「煤炭作為國家能源安全的『壓艙石』，在保障我國經濟社會發展中發揮著不可替代的作用。然而，我國煤炭資源開發正面臨深度與難度同步躍升的嚴峻挑戰。」全國人大代表、中國工程院院士、安徽理工大學校長袁亮近日在接受記者專訪時表示。
「深井時代」面臨四大新挑戰
在我國已探明煤炭資源儲量中，埋深小於1000米的佔比不足20%。隨著淺部資源枯竭，煤炭開採正以年均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，我國煤炭資源開發已逐步進入「深井時代」，煤炭安全生產面臨四大新挑戰。
一是深部開採導致傳統理論與技術「水土不服」。
隨著煤炭開採以每年10米至25米的速度向深部延伸，深部煤岩體處於高地應力、高瓦斯、高地溫、高滲透壓以及強開採擾動的複雜環境中，傳統基於淺部建立的岩體力學理論和防控技術已難以適用，煤與瓦斯突出、衝擊地壓等動力災害呈現高能級、多災種耦合的新特徵，預警防控難度呈指數級上升。
二是智能化轉型過程中的安全適配性風險突出。
雖然全國煤礦智能化產能佔比已超過65%，但深部複雜地質條件下的智能感知裝備精度、可靠性仍顯不足，煤岩界面識別、地質動態建模等核心技術尚未完全突破，傳統安全管理體系與少人無人開採模式不匹配，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同矛盾加劇。
目前，我國每年採掘活動產生瓦斯約300億立方米，抽采利用率僅為16.7%，傳統瓦斯治理模式難以同時實現「防突減災」與「提效減排」的雙重目標。同時，采深增加導致覆岩破壞範圍擴大，東部厚煤層、多煤層開採下沉陷積水呈累積效應，傳統「先採後治」模式難以為繼；西部深部開採對淺層水系的擾動機制更為複雜，保水開採面臨全新挑戰。深部開採對覆岩結構和地下水系的擾動遠超淺部開採，生態損傷極易誘發次生安全災害。
四是全生命周期安全管控體系尚不完善。
深部礦井建設階段的井巷支護、災害超前治理技術體系不成熟，千米深井建設風險防控能力不足，「井工—地面井協同開採」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
「深部開採安全是一場系統性的攻堅戰，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「煤炭精準開採」構想，即以透明空間地球物理和多物理場耦合為基礎，將開採擾動、致災因素、生態環境統籌考慮，實現少人無人智能開採與災害防控一體化。
首先，要以透明地質保障為基礎，把地下情況「看清楚」。
袁亮表示，深部開採最大的風險在於「看不見」。必須突破深部地質體透明化技術，構建以高精度三維地震勘探為核心、多物理場數據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、導水通道等隱蔽致災因素，實現從礦井整體到採掘工作面的地質條件精準數字化重構。融合光纖感測、微震監測等動態數據，構建實時反映采動擾動的透明地質模型，定量推演開採過程中應力與能量的轉移演化。
「只有把看不見的地質情況摸清楚，才能真正做到心中有底、手中有策。」袁亮說。
其次，要以智能化技術裝備為牽引，把高危崗位「減下來」。
比如，建設無人化綜采工作面，應用5G遠程操控技術，讓礦工在地面智能調度中心就能完成採煤作業，遠離災害風險；通過智能感知和數據分析，提前預警瓦斯、水害等隱患，推動安全管理從「事後處置」走向「事前預防」；利用智能巡檢機器人替代人工進入危險區域，既降低安全風險，又提升巡檢質量。
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計建設，因地制宜推進現有礦井技術裝備升級。關鍵是要聚焦深部複雜環境的適配性難題，在高溫、高壓、高粉塵條件下，把智能感知技術真正做紮實，讓感測器能夠精準捕捉應力、瓦斯、水文等關鍵參數。依託動態透明地質模型，研發採掘裝備的智能導航與煤岩界面精準識別技術，實現採掘路徑的智能規劃和截割參數的動態優化。
「我一直強調，煤炭行業的特殊性在於井下環境的複雜性，地面成熟的技術在井下不一定適用，比如粉塵會干擾視覺識別，電磁環境會影響通信傳輸，狹窄空間會限制設備部署。」袁亮說，必須實事求是，由點及面穩步推進，真正解決現場痛點問題，最終構建起感知、傳輸、決策、控制、應急全鏈條貫通的智能安全管控體系。
最後，要以複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」，而是人機協同。比如，淮南礦區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境里干更有技術含量的活。這就要求一線職工必須具備懂採掘、通數據、會維護的複合能力。
「只有把職工從高風險崗位解放出來，讓他們成為掌握先進技術的操作者和管理者，深部開採才能真正實現本質安全。」袁亮說。
目前，袁亮帶領團隊正在實施「礦山數字工匠」培訓計劃，依託行業組織開展分層分類培訓；推動高校與企業聯合開展訂單式培養、在崗技能提升。袁亮建議有關部門聯合建立「智能礦山工程師」認證體系，把人工智慧等應用能力納入考核。
推動科技創新與產業創新深度融合
「隨著開採深度的增加，水、火、瓦斯、衝擊地壓等多種災害呈耦合化、突發化趨勢，傳統監測手段與經驗判斷難以實現風險早期識別。」袁亮表示，在這樣的背景下，推動科技創新與產業創新的深度融合顯得尤為迫切。
袁亮表示，要強化高能級平台牽引，發揮產學研用協同攻關優勢。可依託深部煤炭安全開採與環境保護、煤炭無人化開採數智技術、煤炭精細勘探與智能開發、煤炭智能開採與岩層控制等全國重點實驗室，構建以平台為樞紐、產學研用深度融合的協同攻關模式。既要集聚高校、科研院所的創新資源，又要吸納企業的工程技術人員深度參與，讓科學家思路對接工程師實踐經驗，讓實驗室成果接受現場檢驗，真正打通從基礎研究到工程應用的通道。
袁亮指出，要堅持技術賦能與數據驅動，推進數智化轉型。當前，礦山安全感知數據分散在不同系統，導致系統性風險預測和提前預警能力不足。以兩淮礦區實踐為例。該區域深部開採比例高，地質構造複雜，災害交織突出，新舊系統並存，風險防控難度大，對先進技術的依賴遠超一般礦區，必須依靠科技創新破解難題。
「為此，我們提出利用AI技術優化採煤方案，實現精準開採，降低安全風險；利用AR/VR技術使遠程巡檢與故障診斷更加直觀高效。」袁亮說，要打破數據孤島，構建省級乃至行業級的數據中台，匯聚全國典型礦井多場耦合數據，繪製「安全風險一張圖」，為裝備自適應演算法訓練提供支撐，真正實現「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，解決成果轉化「最後一公里」問題。
針對高校科研成果轉化率低、缺少技術轉移專業人才的痛點，袁亮表示，要深化科技體制機制改革，賦予戰略科技人才更大的技術路線決定權和資源調度權；同時，要培養兼具成果轉移轉化、投融資、市場對接能力的複合型人才。
來源丨中國煤炭報
