“煤炭作為國家能源安全的‘壓艙石’，在保障我國經(jīng)濟社會發(fā)展中發(fā)揮著不可替代的作用。然而，我國煤炭資源開發(fā)正面臨深度與難度同步躍升的嚴峻挑戰(zhàn)?！比珖舜蟠怼⒅袊こ淘涸菏?、安徽理工大學(xué)校長袁亮近日在接受本報記者專訪時表示。

“深井時代”面臨四大新挑戰(zhàn)

在我國已探明煤炭資源儲量中，埋深小于1000米的占比不足20%。隨著淺部資源枯竭，煤炭開采正以年均10米至25米的速度向深部延伸，平均采深已近500米，其中800米以深礦井超210處，千米以深礦井超60處。

袁亮介紹，隨著淺部資源日趨枯竭，我國煤炭資源開發(fā)已逐步進入“深井時代”，煤炭安全生產(chǎn)面臨四大新挑戰(zhàn)。

一是深部開采導(dǎo)致傳統(tǒng)理論與技術(shù)“水土不服”。

隨著煤炭開采以每年10米至25米的速度向深部延伸，深部煤巖體處于高地應(yīng)力、高瓦斯、高地溫、高滲透壓以及強開采擾動的復(fù)雜環(huán)境中，傳統(tǒng)基于淺部建立的巖體力學(xué)理論和防控技術(shù)已難以適用，煤與瓦斯突出、沖擊地壓等動力災(zāi)害呈現(xiàn)高能級、多災(zāi)種耦合的新特征，預(yù)警防控難度呈指數(shù)級上升。

二是智能化轉(zhuǎn)型過程中的安全適配性風(fēng)險突出。

雖然全國煤礦智能化產(chǎn)能占比已超過65%，但深部復(fù)雜地質(zhì)條件下的智能感知裝備精度、可靠性仍顯不足，煤巖界面識別、地質(zhì)動態(tài)建模等核心技術(shù)尚未完全突破，傳統(tǒng)安全管理體系與少人無人開采模式不匹配，存在裝備適配性差、運行水平低的問題。

三是“雙碳”目標下安全與綠色協(xié)同矛盾加劇

目前，我國每年采掘活動產(chǎn)生瓦斯約300億立方米，抽采利用率僅為16.7%，傳統(tǒng)瓦斯治理模式難以同時實現(xiàn)“防突減災(zāi)”與“提效減排”的雙重目標。同時，采深增加導(dǎo)致覆巖破壞范圍擴大，東部厚煤層、多煤層開采下沉陷積水呈累積效應(yīng)，傳統(tǒng)“先采后治”模式難以為繼；西部深部開采對淺層水系的擾動機制更為復(fù)雜，保水開采面臨全新挑戰(zhàn)。深部開采對覆巖結(jié)構(gòu)和地下水系的擾動遠超淺部開采，生態(tài)損傷極易誘發(fā)次生安全災(zāi)害。

四是全生命周期安全管控體系尚不完善。

深部礦井建設(shè)階段的井巷支護、災(zāi)害超前治理技術(shù)體系不成熟，千米深井建設(shè)風(fēng)險防控能力不足，“井工—地面井協(xié)同開采”等新型模式的安全管控理論尚未建立。

堅持科技、裝備、人才一體化推進

“深部開采安全是一場系統(tǒng)性的攻堅戰(zhàn)，必須堅持科技、裝備、人才一體化推進，核心路徑就是智能化、少人化、無人化。”袁亮說。

早在2017年，袁亮就提出“煤炭精準開采”構(gòu)想，即以透明空間地球物理和多物理場耦合為基礎(chǔ)，將開采擾動、致災(zāi)因素、生態(tài)環(huán)境統(tǒng)籌考慮，實現(xiàn)少人無人智能開采與災(zāi)害防控一體化。

首先，要以透明地質(zhì)保障為基礎(chǔ)，把地下情況“看清楚”。

袁亮表示，深部開采最大的風(fēng)險在于“看不見”。必須突破深部地質(zhì)體透明化技術(shù)，構(gòu)建以高精度三維地震勘探為核心、多物理場數(shù)據(jù)融合的立體勘探模式，查清煤層賦存情況，精準測定瓦斯富集區(qū)、導(dǎo)水通道等隱蔽致災(zāi)因素，實現(xiàn)從礦井整體到采掘工作面的地質(zhì)條件精準數(shù)字化重構(gòu)。融合光纖傳感、微震監(jiān)測等動態(tài)數(shù)據(jù)，構(gòu)建實時反映采動擾動的透明地質(zhì)模型，定量推演開采過程中應(yīng)力與能量的轉(zhuǎn)移演化。

“只有把看不見的地質(zhì)情況摸清楚，才能真正做到心中有底、手中有策?！痹琳f。

其次，要以智能化技術(shù)裝備為牽引，把高危崗位“減下來”。

比如，建設(shè)無人化綜采工作面，應(yīng)用5G遠程操控技術(shù)，讓礦工在地面智能調(diào)度中心就能完成采煤作業(yè)，遠離災(zāi)害風(fēng)險；通過智能感知和數(shù)據(jù)分析，提前預(yù)警瓦斯、水害等隱患，推動安全管理從“事后處置”走向“事前預(yù)防”；利用智能巡檢機器人替代人工進入危險區(qū)域，既降低安全風(fēng)險，又提升巡檢質(zhì)量。

袁亮認為，新建和改擴建深部礦井原則上要按智能化標準設(shè)計建設(shè)，因地制宜推進現(xiàn)有礦井技術(shù)裝備升級。關(guān)鍵是要聚焦深部復(fù)雜環(huán)境的適配性難題，在高溫、高壓、高粉塵條件下，把智能感知技術(shù)真正做扎實，讓傳感器能夠精準捕捉應(yīng)力、瓦斯、水文等關(guān)鍵參數(shù)。依托動態(tài)透明地質(zhì)模型，研發(fā)采掘裝備的智能導(dǎo)航與煤巖界面精準識別技術(shù)，實現(xiàn)采掘路徑的智能規(guī)劃和截割參數(shù)的動態(tài)優(yōu)化。

“我一直強調(diào)，煤炭行業(yè)的特殊性在于井下環(huán)境的復(fù)雜性，地面成熟的技術(shù)在井下不一定適用，比如粉塵會干擾視覺識別，電磁環(huán)境會影響通信傳輸，狹窄空間會限制設(shè)備部署?！痹琳f，必須實事求是，由點及面穩(wěn)步推進，真正解決現(xiàn)場痛點問題，最終構(gòu)建起感知、傳輸、決策、控制、應(yīng)急全鏈條貫通的智能安全管控體系。

最后，要以復(fù)合型人才隊伍為保障，把職工能力“提上來”。

袁亮表示，智能化不是簡單的“機器換人”，而是人機協(xié)同。比如，淮南礦區(qū)建成的智能化工作面，不是單純減人，而是讓職工在更安全的環(huán)境里干更有技術(shù)含量的活。這就要求一線職工必須具備懂采掘、通數(shù)據(jù)、會維護的復(fù)合能力。

“只有把職工從高風(fēng)險崗位解放出來，讓他們成為掌握先進技術(shù)的操作者和管理者，深部開采才能真正實現(xiàn)本質(zhì)安全?！痹琳f。

目前，袁亮帶領(lǐng)團隊正在實施“礦山數(shù)字工匠”培訓(xùn)計劃，依托行業(yè)組織開展分層分類培訓(xùn)；推動高校與企業(yè)聯(lián)合開展訂單式培養(yǎng)、在崗技能提升。袁亮建議有關(guān)部門聯(lián)合建立“智能礦山工程師”認證體系，把人工智能等應(yīng)用能力納入考核。

推動科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合

“隨著開采深度的增加，水、火、瓦斯、沖擊地壓等多種災(zāi)害呈耦合化、突發(fā)化趨勢，傳統(tǒng)監(jiān)測手段與經(jīng)驗判斷難以實現(xiàn)風(fēng)險早期識別?！痹帘硎?，在這樣的背景下，推動科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的深度融合顯得尤為迫切。

袁亮表示，要強化高能級平臺牽引，發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同攻關(guān)優(yōu)勢?？梢劳猩畈棵禾堪踩_采與環(huán)境保護、煤炭無人化開采數(shù)智技術(shù)、煤炭精細勘探與智能開發(fā)、煤炭智能開采與巖層控制等全國重點實驗室，構(gòu)建以平臺為樞紐、產(chǎn)學(xué)研用深度融合的協(xié)同攻關(guān)模式。既要集聚高校、科研院所的創(chuàng)新資源，又要吸納企業(yè)的工程技術(shù)人員深度參與，讓科學(xué)家思路對接工程師實踐經(jīng)驗，讓實驗室成果接受現(xiàn)場檢驗，真正打通從基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用的通道。

袁亮指出，要堅持技術(shù)賦能與數(shù)據(jù)驅(qū)動，推進數(shù)智化轉(zhuǎn)型。當(dāng)前，礦山安全感知數(shù)據(jù)分散在不同系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)性風(fēng)險預(yù)測和提前預(yù)警能力不足。以兩淮礦區(qū)實踐為例。該區(qū)域深部開采比例高，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，災(zāi)害交織突出，新舊系統(tǒng)并存，風(fēng)險防控難度大，對先進技術(shù)的依賴遠超一般礦區(qū)，必須依靠科技創(chuàng)新破解難題。

“為此，我們提出利用AI技術(shù)優(yōu)化采煤方案，實現(xiàn)精準開采，降低安全風(fēng)險；利用AR/VR技術(shù)使遠程巡檢與故障診斷更加直觀高效。”袁亮說，要打破數(shù)據(jù)孤島，構(gòu)建省級乃至行業(yè)級的數(shù)據(jù)中臺，匯聚全國典型礦井多場耦合數(shù)據(jù)，繪制“安全風(fēng)險一張圖”，為裝備自適應(yīng)算法訓(xùn)練提供支撐，真正實現(xiàn)“采、掘、運、洗選”全鏈條的智能化管理。

袁亮提出，要暢通教育、科技、人才的良性循環(huán)，解決成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”問題。

針對高?？蒲谐晒D(zhuǎn)化率低、缺少技術(shù)轉(zhuǎn)移專業(yè)人才的痛點，袁亮表示，要深化科技體制機制改革，賦予戰(zhàn)略科技人才更大的技術(shù)路線決定權(quán)和資源調(diào)度權(quán)；同時，要培養(yǎng)兼具成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化、投融資、市場對接能力的復(fù)合型人才。

作者：鄢麗娜 版面編輯：張翔

來源：中國煤炭報

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