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【中国煤炭报】精准开采,许煤炭一个美好未来—访中国工程院院士,我校党委副书记、副校长袁亮
2017-07-21 13:32   审核人:

《中国煤炭报》在6月21日刊发中国工程院院士,我校党委副书记、副校长袁亮访谈,以“精准开采,许煤炭一个美好未来”刊文。刊文内容如下:

5月18日,国土资源部中国地质调查局宣布我国成功在南海试采可燃冰(学名天然气水合物)。据新华社报道,珠江口神狐海域可燃冰试采自5月10日点火测试以来,至6月10日已连续产气达31天,实现了试采工作的“满月”记录,平均日产气6800立方米。

可燃冰来了,我国能源结构会不会发生改变?对我国主体能源煤炭有啥影响?煤炭行业该如何应对……近日,中国煤炭报记者带着问题采访了中国工程院院士袁亮。

 

袁亮(右二)与澳大利亚专家进行学术交流

能源发展趋势促使煤炭反思如何“可持续”

“可燃冰来了,不可怕。”袁亮说,不要总认为煤炭消费比重下降对煤炭行业是坏事,要坚持节约、清洁、安全的发展思路,聚焦煤炭精准开采、清洁高效利用,力争用最少的煤矿数量、最小的开采面积、最小的煤炭消费量支撑中国的能源需求。

2016年,我国能源消费总量43.6亿吨标准煤,煤炭消费量占能源消费总量的62.0%,比2015年下降2.0个百分点;水电、风电、核电、天然气等清洁能源消费量占能源消费总量的19.7%,上升1.7个百分点。

“有了可燃冰等替代能源,可通过市场手段倒逼煤炭落后产能退出,加快关停事故多发的小煤矿。”袁亮说,“如果天然气、核电等发展不起来,到2050年,煤炭占我国一次能源的比重就降不到预计的40%,煤炭产能也就可能降不到环境容量内的25亿吨。”

在袁亮看来,能源发展趋势在促使煤炭反思如何“可持续”。“有了煤炭、石油等化石能源,人类文明才进入现代社会。”袁亮说,“但化石能源不可再生。未来,只要可再生能源发展起来,必然取代部分煤炭,这是大趋势,不以人的意志为转移。对于煤炭充当的阶段性角色,我们要有清醒认识。”

据中国工程院预测,未来30年,全球经济增长依赖能源消耗增长的趋势不会发生根本性改变,发展中国家将成为增长主体;2030年至2050年,我国能源消费与经济发展有望脱钩。

经济发展阶段对能源需求增长的影响

袁亮认为,经济发展阶段与模式对能源消费有影响。能源消费与经济发展不会一直手拉手向前走。美国等发达国家能源消费总量已经过了拐点(峰值),他们的能源消费与经济发展已经脱钩。

“新一轮能源革命正在孕育之中。”袁亮说,“以页岩气为代表的非常规油气革命正在发生,可再生能源成为部分国家新增能源主体,储能和智能电网技术应用将逐步推广,分布式能源发展正在改变传统能源供应方式,碳捕集和封存技术可能成为温室气体减排的重要途径。这在过去几百年是没有的。这些都可能会对煤炭产业发展有显著影响。”

“从目前看,能源需求持续增长与供应压力加大是一对矛盾。城镇化进程和人口、经济的快速增长继续拉动能源需求增长,而传统粗放利用模式与能源分布不均导致化石能源可持续供应压力加大。能源分布不均体现在区域分布不均、国家分布不均、人均资源分布不均。”袁亮说,“可再生能源及新能源短期内无法取代化石能源主体地位,煤炭在未来相当长一个时期内仍将是我国的主体能源。这意味着,煤炭充当的阶段性角色,至关重要。”

绿色煤炭资源量仅占预测总量的1/10左右,仅可供开采40年至50年

我国煤矿开采深度逐年增加,越来越多的矿井进入深部开采

据中国工程院统计,1981年到2012年全球煤炭消费量累计增长了约40亿吨,我国为34亿吨,占增量的85%。

“煤炭是不是永远都要当中国能源的老大?”袁亮说,“未来,想当也当不了;但现在还不得不当。这是由我国富煤贫油少气的资源禀赋特征决定的,煤炭担负了我国能源安全、经济持续健康发展的重任。”

100多年前,德国地质学家李希霍芬随外交使团来华,两赴山西考察后指出:中国煤炭资源可供世界2000年之用。“但今天,我们有必要重新审视中国的煤炭资源状况。”袁亮说。

由袁亮负责的中国工程院重点咨询项目“我国煤炭资源高效回收及节能战略”的研究结果表明,我国可供开采的绿色煤炭资源量极其有限,只有5000多亿吨,仅占我国预测煤炭资源总量的1/10左右。

据了解,这里所说的绿色煤炭资源量是指能够满足煤矿安全、技术、经济、环境等综合约束条件,能够支撑煤炭科学产能和科学开发的煤炭资源量。“简单说,就是开采后井下、地面都不出问题的资源量。”袁亮说。

“我国煤炭资源回收率平均仅50%,部分小煤矿不足10%,相比美国、澳大利亚等发达国家的80%有较大差距。”袁亮说,绿色煤炭资源量仅可供开采40年至50年,未来或将大面积进入非绿色煤炭资源赋存区开采,造成煤矿安全生产面临巨大难题。

“这个项目开展之前,没有人知道中国好采的煤快采完了。我们要有危机意识,不能搞那么大的产能。”袁亮说。

袁亮认为,支撑我国煤炭安全、智能、高效回收的相关基础研究和关键技术装备研发亟待突破;为确保我国主导能源长期安全健康发展,实施煤炭技术革命,推动煤炭精准开采势在必行,“它可以使煤矿像智能电网一样,具有调峰功能”。

精准开采=智能无人开采+安全开采

 

精准开采基本框架

据袁亮介绍,国务院分别于2005年和2011年在安徽淮南召开煤矿瓦斯防治工作现场会,推广煤与瓦斯共采技术,“这在煤炭行业历史上是破天荒的,可见国家对瓦斯防治工作的重视”。袁亮团队通过研发煤矿瓦斯治理成套技术及装备,使我国瓦斯事故起数、死亡人数得到大幅度降低。

在研发煤与瓦斯共采技术的基础上,袁亮于2010年提出了无人(少人)开采新构想,并在2016年系统提出了煤炭精准开采科学构想。

“与智能开采相比,精准开采更全面,其内涵是智能无人(少人)安全开采。”袁亮说。

据了解,煤炭精准开采是指将不同地质条件的煤炭开采扰动影响、致灾因素、开采引发生态环境破坏等统筹考虑,时空上准确高效的煤炭无人(少人)智能开采与灾害防控一体化的未来采矿新模式。

该采矿新模式基于透明空间地球物理和多物理场耦合,以智能感知、智能控制、物联网、大数据云计算等信息技术做支撑,具有风险判识、监控预警等处置功能,能够实现时空上准确安全可靠的智能无人安全精准开采。

“精准开采=智能无人开采+安全开采。”袁亮说,要借助互联网+,实现大数据云计算信息技术与采矿业跨界融合。

传统的煤炭开采是高危劳动密集型艰苦产业:动辄每个矿3000人至4000人,90%的人长时间在工作环境恶劣的井下作业,信息化、自动化、智能化水平以及回收率、效率低。在袁亮的设想中,煤炭精准开采是高精尖技术密集型产业:每个矿100人以内;90%的人在地面作业,10%的人在井下做生产准备、巡检;信息化、自动化、智能化水平以及回收率、效率高。

据了解,煤炭精准开采系统层级包括基础数据层、模型层、模拟与优化层、设计层、执行与控制层、管理层。以基础数据层为例,其包括数据文件、图像文件等。

“煤炭产业必须由高危劳动密集型升级为高精尖技术密集型。”袁亮说,“劳动密集型产业很脆弱,每次经济增速下降,首当其冲的往往是煤炭产业。我们要汲取教训。”

在袁亮看来,1997年至2001年,煤炭行业经营陷入困境,导致安全、科技、人才“三个欠账”,造成煤价上涨后的2002年至2005年煤矿事故频发。2013年至2016年,煤炭行业全面亏损,“三个欠账”重新上演,可能会造成2017年至2020年安全生产压力增大,“为了完成经营指标,不进行科技投入、不引进人才,这怎么行”。

“欠下的账早晚要还。跟大自然作斗争,要遵循客观规律。”袁亮说,接下来几年要紧抓安全,不能仅关注小矿,还要关注大矿,大矿也可能会出问题。

助力煤、铀、油气等多种资源协调开发

精准开采不仅能用在煤炭开采领域,还能用在煤、铀、油气等多种资源协调开发领域。

近年来,国家大力实施找矿突破战略,在鄂尔多斯盆地探明铀矿资源占全国的24.5%,探明煤炭占全国的33.6%(埋藏2000米以浅),探明石油占全国的12.4%,探明天然气占全国的26.8%,且煤炭、油气产量均居全国大型盆地首位。但上述资源叠置情况突出,在开发过程中普遍存在统筹规划不足、环境保护政策和措施不力、协调开发技术缺失、机制体制存在障碍等问题。

“鄂尔多斯盆地像一个聚宝盆,其能源当量占我国能源总量的1/3。”中国工程院重点咨询项目“鄂尔多斯盆地矿产资源协调开发战略”执行负责人袁亮说。

“想把聚宝盆里面的宝都拿出来,不容易。现在是采煤、采油气、采铀各干各的,互相影响。例如,油气企业大面积布置钻孔,就可能把煤层破坏掉,严重影响采煤。”袁亮说,“其他人建议煤、铀、油气共采。我们系统研究后发现,多资源共采行不通,只能协调开发,而只有精准开采才能实现煤、铀、油气等多种资源的协调开发。”

袁亮告诉中国煤炭报记者,他们提出“油气走廊”的概念。简单说,就是油气钻孔不能乱打,只能打在“油气走廊”里面,待采完油气后,再采“油气走廊”里的煤。

为了进一步系统研究多种资源协调开发技术,袁亮团队于2016年依托中国矿业大学(北京)申请了共伴生能源精准开采北京市重点实验室。该实验室在2017年6月10日举行了揭牌仪式。

该实验室将充分利用北京市在互联网+、大数据、智能感知等现代信息技术产业上的优势,开展共伴生能源精准开采的多尺度多场耦合演化规律、基于大数据的典型动力灾害孕育演化机理以及防控、互联网+精准开采集成控制理论与技术等方面的基础研究,形成共伴生能源精准开采的多场耦合与安全控制理论,构建共伴生能源互联协同开发与信息共享平台,最终建立共伴生能源精准开采理论体系,为共伴生能源井下精准、无人、协同开发和最大限度回收提供理论支撑。

据袁亮介绍,该实验室旨在破解共伴生能源精准开采世界性难题,提高我国共伴生能源资源安全协调开发能力,延长我国化石能源开发利用周期,实现共伴生能源资源开发效率最高和可持续。

全国已有20个采煤工作面实现精准开采

煤炭精准开采时间表已列:2020年,煤炭精准开采全面启动,煤矿百万吨死亡率达国际先进水平;2030年,基本实现煤炭精准开采,煤矿安全达到国际领先水平;2050年,全面实现煤炭精准开采,实现煤炭开采从业人员零死亡。

“我们是有基础的,我国已有20个采煤工作面实现精准开采。”袁亮说,精准开采的第一步,是实现地面和井下相结合的远程遥控开采。操作人员在监控中心远程干预遥控设备运行,采掘工作面落煤区域无人操作。第二步,智能化无人精准开采,即实现地面远程控制的智能化、自动化、信息化、可视化,以及煤炭无人、精确、智能感知和灾害智能监控预警与防治。

为了使更多的人了解精准开采,使这一理念在全行业推广,袁亮已在全国作了30余场报告。“精准开采的实现,不是一个人能完成的,需要做好人才培养、国际合作、协同创新。”袁亮对中国煤炭报记者说,“需要整合科技资源,做好顶层设计。”

作者:王中伟   来源:《中国煤炭报》煤炭深度观察

链接《中国煤炭报》(数字报纸):http://epaper.aqsc.cn/mtb/epaper_founder/mtb/content/2017-06/21/content_128759.htm

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