科學(xué)技術(shù)在我國煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用

陳根生 張云國

1.淮南礦業(yè)顧北煤礦，淮南，232151；2.中色礦業(yè)集團(tuán)有限公司,北京 100089

科學(xué)技術(shù)在我國煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的應(yīng)用

陳根生1張云國2

1.淮南礦業(yè)顧北煤礦，淮南，232151；2.中色礦業(yè)集團(tuán)有限公司,北京 100089

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，是人們認(rèn)識世界和改造世界的強(qiáng)大武器?，F(xiàn)代科技革命對煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重大的促進(jìn)作用，特別是機(jī)械、電力行業(yè)等的發(fā)展對煤炭行業(yè)科技進(jìn)步，提高煤炭生產(chǎn)量，改善環(huán)境起著非常重要的作用。

科技革命；煤炭行業(yè)；可持續(xù)發(fā)展

Scientific and Technological Revolution; Coal Industry; Sustainable Development

概述

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，是人們認(rèn)識世界和改造世界的強(qiáng)大武器。19世紀(jì)中葉以后,隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，又在世界范圍內(nèi)興起了近代第二次技術(shù)革命。這次技術(shù)革命以電力技術(shù)為主導(dǎo)，它的產(chǎn)生、發(fā)展及其應(yīng)用極大地推動了化工、鋼鐵、內(nèi)燃機(jī)等技術(shù)的全面發(fā)展，創(chuàng)造了巨大的生產(chǎn)力，給整個社會帶來了廣泛而有深遠(yuǎn)的影響。同時有力地促進(jìn)著現(xiàn)代科學(xué)革命的產(chǎn)生。

現(xiàn)代科學(xué)革命的重要特征表現(xiàn)在：①科學(xué)體系結(jié)構(gòu)的整體化和專業(yè)化；②科學(xué)活動的社會化和國際化；③科學(xué)發(fā)展的加速化和數(shù)學(xué)化；④科學(xué)、技術(shù)、生產(chǎn)的一體化。而現(xiàn)代技術(shù)革命的基本特征也表現(xiàn)為：①技術(shù)科學(xué)化；②技術(shù)群體化；③技術(shù)智能化；④技術(shù)生態(tài)化；⑤高技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化。

現(xiàn)代科技革命對于各行各業(yè)都有重大的促進(jìn)和影響，同樣對煤炭行業(yè)也產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。二次世界大戰(zhàn)以來，煤炭行業(yè)的每一步發(fā)展都同現(xiàn)代科技革命密切相關(guān)。

1 現(xiàn)代科技革命對煤炭行業(yè)的影響

現(xiàn)代科技革命的發(fā)展，特別是機(jī)械、電力行業(yè)的科技革命對煤炭行業(yè)的科技發(fā)展起到巨大的促進(jìn)作用。實(shí)現(xiàn)礦井高效集約化開采的技術(shù)是煤炭行業(yè)的發(fā)展途徑。

1.1 采煤工作面高產(chǎn)高效是實(shí)現(xiàn)礦井高效集約化開采的前提

根據(jù)我國的煤炭開采條件，實(shí)現(xiàn)采煤工作面高產(chǎn)、高效、安全開采可有兩種途徑，采取兩種開采工藝：一是通過加大采煤設(shè)備的生產(chǎn)能力和提高開機(jī)率來實(shí)現(xiàn)單一煤層的高產(chǎn)、高效、安全開采。這是美國、澳大利亞等先進(jìn)采煤國家井工礦井實(shí)現(xiàn)高效集約化開采的有效方法。我國神東礦區(qū)利用引進(jìn)的高產(chǎn)高效綜采裝備，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但國產(chǎn)裝備的生產(chǎn)能力、可靠性、機(jī)電一體化程度、配套性能等方面仍存在很大的差距，需要繼續(xù)攻關(guān)提高。另一條技術(shù)途徑是針對儲量豐富的厚及特厚煤層采用綜采放頂煤采煤工藝。綜采放頂煤工作面除了采煤機(jī)落煤外，增加了液壓支架后部放頂煤的出煤點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)割煤和放頂煤工序平行作業(yè)，大大提高了工作面的出煤能力。

1.2 先進(jìn)的開采裝備是實(shí)現(xiàn)礦井高效集約化開采的基礎(chǔ)

煤礦高效集約化生產(chǎn)的發(fā)展方向是將先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)、計算機(jī)自動控制技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)電設(shè)備，使傳統(tǒng)的采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸?shù)戎饕に囘^程全部用先進(jìn)的技術(shù)裝備完成，實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性和高安全集約化生產(chǎn)模式。綜采機(jī)組實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化是發(fā)展高效、安全、集約化開采的必然要求。

采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)電牽引不僅極大提高了可靠性和生產(chǎn)能力，更重要的是為采煤機(jī)采用微機(jī)監(jiān)控、故障診斷等新技術(shù)開辟了途徑。用新技術(shù)裝備的智能型采煤機(jī)，可自動調(diào)節(jié)截煤高度和實(shí)現(xiàn)輔助操作自動化；液壓支架用電液控制可使采煤機(jī)、液壓支架和工作面輸送機(jī)緊密結(jié)合成一個整體，實(shí)現(xiàn)動作的快速協(xié)調(diào)，提高采煤過程的自動化水平和生產(chǎn)能力，最終實(shí)現(xiàn)少人或無人的自動化采煤工作面和計算機(jī)輔助采煤。

1.3 礦井大型化、集中化、系統(tǒng)化和自動化是發(fā)展方向

要實(shí)現(xiàn)礦井高效集約化開采，必須依靠科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，走大型化、集中化、系統(tǒng)化和自動化的道路。

大型化有兩個層次的含義，即礦井大型化與采煤工作面裝備和生產(chǎn)能力大型化。礦井大型化有兩個不同方式，即對有條件的井田，建設(shè)大型或特大型礦井，另一個技術(shù)途徑是老礦井技術(shù)改造。為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械化采煤的發(fā)展，我國和世界主要產(chǎn)煤國家，都對老礦井的原生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了不同程度的改造，擴(kuò)大了井田范圍和生產(chǎn)能力，使分散的礦井和采區(qū)更加集中，縮短了生產(chǎn)戰(zhàn)線，為高效、高強(qiáng)度開采，創(chuàng)造了基本條件。

礦井大型化從空間上就是合并礦井和井田，擴(kuò)大礦井生產(chǎn)規(guī)模；擴(kuò)大采區(qū)尺寸和規(guī)模；加大工作面長度和巷道斷面等。

集中化就是縮短戰(zhàn)線，提高單位時間和空間的利用率。時間集中是指在有限的時間內(nèi)增加有效工作時間，盡可能地減少裝備工作面和非生產(chǎn)時間，提高工時利用率和采煤工作面設(shè)備的開機(jī)率?？臻g集中是指縮短戰(zhàn)線、減少工作點(diǎn)。一個現(xiàn)代化礦井能否實(shí)現(xiàn)空間集中，將直接影響其礦井經(jīng)濟(jì)效益。要實(shí)現(xiàn)空間集中、縮短戰(zhàn)線，保持高強(qiáng)度開采，就必須進(jìn)行生產(chǎn)水平集中，采區(qū)集中、工作面集中和開采煤層集中。

生產(chǎn)要素的集中主要體現(xiàn)在開采裝備和資本的集中。由于受煤礦開采條件、生產(chǎn)技術(shù)水平，以及目前煤炭行業(yè)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀制約，必須改變過去分散投資，低水平重復(fù)建設(shè)的狀況，才能實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)生產(chǎn)的良性循環(huán)，必須把有限的資本投向經(jīng)濟(jì)效益好和開采條件好，有發(fā)展前景的礦井。依靠技術(shù)進(jìn)步和裝備更新來擴(kuò)大再生產(chǎn)，使煤炭開采走向良性循環(huán)。

1.4 促進(jìn)煤炭科技向深度和廣度發(fā)展

應(yīng)用基礎(chǔ)研究是技術(shù)開發(fā)研究的前提。目前，我國煤炭科技在一些領(lǐng)域的水平長期滯留不前，一些生產(chǎn)技術(shù)難題未能得到徹底解決，很重要的一個原因是應(yīng)用基礎(chǔ)研究沒有新的突破。在加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究時，要有重點(diǎn)、分層次、有目標(biāo)地進(jìn)行。

一是要確保我國煤炭科技應(yīng)用基礎(chǔ)研究優(yōu)勢領(lǐng)域的地位。如：采動損害與防治理論、采場礦山壓力理論、“三下”開采理論、邊坡穩(wěn)定機(jī)理、巖體分形與損傷破壞理論、特殊方法鑿井理論、防治煤塵爆炸理論、礦井均壓通風(fēng)理論、礦物加工的濃相氣——固流化床理論等在國外學(xué)術(shù)界都有一定地位，為解決我國煤炭生產(chǎn)建設(shè)中的重大技術(shù)問題起到重要作用，應(yīng)該繼續(xù)加強(qiáng)研究，使之形成更加完整和有特色的理論體系。

二是要針對解決重大生產(chǎn)技術(shù)難題，圍繞國家攻關(guān)和煤炭科技中長期發(fā)展目標(biāo)，強(qiáng)化應(yīng)用基礎(chǔ)研究。特別是在開展綜采放頂煤、煤巷錨桿支護(hù)、防治重大瓦斯煤塵與火災(zāi)事故、潔凈煤、高產(chǎn)高效礦井綜合配套等重大技術(shù)攻關(guān)中，要把技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究緊密結(jié)合起來，以應(yīng)用基礎(chǔ)研究為先導(dǎo)，促進(jìn)技術(shù)開發(fā)研究。

三是要積極開展煤炭工業(yè)重大發(fā)展戰(zhàn)略的基礎(chǔ)研究，應(yīng)特別重視煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論與實(shí)踐問題的研究。煤炭作為非再生能源，本質(zhì)上是不可持續(xù)發(fā)展的，煤炭工業(yè)作為一個十分重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)必須走可持續(xù)發(fā)展的道路。有許多重大的理論問題需要深入研究，近年來已經(jīng)做了一些工作，還需要對煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵、要求與目標(biāo)，從理論上進(jìn)一步深化，否則就難以實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略?？梢灶A(yù)見，在這一重大戰(zhàn)略理論問題的涵蓋下將會派生出一系列煤炭科技的新學(xué)科和新領(lǐng)域，如綠色開采技術(shù)體系[1]，采礦環(huán)境力學(xué)[2]等。

四是要借鑒現(xiàn)代相關(guān)學(xué)科的新發(fā)展，拓寬煤炭科技應(yīng)用基礎(chǔ)研究領(lǐng)域?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，新的學(xué)科和領(lǐng)域與日俱增，而高滲透性又是現(xiàn)代科技的一大特點(diǎn)，學(xué)科之間的交叉、相融為煤炭科學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)研究提供了機(jī)遇。例如，隨著計算機(jī)技術(shù)的興起，目前，在解決許多自然科學(xué)和工程技術(shù)問題中，數(shù)值分析方法往往可以取代實(shí)驗(yàn)方法，特別是當(dāng)許多基本物理規(guī)律已經(jīng)明確、數(shù)學(xué)模型已經(jīng)確定的領(lǐng)域中，計算手段所取得的成果，其可靠性已能接近或達(dá)到實(shí)驗(yàn)手段獲得的結(jié)果，使科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芨?jié)約、更有效地進(jìn)行。如在研究解決煤炭開發(fā)過程中巖層控制、支護(hù)結(jié)構(gòu)分析模擬等方面，有限元、邊界元、離散元等數(shù)值分析方法廣泛應(yīng)用，計算力學(xué)所起的作用已非同小可，被稱為“第三種科學(xué)方法”。研究表明，在采礦工程研究中數(shù)值模擬方法往往比相似材料模擬方法更能科學(xué)地揭示研究對象的規(guī)律性，特別是涉及多維和動態(tài)過程問題，更有無可比擬的優(yōu)越性。數(shù)值模擬技術(shù)在采礦工程技術(shù)的應(yīng)用，正在逐漸形成一個新的領(lǐng)域。

2 現(xiàn)代科技革命對煤炭行業(yè)可持續(xù)性的影響

實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展是人類的基本目標(biāo)和基本任務(wù)。待續(xù)發(fā)展是能夠長期延續(xù)的發(fā)展。1987年聯(lián)合國世界環(huán)境和發(fā)展大會提出人類社會持續(xù)發(fā)展的概念是：“今天的人類不應(yīng)以犧牲今后幾代人的幸福而滿足其需要?！币虼耍Ｗo(hù)人類賴以生存的自然環(huán)境和自然資源已成為當(dāng)今世界共同關(guān)心的全球性問題，而目前我國的環(huán)境問題很大部分是由于能源發(fā)展，特別是化石資源的利用引起的。

環(huán)境問題實(shí)質(zhì)上是發(fā)展問題，由于各國處于不同的發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)政策和環(huán)境政策也不一樣。因此，各國所面臨的環(huán)境問題迥然不同。按世界銀行的說法：“發(fā)展中國家將面臨的最緊迫的環(huán)境問題是：有害健康的飲用水；衛(wèi)生設(shè)施的不完備；土壤侵蝕；爐火造成的室內(nèi)煙塵和燃煤造成的室外煙塵。”我國是發(fā)展中國家，最典型的環(huán)境問題就是大氣污染嚴(yán)重(純屬于煤煙型污染)。它不僅影響中國大陸，而且也影響港澳和鄰近國家。

環(huán)境破壞是一個特殊問題，它不像教育、醫(yī)療衛(wèi)生等，可能隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展而改善。它有時會由于這種發(fā)展而遭到破壞。受害者通常不是享受發(fā)展結(jié)果的受益者，可能是繼承遭到破壞了的環(huán)境的后代人。

環(huán)境問題是一個復(fù)雜的綜合性問題，一是由于帶有明顯的行業(yè)特征。隨著工業(yè)文明的興起，現(xiàn)代技術(shù)的廣泛應(yīng)用，令人憂慮的技術(shù)負(fù)效應(yīng)(技術(shù)的應(yīng)用所造成的環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境的破壞)也在不斷地演變和擴(kuò)張 煤炭工業(yè)技術(shù)的生態(tài)負(fù)效應(yīng)可分為兩個方面：一方面是自然資源(煤炭資源)的破壞和匱乏。另一方面是生態(tài)環(huán)境的污染可分為兩個類型：①內(nèi)污染，即對生產(chǎn)過程自身環(huán)境的污染。如井下開采煤炭時高濕、高壓、強(qiáng)噪和有毒氣體等工作環(huán)境因素對操作者身心健康的損害及對生產(chǎn)設(shè)備的破壞、腐蝕等。②外污染，即對生產(chǎn)過程之外的生態(tài)環(huán)境的污染。我們通常所說大氣污染、水體污染等都屬此類，這和環(huán)境問題已威脅到了煤炭經(jīng)濟(jì)的持續(xù)向前發(fā)展。二是環(huán)境問題的區(qū)域化和國際化，相互聯(lián)系和相互影響，已跨出本部門、本行業(yè)范圍，形成了環(huán)境問題空間聯(lián)系。

我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展道路：首先要保證滿足全體國民的基本需求；其次是盡快建立資源節(jié)約型的國民經(jīng)濟(jì)體系，從掠奪式開發(fā)向集約性合理經(jīng)營轉(zhuǎn)變，合理使用資源，提高資源的利用率，維持生態(tài)平衡和持續(xù)發(fā)展后勁；再次，實(shí)現(xiàn)社會、政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、管理等方面的全方位轉(zhuǎn)變，建立有效、協(xié)調(diào)、創(chuàng)新的持續(xù)發(fā)展的機(jī)制。針對煤炭工業(yè)而言，具體思路是：

①制定煤炭經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)政策時應(yīng)充分考慮環(huán)境問題。如煤炭工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展既能夠帶來經(jīng)濟(jì)效益，又能保證周邊環(huán)境，它就能促進(jìn)整個國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。反之，就要調(diào)整那些只重視行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，而損害全國乃至全球生態(tài)環(huán)境的煤炭經(jīng)濟(jì)發(fā)展計劃。

②在全國范圍內(nèi)建立適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)的環(huán)境保護(hù)政策。堅持“使用者付費(fèi)和污染者付費(fèi)”的原則。根據(jù)各地使用煤炭資源和開發(fā)煤炭資源的用戶，一律征收資源稅；根據(jù)用戶使用煤炭資源所造成的污染破壞程度強(qiáng)制實(shí)行征稅收費(fèi)。同時取消燃料補(bǔ)貼等做法，消除使用資源價格的扭曲。

③采用污染減少型技術(shù)。在全國范圍內(nèi)治理城市環(huán)境，開發(fā)新技術(shù)、新工藝，降低單位產(chǎn)出能源消耗，開發(fā)清潔工業(yè)技術(shù)，包括改變?nèi)剂辖M成和能源結(jié)構(gòu)；改進(jìn)燃燒裝置、燃燒技術(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)條件；發(fā)展集中供熱和區(qū)域采暖；發(fā)展清潔固體燃料型煤，普及工業(yè)與民用型煤，限制原煤散燒、采用高煙囪和集合式煙囪排放.以減少污染排放量。同時調(diào)整現(xiàn)有煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，著重發(fā)展附加值高、輕污染或無污染的產(chǎn)業(yè)。逐步淘汰那些消耗高，資源浪費(fèi)大，污染嚴(yán)重的產(chǎn)品產(chǎn)量。逐步降低煤炭工業(yè)污染比重，盡可能減少全國范圍內(nèi)的環(huán)境污染。

④加強(qiáng)對煤炭資源的管理。強(qiáng)化現(xiàn)有煤炭資源管理機(jī)構(gòu)，充分應(yīng)用行政的和法律的手段。堅決制止亂開小煤窯的做法，同時要加強(qiáng)政府與地方組織在管理資源方面的合作，強(qiáng)化政府的宏觀管理能力。

3 結(jié)論

煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展與現(xiàn)代科技革命是密不可分的，我們應(yīng)充分認(rèn)識兩者之間的重要關(guān)系。我們應(yīng)大力提倡對煤炭的綜合利用，變事后治理污染為事前防止污染，為把我國建設(shè)成繁榮昌盛、環(huán)境優(yōu)美的國家作出貢獻(xiàn)。

[1]錢鳴高，許家林，繆協(xié)興.煤礦綠色開采技術(shù)[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報.2003，32(4)：343～348

[2]姚建國.采礦環(huán)境力學(xué)與煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展.新世紀(jì)巖石力學(xué)與工程的開拓與發(fā)展[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社.2000

[3]全國煤礦瓦斯防治專題培訓(xùn)專家講義.2008.5

[4]林伯泉.我國煤礦安全現(xiàn)狀分析.中國西部煤炭網(wǎng).2006.3.30

[5]李毅中.在全國安全生產(chǎn)會議上的講話.2008.1.12

[6]溫興林.當(dāng)前煤礦安全事故頻發(fā)的原因與對策[J].礦山壓力與頂板管理.2005.22(?？?

Science and technology is primary productive forces, is a powerful weapon in which people understand the world and transform the world.Modern science and technology revolution has a major role in promoting for sustainable development of coal industry, especially the development of mechanical, electrical industry, which play a very important role in the coal industry technological advances, raising coal production capacity and improving the environment.

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.004

陳根生，男，1983年生，安徽桐城人，本科。2005年畢業(yè)于河南理工大學(xué)采礦系，現(xiàn)就職于淮南礦業(yè)集團(tuán)顧北煤礦。