貴州煤炭工業(yè)科技創(chuàng)新進(jìn)展及“十四五”時期發(fā)展方向

衡獻(xiàn)偉，李青松,3，付金磊，左金芳

(1.貴州省煤礦設(shè)計研究院有限公司，貴州省貴陽市，550025；2.貴州省礦山安全科學(xué)研究院有限公司，貴州省貴陽市，550025；3.中國礦業(yè)大學(xué)安全學(xué)院，江蘇省徐州市，221116)

貴州煤炭資源儲量豐富、分布廣泛、煤種齊全，素有“江南煤海”之稱。作為重要的能源資源，煤炭產(chǎn)業(yè)被列為貴州省的“八大支柱產(chǎn)業(yè)”和重點(diǎn)發(fā)展的“十大產(chǎn)業(yè)”之一，在推動貴州經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起到重要的作用。“十三五”時期以來，在國家推動供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革政策措施指導(dǎo)下，貴州全面實施能源工業(yè)運(yùn)行新機(jī)制，通過培育壯大煤礦主體企業(yè)、有序化解煤炭過剩產(chǎn)能、提高煤礦智能機(jī)械化開采水平、加強(qiáng)煤炭綠色開發(fā)利用、鼓勵開展煤炭深加工等推動煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級，取得重要進(jìn)展和積極成效。

科技創(chuàng)新對于煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有舉足輕重的作用?！笆奈濉逼陂g，立足貴州煤炭產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展實際，堅持需求導(dǎo)向、問題導(dǎo)向、目標(biāo)導(dǎo)向，加快推動技術(shù)創(chuàng)新，有力支撐安全高效科技創(chuàng)新體系建設(shè)，緊密結(jié)合大數(shù)據(jù)等高新技術(shù)發(fā)展，以煤炭工業(yè)科技創(chuàng)新及其衍生產(chǎn)業(yè)帶動能源產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，對實現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

1 “十三五”期間貴州煤炭產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新現(xiàn)狀

“十三五”期間，貴州依靠科技創(chuàng)新為煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級賦能，有力推動了煤炭產(chǎn)業(yè)安全、高效、綠色、智能發(fā)展，取得了一系列創(chuàng)新成果。

1.1 煤礦“兩化”改造成果顯著

通過大數(shù)據(jù)與煤炭產(chǎn)業(yè)深度融合，探索符合貴州實際的“開采機(jī)械化、控制智能化、管理信息化”為基礎(chǔ)+融合大數(shù)據(jù)的煤炭智能化開采新模式，建成西南地區(qū)首個復(fù)雜地質(zhì)條件下煤與瓦斯突出礦井智能化采煤工作面，破解了俯采煤層傾角大的難題，開啟了貴州煤礦綜采工作面智能化開采、“無人駕駛”的新模式[1]；突破了大于65°急傾斜煤層機(jī)械化開采裝備、技術(shù)和工藝等難題；煤礦機(jī)器人巡檢，實現(xiàn)對帶式輸送機(jī)執(zhí)行24 h自動巡檢；制定全國首個煤礦智能化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，率先出臺《貴州省煤礦智能機(jī)械化建設(shè)與驗收暫行辦法》，形成具有貴州特色的智能化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，填補(bǔ)了全國空白；在全國煤礦智能化機(jī)械化領(lǐng)域取得“六個第一”，啟動了少人/無人礦井“榜單”項目，并且進(jìn)入全國無人少人示范礦井首批備選名單。截至2019年底，全省采煤機(jī)械化率達(dá)到85%，累計建成機(jī)械化采煤工作面233處、智能化輔助系統(tǒng)178處、智能化采煤工作面10處，井下崗位人員減少4 500人，年人工成本降低3.2億元。

1.2 煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級高質(zhì)量發(fā)展步伐加快

率先建設(shè)全國首個能源云系統(tǒng)——貴州“能源云”，煤礦地面集控平臺遙控采煤作業(yè)，能源云平臺進(jìn)行預(yù)測預(yù)警和綜合決策分析，實現(xiàn)調(diào)度統(tǒng)計、地理信息、預(yù)測預(yù)警、視頻監(jiān)控、目標(biāo)管理五大功能[2]；全面推進(jìn)定向長鉆孔大面積預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)，建成億立方米級煤礦瓦斯抽采規(guī)模化礦區(qū)[3]；“先抽后建”國家示范工程點(diǎn)火成功；開展國內(nèi)首例傾角30°以上大傾角充填開采試驗；礦井水利用方面，實現(xiàn)礦井水100%抽采達(dá)標(biāo)排放，推動了礦井水在工業(yè)、城鎮(zhèn)居民、農(nóng)業(yè)、林業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)等方面的利用；煤層地下氣采技術(shù)攻克了多項重大關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了地下煤氣化點(diǎn)火；開展復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦巷道支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究，達(dá)到國際領(lǐng)先水平；首次出臺《貴州省煤礦瓦斯防治新技術(shù)、新工藝、新裝備推廣目錄(第一批)》，推進(jìn)煤礦瓦斯治理技術(shù)水平和體系建設(shè)。

1.3 能源裝備制造業(yè)填補(bǔ)多項技術(shù)空白

貴陽林海機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)了省內(nèi)首臺定向鉆機(jī)，在勘探與瓦斯抽采鉆孔施工等方面得到應(yīng)用；中煤盤江重工有限公司研制了適用西南地區(qū)特殊地質(zhì)條件煤礦的智能化、機(jī)械化成套綜采綜掘設(shè)備；重慶普什貴州分公司作為重點(diǎn)引進(jìn)的煤礦瓦斯發(fā)電機(jī)組裝備制造生產(chǎn)企業(yè)，主要生產(chǎn)瓦斯發(fā)電、沼氣發(fā)電、天然氣冷熱發(fā)電機(jī)組等高端裝備。

1.4 煤礦瓦斯(煤層氣)地面抽采技術(shù)取得突破

查明了全省煤層氣資源賦存規(guī)律和成藏特點(diǎn)，在有利區(qū)、有利井位和有利層段等開發(fā)地質(zhì)評價方面形成了一批核心關(guān)鍵技術(shù)，以“選層射孔、分段壓裂、合層排采”為核心的直井(含定向井)開發(fā)工藝技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，平均日抽采量相比“十二五”期間提升2～5倍，多地多井產(chǎn)能已實現(xiàn)1 000～2 000 m3/d，部分單井產(chǎn)能甚至突破5 000 m3/d；大河集氣站井臺產(chǎn)氣5 000 m3/d左右，穩(wěn)產(chǎn)期已達(dá)28個月，盤江煤層氣公司在松河區(qū)塊勘探中日產(chǎn)氣2 000 m3/口以上[4]；在水平井方面，貴盤煤HF井創(chuàng)造了鉆井深度最深、埋深最大、水平段最長(超過900 m)、目的層鉆遇率最高4項省內(nèi)煤層氣水平井鉆探施工記錄，標(biāo)志著貴州煤層氣水平井鉆完井技術(shù)取得初步突破。

2 “十四五”期間貴州煤炭工業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展目標(biāo)

據(jù)預(yù)測，至2025年貴州煤炭消費(fèi)比重仍占據(jù)70%左右，“十四五”期間以煤炭為主的能源格局不會發(fā)生改變，但是隨著煤礦開采逐步向深部延伸，煤炭資源開發(fā)面臨著地質(zhì)條件越發(fā)復(fù)雜、多因素互為誘因的復(fù)合型動力災(zāi)害逐漸凸顯等“卡脖子”技術(shù)難題。

從立足實現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)科技自主化、構(gòu)建現(xiàn)代化煤炭開發(fā)利用理論與技術(shù)體系、建設(shè)新型科技創(chuàng)新平臺等方面，貴州提出“十四五”期間煤炭工業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展目標(biāo)：至“十四五”末，健全煤炭技術(shù)創(chuàng)新體系，以“補(bǔ)鏈、強(qiáng)鏈、延鏈”為目標(biāo)，強(qiáng)化自主研發(fā)，主要煤炭科技創(chuàng)新成果取得新提升；構(gòu)建適應(yīng)煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的科技創(chuàng)新體系，建設(shè)完備的政產(chǎn)學(xué)研用協(xié)同科技創(chuàng)新體系，技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)設(shè)備、環(huán)境逐漸完善及科技創(chuàng)新平臺體系建設(shè)達(dá)到國內(nèi)一流；形成現(xiàn)代化煤炭智能綠色開發(fā)利用體系，加大鞏固“兩化”改造成果，推進(jìn)智能煤礦建設(shè)，完成建設(shè)智能煤礦50對；在煤炭資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，加強(qiáng)井下充填開采應(yīng)用，推動煤炭基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)與大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)深度融合，實現(xiàn)煤炭智能分選深加工，催生符合貴州省乃至西南地區(qū)的煤炭資源賦存和開采現(xiàn)狀的智能化建設(shè)體系，初步形成符合貴州實際的智能化煤礦體系。

3 “十四五”期間貴州煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展主要任務(wù)

為實現(xiàn)新時期煤炭產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展目標(biāo)，提出“十四五”時期貴州煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展重點(diǎn)任務(wù)，主要包括核心技術(shù)攻關(guān)、重大科技示范、先進(jìn)適用技術(shù)推廣和創(chuàng)新平臺建設(shè)。

3.1 核心技術(shù)攻關(guān)

開展煤巖瓦斯動力災(zāi)害控制作用、煤礦瓦斯動力災(zāi)害前兆信息智能識別與預(yù)警、松軟煤層鉆進(jìn)及瓦斯抽采技術(shù)、煤層群穿層鉆孔綜合抽采在線監(jiān)測與智能評價技術(shù)、煤礦瓦斯地質(zhì)信息動態(tài)管理及可視化技術(shù)等核心技術(shù)攻關(guān)。

3.1.1采動應(yīng)力與瓦斯耦合機(jī)制對煤巖瓦斯動力災(zāi)害的控制作用

開展煤巖瓦斯復(fù)合動力災(zāi)害機(jī)制研究，探究近距離煤層群采動條件下覆巖應(yīng)力場、位移場及瓦斯壓力場變化特征，建立圍巖應(yīng)力分布和瓦斯運(yùn)移的多物理場耦合模型，并借助模擬軟件分析掘進(jìn)與回采工作面發(fā)生災(zāi)害的規(guī)律特征，揭示工作面煤層瓦斯壓力與采動應(yīng)力耦合及演化特征，提出煤巖瓦斯動力災(zāi)害的發(fā)生機(jī)制及其危險性分區(qū)分級評價方法和指標(biāo)體系[5-6]，為煤與瓦斯動力災(zāi)害有效防治提供科學(xué)理論依據(jù)。

3.1.2不同變質(zhì)程度煤瓦斯吸附與解吸規(guī)律研究

開展不同變質(zhì)程度煤的孔隙結(jié)構(gòu)(孔容、比表面積、孔徑分布)特征研究，研制瓦斯放散動力學(xué)試驗系統(tǒng)，分析不同變質(zhì)程度、不同吸附平衡壓力條件下的瓦斯吸附與解吸規(guī)律，提出貴州不同煤礦區(qū)、不同含煤構(gòu)造的不同變質(zhì)程度煤吸附與解吸優(yōu)化模型。

3.1.3煤礦瓦斯動力災(zāi)害前兆信息智能識別與預(yù)警技術(shù)

開展瓦斯動力災(zāi)害前兆信息采集、傳輸及智能指標(biāo)技術(shù)研究，構(gòu)建瓦斯危險區(qū)域動態(tài)辨識模型，研究單一參量監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征挖掘與趨勢分析、多參量監(jiān)測信息融合模式與瓦斯動力災(zāi)害智能感知技術(shù)，實現(xiàn)煤礦瓦斯動力災(zāi)害的實時、動態(tài)預(yù)警[7-8]。

3.1.4松軟煤層鉆進(jìn)及瓦斯抽采技術(shù)

開展松軟煤層構(gòu)造和采動應(yīng)力及瓦斯等因素對松軟煤層抽采鉆孔穩(wěn)定性的影響與評判趨勢研究，揭示松軟煤層鉆孔的多應(yīng)力耦合作用失穩(wěn)機(jī)制，提出有效的鉆進(jìn)工藝、裝備及新型封孔材料等，實現(xiàn)松軟煤層抽采鉆孔流態(tài)化精準(zhǔn)封孔。

3.1.5地面抽采水平井增透消突與高效抽采技術(shù)

開展地面瓦斯抽采水平井選區(qū)地質(zhì)研究，建立水平井地質(zhì)模型，指導(dǎo)水平井鉆井地質(zhì)控制，優(yōu)化水平井井眼軌跡和壓裂參數(shù)，提出水平井排采控制方案，實現(xiàn)水平井的連續(xù)穩(wěn)定排采和大面積消突，平均產(chǎn)氣量達(dá)到現(xiàn)階段貴州瓦斯地面抽采的10倍以上。

3.1.6煤礦井上下“三區(qū)聯(lián)動”抽采大區(qū)域瓦斯治理關(guān)鍵技術(shù)

開展煤礦區(qū)瓦斯資源綜合評價，研究“大三區(qū)”(規(guī)劃區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)、生產(chǎn)區(qū))和“小三區(qū)”(采煤區(qū)、采動區(qū)、采空區(qū))適配性瓦斯抽采工藝及井位、井網(wǎng)部署方式，探索井上下聯(lián)合抽采瓦斯施工組織、生產(chǎn)協(xié)調(diào)、規(guī)劃、技術(shù)方案設(shè)計及實施等一體化技術(shù)體系，實現(xiàn)貴州復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦井上下“三區(qū)聯(lián)動”瓦斯抽采技術(shù)突破[9-10]。

3.1.7煤層群穿層鉆孔綜合抽采在線監(jiān)測與智能評價技術(shù)

建立瓦斯抽采鉆孔三維可視化模型，提出煤層群瓦斯抽采分段封孔和綜合抽采瓦斯及大數(shù)據(jù)在線監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建煤層群瓦斯抽采效果智能分層評價模型，實現(xiàn)煤層群瓦斯抽采評價關(guān)鍵參數(shù)及瓦斯抽采效果的自動化、規(guī)范化及精準(zhǔn)化評價。

3.1.8傾角30°以上煤層智能化采面電液控智能化系統(tǒng)

開展傾角30°以上煤層智能電液控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，研制相適應(yīng)的采煤機(jī)、液壓支架、導(dǎo)向連接系統(tǒng)等配套設(shè)備，實現(xiàn)工作面采煤裝備與工藝的智能集成控制系統(tǒng)，實現(xiàn)智能化精準(zhǔn)定位[11-12]。

3.1.9煤礦瓦斯地質(zhì)信息動態(tài)管理及可視化技術(shù)

開展貴州煤礦區(qū)不同賦煤構(gòu)造單元及礦井的瓦斯賦存、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育及演化特征，以礦井為單位建立瓦斯地質(zhì)動態(tài)數(shù)據(jù)庫，研制瓦斯地質(zhì)信息的隨鉆、隨掘、隨采自動檢測技術(shù)、裝備和工藝，基于多元動態(tài)瓦斯地質(zhì)信息構(gòu)建瓦斯災(zāi)害區(qū)域智能識別和預(yù)警模型，實現(xiàn)對瓦斯地質(zhì)信息的統(tǒng)一采集、管理、查詢、分析和發(fā)布，實現(xiàn)礦井、采區(qū)、工作面多級多尺度瓦斯地質(zhì)信息動態(tài)管理及瓦斯地質(zhì)圖自動更新，為分級管理瓦斯地質(zhì)信息、直觀分析瓦斯地質(zhì)規(guī)律、及早發(fā)現(xiàn)安全隱患、工作面預(yù)警和及時處理突發(fā)事故提供支撐，實現(xiàn)圖形信息和屬性信息的有機(jī)統(tǒng)一和可視表達(dá)，解決瓦斯地質(zhì)信息動態(tài)更新和在各部門之間進(jìn)行實時交換的難題，實現(xiàn)全省瓦斯地質(zhì)信息“一圖可查、一圖比對、一圖共享、一圖管理”。

3.2 重大科技示范

開展鉆探式煤炭地下氣化-選區(qū)評價一體化關(guān)鍵技術(shù)、煤礦井下充填(置換)開采技術(shù)、煤礦區(qū)保水開采技術(shù)、110/1-5G N00工法智能化技術(shù)等重大科技示范項目建設(shè)，建成多種類型、不同模式的示范基地。

3.2.1鉆探式煤炭地下氣化、選區(qū)評價一體化關(guān)鍵技術(shù)與裝備

開展煤炭地下氣化評價體系與模型研究，對貴州煤礦區(qū)主要含煤構(gòu)造單元進(jìn)行煤炭地下氣化資源評價，建立貴州省薄至中厚、急傾斜煤層煤炭地下氣化資源評價、地質(zhì)選區(qū)與評價體系和煤炭地下氣化(UCG)示范基地，形成與貴州省地質(zhì)條件相匹配的鉆井式煤炭地下氣化爐構(gòu)建、氣化過程穩(wěn)定控制、地下水和環(huán)境污染監(jiān)測預(yù)警及防治等關(guān)鍵技術(shù)，提出地下氣化與煤層氣熱采發(fā)電、采空區(qū)瓦斯發(fā)電等分布式發(fā)電技術(shù)以及與微電網(wǎng)組網(wǎng)模式技術(shù)[13-15]。

3.2.2煤礦井下充填(置換)開采技術(shù)與工藝

開展研究適合復(fù)雜開采條件的井下充填技術(shù)、矸石充填置換煤柱技術(shù)與工藝研究，建立井下矸石分選系統(tǒng)，在環(huán)境保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、“三下”壓煤區(qū)、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)多發(fā)區(qū)等區(qū)域建設(shè)充填開采示范區(qū)，形成矸石充填置換煤柱技術(shù)與工藝標(biāo)準(zhǔn)和成套技術(shù)、設(shè)備，實現(xiàn)矸石不出井[16-17]。

3.2.3廢棄礦山采空區(qū)瓦斯開發(fā)與利用關(guān)鍵技術(shù)與裝備

開展試驗區(qū)廢棄煤礦的煤層瓦斯封蓋能力評價、資源量評估和抽采試驗工程，對采空區(qū)瓦斯抽采一體化設(shè)計、井下工程改造、開采過程控制、瓦斯發(fā)電等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，建立貴州省首個廢棄礦山瓦斯抽采與發(fā)電利用示范工程，研發(fā)與采空區(qū)瓦斯?jié)舛认嗥ヅ涞母咝嗜細(xì)廨啓C(jī)發(fā)電設(shè)備，發(fā)電設(shè)備功率不小于30%，實現(xiàn)廢棄礦山資源的再利用。

3.2.4沿空留巷防漏風(fēng)、防煤層自燃技術(shù)

開展不同開采工藝、不同煤層賦存條件的回采工作面及采空區(qū)分流分布規(guī)律和動態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究，建立與沿空留巷相適應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化模型，結(jié)合優(yōu)化參數(shù)，提出可靠的防漏風(fēng)、防煤層自燃的工藝技術(shù)和材料。

3.2.5煤礦區(qū)保水開采技術(shù)

結(jié)合貴州含煤地層含水脈、水系情況，系統(tǒng)分析導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度，在多種因素影響的基礎(chǔ)上，采用理論分析、現(xiàn)場調(diào)研及數(shù)值模擬等方法，合理規(guī)劃選擇開采區(qū)域，留設(shè)防水煤柱及進(jìn)行采空區(qū)充填等方式，減少因煤礦開采引起的地表塌陷，防止含水層破壞，實現(xiàn)保水綠色開采[18-19]。

3.2.6煤礦礦井水綜合利用關(guān)鍵技術(shù)及示范研究

研究礦井水工業(yè)化利用、礦井水生產(chǎn)生活復(fù)用、礦井水集中化處理及利用、礦井水農(nóng)業(yè)生態(tài)利用、礦井水生態(tài)補(bǔ)給利用等關(guān)鍵技術(shù)，根據(jù)煤礦實際地質(zhì)情況，開展試點(diǎn)示范工程建設(shè)。實現(xiàn)礦井水100%達(dá)標(biāo)處理、綜合利用率達(dá)80%以上。

3.2.7薄煤層無人智能綜采關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合貴州省薄煤層賦存特點(diǎn)，研究適合貴州地質(zhì)條件下的薄及較薄煤層智能化綜采工作面開采配套模式、采煤機(jī)高效裝煤及精確定位、液壓支架支護(hù)狀態(tài)在線分析、“黑匣子”采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷等關(guān)鍵技術(shù)。

3.2.8 110/1-5GN00工法智能化技術(shù)和裝備

增加傳感、定位、行走、通信、連接等數(shù)字化模塊，把110/N00工法專用設(shè)備改造為可在地面遠(yuǎn)程操作的遙控機(jī)器人，研制適用于近距離煤層群下的技術(shù)及裝備，改進(jìn)110/N00工法專用的采煤三機(jī)系統(tǒng)(采煤機(jī)系統(tǒng)、刮板輸送機(jī)系統(tǒng)、支架系統(tǒng))或智能化成巷四機(jī)系統(tǒng)(多功能支架、高效切頂鉆機(jī)、恒阻錨索鉆機(jī)、切頂護(hù)幫支架)，形成110/1-5G N00工法專用成套技術(shù)、軟件和裝備，利用工作面采煤留出運(yùn)輸系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)，從而大幅度簡化礦井建設(shè)，取消井底車場、井下變電所以及大巷工程，縮短建井時間，實現(xiàn)全礦井無煤柱開采、無巷道掘進(jìn)[20-21]。

3.2.9煤礦井下關(guān)鍵環(huán)節(jié)機(jī)器人示范應(yīng)用

研發(fā)采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸、安控及救援機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，推動人工智能、現(xiàn)代通信技術(shù)、煤礦機(jī)器人與煤礦開采技術(shù)深度融合，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究機(jī)器人輕量化高可靠性結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)，解決機(jī)器人因防爆增加重量與長時供電之間的矛盾；研制機(jī)器人井下無線充電裝置，實現(xiàn)充電裝置防爆安全設(shè)計；攻克煤礦機(jī)器人自主避障路徑規(guī)劃技術(shù)、基于深度學(xué)習(xí)算法的自主平衡控制技術(shù)；深入推進(jìn)煤礦機(jī)器人信息融合感知與大數(shù)據(jù)交互技術(shù)，重構(gòu)井下三維環(huán)境[22-23]。

3.2.10智能化掘錨支一體化成套技術(shù)

針對煤礦開拓巷道、準(zhǔn)備巷道、回采巷道和瓦斯抽排等場景，加裝傳感器、定位、行走、通信、連接等數(shù)字化、智能化模塊，把井下設(shè)備改造為可在地面遠(yuǎn)程操作的遙控機(jī)器人，通過借鑒盾構(gòu)機(jī)、鑿巖臺車、拱架安裝機(jī)、3D掃描儀、濕噴機(jī)械手等隧道施工裝備，研制具有打鉆、(瓦斯和礦壓)監(jiān)測、(瓦斯)抽排、掘進(jìn)、錨固、支護(hù)、運(yùn)輸?shù)裙δ艿囊惑w機(jī)，形成成套技術(shù)、軟件和裝備，實現(xiàn)自動運(yùn)行和地面操控，形成安全高效智能掘進(jìn)與支護(hù)技術(shù)體系[24-25]。

3.3 先進(jìn)適用技術(shù)推廣

通過引進(jìn)-消化-吸收-再創(chuàng)新的技術(shù)模式，加大對自有科研成果和先進(jìn)適用技術(shù)的引進(jìn)，重點(diǎn)開展透明工作面智能開采技術(shù)、煤礦采掘工作面地質(zhì)構(gòu)造超前探測與定位技術(shù)、低滲透突出煤層“固液耦合等離子脈沖波”增透裝備與技術(shù)等的推廣應(yīng)用，推進(jìn)科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化。

3.3.1透明工作面智能開采技術(shù)

通過鉆孔、三維地震等手段，將煤層賦存與地理三維坐標(biāo)聯(lián)系起來，以地質(zhì)勘探、激光掃描、GIS(地理信息系統(tǒng))、5G等大帶寬、低延時技術(shù)、傳感器、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等為基礎(chǔ)，對采掘工作面的地質(zhì)條件進(jìn)行實時動態(tài)的感知及定位，為智能化開采、瓦斯精準(zhǔn)防治及地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測等提供基礎(chǔ)，融合綜采工作面地質(zhì)地理數(shù)據(jù)、工作面實時狀態(tài)數(shù)據(jù)等多源信息，實現(xiàn)工作面三維物理重現(xiàn)，進(jìn)一步推動少人/無人開采技術(shù)進(jìn)步[26-27]。

3.3.2煤礦采掘工作面地質(zhì)構(gòu)造超前探測與定位技術(shù)

基于鉆探與雷達(dá)探測技術(shù)的結(jié)合，雷達(dá)在孔內(nèi)圍巖單一的鉆孔中對四周進(jìn)行探測，探測范圍是以鉆孔為中心、10～20 m為半徑、鉆孔深度為高度的圓柱體，滿足煤礦瓦斯構(gòu)造的精細(xì)探測的要求；鉆孔結(jié)合雷達(dá)技術(shù)、瞬變電磁技術(shù)，判定含水體的空間分布，以及獲得鉆孔周圍數(shù)十米范圍內(nèi)的地質(zhì)信息，從而達(dá)到提高鉆孔探測效果[28-29]。

3.3.3脈動水力壓裂及增透效果評價技術(shù)

研制煤層脈動水力壓裂增透瓦斯抽采成套裝備，基于核磁共振技術(shù)提出煤體孔隙結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)定量表達(dá)方法，創(chuàng)建致裂煤體孔隙結(jié)構(gòu)變形和滲透率演化的實時動態(tài)評價技術(shù)，形成瓦斯抽采鉆孔、射流割縫、脈動壓裂一體化技術(shù)體系[30-31]。

3.3.4低滲透突出煤層“固液耦合等離子脈沖波”增透裝備與技術(shù)研究

分析不同波長、波幅及波型對煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微觀變化，確定煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)改變最合理的波型。采集不同煤種的代表性煤樣，利用等離子脈沖沖擊觀察不同煤種的煤體內(nèi)部微觀變化，確定各煤種最優(yōu)的脈沖次數(shù)及最佳的煤體增透效果。根據(jù)設(shè)計位置的沖擊范圍、煤層卸壓及瓦斯流動情況，將數(shù)據(jù)建立成三維立體的數(shù)字化模型，提出固液耦合等離子脈沖波增透技術(shù)和鉆孔相結(jié)合的瓦斯抽采工藝和方法[32-33]。

3.4 科技創(chuàng)新平臺建設(shè)

圍繞技術(shù)轉(zhuǎn)移、成果轉(zhuǎn)化、技術(shù)研發(fā)、資源共享等，建設(shè)了一批涵蓋煤礦瓦斯防治、煤層氣勘探開發(fā)等工程技術(shù)研究中心和煤炭潔凈利用、綠色化工與清潔能源等省重點(diǎn)實驗室及院士工作站。“十四五”期間，圍繞煤炭科技發(fā)展需求，旨在解決制約煤炭科技發(fā)展的共性技術(shù)、關(guān)鍵性技術(shù)和前瞻性技術(shù)，著力建設(shè)綜合類、行業(yè)類技術(shù)創(chuàng)新平臺。

3.4.1貴州省能源科技城

推動貴州能源科技“產(chǎn)-學(xué)-研-城”深度融合發(fā)展，將貴州省科技城建設(shè)為集能源科技、文化交流、裝備及產(chǎn)品展銷、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合、教學(xué)實訓(xùn)、公共服務(wù)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)培育和孵化等為一體的能源科技創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)融合示范園。

3.4.2煤礦瓦斯災(zāi)害預(yù)防與控制重點(diǎn)實驗室

開展煤礦瓦斯預(yù)防與控制領(lǐng)域基礎(chǔ)及應(yīng)用研究，揭示煤與瓦斯突出機(jī)制，建立完整的瓦斯災(zāi)害預(yù)防及控制理論與技術(shù)體系，圍繞瓦斯參數(shù)檢測、煤層突出危險性的檢測與智能預(yù)警、煤礦瓦斯災(zāi)害防治及工程技術(shù)服務(wù)、瓦斯綜合利用開展業(yè)務(wù)，保障貴州復(fù)雜條件下煤礦區(qū)安全、高效、可持續(xù)、和諧發(fā)展。

3.4.3貴州省煤炭地下氣化技術(shù)創(chuàng)新中心和重點(diǎn)實驗室

研發(fā)貴州薄至中厚、急傾斜煤層煤炭地下氣化(鉆井式)關(guān)鍵技術(shù)工藝與設(shè)備，探索煤層氣熱采技術(shù)，形成貴州省鉆井式煤炭地下氣化一體化的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，建設(shè)貴州省煤炭地下氣化地質(zhì)選區(qū)自動系統(tǒng)、煤層埋深1 000 m以淺的地下氣化成套模擬系統(tǒng)，全省煤炭地下氣化異地遠(yuǎn)程監(jiān)控調(diào)度中心與智能化操作平臺。

3.4.4貴州省智慧礦山信息技術(shù)重點(diǎn)實驗室

開展智慧礦山軟件系統(tǒng)、云計算與大數(shù)據(jù)技術(shù)、智能感知與AI識別技術(shù)、大帶寬網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能傳感和信息安全等方面的技術(shù)研發(fā)工作，圍繞一個體系；兩個中心、三個平臺、四類應(yīng)用去建設(shè)?！耙弧笔侵腔鄣V山管控體系；“兩”是數(shù)據(jù)中心與集控中心；“三”是協(xié)同管理信息系統(tǒng)平臺、礦井綜合自動化平臺和基于4D-GIS協(xié)同地理信息系統(tǒng)平臺；“四”是協(xié)同設(shè)計類、安全管理類、經(jīng)營管理類、專家分析類，為煤礦安全決策管控、產(chǎn)運(yùn)銷業(yè)務(wù)協(xié)同、決策管控一體化運(yùn)營提供“智慧”服務(wù)。

4 結(jié)論

(1)煤炭科技創(chuàng)新發(fā)展堅持需求、問題和目標(biāo)三大導(dǎo)向，在煤炭開發(fā)和利用領(lǐng)域，加大促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效的核心技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)一批關(guān)鍵核心技術(shù)及裝備自主化。

(2)加快推廣科技成果的運(yùn)用，引導(dǎo)煤礦應(yīng)用定向長鉆孔鉆機(jī)等先進(jìn)設(shè)備，實現(xiàn)瓦斯治理“三區(qū)聯(lián)動”，縮短治理周期，解決抽、掘、采失衡問題，實現(xiàn)安全、持續(xù)、高效釋放產(chǎn)能；鼓勵示范應(yīng)用先進(jìn)采煤工藝，減少回采巷道掘進(jìn)，實現(xiàn)無煤柱開采，提高資源回采率，實現(xiàn)煤礦安全高效綠色智能開采。

(3)在智能化綜采創(chuàng)新實踐基礎(chǔ)上，將物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動控制、移動互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人化裝備等與采煤技術(shù)深度融合，實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行、安全保障、生產(chǎn)管理等全過程智能化運(yùn)行，建設(shè)新型綠色智能煤礦。依托“貴州能源云”建設(shè)貴州省煤礦智能化信息管理平臺，實現(xiàn)省、市(州)、縣(市、區(qū)、特區(qū))及煤礦四級智能化數(shù)據(jù)在線監(jiān)測。

(4)集中優(yōu)勢資源，推進(jìn)政產(chǎn)學(xué)研深度融合，支持資質(zhì)企業(yè)牽頭組建創(chuàng)新聯(lián)合體(瓦斯防治聯(lián)盟、智能化聯(lián)盟等)；發(fā)布重點(diǎn)項目技術(shù)榜單，實行能者上智者勝的“揭榜掛帥”，積極爭取國家級創(chuàng)新平臺的建設(shè)認(rèn)定工作，努力爭取國家級能源科技創(chuàng)新項目。設(shè)立省能源技術(shù)委員會，設(shè)置省能源科技獎，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，形成“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合、集中力量辦大事”的科技創(chuàng)新體系。