當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)已對煤炭行業(yè)整體技術(shù)布局和攻關(guān)方向提出了全新的要求，煤炭行業(yè)比過去任何時候都更加需要科技創(chuàng)新，需要用系統(tǒng)思維謀劃、從多個方面統(tǒng)籌未來煤炭科技發(fā)展路徑，全面推動能源安全新戰(zhàn)略向縱深發(fā)展。
為此，中國煤炭工業(yè)協(xié)會副會長、中國煤炭學(xué)會理事長劉峰研究員在《煤炭學(xué)報》2022年第1期撰文《雙碳背景下煤炭安全區(qū)間與綠色低碳技術(shù)路徑》（掃描下方二維碼免費(fèi)下載閱讀），以科學(xué)定“量”、綠色提“ 質(zhì)”、創(chuàng)新領(lǐng)“路”為綱，探索推進(jìn)煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)路徑。
煤炭是我國的主體能源和重要原料，從1949年至今累計生產(chǎn)煤量達(dá)960億t 以上，為國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供了70%以上的一次能源，支撐了國內(nèi)生產(chǎn)總值年均增長9%以上，為中華民族偉大復(fù)興做出了不可磨滅的歷史貢獻(xiàn)。同時，煤炭行業(yè)一直緊跟時代步伐，堅持改革開放，圍繞生產(chǎn)、消費(fèi)、技術(shù)、體制等4個方面不斷開展自我革命，煤炭科技創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)，清潔低碳利用步伐不斷加快，初步探索出一條安全、高效、綠色、智能的轉(zhuǎn)型升級發(fā)展之路。
然而，煤炭屬于傳統(tǒng)高碳化石能源，其大規(guī)模開發(fā)利用帶來的氣候變化、環(huán)境損傷、生態(tài)擾動等問題日益凸顯。加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，推進(jìn)綠色低碳發(fā)展現(xiàn)已成為全球共識和大勢所趨。作為世界上最大的發(fā)展中國家，我國積極做出“30·60”雙碳目標(biāo)承諾，中央層面、部委層面、地方層面和多個行業(yè)加緊研究制定相關(guān)低碳政策和工作方案，踐行“雙碳”由國家戰(zhàn)略目標(biāo)轉(zhuǎn)化為指導(dǎo)各產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)性變革的具體舉措。作為“雙碳”目標(biāo)的主戰(zhàn)場，能源產(chǎn)業(yè)的減碳、降碳是我國“雙碳”工作的重點(diǎn)方向。由于我國以煤為主的能源稟賦現(xiàn)狀，在保障能源安全的基礎(chǔ)上，降低煤炭消費(fèi)總量及其消費(fèi)過程中的碳排放強(qiáng)度是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的必然選擇。
習(xí)近平總書記對煤炭行業(yè)的發(fā)展方向作出了明確指示：“立足國情、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”。煤炭行業(yè)在多年自我革命的過程中，始終將綠色生產(chǎn)、節(jié)能提效、清潔利用、生態(tài)環(huán)保理念貫穿始終，致力于依靠科技進(jìn)步將煤炭工業(yè)發(fā)展為安全高效、清潔低碳的先進(jìn)產(chǎn)業(yè)：在“量”方面，經(jīng)過持續(xù)的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，煤炭消費(fèi)占比已由改革開放初期的80%以上下降到2020年的56.8%，預(yù)測“十四五”末在我國能源消費(fèi)的占比在50%左右，2030年碳達(dá)峰時占比在45%左右，對比美國、日本、德國等發(fā)達(dá)國家，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰后煤炭消費(fèi)仍有10~20a平臺期；在“質(zhì)”方面，目前我國85%以上的煤炭消費(fèi)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)清潔利用和超低排放，原煤入選率達(dá)74.1%，比2015年提高8.2%，形成了包含煤炭洗選、提質(zhì)加工、清潔轉(zhuǎn)化與污染物控制的潔凈煤技術(shù)體系，現(xiàn)代煤化工技術(shù)取得了全面突破。
當(dāng)前，“雙碳”目標(biāo)已對煤炭行業(yè)整體技術(shù)布局和攻關(guān)方向提出了全新的要求，煤炭行業(yè)比過去任何時候都更加需要科技創(chuàng)新，需要用系統(tǒng)思維謀劃、從多個方面統(tǒng)籌未來煤炭科技發(fā)展路徑，全面推動能源安全新戰(zhàn)略向縱深發(fā)展。因此，以科學(xué)定“量”、綠色提“質(zhì)”、創(chuàng)新領(lǐng)“路”為綱，探索推進(jìn)煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級的技術(shù)路徑：開展煤炭安全區(qū)間研究，分析安全區(qū)間上下限影響因素，提出煤炭安全區(qū)間需要研究的科學(xué)命題；總結(jié)不同時期煤炭綠色低碳的科技發(fā)展成果，剖析雙碳背景下煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展的新需求；提出未來各領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)方向，為新形式下煤炭綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的相關(guān)科技政策制定提供決策參考，對引導(dǎo)煤炭行業(yè)順應(yīng)能源革命新形勢、滿足行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展新要求、抓住世界經(jīng)濟(jì)和能源格局調(diào)整新機(jī)遇具有重要意義。
1
科學(xué)定“量”：開展煤炭安全區(qū)間研究
1.1 煤炭安全區(qū)間研究的現(xiàn)實(shí)緊迫性
1.1.1 能源安全的極端重要性
能源安全是國家安全的重要組成部分，是保障未來和平發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。當(dāng)前，世紀(jì)疫情與百年變局交織疊加，國際格局發(fā)生深刻調(diào)整，世界進(jìn)入動蕩變革期，全球能源價格上漲，國際油氣價格震蕩運(yùn)行，多國出臺政策禁止煤炭出口，全球能源體系正發(fā)生結(jié)構(gòu)性演變，存在供給失衡風(fēng)險和地緣安全沖擊，未來能源安全面臨的風(fēng)險因素將進(jìn)一步增加。從國內(nèi)來看，疫情常態(tài)化防控下經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定復(fù)蘇，能源需求不可避免繼續(xù)增長，而有的地方出現(xiàn)“一刀切”限電、限產(chǎn)或運(yùn)動式“減碳”現(xiàn)象，影響能源供應(yīng)鏈穩(wěn)定發(fā)展，2021年國內(nèi)能源供需偏緊，甚至出現(xiàn)“拉閘限電”現(xiàn)象。我國政府已多次強(qiáng)調(diào)能源保供工作的極端重要性，再次將保障能源安全穩(wěn)定供應(yīng)工作擺在關(guān)鍵位置。
從國情出發(fā)，我國仍是發(fā)展中國家，發(fā)展是解決一切問題的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。盡管國家已經(jīng)投入大量政策資金發(fā)展可再生能源，但短期內(nèi)要依靠新能源大規(guī)模取代化石能源并不現(xiàn)實(shí)，在未來一段時期內(nèi)化石能源仍為我國能源主體（2020年非化石能源占比15.7%，到2030年非化石能源的消費(fèi)占比25%）。同時，石油和天然氣存在對外依存度過高的現(xiàn)狀（2020年天然氣外采量占比42.2%，石油外采量占比73.4%），以能源金融為代表的全球能源體系存在較大失衡風(fēng)險，油氣自主供給能力有待加強(qiáng)；而且，當(dāng)前國際局勢錯綜復(fù)雜，油氣安全面臨進(jìn)口通道風(fēng)險加大和節(jié)點(diǎn)地區(qū)動蕩等地緣安全等挑戰(zhàn)。
因此，煤炭雖然不是理想的綠色能源，但卻是我國資源最豐富、供給最有保障、生產(chǎn)和消費(fèi)最為經(jīng)濟(jì)的能源品種，保能源安全的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)是保煤炭安全。
1.1.2 煤炭的兜底保障作用
當(dāng)前煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)占比高，這是基于我國資源賦存條件、開發(fā)難易程度、生產(chǎn)消費(fèi)成本、運(yùn)輸儲存使用條件等因素綜合作用的歷史選擇。煤炭占化石能源礦產(chǎn)資源已探明儲量的94%以上，石油和天然氣僅占6%左右，這種資源稟賦條件使得我國的基礎(chǔ)能源嚴(yán)重依賴煤炭，在相當(dāng)長的一段時期內(nèi)，煤炭仍將是我國能源安全的穩(wěn)定器和壓艙石。
煤炭行業(yè)是傳統(tǒng)能源行業(yè)，從資源勘探到礦井設(shè)計、從開工建設(shè)到開采洗選、從生態(tài)修復(fù)到關(guān)閉退出的各階段需要的建設(shè)周期比較長，無論是新增還是淘汰產(chǎn)能均需要較長時間的實(shí)施過程，因而政策調(diào)控的慣性大，且靈敏度相對較低，需要更為合理有序的規(guī)劃布局。從生產(chǎn)單元來說，煤炭產(chǎn)量在短期內(nèi)增減是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要與采、掘、通、機(jī)、運(yùn)、排水等幾大系統(tǒng)協(xié)調(diào)匹配，同時必須兼顧安全和環(huán)保兩大紅線，需要對整個系統(tǒng)的生產(chǎn)和管理能力進(jìn)行全面改造。以最近2021年開展的前所未有的煤電保供為例，從4月份出現(xiàn)電煤缺口開始，國家和地方出臺了一系列保供增產(chǎn)穩(wěn)價的超常應(yīng)急調(diào)控措施，各主產(chǎn)煤省區(qū)和大型國有煤炭生產(chǎn)企業(yè)紛紛加快煤炭產(chǎn)能釋放：據(jù)國家發(fā)改委消息，9月以來允許153座煤礦核增產(chǎn)能2.2億t/a，四季度可增產(chǎn)5000萬t以上；將具備安全生產(chǎn)條件的38座建設(shè)煤礦，列入應(yīng)急保供煤礦，允許階段性釋放產(chǎn)能，合計產(chǎn)能1億t/a；為60余座煤礦辦理接續(xù)用地手續(xù)，確保1.5億t/a以上產(chǎn)能穩(wěn)定釋放。盡管在保供措施如此大規(guī)模發(fā)力的情況下，煤炭供需形勢有所好轉(zhuǎn)，但截至12月，仍存在一定程度的供給缺口。
綜上，加強(qiáng)能源安全運(yùn)行預(yù)測預(yù)警是增強(qiáng)宏觀調(diào)控能力的必要環(huán)節(jié)，是保障能源安全的重要前提。推進(jìn)煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級首先應(yīng)該科學(xué)定“量”，開展煤炭安全區(qū)間研究，為能源系統(tǒng)健康、穩(wěn)定運(yùn)行及能源可持續(xù)發(fā)展提供有益的決策依據(jù)，具有現(xiàn)實(shí)緊迫性。
1.2 煤炭安全區(qū)間的涵義
能源的根本屬性是服務(wù)國家社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，因此其安全性大于經(jīng)濟(jì)性大于低碳性。煤炭安全是我國能源安全最基礎(chǔ)、最重要的組成部分，包含可供性、可獲得性、穩(wěn)定性、可持續(xù)性和生態(tài)性等多方面要求。其中，可供性取決于我國煤炭資源的賦存狀況與勘探開發(fā)的相關(guān)度；可獲得性取決于開采技術(shù)工藝的成熟度及開采成本；穩(wěn)定性指煤炭供應(yīng)的可靠性與平穩(wěn)性，取決于宏觀調(diào)控手段與地緣政治因素；可持續(xù)性取決于煤炭資源的儲采比及其利用能效；生態(tài)性取決于煤炭的開發(fā)和利用方式對環(huán)境的損傷程度。
因此，煤炭安全區(qū)間是指在較長一段時間內(nèi)，煤炭行業(yè)能夠安全、健康發(fā)展的煤炭消費(fèi)量合理區(qū)間，即在資源足量且保證供應(yīng)的前提下，擁有成熟的開采工藝技術(shù)與合理的開采成本，可兼顧宏觀調(diào)控周期與地緣政治等因素，同時踐行環(huán)境友好、節(jié)能減排與可持續(xù)發(fā)展理念。
▲煤炭安全區(qū)間示意
煤炭安全區(qū)間是一個動態(tài)的有界區(qū)間。安全區(qū)間上限是某特定時間節(jié)點(diǎn)煤炭消費(fèi)量的最大值，該值受資本投資約束、碳減排、生態(tài)環(huán)保、能源供給結(jié)構(gòu)等因素制約；安全區(qū)間下限是某特定時間節(jié)點(diǎn)保障能源供應(yīng)需要的煤炭消費(fèi)量最小值，短期內(nèi)下限由煤炭的兜底保障作用決定，中長期由新能源的有序替代和煤炭的原料屬性決定。安全區(qū)間的長度是上、下限的差值，受能源供給結(jié)構(gòu)變革優(yōu)化、宏觀政策調(diào)控與國際地緣政治的影響。安全區(qū)間的長度隨時間推移逐漸減少，未來煤炭消費(fèi)波動幅值逐漸減小，行業(yè)發(fā)展趨于穩(wěn)定。
煤炭消費(fèi)量受多種上下行因素共同影響，隨時間推移具有間歇性與波動性，主要體現(xiàn)在長期宏觀波動與短期微觀波動2個方面。長期宏觀波動是由于煤炭與油氣同屬化石能源，存在互補(bǔ)作用，在政策調(diào)控及地緣政治不穩(wěn)定因素造成油氣供給量波動時，會引發(fā)煤炭消費(fèi)波動；而短期微觀波動是由我國煤炭自身的供需關(guān)系造成的，部分地區(qū)、部分品種、高峰時段能源供需平衡可能存在一定壓力，用電高峰期、冬季供暖期、水電枯水期等時段，煤炭消費(fèi)量會出現(xiàn)短期微觀波動。
1.3 煤炭安全區(qū)間影響因素
1.3.1 區(qū)間上限下行壓力因素
（1）碳減排約束。據(jù)相關(guān)測算，煤炭消費(fèi)產(chǎn)生的CO2排放量占75%左右。國務(wù)院發(fā)布《2030年前碳達(dá)峰行動方案》中再次強(qiáng)調(diào)，煤炭消費(fèi)“十四五”期間合理控制增長，“十五五”時期逐步減少。
?。?）生態(tài)環(huán)保約束。煤炭開發(fā)和利用不可避免的造成環(huán)境損傷，如開采運(yùn)輸過程中的地表沉陷、含水層破壞、廢水固廢等污染物排放，利用環(huán)節(jié)的燃煤大氣污染、煤化工廢水污染等。堅定不移走生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展之路，就必然要求煤炭消費(fèi)減量替代。
?。?）能耗強(qiáng)度約束。2020年國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗比2019年下降0.1%。一方面，在能耗雙控制度下，煤炭消費(fèi)增速變緩；另一方面，資源轉(zhuǎn)化效率的提高將促進(jìn)煤炭需求將逐步減小。
?。?）資本投資約束。近年來，煤炭行業(yè)固定資產(chǎn)投資完成額呈整體下降趨勢。長期來看，預(yù)計雙碳目標(biāo)下資本對煤炭產(chǎn)能的投資意愿將進(jìn)一步下降。
?。?）能源供給結(jié)構(gòu)優(yōu)化約束。要如期實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”目標(biāo)，就必須完成能源低碳化轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低碳化調(diào)整，建立和完善符合高質(zhì)量發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)的綠色低碳循環(huán)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)體系，實(shí)現(xiàn)煤炭有序減量替代。
▲2011—2020年能源供給結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
1.3.2 區(qū)間下限上浮支撐因素
（1）能源需求總量增長。我國仍處于社會主義初級階段，國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展需要能源作為根本支撐，在提高單位GDP能耗的同時，對于能源的需求總量也將逐步上升。
▲2011—2020年能源需求總量
?。?）能源安全兜底供應(yīng)。煤炭的兜底保障對于增強(qiáng)能源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和風(fēng)險管控能力具有重要意義，同時煤炭將在向新能源為主體的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變中發(fā)揮重要的支撐作用。
?。?）煤炭儲備能力建設(shè)。增強(qiáng)煤炭儲備能力是促進(jìn)煤炭市場供需動態(tài)平衡、保障國家能源安全的重要舉措。國家正在推進(jìn)煤炭儲備能力建設(shè)，總目標(biāo)是在全國形成相當(dāng)于年煤炭消費(fèi)量15%的煤炭儲備能力。
?。?）煤炭供給結(jié)構(gòu)優(yōu)化。鞏固去產(chǎn)能成效，淘汰落后產(chǎn)能，釋放先進(jìn)產(chǎn)能，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)供應(yīng)，進(jìn)一步向資源稟賦好、競爭能力強(qiáng)的地區(qū)集中。
?。?）煤炭清潔高效利用。燃煤發(fā)電清潔化與現(xiàn)代煤化工取得成效，煤炭清潔高效利用是我國能源轉(zhuǎn)型的立足點(diǎn)。煤炭由單一燃料向燃料和原料并重轉(zhuǎn)變將進(jìn)一步拓展煤炭的消費(fèi)空間。
1.4 煤炭安全區(qū)間需研究的命題
1.4.1 保證煤炭安全的短期目標(biāo)與中長期目標(biāo)研究
在現(xiàn)有技術(shù)條件下，能源體系的低碳性、安全性與經(jīng)濟(jì)性還存在一定的矛盾，因此中央經(jīng)濟(jì)工作會議提出要正確認(rèn)識和把握碳達(dá)峰碳中和，要堅定不移推進(jìn)，但不可能畢其功于一役。因此必須處理好短期與中長期的關(guān)系，不把長期目標(biāo)短期化，系統(tǒng)目標(biāo)碎片化，不把持久戰(zhàn)打成突擊戰(zhàn)，杜絕“碳沖鋒”和“一刀切”、“運(yùn)動式減碳”。
?。?）短期目標(biāo)。① 開展精細(xì)化煤炭地質(zhì)勘探工作，摸清家底；② 增強(qiáng)煤炭儲備能力建設(shè)，既要加強(qiáng)煤炭資源精準(zhǔn)勘查，提升煤炭資源儲備，也要加強(qiáng)煤炭相關(guān)技術(shù)研發(fā)，提升煤炭開發(fā)能力儲備，更要合理建設(shè)煤炭倉儲設(shè)施，提升煤量儲備能力；③ 推動煤炭的清潔高效利用，攻關(guān)一批綠色低碳核心關(guān)鍵技術(shù)，推廣一批先進(jìn)適用潔凈煤技術(shù)。
?。?）中長期目標(biāo)。① 提高生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)、儲存各環(huán)節(jié)的能效，實(shí)現(xiàn)可再生能源的全方位深度替代，構(gòu)建以新能源為主體的能源供給體系，降低煤炭安全區(qū)間上限；② 推動煤炭由單一燃料向燃料與原料并重轉(zhuǎn)變，增強(qiáng)煤炭的原料屬性，提高煤炭安全區(qū)間下限；③ 加速推進(jìn)各類儲能技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，減少調(diào)控，規(guī)避風(fēng)險，縮短煤炭安全區(qū)間長度。
1.4.2 防范“黑天鵝”和“灰犀牛”事件的煤炭安全區(qū)間下限臨界值研究
習(xí)近平總書記關(guān)于堅持底線思維著力防范化解重大風(fēng)險的講話提到，面對波譎云詭的國際形勢、復(fù)雜敏感的周邊環(huán)境、艱巨繁重的改革發(fā)展穩(wěn)定任務(wù)，必須始終保持高度警惕，既要高度警惕“黑天鵝”事件，也要防范“灰犀牛”事件。國家“十四五”規(guī)劃要求：切實(shí)維護(hù)能源安全；增強(qiáng)能源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)和風(fēng)險管控能力，實(shí)現(xiàn)煤炭供應(yīng)安全兜底、油氣核心需求依靠自保、電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠；保持原油和天然氣穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，做好煤制油氣戰(zhàn)略基地規(guī)劃布局和管控；加強(qiáng)煤炭儲備能力建設(shè)。
需要研究在不可預(yù)知的風(fēng)險來臨時，或可預(yù)見的重大隱患發(fā)生后，核能、油氣、可再生能源的自保能力的自主可控量，煤炭完成安全兜底保障任務(wù)的下限臨界值，煤炭儲備能力建設(shè)的基數(shù)。
1.4.3 煤炭安全區(qū)間長度隨煤炭儲備能力建設(shè)與供給體系優(yōu)化的動態(tài)關(guān)系
研究建立多角色、多用途、多梯度、多輻射強(qiáng)度的煤炭儲備能力，推動煤炭儲備能力建設(shè)市場化。儲備能力建設(shè)決定煤炭區(qū)間的長度，隨著儲備能力增強(qiáng)，煤炭安全區(qū)間的長度縮短，煤炭消費(fèi)趨于穩(wěn)定發(fā)展。
在未來以新能源為主體的清潔能源供應(yīng)體系下，新能源滿足基荷和腰荷，煤電滿足峰荷。需要研究煤炭安全區(qū)間隨峰荷變化、儲備能力變化的動態(tài)時空關(guān)系。
1.4.4 煤炭安全區(qū)間與政策調(diào)控效力的相互關(guān)系
從2021年煤電保供形勢來看，常規(guī)的政策見招拆招不足以達(dá)到理想效果，需要政策更有力度并增強(qiáng)預(yù)見性，防范問題的出現(xiàn)或擴(kuò)大化，造成不利影響。因此中央經(jīng)濟(jì)工作會議提出政策發(fā)力要適當(dāng)靠前，保持經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在合理區(qū)間。
當(dāng)煤炭消費(fèi)量瀕臨安全區(qū)間上、下限時，意味著煤炭行業(yè)發(fā)展瀕臨失調(diào)或衰退。綜合考慮宏觀調(diào)控效力、調(diào)控周期、政策的慣性及其敏感響應(yīng)等因素，研究指定時段中煤炭在安全區(qū)間內(nèi)波動時的最佳調(diào)控時機(jī)。
煤炭安全區(qū)間是一個多學(xué)科交叉的復(fù)雜科學(xué)問題，涉及地質(zhì)勘探學(xué)、資源經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)學(xué)、氣候經(jīng)濟(jì)學(xué)、政治經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境學(xué)等，同時也是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會安全穩(wěn)定的重大戰(zhàn)略問題。下一步需要對上述命題開展進(jìn)一步研究，遴選煤炭安全區(qū)間的評估指標(biāo)，研究評估方法，建立評估模型，提出調(diào)控措施建議。
2
綠色提“質(zhì)”:綠色低碳技術(shù)路徑研究
2.1 煤炭綠色低碳科技發(fā)展歷程
2.1.1 第1階段（1949—1977年）：煤炭工業(yè)開拓前進(jìn)階段
中華人民共和國成立后，改革舊式采煤方法，將落后的穿硐室、高落式、殘柱式、房柱式、刀柱式等采煤方法逐漸改革為長壁式采煤方法。20世紀(jì)60年代，我國煤礦回采工作面采用金屬支護(hù)取代木支護(hù)，逐步淘汰落后的柱式體系采煤法，開始夯實(shí)壁式采煤法的主體地位。20世紀(jì)70年代，伴隨著滾筒采煤機(jī)的問世，采煤機(jī)、單體支柱、金屬頂梁和刮板輸送機(jī)配套的普通機(jī)械化采煤方法逐步推廣與應(yīng)用。20世紀(jì)70年代后期，單體液壓支柱研發(fā)成功并大規(guī)模推廣，使得普采逐漸發(fā)展為高檔普采，提高了資源回收率，改善了工人勞動環(huán)境和安全生產(chǎn)條件。
該階段，產(chǎn)能不足以支撐社會主義建設(shè)是行業(yè)發(fā)展面臨的主要矛盾，薄弱的工業(yè)基礎(chǔ)制約了煤炭產(chǎn)能的提升，同時生產(chǎn)安全得不到保障。為此，全行業(yè)勠力同心，通過技術(shù)引進(jìn)與改造使得我國煤炭產(chǎn)量由1949年的3200萬t迅速提升到1977年的5.51億t；百萬噸死亡率由1949年的22.28%降至1977年的9.95%。
2.1.2 第2階段（1978—1993年）：煤炭工業(yè)發(fā)展改革階段
20世紀(jì)70—80年代是我國綜采技術(shù)的起步和發(fā)展階段，煤炭行業(yè)掀起了新一輪采煤工藝革新。1978年，我國引進(jìn)了100套綜采成套裝備，開啟了綜合機(jī)械化生產(chǎn)時代；80年代，引進(jìn)和研發(fā)了放頂煤開采技術(shù)；1990年，年產(chǎn)25萬t的水煤漿試驗廠開工建設(shè)，探索了水煤漿代油并減少環(huán)境污染的新途徑。
該階段，隨著改革開放的實(shí)施，社會經(jīng)濟(jì)對煤炭的需求進(jìn)一步激增，地方鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦粗放發(fā)展，供需緊張與安全問題仍是行業(yè)面臨的主要矛盾。綜采技術(shù)的推廣普及使我國煤炭產(chǎn)量由1978年的6.18億t提升到1993年的11.5億t，百萬噸死亡率由1978年的9.44%降到1993年的4.78%；同時，原煤入選率由1978年的16.7%提高到1990年的17.7%。
2.1.3 第3階段（1994—2005年）：潔凈煤技術(shù)框架形成階段
20世紀(jì)80年代美國率先提出潔凈煤技術(shù)，我國從20世紀(jì)90年代初開始重視煤炭清潔利用，以解決煤炭利用引起的環(huán)境問題。1994年2月，國務(wù)院召開了“關(guān)于研究我國大力開發(fā)推廣潔凈煤技術(shù)問題會議”，確定成立了國家潔凈煤技術(shù)開發(fā)推廣領(lǐng)導(dǎo)小組。1997年，發(fā)布了《中國潔凈煤技術(shù)“九五”計劃和2010年發(fā)展綱要》，確立了我國潔凈煤技術(shù)發(fā)展框架。2001年，首次將“潔凈煤技術(shù)”作為能源技術(shù)領(lǐng)域兩大主題之一，支持煤液化、水煤漿氣化和干煤粉加壓氣化、IGCC電站模擬、高效超臨界發(fā)電、低成本脫硫脫硝等技術(shù)研發(fā)和工業(yè)示范。
該階段，改革開放持續(xù)推進(jìn)，煤炭生產(chǎn)方式和結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，行業(yè)糾正了粗放型發(fā)展模式，高產(chǎn)高效大型現(xiàn)代化煤礦涌現(xiàn)，煤炭開發(fā)的質(zhì)和量均大幅提高。然而煤炭開發(fā)利用導(dǎo)致的環(huán)境問題開始凸顯，行業(yè)內(nèi)學(xué)者與時俱進(jìn)，在煤炭開發(fā)方面，以錢鳴高院士提出的“綠色開采”技術(shù)體系為代表的科學(xué)采礦思想深入人心；在利用方面，通過煤轉(zhuǎn)化等系列研究促進(jìn)了我國潔凈煤技術(shù)框架形成，推動了潔凈煤技術(shù)的快速發(fā)展。全國原煤入選率由1995年的15.6%提高到2005年的33%，煤矸石綜合利用率由1995年的23.5%提高至2005年的59%，同年全國煤炭礦井水平均利用率為20.3%，煤礦土地復(fù)墾率為24%。
2.1.4 第4階段（2006—2016年）：煤炭清潔高效利用發(fā)展階段
《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》和《“十一五”國家科技支撐計劃發(fā)展綱要》將“煤的清潔高效開發(fā)利用”確立為優(yōu)先主題，明確提出促進(jìn)煤炭的清潔高效利用，發(fā)展煤炭清潔、高效、安全開發(fā)和利用技術(shù)。
該階段，我國煤炭資源開發(fā)利用理論與技術(shù)進(jìn)步顯著，安全高效綠色清潔的共識進(jìn)一步凝聚。謝克昌院士提出要“科學(xué)認(rèn)識煤化工”，謝和平院士呼吁提高“科學(xué)產(chǎn)能”，袁亮院士提出“精準(zhǔn)開采”構(gòu)想，一系列適應(yīng)“煤的清潔高效開發(fā)利用”的指導(dǎo)思想涌現(xiàn)；同時，將“燃煤污染物綜合控制和利用的技術(shù)與裝備”等確定為優(yōu)先主題的重點(diǎn)研究內(nèi)容。2016年原煤入選率68.9%，比2005年提高35%；煤矸石綜合利用率保持較高水平，由2008年的60%穩(wěn)步保持到2016年的66.4%；礦井水利用率由2008年的48.5%提高到2016年的70.6%；煤礦土地復(fù)墾率由2005年的24%提升至2016年的48%。
2.1.5 第5階段（2017—）：煤炭高質(zhì)量發(fā)展階段
黨的十九大提出，我國經(jīng)濟(jì)由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段。煤炭行業(yè)也由總量型去產(chǎn)能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)型去產(chǎn)能，由單一燃料向燃料與原料并重轉(zhuǎn)變。
該階段，“清潔低碳、綠色安全、智能高效、多元協(xié)同”是煤炭高質(zhì)量發(fā)展的主基調(diào)。筆者與王國法院士共同提出“煤礦智能化是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐”，彭蘇萍院士提出黃河流域礦區(qū)生態(tài)保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展構(gòu)想，武強(qiáng)院士提出解決礦山環(huán)境問題的“九節(jié)鞭”，眾多專家學(xué)者逐漸關(guān)注廢棄礦井再利用等問題，碳減排系列技術(shù)路徑也相繼提出；同時成功研發(fā)超低排放限制的煤電機(jī)組、大型重介質(zhì)旋流器選煤技術(shù)、新一代空氣重介干法選煤技術(shù)和大型全粒度級復(fù)合式干法分選技術(shù)；以煤制油、煤制氣、煤制烯烴、煤制乙二醇為主的現(xiàn)代煤化工，無論在關(guān)鍵技術(shù)還是核心裝備自主化上都取得了重大突破。全國原煤入選率由2017年的70.2%提高到2020年的74.1%；煤矸石綜合利用率由2017年的67.3%穩(wěn)步保持到2020年的72.2%；礦井水綜合利用率穩(wěn)步保持至72.2%；土地復(fù)墾率由2017年的49%提升至2020年的57%。
▲1978—2020年原煤入選率和入選煤量
2.2 碳達(dá)峰、碳中和背景下煤炭科技創(chuàng)新需求
美國、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家均把能源技術(shù)創(chuàng)新視為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的突破口，力爭實(shí)現(xiàn)化石能源的低碳化革命。面對新時代賦予煤炭行業(yè)的新定位和新要求，伴隨著煤炭產(chǎn)業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型步伐加快，我國更加需要創(chuàng)新低碳科技，在煤炭開發(fā)、利用、環(huán)境保護(hù)、煤炭與新能源協(xié)同等領(lǐng)域加強(qiáng)科技攻關(guān)與任務(wù)布局。
2.2.1 煤炭智能綠色開采水平亟待提高
發(fā)達(dá)國家積極發(fā)展智能制造，制定了智能制造戰(zhàn)略，提升了智能化裝備設(shè)計制造水平和可靠性水平，如德國推出了工業(yè)4.0、美國積極布局工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、澳大利亞廣泛推廣長壁工作面自動化技術(shù)和三維移動定位技術(shù)、日本小松和德國艾克夫也開始在智能采礦領(lǐng)域推廣裝備。
近年來，我國加速推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，截至2021年年底，全國智能化采掘工作面達(dá)687個，其中采煤工作面431個，掘進(jìn)工作面256個，并有26種煤礦機(jī)器人在煤礦現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)不同程度的應(yīng)用。但煤炭行業(yè)智能化發(fā)展水平整體仍處于示范培育階段，在智能開采基礎(chǔ)理論、智能地質(zhì)保障、智能快掘、大型設(shè)備聯(lián)動控制、智能感知與決策等領(lǐng)域存在技術(shù)短板，煤炭開發(fā)與物聯(lián)網(wǎng)、云計算、5G通信等新一代信息技術(shù)融合也亟需加強(qiáng)。
此外，我國構(gòu)建的以充填開采、煤與瓦斯共采、保水開采、優(yōu)質(zhì)遺煤精采細(xì)采、無煤柱開采等為主的綠色開采理論與技術(shù)體系，亟需加強(qiáng)綠色開采模式、開采設(shè)計和技術(shù)裝備等方面研究。同時，隨著煤炭開發(fā)重心向西部轉(zhuǎn)移，亟需針對西部生態(tài)脆弱區(qū)攻關(guān)低損害開采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)理論與技術(shù)，形成礦區(qū)環(huán)境采動損傷精準(zhǔn)監(jiān)測感知與控制、礦區(qū)生態(tài)健康預(yù)警與修復(fù)技術(shù)體系等。
2.2.2 煤炭清潔高效低碳利用任重道遠(yuǎn)
在700℃超超臨界發(fā)電、先進(jìn)IGCC/IGFC及多聯(lián)產(chǎn)等領(lǐng)域，美國、日本、歐盟等發(fā)達(dá)國家超前部署，商業(yè)化應(yīng)用走在世界前列。在煤炭深加工及CO2捕集循環(huán)利用方面，美國積極部署煤基高性能材料、煤基電池材料、煤基復(fù)合建筑材料等研發(fā)，并于2020年投入2.7億美元支持CCUS項目發(fā)展。
近年來，我國已形成了包含煤炭分選、提質(zhì)加工、清潔轉(zhuǎn)化與污染物控制的潔凈煤技術(shù)體系，在燃煤超低排放發(fā)電、高效煤粉型和水煤漿工業(yè)鍋爐、現(xiàn)代煤化工等領(lǐng)域取得重大技術(shù)突破，能源利用效率不斷上升，環(huán)保水平不斷提高。但受地區(qū)和企業(yè)間煤炭清潔利用技術(shù)發(fā)展不平衡、核心技術(shù)自主創(chuàng)新能力短板、管理機(jī)制與政策環(huán)境不完善等多因素制約，我國煤炭清潔利用水平還存在差距，仍亟待加強(qiáng)科技創(chuàng)新、提升煤炭清潔利用效率和質(zhì)量。
在煤炭產(chǎn)業(yè)低碳轉(zhuǎn)型背景下，未來亟需對700 ℃等級高溫合金材料、低階煤規(guī)?；豳|(zhì)利用、煤炭轉(zhuǎn)化與產(chǎn)品深加工成套裝置、低成本CCUS等領(lǐng)域持續(xù)加大核心技術(shù)攻關(guān)，推動煤炭清潔低碳利用。
2.2.3 煤炭開發(fā)利用生態(tài)環(huán)境形勢依然嚴(yán)峻
發(fā)達(dá)國家通過嚴(yán)格立法、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、技術(shù)進(jìn)步等手段促進(jìn)環(huán)境質(zhì)量改善，在煤礦開采前就已設(shè)計好污染物處理、固廢利用、土地復(fù)墾等措施，實(shí)現(xiàn)了水、氣、渣等廢棄物的無害、減量、資源化利用。
我國在低濃度瓦斯利用、礦井余熱回收、煤礦低品位熱能利用、采煤沉陷區(qū)治理、礦井生態(tài)環(huán)境修復(fù)和礦井粉塵防治等節(jié)能環(huán)保與職業(yè)健康領(lǐng)域取得進(jìn)展。但仍面臨殘采區(qū)遺煤/關(guān)閉礦井空間/礦井水/地?zé)?瓦斯等資源利用率低、采動塌陷面積大、產(chǎn)生大宗固體廢物和煤礦職業(yè)危害等棘手問題。同時，在煤化工廢水協(xié)同治理、煤電污染物一體化脫除、大宗固廢綜合利用等領(lǐng)域仍存在核心技術(shù)短板，亟需開展攻關(guān)研究以不斷提高污染控制效率、降低污染控制成本和能耗。
此外，針對黃河流域煤炭資源綠色開采與生態(tài)修復(fù)的高要求，亟需研發(fā)煤水資源協(xié)調(diào)開采技術(shù)、采空沉陷區(qū)精細(xì)治理與安全高效利用技術(shù)、局部精準(zhǔn)充填技術(shù)、井下采—選—充一體化技術(shù)及裝備、礦區(qū)固廢資源利用技術(shù)等。
2.2.4 煤炭與清潔能源協(xié)同發(fā)展處于起步階段
發(fā)達(dá)國家已掌握煤炭轉(zhuǎn)化、綠電制氫、光熱發(fā)電、先進(jìn)燃料電池等核心技術(shù)，初步實(shí)現(xiàn)了煤炭與清潔能源協(xié)同發(fā)展，既有利于煤炭行業(yè)碳減排，又可大幅提升清潔能源應(yīng)用規(guī)模。
隨著我國碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)任務(wù)的落實(shí)，在大規(guī)模低成本儲能尚未突破、以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)尚在構(gòu)建的情況下，靈活性煤電機(jī)組是未來可再生能源大規(guī)模發(fā)展和系統(tǒng)運(yùn)行的堅強(qiáng)后盾和支撐，高比例可再生能源接入能源系統(tǒng)需要依靠煤炭和煤電支撐，煤炭安全兜底保障作用仍需進(jìn)一步強(qiáng)化。
當(dāng)前，我國煤炭與清潔能源協(xié)同耦合利用主要體現(xiàn)在電力調(diào)配上，未來亟需開展煤炭與清潔能源在化學(xué)轉(zhuǎn)化、電力、熱力等多場景下的深度協(xié)同研究，攻關(guān)風(fēng)能、水能、太陽能等發(fā)電制氫與煤轉(zhuǎn)化過程耦合、生物質(zhì)能與煤形成共轉(zhuǎn)化（如共熱解、共氣化、共液化）等多項深度耦合技術(shù)，協(xié)同提升能源系統(tǒng)整體用能效率。
3
創(chuàng)新領(lǐng)“路”:綠色低碳技術(shù)重點(diǎn)方向
創(chuàng)新綠色低碳技術(shù)不僅是當(dāng)前煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要，也是國際競爭的熱點(diǎn)。結(jié)合短期與中長期目標(biāo)，統(tǒng)籌穩(wěn)增長與調(diào)結(jié)構(gòu)，圍繞升級換代、低碳融合、顛覆突破、負(fù)碳固碳四大技術(shù)類型，提出煤炭未來的綠色低碳科技創(chuàng)新重點(diǎn)方向。根據(jù)煤炭行業(yè)綠色低碳技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與態(tài)勢，現(xiàn)有低碳升級技術(shù)在2025年左右可實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用推廣。2025年前，主要進(jìn)行低碳融合技術(shù)與負(fù)碳技術(shù)的攻關(guān)；2025—2030年，開展技術(shù)試驗與示范，并根據(jù)技術(shù)成熟度和減碳需求適時規(guī)?；瘧?yīng)用推廣；2030年前，主要目標(biāo)是完成重大顛覆突破技術(shù)的集中攻關(guān)和試驗示范；2030年后，取得突破的技術(shù)進(jìn)行規(guī)模應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模減碳，為2060年實(shí)現(xiàn)碳中和奠定基礎(chǔ)。
▲綠色低碳技術(shù)發(fā)展路線
3.1 升級換代技術(shù)
3.1.1 智能綠色開采
?。?）精準(zhǔn)地質(zhì)探測與4D-GIS系統(tǒng)。研發(fā)基于隨掘、隨采、隨鉆的智能精準(zhǔn)探測技術(shù)與裝備，形成快速掘進(jìn)工作面地質(zhì)異常體超前探測、智能開采工作面探—掘—采一體化協(xié)同動態(tài)探測、煤礦井下鉆孔徑向探測等關(guān)鍵技術(shù)與裝備；研發(fā)面向智能開采的“透明礦井”構(gòu)建與綜合預(yù)測技術(shù)，開發(fā)礦井三維地質(zhì)信息系統(tǒng)等。
?。?）煤礦智能快速掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)。研究掘進(jìn)設(shè)備可靠性、巷道圍巖狀態(tài)在線感知、巷道圍巖時效控制、低能耗高效截割、掘進(jìn)粉塵綜合防治等五類智能掘進(jìn)保障技術(shù)；攻克掘錨（探）一體化、自動截割、智能支護(hù)、掘進(jìn)導(dǎo)航、遠(yuǎn)程集控等智能掘進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)井下空間定位導(dǎo)航新技術(shù)、掘錨一體機(jī)器人、掘進(jìn)工作面高精度智能感知與數(shù)字孿生、掘進(jìn)系統(tǒng)平臺化等。
?。?）智能無人開采成套技術(shù)。攻關(guān)采煤機(jī)自適應(yīng)割煤和自主感知防碰撞系統(tǒng)、基于煤流量智能感知的協(xié)同聯(lián)動系統(tǒng)、工作綜機(jī)裝備與超前支架系統(tǒng)聯(lián)動系統(tǒng)等；研發(fā)綜采設(shè)備的精準(zhǔn)定位與導(dǎo)航技術(shù)、薄煤層和9m以上超大采高可靠采煤裝備、綜采設(shè)備群智能自適應(yīng)協(xié)同推進(jìn)技術(shù)與裝備等。
（4）煤礦綠色開采關(guān)鍵技術(shù)。研究基于西部煤炭主產(chǎn)區(qū)的煤炭開采地下水運(yùn)移規(guī)律、地表生態(tài)損傷機(jī)理和固體廢棄物有毒物質(zhì)遷移變化規(guī)律，攻克優(yōu)質(zhì)難采遺留煤炭資源精采細(xì)采技術(shù)、地下水保護(hù)和生態(tài)減損的開采工藝、西部礦井水井下儲用和地表生態(tài)恢復(fù)重建技術(shù)、東中西不同采煤區(qū)的地表植被修復(fù)技術(shù)等。
3.1.2 清潔低碳利用
?。?）超超臨界發(fā)電技術(shù)。研制超超臨界發(fā)電技術(shù)高溫材料，開發(fā)630 ℃超超臨界二次再熱技術(shù)、650 ℃/700 ℃超超臨界發(fā)電技術(shù)；開發(fā)適合我國電網(wǎng)需求的大容量、高參數(shù)靈活調(diào)峰下一代超超臨界發(fā)電機(jī)組技術(shù)；強(qiáng)化機(jī)組潔凈化發(fā)電技術(shù)，研究現(xiàn)有機(jī)組NOx、SO2、汞、SO3等污染物生成與排放規(guī)律，實(shí)現(xiàn)燃煤發(fā)電的超低排放。
?。?）新型煤氣化和煤與有機(jī)廢氣物協(xié)同氣化技術(shù)。突破催化氣化、加氫氣化等新一代煤氣化關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)催化氣化反應(yīng)催化劑，開發(fā)新型加壓流化床工藝和反應(yīng)器、高溫高壓氫氣加氧噴嘴、加氫氣化爐等關(guān)鍵技術(shù)；研發(fā)煤與城市垃圾、生物質(zhì)共氣化技術(shù)，高溫垃圾氣化裝備，共氣化示范裝置；研發(fā)面向大規(guī)模煤制工業(yè)清潔燃?xì)獾撵`活氣化技術(shù)，低焦油或無焦油的新型固定床氣化技術(shù)，研究大型氣化爐不同溫度區(qū)間的反應(yīng)段結(jié)構(gòu)，調(diào)整產(chǎn)物分布，研究含塵焦油的回用分布器或反應(yīng)器頂部的內(nèi)件結(jié)構(gòu)，使大型化氣化爐產(chǎn)潔凈焦油，不同水質(zhì)污水的回用技術(shù)；實(shí)現(xiàn)新一代煤氣化，降低裝置投資和運(yùn)行成本；促進(jìn)油氣聯(lián)產(chǎn)大型柔性氣化，提高甲烷產(chǎn)率、降低高壓蒸汽消耗、減少污水排放量、縮小酚氨回收規(guī)模。
?。?）煤經(jīng)合成氣一步法制化學(xué)品關(guān)鍵技術(shù)。煤經(jīng)合成氣一步法轉(zhuǎn)化液體燃料和高值化學(xué)品技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤氣化合成氣不需水煤氣變換，一步高選擇性合成目標(biāo)化學(xué)品，可大幅減少水耗和能耗。煤經(jīng)合成氣一步法制化學(xué)品技術(shù)制烯烴在陜西榆林進(jìn)行工業(yè)性試驗，制取了高品質(zhì)汽油、芳烴和含氧化合物。未來重點(diǎn)攻關(guān)方向是新型功能催化劑的研究。
3.1.3 煤礦瓦斯抽采利用
（1）關(guān)閉礦井瓦斯抽采技術(shù)。開發(fā)關(guān)閉礦井煤層氣資源評價及“甜點(diǎn)”優(yōu)選技術(shù)，研制關(guān)閉礦井煤層氣立體全空間精準(zhǔn)探測技術(shù)與裝備、礦井“呼吸”監(jiān)測技術(shù)及瓦斯抽采裝備等。
?。?）低濃度瓦斯高效利用技術(shù)。研究高分離系數(shù)、低成本的新型膜材料，優(yōu)化復(fù)合膜材料的結(jié)構(gòu)、極性、磁性等屬性；開發(fā)多屬性復(fù)合膜法提濃技術(shù)及裝備，研究CH4運(yùn)移規(guī)律和水合物生成熱力學(xué)機(jī)理，研制水合反應(yīng)器，開發(fā)吸附-水合耦合分離提純工藝技術(shù)及成套裝備，研究高效能的吸收液，并開發(fā)溶液吸收分離技術(shù)及裝備。
?。?）低品位氣源分布式發(fā)電技術(shù)。研究多能互補(bǔ)基礎(chǔ)理論，研發(fā)瓦斯發(fā)電、地?zé)?、太陽能、風(fēng)能多能互補(bǔ)技術(shù)及裝備及示范；研制分布式煤層氣資源儲能技術(shù)及裝備；開發(fā)低濃度煤層氣與抽采管路內(nèi)高濃度煤層氣、煤制氣管網(wǎng)內(nèi)氣體及其他可配高濃度氣體的智能混配技術(shù)及裝備。
3.1.4 礦區(qū)生態(tài)修復(fù)+碳匯
?。?）黃河流域煤炭開發(fā)生態(tài)修復(fù)機(jī)制與關(guān)鍵技術(shù)。圍繞黃土區(qū)、風(fēng)沙區(qū)、沖積平原區(qū)，研究煤炭開采對生態(tài)環(huán)境因子以及生態(tài)系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)的影響過程及演變規(guī)律；基于黃河流域不同區(qū)域煤炭開發(fā)的生態(tài)環(huán)境影響特征，結(jié)合區(qū)域地理環(huán)境特征及社會需求，研究流域煤礦脆弱區(qū)開發(fā)過程對水土流失、水沙運(yùn)移、土壤提質(zhì)、生態(tài)重構(gòu)的影響程度與范圍，揭示沖積平原煤礦區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)原理，開發(fā)耕地生產(chǎn)力受損修復(fù)方法。
?。?）礦區(qū)碳匯管理技術(shù)。研究礦產(chǎn)資源開發(fā)對區(qū)域發(fā)展的影響，核算碳匯量和碳排放量等，分析影響因素，并對未來情景進(jìn)行預(yù)測；確定碳管理的干預(yù)、對策及權(quán)衡的途徑，研究實(shí)現(xiàn)增匯目標(biāo)需采取的具體操作。
3.2 低碳融合技術(shù)
3.2.1 礦井空間開發(fā)利用
系統(tǒng)評價井工煤礦地下空間地質(zhì)存儲的適應(yīng)性和可改造性，開展關(guān)閉礦井地下空間資源定量評估；選擇地?zé)豳Y源豐富的廢棄礦井，研發(fā)地?zé)豳Y源反季節(jié)循環(huán)利用技術(shù)和關(guān)鍵裝備、設(shè)計智能監(jiān)控系統(tǒng)；推進(jìn)廢棄礦井地下倉儲、煤層氣抽采等其他綜合利用技術(shù)的應(yīng)用，并建設(shè)廢棄礦井地下空間資源利用示范工程。同時，針對煤礦地下建設(shè)抽水蓄能電站、壓縮空氣蓄能、儲油、儲氣、地?zé)豳Y源開發(fā)等不同利用方式的空間條件要求，開展圍巖適應(yīng)性評價與改造，研究長期蓄水和循環(huán)放水條件下煤巖流固耦合行為與響應(yīng)特征，及礦井和巷道等儲水庫長期穩(wěn)定性、安全性和密閉性技術(shù)。
3.2.2 綠氫、綠電與煤炭轉(zhuǎn)化融合
?。?）大規(guī)模低成本綠氫制備技術(shù)。研發(fā)超低載量或有序化膜電極、低成本高性能的隔膜材料、膜電極、雙極板等減少貴金屬催化劑用量等，攻克適應(yīng)寬功率波動的大容量電解制氫設(shè)備及其大容量線性擴(kuò)容集成與調(diào)控技術(shù)。
?。?）綠氫與煤化工耦合關(guān)鍵技術(shù)。研究提升耦合過程系統(tǒng)的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性相關(guān)技術(shù)，創(chuàng)新煤化工自身技術(shù)及其耦合模式。
3.2.3 煤與生物質(zhì)、廢棄物協(xié)同利用
研發(fā)適用于難燃煤、生物質(zhì)及其他有機(jī)固廢等多燃料的類流態(tài)化回轉(zhuǎn)爐頭燃燒器技術(shù)及鍋爐系統(tǒng)；開發(fā)二元低碳耦合粉體燃料預(yù)處理技術(shù)及裝備；研發(fā)制粉外加劑種類、添加比例以及配套低溫脫硝技術(shù)及裝備。
3.2.4 地?zé)豳Y源利用
研發(fā)水熱型地?zé)豳Y源精準(zhǔn)勘查與評價、生產(chǎn)礦井煤-熱協(xié)調(diào)共采理論與關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)閉礦井氣-水熱聯(lián)采技術(shù)與裝備、園區(qū)地?zé)?多能冷熱聯(lián)供、余熱回收與高效儲能、污水固廢處理與循環(huán)利用等技術(shù)裝備。
3.3 顛覆突破技術(shù)
3.3.1 井下流態(tài)化開采與轉(zhuǎn)化一體化
研發(fā)深部原位流態(tài)化開采的地質(zhì)保障技術(shù)、精準(zhǔn)導(dǎo)航技術(shù)、智能開拓布局技術(shù)、智能化分選技術(shù)；研發(fā)深部原位采-選-充-電-氣-熱一體化流態(tài)化開采技術(shù)、無人化智能輸送與提升技術(shù)；研發(fā)深部原位能量誘導(dǎo)物理破碎流態(tài)化開采技術(shù)、化學(xué)轉(zhuǎn)化流態(tài)化開采技術(shù)、生物降解流態(tài)化開采技術(shù)和煤粉爆燃發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)等。
3.3.2煤基高能燃料合成
突破煤制高能燃料和高值化學(xué)品關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建煤基組分定向制備高能液體燃料理論，研制相關(guān)過程核心裝置，開發(fā)特種蠟、PAO潤滑油、特殊取代基芳烴和混合醇等高值油品和化學(xué)品。
3.3.3 先進(jìn)煤基炭素材料制備
研究煤基石墨化結(jié)構(gòu)材料（高性能石墨、石墨烯、碳納米管、富勒烯）、碳基儲能材料（多孔炭、負(fù)極材料）、碳纖維及其復(fù)材等功能碳材料制備的關(guān)鍵科學(xué)問題和工程基礎(chǔ)問題，構(gòu)建高性能鋰離子電池、燃料電池和超級電容器等儲能器件，開發(fā)能量密度高、功率密度高、循環(huán)壽命長和安全性高的器件制備技術(shù)。
3.3.4 深部原位CO2與CH4制氫
研究井下甲烷、CO2原位制氫低溫化技術(shù)，基于羧甲基纖維素鈉（CMC）礦化電池原理，開展陽極氣體室催化劑改性，建立重整、制氫、產(chǎn)堿、制酸、發(fā)電一體化技術(shù)體系；此外，研究井下甲烷、CO2原位制氫高溫化技術(shù)，改進(jìn)質(zhì)子傳導(dǎo)的高溫固體氧化物燃料電池技術(shù)，研發(fā)新型燃料電池。
3.4 負(fù)碳固碳技術(shù)
聚焦亞臨界及超臨界CO2在多孔介質(zhì)中的運(yùn)移特性研究，開發(fā)CO2在常規(guī)煤巖儲層、常規(guī)及非常規(guī)油氣儲層、深部咸水層和深海巖層中的封存技術(shù)，研究CO2電化學(xué)捕集技術(shù)，CO2驅(qū)替置換煤層氣、石油、頁巖氣和可燃冰等技術(shù)，研究CO2制金剛石、CO2加氫制甲醇和CO2合成聚氨酯等技術(shù)。
3.4.1 煤礦采空區(qū)、殘采區(qū)、關(guān)閉礦井封存CO2
研發(fā)煤礦采空區(qū)、殘采區(qū)、關(guān)閉空間井下空間封存CO2的機(jī)理、地質(zhì)條件、精準(zhǔn)智能監(jiān)測、封存穩(wěn)定性控制研究，開展井下CO2封存工程示范。
3.4.2 CO2驅(qū)油驅(qū)氣
開展強(qiáng)化煤層氣開采過程中甲烷脫附與CO2吸附機(jī)理、CO2-輕烴-巖石系統(tǒng)組分傳質(zhì)、相關(guān)組分在固體介質(zhì)表面吸附解析等基礎(chǔ)研究；研發(fā)吸附態(tài)CO2監(jiān)測技術(shù)，研制驅(qū)煤層氣、頁巖氣與封存壓裂設(shè)備。
3.4.3 CO2電化學(xué)催化轉(zhuǎn)化捕集
研發(fā)高效低能耗CO2吸收劑、吸附劑、膜材料對捕集CO2的強(qiáng)化機(jī)制，攻克規(guī)?；瘍浼夹g(shù)，突破大規(guī)模高效低能耗吸附法/膜分離法CO2捕集技術(shù)和CO2電化學(xué)捕集技術(shù)；研究提升有機(jī)電解液抗氧中毒能力，規(guī)?；苽溆袡C(jī)電解液工藝，并開發(fā)高電流密度捕集器件。
3.4.4 CO2礦化利用
研究地球大空間CO2地質(zhì)平衡情形，開發(fā)拓展除鈣、鎂元素礦物之外的礦物原料種類與規(guī)模，包括研究大規(guī)模采礦固廢副產(chǎn)物固化CO2，影響礦化反應(yīng)的元素及先進(jìn)礦化技術(shù)、工藝、裝備，提高礦物/廢渣礦化反應(yīng)活性和效率、降低過程能耗工藝，煙氣CO2直接礦化固定關(guān)鍵技術(shù)。
京公網(wǎng)安備11010502045039號