我國(guó)是全球最大的能源消費(fèi)國(guó)和生產(chǎn)國(guó)，能源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)繁榮和可持續(xù)發(fā)展的前提與重要支撐，經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展與能源的需求緊密相關(guān)。2021年我國(guó)煤炭消費(fèi)占一次能源消費(fèi)的56%左右，從近年來(lái)的煤炭消費(fèi)占比可知，我國(guó)煤炭消費(fèi)占比雖然在逐年降低，但是煤炭消費(fèi)總量仍然逐年增大。習(xí)近平總書記多次強(qiáng)調(diào)：“富煤貧油少氣是我國(guó)的國(guó)情，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)短期內(nèi)難以根本改變”，這說(shuō)明我國(guó)煤炭消費(fèi)占比在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍占主導(dǎo)作用。煤炭保障了我國(guó)能源安全與經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，圖1為我國(guó)近17年的煤炭產(chǎn)量、煤炭百萬(wàn)噸死亡率和國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的發(fā)展趨勢(shì)。從圖1中可以看出，我國(guó)的煤炭百萬(wàn)噸死亡率逐年降低，從2005年的2.76降低至2021年的0.044，相對(duì)減少了62.73倍；我國(guó)的煤炭產(chǎn)量呈波動(dòng)變化，總體呈增加趨勢(shì)，從2005—2014年持續(xù)增長(zhǎng)，從2014—2016年煤炭產(chǎn)量有所下降，2016年后煤炭產(chǎn)量又有所反彈，2005—2021年煤炭產(chǎn)量總體相對(duì)增加了1.92倍；我國(guó)GDP總量也在逐年增大，從2005年的18.73萬(wàn)億增至2021年的114.4萬(wàn)億，相對(duì)增大了6.11倍。

　　我國(guó)主體能源的高質(zhì)量發(fā)展是保障我國(guó)能源安全的重要前提，是實(shí)現(xiàn)能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的根本，同時(shí)也是關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的全局性和戰(zhàn)略性問(wèn)題。基于我國(guó)能源資源的稟賦特征和碳達(dá)峰與碳中和（以下簡(jiǎn)稱“雙碳”）目標(biāo)的背景，我國(guó)能源安全的高質(zhì)量發(fā)展必須走“清潔、高效、安全、可持續(xù)”的科學(xué)發(fā)展道路，呼喚主體能源安全智能精準(zhǔn)開采和綠色清潔高效利用，引領(lǐng)能源安全、綠色、低碳的長(zhǎng)期發(fā)展。在“雙碳”目標(biāo)的背景下，煤炭作為我國(guó)主體能源，要按照綠色低碳的發(fā)展方向，對(duì)標(biāo)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)，立足國(guó)情、控制總量、兜住底線，有序減量替代，推進(jìn)煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級(jí)，而“雙碳”目標(biāo)的規(guī)劃也對(duì)我國(guó)主體能源安全的保障帶來(lái)了新要求。同時(shí)，國(guó)際局勢(shì)動(dòng)蕩，新冠肺炎疫情及俄烏沖突等不確定因素加大了國(guó)際能源的市場(chǎng)波動(dòng)，全天候的能源保障和供給成為能源行業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)?；诋?dāng)前的國(guó)際形勢(shì)和能源背景，實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)需要大力發(fā)展新能源，而根據(jù)謝和平等研究表明，新能源消費(fèi)占比提升到49%，至少需要30年的時(shí)間。由此可知，新能源在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)無(wú)法取代常規(guī)能源，以國(guó)內(nèi)相對(duì)富裕的煤炭為主是保障國(guó)家能源安全的現(xiàn)實(shí)選擇，煤炭在我國(guó)能源安全基礎(chǔ)性保障地位短期內(nèi)難以根本改變，是我國(guó)能源安全的壓艙石。

　　近年來(lái)，黨和國(guó)家高度重視我國(guó)主體能源的創(chuàng)新發(fā)展，先后成立了多個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家工程研究中心等研究機(jī)構(gòu)，專門從事煤炭工業(yè)科技的創(chuàng)新研究。本文是筆者在近5年內(nèi)承擔(dān)和參加的科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家能源局和中國(guó)工程院等資助的項(xiàng)目研究過(guò)程中，基于對(duì)我國(guó)主體能源發(fā)展取得的成就和面臨的挑戰(zhàn)的分析，對(duì)我國(guó)主體能源安全高質(zhì)量發(fā)展的思考，以期為我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和能源經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展提供參考。

　　我國(guó)主體能源創(chuàng)新發(fā)展成就顯著

　　在黨和國(guó)家的大力支持下，經(jīng)過(guò)幾代人的努力和創(chuàng)新，我國(guó)主體能源的發(fā)展在6個(gè)方面取得了顯著的成就，為我國(guó)主體能源安全的高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　成就1：經(jīng)過(guò)幾代人的努力，我國(guó)初步形成了以煤炭資源勘探技術(shù)為核心的煤礦地質(zhì)保障體系。我國(guó)在煤炭資源勘探方面形成了以“地震主導(dǎo)-多手段配合-井上下聯(lián)合”的勘探方法，其中以高分辨三維地震勘探技術(shù)為核心，構(gòu)建了綜合立體式物探技術(shù)。該技術(shù)由于其精度高、成本低和探測(cè)速度快的特點(diǎn)，在我國(guó)煤炭資源勘探方面得到了廣泛的應(yīng)用，顯著提升了我國(guó)煤炭綜合勘查的效率?；诰C合立體式的煤炭勘探技術(shù)，我國(guó)初步形成了井上下一體和采前采中相互協(xié)同作用的煤礦地質(zhì)保障技術(shù)體系。

　　成就2：基于20多年的艱難探索，我國(guó)煤與瓦斯共采技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。我國(guó)煤與瓦斯共采技術(shù)方法主要包括三大類——巷道法煤與瓦斯共采、留巷鉆孔法無(wú)煤柱煤與瓦斯共采、地面鉆井法煤與瓦斯共采，三類技術(shù)方法適用于不同開采條件煤層。其中地面鉆井法煤與瓦斯共采技術(shù)較為常用，其主要包括煤氣共采的“淮南模式”和先抽后采的“晉城模式”，“淮南模式”的煤與瓦斯共采技術(shù)主要適用于復(fù)雜地質(zhì)條件的低透氣性煤層群的卸壓開采、采動(dòng)區(qū)臨近層的卸壓瓦斯抽采和采空區(qū)瓦斯抽采，“晉城模式”的煤與瓦斯共采技術(shù)主要適用于地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單和滲透性較高的堅(jiān)硬煤層。

　　成就3：經(jīng)過(guò)對(duì)基礎(chǔ)理論的深入探索和大量的工程試驗(yàn)研究，我國(guó)煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)和監(jiān)控預(yù)警技術(shù)取得重大進(jìn)展。筆者團(tuán)隊(duì)圍繞“煤礦典型動(dòng)力災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)判識(shí)和監(jiān)控預(yù)警技術(shù)”這一重大關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，以沖擊地壓和煤與瓦斯突出這兩種典型動(dòng)力災(zāi)害為抓手，開展了沖擊地壓和煤與瓦斯突出的災(zāi)變機(jī)理及監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)平臺(tái)的研究。研究結(jié)果闡明了沖擊地壓和煤與瓦斯突出的多場(chǎng)耦合誘發(fā)機(jī)制，并基于此構(gòu)建了多元海量信息的大數(shù)據(jù)分析與挖掘的監(jiān)控預(yù)警模型和云平臺(tái)。該項(xiàng)成果已被國(guó)家礦山安全監(jiān)察局應(yīng)用到國(guó)家煤礦安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)3300余座礦井安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的聯(lián)網(wǎng)與預(yù)警。

　　成就4：經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，我國(guó)在綜合采掘技術(shù)與成套裝備的研發(fā)方面獲得重大進(jìn)展，并基于此在智能開采技術(shù)及裝備方面也取得歷史性突破。自“十五”以來(lái)，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，我國(guó)在全煤層開采技術(shù)和裝備方面取得重大突破。針對(duì)薄煤層開采，開創(chuàng)了0.8—2.0m的全自動(dòng)化無(wú)人開采薄煤層刨煤機(jī)安全高效開采技術(shù)模型，實(shí)現(xiàn)了高瓦斯或突出煤層的安全高效開采。針對(duì)厚煤層開采，研發(fā)了淺埋煤層8.8m一次采全高綜采關(guān)鍵技術(shù)與成套裝備，成功研制了14—20m的特厚煤層大采高綜采關(guān)鍵技術(shù)與成套裝備，顯著提高了我國(guó)煤層開采效率和采收率。經(jīng)過(guò)持續(xù)的科研攻關(guān)，我國(guó)成功研制了智能化、無(wú)人化的開采技術(shù)及成套裝備。2013年，在黃陵一號(hào)煤礦的1001工作面首次開展了智能化開采的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，試驗(yàn)效果顯著。在黃陵一號(hào)煤礦試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，我國(guó)已有近千個(gè)采煤工作面推進(jìn)實(shí)施了智能化、無(wú)人化開采技術(shù)，使我國(guó)在煤礦開采方面初步實(shí)現(xiàn)了“有人巡視，無(wú)人值守”的全自動(dòng)化開采模式。

　　成就5：歷經(jīng)20余年的科研攻關(guān)，我國(guó)在煤炭高效清潔利用與煤基清潔能源高效轉(zhuǎn)化技術(shù)方面取得顯著進(jìn)步。在燃煤發(fā)電技術(shù)方面，成功研制出了百萬(wàn)千瓦級(jí)600℃超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)和成套裝備，新型燃煤發(fā)電技術(shù)在減煤降碳方面效果顯著，大幅提升了我國(guó)燃煤電廠的熱能利用率，該設(shè)備已在全國(guó)推廣應(yīng)用。在低濃度瓦斯燃燒利用方面，成功研制了全球首套3%—9%煤礦低濃度瓦斯安全穩(wěn)定燃燒裝置，入選了國(guó)家能源局2021年度能源領(lǐng)域首臺(tái)（套）重大技術(shù)裝備項(xiàng)目清單。該設(shè)備的成功研制標(biāo)志著我國(guó)自主創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)了1%—100%全濃度的甲烷利用?；诮堤荚鲂Оl(fā)展方向的背景，我國(guó)大力發(fā)展煤基能源高效轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，建成了全球單體規(guī)模最大的400萬(wàn)噸/年的煤間接液化項(xiàng)目，且能夠?qū)崿F(xiàn)安全穩(wěn)定清潔運(yùn)行，該技術(shù)填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)空白，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷。

　　成就6：在煤炭開采利用和新能源快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，我國(guó)在煤與新能源多能協(xié)同技術(shù)方面實(shí)現(xiàn)突破。煤與新能源多能協(xié)同是構(gòu)建互補(bǔ)現(xiàn)代能源體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在此背景下，我國(guó)成功構(gòu)建了抽水蓄能+多能互補(bǔ)分布式智慧能源系統(tǒng)，提出了“國(guó)家級(jí)廢棄礦洞地下空間儲(chǔ)能云”戰(zhàn)略構(gòu)想。在“光伏發(fā)電-電解水制氫-合成氨-氨輸運(yùn)-煤摻氨燃燒”五位一體技術(shù)方面取得了突破性進(jìn)展，國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的8.3 MW純氨燃燒器一次點(diǎn)火成功。

　　我國(guó)主體能源安全高質(zhì)量發(fā)展依然面臨諸多挑戰(zhàn)

　　隨著煤炭淺部資源的枯竭，我國(guó)煤炭的開采深度以每年10—25m的速度向深部蔓延，煤礦開采進(jìn)入深部后面臨的科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難題更為復(fù)雜。在2016年全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)上，習(xí)近平總書記提出“向地球深部進(jìn)軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問(wèn)題”。近年來(lái)，我國(guó)科技投入逐漸增加，法律法規(guī)逐漸健全，安全監(jiān)管不斷加強(qiáng)，產(chǎn)能結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，煤礦的事故發(fā)生率也在逐漸降低。但在深部煤炭開采過(guò)程中，伴隨著智能安全開采問(wèn)題、環(huán)境安全問(wèn)題、粉塵防控與職業(yè)安全健康問(wèn)題、煤與共伴生資源的開采矛盾及煤與瓦斯的清潔高效利用問(wèn)題等依然較為嚴(yán)峻。

　　挑戰(zhàn)1：隨著淺部煤炭資源的枯竭，我國(guó)面臨深部煤炭開采的挑戰(zhàn)，而深部煤炭安全開采形勢(shì)依然嚴(yán)峻。我國(guó)的煤炭開采主要以井工開采為主，由于我國(guó)特殊的地質(zhì)特征，隨著開采深度的增加，煤層賦存和開采環(huán)境較為復(fù)雜，且在開采過(guò)程中面臨多重災(zāi)害的威脅，各類災(zāi)害相互影響，嚴(yán)重危害煤礦的安全生產(chǎn)。2021年，我國(guó)煤礦共發(fā)生事故90余起，死亡百余人，較大以上的事故仍然時(shí)有發(fā)生。同時(shí)，2021年我國(guó)煤礦百萬(wàn)噸死亡率仍是美國(guó)的2—3倍，與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在一定的差距。而伴隨著煤礦開采進(jìn)入深部，我國(guó)可供開采的綠色煤炭資源量變得更為有限，在可見的未來(lái)或?qū)⒅饾u進(jìn)入非綠色煤炭賦存區(qū)的開采，非綠色煤炭賦存區(qū)開采面臨的安全問(wèn)題更為復(fù)雜嚴(yán)峻。我國(guó)目前探明的1000m以深的煤炭資源量占比約為53%，當(dāng)前我國(guó)煤炭產(chǎn)量的30%來(lái)自深部開采，最大采深已達(dá)1500m[15]。在未來(lái)10—20年，包括西部在內(nèi)的全國(guó)70%煤炭產(chǎn)能都將進(jìn)入深部開采。而深部開采面臨的煤與瓦斯突出、沖擊地壓等多種災(zāi)害威脅更大，日本、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家相繼關(guān)井，我國(guó)需要迎難而上。

　　挑戰(zhàn)2：煤礦智能化安全開采技術(shù)水平亟待提高。自改革開放以來(lái)，我國(guó)煤礦開采從炮采、普采跨越到了煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化開采，并逐漸向智能化、無(wú)人化開采邁進(jìn)。煤礦的智能化和無(wú)人化程度決定了我國(guó)煤礦安全開采的水平，我國(guó)井工煤礦在采煤和掘進(jìn)的機(jī)械化、自動(dòng)化程度已分別達(dá)到78.5%、60.4%，大型煤礦企業(yè)的機(jī)械化程度更是達(dá)到98%以上。但是，目前全國(guó)只有不到1000個(gè)采掘工作面推進(jìn)實(shí)施智能化和無(wú)人化技術(shù)，煤礦智能化、無(wú)人化開采是機(jī)械化、自動(dòng)化開采的進(jìn)一步創(chuàng)新和發(fā)展，是我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)變革的新方向，將會(huì)有效促進(jìn)我國(guó)主體能源安全高質(zhì)量發(fā)展。因此，我國(guó)煤礦亟須發(fā)展智能化安全開采技術(shù)，提高和推進(jìn)全國(guó)煤礦智能化、無(wú)人化開采水平。

　　挑戰(zhàn)3：由于煤礦開采引起的環(huán)境危害日益嚴(yán)重，環(huán)境安全亟待改善。對(duì)大氣環(huán)境的影響方面，煤礦開采伴隨著瓦斯氣體的排放，井下開采過(guò)程中瓦斯利用率較低，大部分瓦斯直接排放到大氣中。而瓦斯也是一種溫室氣體，其引起的溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍左右。除瓦斯外，煤礦開采過(guò)程中還伴隨著大量粉塵的產(chǎn)生和排放，進(jìn)而造成霧霾現(xiàn)象。對(duì)水資源的影響方面，在煤礦開采過(guò)程中會(huì)利用大量的水資源，絕大部分礦井水直接排放，回用率較低，造成大量水資源的浪費(fèi)，而大量水資源的浪費(fèi)也會(huì)造成礦井周圍的水土流失和環(huán)境污染。對(duì)生態(tài)環(huán)境和土地資源的影響方面，煤礦開采過(guò)程中會(huì)伴隨著煤矸石的排放和堆積，煤矸石的堆積占用了大量的公用土地，且煤矸石的自燃會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化硫和二氧化碳等有毒有害氣體，影響礦區(qū)周圍的生態(tài)平衡。煤礦的過(guò)度開采也會(huì)導(dǎo)致礦區(qū)周圍的土地塌陷，進(jìn)而造成植被破壞和地表沙化等問(wèn)題，嚴(yán)重危害礦區(qū)周圍居民的生活和安全（圖2）。

　　挑戰(zhàn)4：粉塵防控一直是煤礦開采過(guò)程中的難題，由粉塵引起的職業(yè)安全健康問(wèn)題不容忽視。截至2021年，全國(guó)累計(jì)報(bào)告職業(yè)病例約為102.5萬(wàn)例。其中，職業(yè)性塵肺病例約為91.5萬(wàn)例，占比約為89.27%，且每年新增煤工塵肺病例仍然高居不下。圖3為2008—2021年我國(guó)職業(yè)病、煤工塵肺病和塵肺病占比的變化趨勢(shì)。從圖3中可以看出，我國(guó)每年的煤工塵肺病例呈波動(dòng)增大，且每年煤工塵肺病例基本占總職業(yè)病例的40%以上。2020年全國(guó)因煤工塵肺死亡人數(shù)較多，約是煤礦生產(chǎn)事故死亡人數(shù)的17倍，煤礦粉塵已成為危害安全生產(chǎn)和礦工健康的“頭號(hào)殺手”。

　　挑戰(zhàn)5：我國(guó)聚煤盆地伴生多種資源，煤與共伴生資源單獨(dú)開采的矛盾日益突出。我國(guó)聚煤盆地賦存煤炭的同時(shí)，伴生著豐富的煤層氣、天然氣、致密砂巖氣、石油、鈾等油氣資源。煤及共伴生資源開采過(guò)程涉及多相多物理場(chǎng)的復(fù)雜耦合作用，煤炭開采和共伴生資源開采相互作用、相互影響。煤炭開采過(guò)程中引發(fā)的煤與瓦斯突出、沖擊地壓等典型動(dòng)力災(zāi)害對(duì)共伴生資源的開發(fā)影響劇烈，同時(shí)油氣開采過(guò)程中的井噴、氣竄等也會(huì)影響煤炭開采。資源開發(fā)時(shí)序不合理則會(huì)破壞其他能源的賦存及穩(wěn)定開采狀態(tài)，甚至造成井漏、天然氣泄漏爆炸等安全事故，導(dǎo)致能源回收率低且安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

　　挑戰(zhàn)6：在“雙碳”目標(biāo)背景下，我國(guó)煤炭清潔高效利用關(guān)鍵技術(shù)亟待提高。面對(duì)“雙碳”目標(biāo)，煤炭作為我國(guó)的主體能源必須走清潔高效利用的道路。盡管當(dāng)前煤炭消費(fèi)占比逐漸降低，但是將煤炭直接燃燒利用占煤炭消費(fèi)總量的80%以上。我國(guó)目前在燃煤工業(yè)領(lǐng)域仍然具有燃煤利用率低、排放污染嚴(yán)重和技術(shù)裝備落后的缺點(diǎn)。當(dāng)前我國(guó)的煤炭清潔高效利用技術(shù)科技支撐相對(duì)不足，基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱，關(guān)鍵核心技術(shù)相對(duì)落后。因此，在“雙碳”背景下，我國(guó)亟須優(yōu)化煤炭清潔高效利用方式和路徑，研發(fā)煤炭清潔高效利用關(guān)鍵技術(shù)和成套裝備，促進(jìn)我國(guó)主體能源的高質(zhì)量發(fā)展。

　　未來(lái)創(chuàng)新的發(fā)展方向

　　上述研究?jī)?nèi)容闡述了近年來(lái)我國(guó)主體能源發(fā)展過(guò)程中取得的成就和面臨的挑戰(zhàn)。回顧過(guò)往，筆者經(jīng)過(guò)多年思考，提出我國(guó)主體能源安全高質(zhì)量的發(fā)展必須走安全智能精準(zhǔn)開采之路。當(dāng)今社會(huì)，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖，以人工智能、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等為代表的新一代信息技術(shù)正在快速發(fā)展，我國(guó)主體能源的開發(fā)和利用必須踏上新一代的信息革命之路，讓信息技術(shù)為主體能源高質(zhì)量發(fā)展賦能。早在2016年筆者就提出了煤炭精準(zhǔn)開采的科學(xué)構(gòu)想，煤炭精準(zhǔn)開采將引領(lǐng)主體能源的高質(zhì)量發(fā)展，改變傳統(tǒng)能源發(fā)展格局，重塑主體能源發(fā)展戰(zhàn)略。煤炭精準(zhǔn)開采是以透明地球物理和多物理場(chǎng)耦合理論為基礎(chǔ)的智能化、無(wú)人化開采新技術(shù)，涉及多個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題和技術(shù)難題?；谶@一理念，我們必須統(tǒng)籌考慮不同地質(zhì)條件下煤炭開采擾動(dòng)的影響因素、致災(zāi)機(jī)理及開采引發(fā)的生態(tài)環(huán)境的負(fù)外部性等，創(chuàng)建時(shí)空上準(zhǔn)確高效的煤炭無(wú)人（少人）智能開采與災(zāi)害防控一體化的煤炭開采新模式。

　　實(shí)現(xiàn)這一理念，必須加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)研究與關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。以工程實(shí)際為背景，從工程問(wèn)題中提煉關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，采用現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn)和數(shù)據(jù)收集、大型物理模擬實(shí)驗(yàn)、數(shù)值仿真與模擬驗(yàn)證的“三位一體”綜合科學(xué)研究方法（圖4），以煤炭智能化綠色安全開采理論與技術(shù)、環(huán)境安全防護(hù)與職業(yè)健康理論與技術(shù)、煤及共伴生資源精準(zhǔn)協(xié)同開發(fā)理論與技術(shù)、煤炭清潔高效利用和碳中和科學(xué)發(fā)展理論與技術(shù)為主要研究方向，深入開展基礎(chǔ)理論研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，為我國(guó)主體能源科技創(chuàng)新發(fā)展提供理論和技術(shù)支撐。

　　煤炭智能化綠色安全開采理論與技術(shù)

　　理論研究。煤礦的智能化和無(wú)人化程度表明了我國(guó)礦井現(xiàn)代化的水平，也決定了安全開采的能力。煤礦智能化綠色安全開采主要涉及兩大理論： ①透明地球物理基礎(chǔ)理論，該理論是以微震監(jiān)測(cè)技術(shù)、CT掃描技術(shù)、VR可視化技術(shù)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等技術(shù)為基礎(chǔ)，研究具有全方位可視化的礦山開采理論方法，真實(shí)反演礦山地質(zhì)概況及瓦斯賦存等情況；②采動(dòng)煤層多場(chǎng)耦合致災(zāi)基礎(chǔ)理論，煤礦開采過(guò)程中涉及煤體應(yīng)力場(chǎng)、裂隙場(chǎng)、瓦斯擴(kuò)散場(chǎng)、滲流場(chǎng)、溫度場(chǎng)和化學(xué)場(chǎng)等多物理場(chǎng)的復(fù)雜耦合作用，各物理場(chǎng)交叉作用，相互影響。這兩大理論是研究煤礦智能化綠色安全開采的前提條件，在兩大理論研究的基礎(chǔ)上開展相關(guān)技術(shù)與裝備的研究。

　　關(guān)鍵技術(shù)與裝備。煤礦智能化綠色安全開采主要涉及5個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)與裝備的研究：①智能精準(zhǔn)開采關(guān)鍵技術(shù)與裝備，主要涉及智能綜采技術(shù)與裝備、智能巷道掘進(jìn)技術(shù)與裝備、智能鉆抽技術(shù)與裝備、智能輸運(yùn)技術(shù)與裝備、智能調(diào)控技術(shù)與裝備5個(gè)方向的研究。②智能感知與多網(wǎng)融合技術(shù)裝備，主要涉及采掘擾動(dòng)區(qū)的信息傳感技術(shù)裝備、采掘擾動(dòng)區(qū)的全方位監(jiān)測(cè)布控技術(shù)裝備、非接觸式抗干擾高性能傳感技術(shù)裝備、多種災(zāi)害前兆信息采集與傳輸分析技術(shù)裝備4個(gè)方向的研究。③動(dòng)態(tài)信息挖掘與融合處理技術(shù)，主要涉及多源海量信息的融合技術(shù)與方法、構(gòu)建海量數(shù)據(jù)挖掘模型及災(zāi)害預(yù)警知識(shí)體系關(guān)鍵技術(shù)與方法、潛在災(zāi)害預(yù)測(cè)技術(shù)與方法、典型動(dòng)力災(zāi)害危險(xiǎn)區(qū)域快速識(shí)別技術(shù)與方法4個(gè)方向的研究。④動(dòng)力災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警技術(shù)與裝備，主要涉及煤礦采掘擾動(dòng)應(yīng)力、瓦斯壓力、構(gòu)造特征參數(shù)及煤巖力學(xué)參數(shù)等多參量信息的識(shí)別和分析技術(shù)與方法，構(gòu)建監(jiān)控預(yù)警云平臺(tái)。⑤智慧礦山建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)體系，以采礦工程、安全工程、巖石力學(xué)、滲流力學(xué)和損傷力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合信息學(xué)、大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+智慧礦山”技術(shù)體系。

　　環(huán)境安全防護(hù)與職業(yè)健康理論與技術(shù)

　　煤炭開采過(guò)程中會(huì)伴隨著地表沉陷、水土流失、瓦斯和粉塵的排放等環(huán)境有害因素的發(fā)生，影響礦工的職業(yè)健康和礦區(qū)周圍的生態(tài)環(huán)境。構(gòu)建環(huán)境安全防護(hù)技術(shù)體系和職業(yè)健康理論是煤炭安全開采的重要前提和保障。

　　理論研究。煤炭開采中的環(huán)境安全防護(hù)主要涉及3個(gè)方面的理論：①煤礦低損傷開采力學(xué)與控制理論，主要涉及煤礦低損傷開采的力學(xué)機(jī)制、低損傷開采過(guò)程中的多場(chǎng)耦合特性、低損傷開采的影響機(jī)制3個(gè)方向的研究。②煤炭開采污染機(jī)理及生態(tài)響應(yīng)機(jī)制，主要涉及煤炭開采污染源產(chǎn)生機(jī)理、煤炭開采污染源對(duì)環(huán)境的影響機(jī)制2個(gè)方向的研究。③煤炭保水開采基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)，主要涉及煤炭開采過(guò)程中上覆巖層的裂隙演化特征、開采擾動(dòng)作用下覆巖裂隙水滲流動(dòng)態(tài)演化特征、采掘擾動(dòng)工作面涌水監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)3個(gè)方向的研究。

　　關(guān)鍵技術(shù)與裝備。煤炭開采中的環(huán)境安全防護(hù)主要涉及4個(gè)方面關(guān)鍵技術(shù)與裝備的研究：①井下采選充一體化開采技術(shù)及裝備，主要涉及井下采選充協(xié)同開采關(guān)鍵技術(shù)、井下采選充一體化開采裝備2個(gè)方向的研究。②井下精準(zhǔn)局部充填開采技術(shù)與裝備，主要涉及精準(zhǔn)充填技術(shù)、充填材料的研制技術(shù)及方法、局部充填的監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)及裝備3個(gè)方向的研究。 ③覆巖離層注漿減沉關(guān)鍵技術(shù)與裝備，主要涉及覆巖離層裂隙帶探測(cè)技術(shù)、覆巖離層注漿填充技術(shù)與裝備、覆巖離層注漿減沉的監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)與裝備3個(gè)方向的研究。④煤礦開采過(guò)程污染物防控關(guān)鍵技術(shù)，主要涉及煤炭開采過(guò)程中固體污染物的防控技術(shù)、煤炭開采過(guò)程中氣體污染物的防控技術(shù)、煤炭開采過(guò)程中防止水資源和土壤污染的關(guān)鍵技術(shù)3個(gè)方向的研究。

　　職業(yè)健康防護(hù)。煤炭開采中的職業(yè)健康防護(hù)主要涉及6個(gè)方面的研究：①粉塵產(chǎn)塵機(jī)制及時(shí)空演化規(guī)律，主要涉及粉塵的產(chǎn)塵來(lái)源、粉塵的運(yùn)移特性、粉塵的潤(rùn)濕特性、壓抽混合強(qiáng)氣流擾動(dòng)下粉塵產(chǎn)運(yùn)的時(shí)空演化特征4個(gè)方向的研究。②粉塵智能監(jiān)測(cè)預(yù)警理論與技術(shù)，主要涉及粉塵高性能傳感器制備理論和方法、復(fù)雜產(chǎn)塵環(huán)境多源信息融合分析技術(shù)、礦井環(huán)境分布式時(shí)空監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)3個(gè)方向的研究。 ③粉塵高效智能防控理論與技術(shù)，主要涉及采掘工作面產(chǎn)塵區(qū)域的監(jiān)測(cè)及精準(zhǔn)防控技術(shù)、不同開采條件下粉塵產(chǎn)塵特性及精準(zhǔn)控制技術(shù)、產(chǎn)塵區(qū)域干霧除塵智能控制技術(shù)及裝備3個(gè)方向的研究。④職業(yè)危害接觸限值與致病機(jī)制，主要涉及致病粉塵誘發(fā)人體組織病變的接觸限值、煤工塵肺細(xì)胞等多組態(tài)樣本庫(kù)的構(gòu)建、病變樣本的大數(shù)據(jù)分析、影響人體組織病變的主要控制因素及致病機(jī)制4個(gè)方向的研究。⑤職業(yè)危害研判與快速篩查技術(shù)，主要涉及煤工塵肺基因的快速判別和篩查技術(shù)、煤工塵肺損傷程度的判別技術(shù)2個(gè)方面的研究。⑥職業(yè)危害智慧診療理論與技術(shù)，主要涉及基于物理、化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的智能檢測(cè)和監(jiān)測(cè)理論及方法，基于血液、尿液和唾液等多樣本多元素的快速研判及治療技術(shù)和裝備，以及基于不同塵肺損傷程度的精準(zhǔn)治療技術(shù)和裝備3個(gè)方向的研究。

　　煤及共伴生資源精準(zhǔn)協(xié)同開發(fā)理論與技術(shù)

　　煤及共伴生資源的精準(zhǔn)協(xié)同開發(fā)是符合新時(shí)代國(guó)家能源戰(zhàn)略需求，保障國(guó)家能源安全高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤及共伴生資源的精準(zhǔn)協(xié)同開發(fā)可以有效解決煤與共伴生資源的單獨(dú)開采矛盾、資源開發(fā)過(guò)程中的多場(chǎng)耦合作用災(zāi)害以及能源資源的采收率低等問(wèn)題，是我國(guó)未來(lái)能源資源開發(fā)的主導(dǎo)方向。

　　煤及共伴生資源的精準(zhǔn)協(xié)同開發(fā)主要涉及5個(gè)方面的研究：①煤鈾資源精準(zhǔn)協(xié)同開發(fā)流固耦合基礎(chǔ)理論，主要涉及開采擾動(dòng)作用下煤巖體的動(dòng)態(tài)損傷演化機(jī)制及滲流特性、協(xié)同開發(fā)過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)-損傷場(chǎng)-化學(xué)場(chǎng)-能量場(chǎng)多物理場(chǎng)的時(shí)空演化特征2個(gè)方向的研究。②煤與油氣精準(zhǔn)協(xié)調(diào)開發(fā)多場(chǎng)耦合基礎(chǔ)理論，主要涉及非均質(zhì)煤巖體多孔介質(zhì)中的多相多場(chǎng)流體運(yùn)移規(guī)律、協(xié)同開發(fā)過(guò)程中應(yīng)力場(chǎng)-損傷場(chǎng)-流體運(yùn)移場(chǎng)-化學(xué)場(chǎng)-能量場(chǎng)多物理場(chǎng)的復(fù)雜耦合機(jī)制及致災(zāi)機(jī)理2個(gè)方向的研究。③煤及共伴生資源精準(zhǔn)協(xié)調(diào)開發(fā)協(xié)同機(jī)制與方法，主要涉及構(gòu)建煤及共伴生資源精準(zhǔn)協(xié)調(diào)開發(fā)的綜合評(píng)價(jià)模型、闡明煤及共伴生資源精準(zhǔn)協(xié)調(diào)開發(fā)機(jī)制及開發(fā)工序2個(gè)方向的研究。④煤及共伴生資源安全高效開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)與裝備，主要涉及煤巖體的高效增透技術(shù)及蓋層防護(hù)體系、液態(tài)二氧化碳?jí)毫押万?qū)油氣的關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)2個(gè)方向的研究。⑤煤及共伴生資源開發(fā)災(zāi)害防控與智能預(yù)警平臺(tái)，主要涉及油氣管道的智能監(jiān)測(cè)監(jiān)控技術(shù)、含鈾溶浸液及氡運(yùn)移控制理論、基于多參量的數(shù)據(jù)挖掘智能預(yù)警防控技術(shù)3個(gè)方向的研究。

　　煤炭清潔高效利用及碳中和科學(xué)發(fā)展理論與技術(shù)

　　在“雙碳”目標(biāo)背景下，為了保證我國(guó)主體能源安全高質(zhì)量發(fā)展，必須走煤炭清潔高效利用以及科學(xué)的碳中和發(fā)展之路。煤炭的清潔高效利用既能滿足我國(guó)能源的安全，又能促進(jìn)“雙碳”目標(biāo)的發(fā)展，同時(shí)也是我國(guó)社會(huì)主義生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　煤炭的清潔高效利用主要涉及6個(gè)方面的研究：①超超臨界煤電燃燒基礎(chǔ)理論，主要涉及超超臨界煤電高效燃燒理論、超超臨界煤電高效傳熱理論、超超臨界煤電高效熱轉(zhuǎn)化理論和技術(shù)3個(gè)方向的研究。②干法與細(xì)顆粒級(jí)煤分選技術(shù)，主要涉及大型復(fù)合和塊煤干法分選理論及技術(shù)、大型復(fù)合式干法流化床分選理論和技術(shù)、構(gòu)建氣固流態(tài)化和模塊式高效干法分選系統(tǒng)3個(gè)方向的研究。③低品階煤分級(jí)高效提質(zhì)技術(shù)，主要涉及大型低品階煤高效分質(zhì)分級(jí)利用技術(shù)、低品階混煤高效熱解技術(shù)、構(gòu)建低品階煤分級(jí)高效利用技術(shù)體系3個(gè)方向的研究。④煤液化氣化現(xiàn)代煤化工技術(shù)，主要涉及大型水煤漿高效氣化關(guān)鍵技術(shù)、干煤粉氣流床高壓氣化關(guān)鍵技術(shù)、煤直接和間接高效液化技術(shù)、超厚超大煤化工成套設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造、構(gòu)建現(xiàn)代化煤化工技術(shù)體系5個(gè)方向的研究。⑤煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的集成技術(shù)，主要涉及煤基多聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)理論、煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的耦合機(jī)制、煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵集成技術(shù)3個(gè)方向的研究。⑥煤利用污染物協(xié)同控制技術(shù)，主要涉及燃煤煙氣污染物的高效快速脫除技術(shù)、燃煤煙氣的凈化裝置、大型燃煤工業(yè)領(lǐng)域煙氣脫硫除塵關(guān)鍵技術(shù)、現(xiàn)代煤化工污染物高效深度控制關(guān)鍵技術(shù)、固體廢物高附加值利用技術(shù)5個(gè)方向的研究。

　　煤炭的清潔高效利用依托于我國(guó)科學(xué)的碳中和發(fā)展戰(zhàn)略體系，主要包括：碳中和新型能源體系、全網(wǎng)節(jié)能的管理體系、多元化綠色金融體系、碳排放交易優(yōu)化機(jī)制、碳中和行為激勵(lì)機(jī)制、低碳化發(fā)展制度體系、碳排放管理標(biāo)準(zhǔn)體系等成套的管理及發(fā)展體系。加強(qiáng)碳中和行為激勵(lì)機(jī)制與碳排放優(yōu)化研究，構(gòu)建煤礦區(qū)碳中和科學(xué)發(fā)展技術(shù)理論體系，為我國(guó)碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供保障。

　　隨著我國(guó)煤炭精準(zhǔn)開采與清潔高效利用不斷發(fā)展，力爭(zhēng)用最少的煤礦數(shù)量、最少的開采面積、最少的煤炭消費(fèi)量支撐國(guó)家的能源需求，加快構(gòu)建清潔、高效、安全、可持續(xù)的現(xiàn)代能源體系，為保障我國(guó)能源安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。以我國(guó)主體能源發(fā)展取得的成就為根基，依托于我國(guó)主體能源發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)創(chuàng)新發(fā)展方向，力爭(zhēng)2025年，主體能源高質(zhì)量發(fā)展取得重大突破；2030年，主體能源高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)基本實(shí)現(xiàn)；2050年，主體能源高質(zhì)量發(fā)展全面實(shí)現(xiàn)。

（作者：袁亮，安徽理工大學(xué)深部煤礦采動(dòng)響應(yīng)與災(zāi)害防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）

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