6 ca n dt e c h n 0 1 0 9 i c a li n n o v a t i o n ；c o a le x p l o i t a t i o n ；c l e a nu t i l i z a t i o n ；d e v e l o p m e n td i ． r e c t i o n ；1 4 ‘“F i v e ．Y e a rp l a np e r i o d 煤炭作为我国的基础能源和工业原料，长期以来 为经济社会发展和国家能源安全稳定供应提供了有 力保障。“十三五”以来，在国家推动供给侧结构性 改革政策措施指导下，经过5a 的不懈努力，过剩产 能得到了有效化解，煤炭生产结构优化，市场供需实 现了基本平衡，行业效益回升，转型升级取得实质进 展，煤炭行业改革发展迈上新台阶。 作为煤炭工业健康有序发展的核心动力，煤炭行 业自主创新能力得到了大幅提升，建立起以企业为主 体、市场为导向、产学研协同创新的科技创新体系，初 步形成功能互补、导向明确的行业研发平台和创新基 地合理布局，煤炭科技实现了从跟踪、模仿到部分领 域并跑、领跑的转变，取得了突出的成就。其中，在大 型矿井建设、地质精细化勘探、特厚煤层综放开采、燃 煤超低排放发电、高效煤粉型和水煤浆浆体化工业锅 炉、现代煤化工等领域的共性关键技术达到国际领先 水平；煤机装备实现了国产化，装备制造水平位于世 界先列，引领了国际煤炭智能化开采发展方向；超大 采高智能开采关键技术与成套装备研发应用，煤制油 品／烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用，煤间 接液化成套技术创新开发及产业化等大型示范工程 项目实施取得成功，为行业平稳运行，提高发展质量 和效益，推动现代化煤炭经济体系建设奠定了坚实基 础。 因此，总结“十三五”期间煤炭行业科技创新成 果，回顾各领域取得的进展，分析煤炭科技面临的共 性问题，确定“十四五”科技创新发展目标，厘清煤炭 科技发展所面临的制约因素，部署科技创新重点任 务，对于引导煤炭行业深化改革创新及供给侧结构性 改革，推动新时期煤炭工业高质量发展具有重要意 义。 1 “十三五”煤炭工业科技创新进展 1 ．1 煤炭地质勘探 “十三五”以来，煤炭地质勘查理论体系不断完 善，形成了具有中国特色的煤炭地质学新理论与综合 万方数据 第l 期刘峰等我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向 3 勘查技术体系、矿井复杂地质构造与灾害源探测体 系、矿井灾害源超深探测地质雷达装备及技术方法、 采煤工作面涌水量多阶动力学动态预测技术等代表 性理论与技术成果。 1 资源勘查方面。发展出适合中国煤炭资源 分布特点的煤炭资源综合勘查技术体系，将“煤田地 质勘探”发展为以煤为主、包含煤层气、页岩气、致密 砂岩气以及高岭土、铝土矿、“三稀 稀有、稀土、稀散 金属 ”等多能源矿产协同勘查，并涵盖煤炭勘查、矿 井建设、安全生产、环境保护等内容的“煤炭资源综 合勘查”。 2 地质构造探测方面。建立了矿井复杂地质 构造与灾害源探测体系，“地震主导、多手段联合、采 前采中配合”矿井地质保障技术的成熟应用，可查明 l0 0 0m 深度以内落差3 ～5m 以上的断层和直径 2 0m 以上的陷落柱。国产井下随钻测量定向钻进技 术与装备取得重要进展，创造了井下深孔定向钻 进33 5 3m 的新记录。开发了矿井灾害源超深探测 地质雷达装备及技术方法⋯，首次实现了8 0m 范围 内的地质构造和灾害源的精细探测，探测距离提高 1 ．6 倍以上，地质构造验证率平均达7 5 ％；开发矿井 低频地质雷达探测系统及C T 透视反演软件，实现了 透射法3 0 0m 跨度工作面的地质构造和灾害源的精 细探测，探测精度提高3 0 ％以上心J 。 3 在矿井水害预测方面。开发出基于工作面 涌水量采前快速预测与采中动态校正方法的涌水量 动态预测软件，实现了工作面推采过程采空区峰值涌 水量、动态稳定涌水量及发生位置的精细预测，将应 用矿井工作面涌水量预测精度从7 0 ％以下提高到 8 5 ％以上，完善了矿井涌水量预测技术体系∞】。 1 ．2 矿井建设 “十三五”以来，矿井建设理论体系不断完善， 立 斜 井凿井、快速高效掘进、巷道支护等关键技术 取得历史性突破，形成了以冻结、钻井、注浆为主的建 井理论与技术体系，研制出超大直径深立井建井技术 和大型成套装备。 1 立 斜 井凿井建设方面。攻克了深厚岩层 中新型单层冻结井壁技术、深部冻土成套实验装置与 技术和冻结孔固管充填缓凝水泥浆液及施工技术，使 得深立井建设最大主井井筒净直径达到9 ．6m [ 43 ；建 立了复杂地层深长斜井冻结壁三维动态模型和冻结 壁设计计算体系，研发了深厚含水砂层深长斜井冻结 段井壁结构、施工工艺技术及装备，解决了深长斜井 冻结调控难题和“冻掘”矛盾1 ；形成了盾构施工煤 矿斜井的成套装备与技术体系，解决了煤矿长距离斜 井深埋超长、连续下坡、富水高压、地层多变等重大技 术难题№1 ；变革了竖井和斜井施工方法，攻克了深 井、大直径、坚硬岩石和复杂地层反井钻井的破岩、排 渣、偏斜和井帮稳定性控制等难题，并研发了大直径 反井钻井成套技术与装备。卜8 | 。 2 巷道掘进方面。研发了井巷掘进爆破新技 术和液压凿岩控制的钻装锚一体机，解决了钻爆施工 中存在的“周边成型差、炮孔利用率低、围岩损伤严 重”等难题【9 1 ；引入成熟的山岭隧道、城市地铁全断 面掘进机施工技术和装备，降低了劳动强度、提高了 煤矿深井岩巷掘进效率；研发了煤矿深井巷道全断面 硬岩掘进机，实现了掘进、支护、排矸、辅助运输同步 作业；研发了国内首台煤矿大直径、大埋深、长距离煤 矿岩巷全断面盾构机 新矿1 号 ；应用了掘、支、运 一体化快速掘进技术与装备的应用；形成了掘锚一体 机、锚杆转载机和柔性连续系统为主体的智能快速掘 进成套装备，突破了掘支运一体化快速掘进技术，实 现了高效掘进；并研发了首套集智能截割、自动运网、 自动钻锚等技术为一体的智能快速掘进系统，有效提 高了掘进水平和支护质量。 3 巷道支护方面。创建了首台用于测试井下 锚杆支护系统复杂受力状态的综合试验平台，攻克了 高强度锚杆受冲击载荷作用易破断难题，形成了煤矿 巷道抗冲击预应力支护成套技术体系0 I ；提出了冲 击地压巷道防冲吸能支护理论及技术体系，发明了系 列巷道防冲吸能支护装备，有效降低了冲击地压巷道 破坏程度u ；研发了具有N P R 结构的新型恒阻大变 形锚杆／索，并成功应用于巷道大变形控制与预 测2 1 ；研发了锚架充协同控制技术，实现了千米深井 软岩大巷围岩大变形的有效控制。 1 ．3 煤及共伴生资源开采 “十三五”以来，煤及共伴生资源绿色开采理论 与技术创新百花齐放，形成了厚及特厚煤层开采、煤 炭资源绿色开采、煤与瓦斯共采、煤与油型气共采等 代表性理论与技术成果。 1 厚及特厚煤层开采方面。开发了7 ．0m 特 厚硬煤层超大采高智能化综放开采成套技术与装备， 研发了8 ．2m 一次采全高综采工艺及装备技术，形成 了千万吨级综放工作面智能控制关键技术，创建了特 厚煤层开采坚硬顶板大空间采场坚硬岩层控制理论， 研发了基于地面压裂技术与井下预裂的远近场协同 控制技术体系，实现了特厚煤层安全开采理念、技术 和装备的重大突破【1 3 。1 5J 。在急倾斜煤层开采方面， 揭示了急倾斜特厚煤层综放开采覆层形成和顶煤结 构畸变致灾机制，创建了急倾斜厚煤层综放开采顶煤 万方数据 4 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 放出理论 B B R 理论 ，研发了急倾斜厚煤层综放开 采的专用支架与采场围岩控制技术【l6 。。 2 煤炭资源绿色开采方面。提出了西部浅埋 地层隔水岩组隔水性判据和保水开采分类方法，开发 了柔性条带充填保水开采技术，建立了保水采煤技术 体系，有效指导了生态脆弱矿区煤炭资源开采和生态 环境副；发现了遗煤开采的扰动面接触块体梁岩体 结构，提出了遗留煤柱群链式失稳的关键柱理论，研 发了遗煤开采可行性定量判定方法，研发了遗煤开采 岩层控制的关键技术，指导优质遗煤高效回收【悖。2 0 1 ； 提出了“切顶短臂梁”理论，研发了无煤柱自成巷1 1 0 工法和N 0 0 工法，实现了采 盘 区内无煤柱和无巷 道掘进，形成了具有我国自主知识产权的采煤工艺和 装备系统心；发明了柔模支护无煤柱开采技术及其 配套装备，开发了柔模支护充填开采技术和柔模充填 支架，提出了锚杆与柔模混凝土碹相结合的巷道支护 方法；提出了煤炭资源“采选充 x ”绿色化开采技术 构想，形成了煤炭“采选充 x ” 控、留、抽、防、保 协 同生产模式【2 2 嗡】。除此之外，还开发了露天矿区绿 色开发的系列关键技术【2 4J 。 3 煤与瓦斯共采方面。开发了碎软低渗煤层 顶板岩层水平井分段压裂成套开发技术工艺【2 5 | ，研 发了煤矿用履带式钻进高压旋转水射流破煤钻扩造 穴一体化技术，提出了高压水压裂一冲孔联作的煤岩 缝网改造技术ⅢJ ，发明了脉动水力压裂裂缝导向控 制高效致裂增透技术【2 7 ‘2 8 1 ，创建了以全孔段均衡作 业为核心技术思想的可控冲击波煤层增透技术m 】， 研发了水平井与千米钻孔对接抽采、大孔径裂隙带定 向长钻孔抽采、厚煤层沿空留巷及留巷钻孔抽采、双 向立体交错抽采、大直径水平钻孑L 桥接抽采、双管柱 筛管完井与洗井增产、采动卸压瓦斯分域联动导流抽 采、软岩保护层卸压抽采等瓦斯增产技术等，完善了 煤层气高效抽采数字系统心5 。圳；除此之外，还发明了 煤层气高效开发无线随钻测量钻进技术，研制了具有 多逻辑保护回路与钻进参数监测功能的超长定向孔 钻进装备，研制了郝9m m 高强度大通孔无缆定向钻 杆、磁吸牙片限位反转式钻头和内附导向衬管式钻 杆，研发了煤矿井下30 0 0m 超长距离传输的泥浆脉 冲无线随钻测量系统，发明了复杂结构井导向钻井随 钻测控技术⋯。 4 煤与油型气共采方面。建立了油型气 瓦 斯 勘查技术，创新了油型气 瓦斯 “预一探一抽”一 体化精准防治技术，研究了油型气爆炸与巷道扩散规 律，研制了煤矿油型气检测装置；发明了油型气不均 匀涌出工作面连续高效开采方法，研发了超前预测多 机联动智能控制系统，首创了煤与油型气共生矿区安 全智能开采技术体系；研发了煤与油型气共生矿井安 全保障及智能开采配套技术与装备，制定了安全智能 开采技术和管理标准体系“ 2 | 。 1 ．4 矿井灾害防治 “十三五”以来，矿井灾害防治理论体系不断完 善，冲击地压防治、瓦斯灾害防控、矿井水害防治、煤 层自燃与火灾防治、复合动力灾害防控等关键技术取 得历史性突破，形成了以灾害预测和防控为核心的理 论与技术体系。 1 冲击地压防治方面。建立了集中静载荷疏 导的区域防范冲击地压的理论与技术体系，开发了以 诱发冲击启动的载荷源为中心，分源监测、分源防治 的局部冲击地压防治技术∞列；研发了冲击地压危险 动静载区域探测技术与装备，研发了冲击地压危险多 尺度多元融合预警关键技术与方法Ⅲ1 ；构建了以“分 类分治”为核心的深部煤层冲击地压防治“七模块” 技术体系纠；提出了冲击地压巷道防冲吸能支护理 论及技术体系，发明了系列巷道防冲吸能支护装备， 发明了冲击地压能量释放与吸收监测装备。 2 瓦斯灾害防治方面。论证了瓦斯含量法指 标预测煤与瓦斯突出的科学性，发展了基于瓦斯含量 法预测煤与瓦斯突出的瓦斯含量临界值∞钊；在煤与 瓦斯突出防控方面，确定了矿井煤与瓦斯突出的力学 作用机理，发明了全过程监测、多元信息融合的突出 预警方法列；创建了多尺度强湍流瓦斯爆炸动态传 播和湍流一火焰一超压多场耦合理论，形成了矿井瓦 斯封闭抑爆与隔爆协同防控技术体系“ 8 | 。 3 矿井水害防治方面。制订和实施了有效的 底板寒武灰岩水害防治措施和地热水利用方案∽] ， 创建了“直孔水平三分支互嵌”和“直孔垂向两分层 重叠”的射流孔含水层改造技术ⅢJ ，提出了砂一土一 基岩水害、高承压基岩水害、白垩系巨厚砂层离层水 害和地表水一薄基岩水害4 种顶板水害模式，制定了 不同模式下水害防治技术，构建了“系统解析一动态 预测一分区防控_ 控制疏放”的矿井顶板水害综合 防控体系，并开发了烧变岩帷幕墙注浆保水技 术㈨1 。4 2 ] 。 4 煤层自燃与火灾防治方面。研发了基于热一 磁一电位复合异常响应的火区范围初探技术与附带 导温杆的红外热像测温反演高温点精探相结合的火 源探测成套技术，提出了煤自燃阶段跃迁理论及其预 警决策体系，研发了适用于容易自燃复杂采空区下开 采的风压自动调节技术，提出了C O 气体分源治理方 法；发明了多种等高效抑制煤层发火的材料，研发了 万方数据 第l 期刘峰等我国煤炭工业科技创新进展及“十四五”发展方向 5 非间隔连续拖管注氮防火装备与防灭火工艺；在此基 础上，集成创新形成了堵漏控风、覆盖隔氧、阻化降温 的井上下联动防灭火技术体系H 3 。川。 5 复合动力灾害防控方面。应用蝶形破坏理 论解释了巷道冒顶、底臌、非对称大变形、冲击地压、 煤与瓦斯突出以及地震等动力灾害形成的机理M5 | ； 研发了双系煤层开采水气下泄灾害预警系统和安全 开采技术体系M 钊；界定了控制复合煤岩动力灾害的 “主控地质体”概念，研发了基于声发射和微震技术 的复合煤岩动力灾害微震预警新方法H7 | ；研发了深 部区采场矿压控制技术系统、巷道支护辅助决策支持 系统、采场矿压预警系统、采空区煤自燃灾害预测系 统、综采工作面综合防尘系统等5 大系统，实现了多 灾害数据开发与管理、海量数据压缩保真及多灾害智 能预测与防控H 8 | 。 除此之外，我国学者还走出国门服务孟加拉国煤 炭资源安全开采，构建了特厚煤层多灾源安全开采模 式，形成了极强含水层下特厚煤层开采顶板水害“上 保下疏”、冲击地压“动静转移”、自燃火灾“时空适 配”的综合防控技术体系，形成了中国一孟加拉国煤 电联营模式，为推进“一带一路”建设做出重大贡 献‘圳。 1 ．5 煤机装备与智能化 “十三五”以来，煤炭行业综采装备、巷道掘进装 备、主要运输装备和辅助运输装备等实现了重大革 新，保障了煤炭资源的安全高效开采。 1 综采装备研发方面。研制出能够适应于 7 ．2m 厚煤层开采的M G l 0 0 0 ／2 5 4 0 一G w D 型采煤机， 研发了基于3 0 c r N i M o 的中碳合金钢高强度厚煤层 摇臂，形成了高承载能力行走系统，开发了工况自适 应智能截割技术”0 | ；研发了8 ．8m 大采高智能化液 压支架、2 20 0 0k N 四柱支撑掩护式强力放顶煤液压 支架、2 0o o Ok N 急倾斜强力液压支架、纯水液压支架 和巷道防冲液压支架4 ’5 1 。5 2o ；制造了高性能3 16 0 0k w 系列智能型刮板输送机，研发出直角转弯 大功率重型刮板输送机，形成了主要部件整体铸造重 型刮板输送机制造技术3 。5 5 j 。在此基础上，研发了 适应0 ．6 5 ～1 0 ．0 0m 煤层高智能综采成套技术装 备b 引。同时，在煤矿综采成套装备再制造的设计方 法、新型激光器研制、激光熔覆用合金粉末研发、采煤 机械设备典型零部件绿色清洗与再制造成形加工关 键技术等方面也取得了突破。 2 巷道掘进装备研发方面。制造了大功率全 断面自动截割成形远控掘进机，发明了掘、支、运三位 一体巷道掘进方法，开发了智能快速掘进成套装备， 形成了掘进、支护、运输一体化智能快速掘进生产 线‘9 I 。 3 主要运输装备研发方面。研制了60 0 0m 超 长运距低阻智能机头集中驱动矿用带式输送机，发明 了长距离大运力带式输送系统永磁电机直驱、分布式 张力调节、空间转弯等本体关键技术，研发了长距离 大运力带式输送系统控制与监测技术，发明了长距离 大运力带式输送系统安全保障技术M 卜5 8 1 ；研发了“矿 山超大功率提升机全系列变频智能控制技术与装 备”，攻克了重载平稳起动、宽范围精确调速、高精度 定位、整流器无网侧电动势传感器电网优化接入、低 开关频率整流器柔性启动、超大功率三电平高功率密 度变频调速等核心技术，建立了基于物联网的二维远 程故障预测诊断系统，实现了大型提升机的智能化控 制、无人化运行和远程监控”弘川。 4 辅助运输装备研发方面。发明了隔爆型永 磁交流变频同步电机系统和隔爆型锂离子蓄电池电 源，设计了整车智能主动安全防护体系，发明了矿用 防爆车辆整车控制系统，形成了矿用防爆锂电池无轨 胶轮车系列产品；开发一种新型摩擦轮与齿轮混合驱 动电喷柴油单轨吊，首创性研发出矿用大功率防爆蓄 电池、柴油机混合驱动单轨吊，全方位满足煤矿辅助 运输需求；研发了无人驾驶矿用自卸卡车，实现了装 运排一体化运行作业。还研发了基于机器视觉的煤 矿运输节能与安全智能控制关键技术，实现了危险区 域的人员监测、胶带防纵撕和振动筛流量异常监测功 能∞卜6 2J 。除此之外，研发了千万吨级综采工作面智 能高压型大流量乳化液泵站系统，发明了矿用隔爆兼 本质安全型高压变频调速一体机，开发出基于一体机 的智能驱动综采装备，实现了煤炭开采装备传动技术 升级换代扣“。 基于上述煤机装备，我国煤炭智能开采格局初步 形成。“十三五”以来，煤炭绿色开发与智能精准开 采技术体系逐步建立。同时，制定了煤矿智能化发展 规划和实施方案，为煤矿智能化建设描绘了路线图和 施工图。具体如下 1 智能开采装备研发方面。发明了工作面直 线度精确检测与智能控制、采煤机记忆截割控制、刮 板机智能控制、工作面集中远程智能控制等多个关键 技术，研发了适用各种煤层条件具有较高智能化水平 的系列化综采 放 成套装备使不同区域、不同煤层 条件实现了智能安全高产高效生产ⅢJ 。 2 智能远程管控研发方面。提出了智能化与 远程干预结合的综合机械化采煤新模式，研发了综采 工作面采煤、支护、运输等工序的智能化协调控制技 万方数据 6 煤炭 学报 2 0 2 1 年第4 6 卷 术，开发了矿井人员与车辆等动目标精确定位关键技 术与系统，开发了煤矿供电无人值守