精准开采：我国未来煤矿开采之路

　　《中国能源中长期(2030、2050)发展战略研究》报告预测，2050年煤炭占我国一次能源消费比重将控制在50%以下，但需求量仍将保持在25至30亿吨，煤炭将长期是我国主导能源。根据国土部最新数据，我国煤炭资源总量5.97万亿吨，其中埋深在1000米以下的资源量占53%。

　　9月12日，在国家煤监局科技装备司、美国环保局煤层气办公室主办的“2016第十六届国际煤层气暨页岩气研讨会”上，中国工程院院士袁亮指出：“我国采深超千米的矿井有47座，现有煤矿采深正以平均每年10-25米的速度增加。随着煤炭开采向深部延伸，将会遇到一系列新的技术难题，必须持续推动煤炭工业科技创新，实现以智能、无人、安全开采为核心的煤炭精准开采。”

　　有望实现井下无人化

　　“煤炭精准开采”是将煤炭开采扰动影响、致灾因素等统筹考虑的煤炭无人（少人）智能开采与灾害防控一体化的未来采矿技术。其科学内涵是基于透明空间地球物理，以多物理场耦合、智能感知、智能控制、物联网等无人开采技术和以大数据、风险智能判识、防控、监控预警等安全开采技术为支撑的智能无人安全开采。

　　传统煤炭开采一个矿动辄需要3000-4000人，矿工长期在阴暗潮湿的井下作业，是公认的高危劳动密集型企艰苦行业，而煤炭精准开采能将每个矿的工作人数控制在100人以内，90%地面作业，10%井下巡检工作，井下几乎无人。

　　实现煤炭精准开采的第一步是地面和井下相结合的远程控制无人开采，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。

　　第二步则是智能化无人精准开采，实现地面远程控制的智能化、自动化、信息化、可视化，煤炭无人、精确、智能感知，灾害智能监控预警与防治技术。

　　面临诸多挑战

　　目前，我国80%以上重特大事故存在地质情况不清、灾害升级、威胁不明、安全投入欠账、人才匮乏严重、现场管理不到位等重大问题。煤矿动力灾害是非线性复杂问题，涉及多场耦合、煤岩破坏、过程瞬态、动力响应等多个方面，机理尚不清楚，监控预警没有解决，缺乏专业技术装备，灾后应急救援效率低。

　　因此，煤矿精准开采与灾害风险预警面临煤与瓦斯突出机理不清，防治技术与装备不完备，冲击地压机理研究处于起步阶段，缺乏隐蔽致灾因素动态智能综合探测技术等问题，尚未开展基于大数据的煤矿重大灾害预警平台及新技术研究，救灾通信、人员定位及灾情侦测技术与装备不完善，缺乏灾难矿井应急生命通道快速构建技术与装备。

　　袁亮认为，要想解决上述挑战，关键是采场及开采扰动区多源信息采集、矿井复杂环境下多源信息多网融合传输、人机环参数全面采集、共网传输。其次是基于大数据云技术的多源海量动态信息评估与筛选机制，基于大数据的灾害多相多场耦合灾变理论，深度感知灾害前兆信息智能仿真与控制。

　　因此，将地理空间服务技术、互联网技术、CT扫描技术、VR技术等积极推向矿山可视化建设，打造具有透视功能的地球物理科学支撑下的“互联网+矿山”，对煤层赋存进行真实反演，实现断层、陷落柱、矿井水、瓦斯等致灾因素进行精确定位是煤矿精准开采未来的主要研究方向。

　　其他研究方向还包括创新地下、地面、空中一体化多方位综合探测新手段；研制磁、核、声、光、电等物理参数综合成像探测新仪器；构建探测数据三维可视化重构等数据融合处理方法；研发海量地质信息全方位透明显示技术，构建透明矿山，实现瓦斯、水、陷落柱、资源禀赋等1:1高清显示，地质构造、瓦斯层、矿井水等矿井致灾因素高清透视。

　　精准开采三步走

　　据袁亮介绍，煤炭精准开采已取得了一些初步成果，成功开发井上下立体的卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯共采的工程技术模型及无煤柱煤与瓦斯共采工程技术新方法，实现煤与瓦斯的精准开采，从源头上消除瓦斯灾害威胁；首次开发了14-20米特厚煤层大采高综放开采技术；研制成功煤矿岩巷全断面高效掘进关键技术与装备；率先实现了采煤工作面无人精准开采；“以地震主导，多手段配合，井上下联合”的立体式综合勘探体系逐渐成熟； 基于“煤与瓦斯共采”工程技术模型，研发了地面井和矿井井下抽放相结合的立体化抽采瓦斯综合治理成套技术；提出了煤与瓦斯突出、冲击地压动力灾害统一失稳理论，建立了基于地质动力区划的深部动力灾害一体化预测方法，创新了煤与瓦斯突出和冲击地压微震监测技术；提出“煤矿地下水库新构想”，在煤矿地下水库理论框架、建设技术、安全运行技术等方面取得突破，建成近40座煤矿地下水库；研发了高效阻化泡沫防灭火等多项灭火技术，实现了开采煤层自燃火灾零事故；自主研发了瓦斯抽采计量系统、防突安全信息系统等30余套应用系统，信息化渗透到企业的安全、生产、经营、管理等各个领域，煤炭企业信息化监控预警水平不断提高；以矿山的高度信息化、自动化、高效率和遥控采矿（以至无人采矿）为特色的数字矿山物联网构架基本成型。

　　展望未来，袁亮表示煤炭精准开采可采取“三步走”发展战略：到2020年取得重大突破；到2030年，基本实现智能化开采，重点煤矿区基本实现工作面无人化，全国煤矿采煤机械化程度达到95%以上；到2050年，全面实现精准开采。