从煤炭3.0阶段到5.0阶段：谢和平团队展绘我国未来30 年煤炭革命战略蓝图

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中国资源赋存条件决定了以煤为主的能源格局在相当长时期内不会改变，煤炭必须革命才能跟上能源升级与结构调整的步伐。根据世界能源变革、发展的规律，实现煤炭生产的绿色化、智能化，利用的清洁化、低碳化是煤炭革命的本质要求和必然趋势。随着未来煤炭开采深度的增加，煤炭科学技术更需要不断升级、创新突破，形成一系列变革性甚至颠覆性理论和技术。本章（文）根据煤炭革命的理念和构想，结合我国煤炭开发利用的现状、资源空间分布规律以及能源结构随时间的变化，创造性提出煤炭革命3.0 阶段、4.0 阶段和5.0 阶段三个发展阶段，并给出每个阶段的战略目标，从而形成了我国未来30 年煤炭革命的技术路线及战略蓝图。

根据党的十九大确定的我国经济社会发展的总体目标与战略部署，提出煤炭行业发展的阶段划分、目标及总体战略蓝图，从而指导我国煤炭革命的发展实践。力争通过30～40 年的努力，使煤炭行业由最初的单一资源开采利用发展成为煤基多元协同与原位采用一体化和深地空间利用的智慧能源系统，煤炭最终成为安全、绿色、可靠、高科技含量的清洁能源。煤炭革命的总体目标和战略蓝图如下图所示。

▲ 煤炭革命的总体目标和战略蓝图

煤炭革命的发展有时间、空间和技术演进三个维度。

从时间角度，煤炭革命是一个长期的过程，总结之前的100 多年的煤炭技术发展规律，即煤炭经历了人工开采、机械化开采两个阶段，我们称之为煤炭1.0 阶段和2.0 阶段，彼时的煤炭仅仅作为燃料被低水平的开采、利用。目前，已经发展到2.0 阶段的后期，煤炭开采效率、利用水平大幅提升，在满足能源需求的同时也带来了一系列问题。

在此基础上，提出未来30 年煤炭革命3.0 阶段、4.0 阶段和5.0 阶段的划分。煤炭3.0 阶段要实现自动开采、超低排放，4.0 阶段要实现智能开采、近零排放，5.0 阶段要实现无人开采、达到再生能源排放标准。

从空间角度，目前开采深度已经到1500m，再继续向深部进军，将受到高地压、高地温及复杂地质条件等因素的严重制约，面临极大的安全、环境、技术及经济风险。当前的开采理论和方法适应的开采深度是有极限的，超过这个极限就必须考虑采用全新的开采方法。从煤炭3.0 阶段、4.0 阶段就开始研究颠覆现有物理开采方法与体系的深部原位流态化开采理论、技术与装备，到煤炭5.0 阶段开始工业性试验应用。

从技术研究演进的角度，将按照“现有基础支撑技术—变革性技术—颠覆性技术”构建煤炭3.0 阶段、4.0阶段和5.0 阶段三个阶段的技术蓝图。开采、利用技术的研究不单要考虑现有技术的升级与突破，还要有对新的、颠覆性技术的探索，从而应对未来的技术变革。

按照煤炭革命总体目标与战略蓝图的设想，将煤炭革命的发展分为三个阶段： 

2020 年之前，开采2000m 以浅煤炭资源。通过技术推广与升级，建成超低生态损害与超低排放的机械化、信息化煤炭开发利用体系，进入井下少人、接近天然气排放水平的煤炭3.0 阶段，煤矿井下空间得到初步利用；煤炭3.0 阶段是开采及利用技术的革命。

▲ 煤炭技术革命3.0 阶段战略目标

2020～2035 年，开采3000m 以浅煤炭资源。通过技术的突破，建成近零生态损害与近零排放的智能化、多元煤炭开发利用体系，进入井下无人、接近清洁能源排放水平的煤炭4.0 阶段，煤矿井下空间得到有效利用；煤炭4.0 阶段是开采及利用方法的革命。

▲ 煤炭技术革命4.0 阶段战略目标

2035～2050 年，开采3000m 以深煤炭资源。现有开采体系无法有效支撑。通过颠覆性技术的研究，建成煤基多元、开放、协同、绿色开发利用的清洁能源基地，进入井下无人、地上无煤、纯清洁能源的煤炭工业5.0 阶段，煤矿井下空间资源与城镇化发展协同开发利用。煤炭5.0阶段是煤基能源开发利用的革命。

▲ 煤炭技术革命5.0 阶段战略目标

要实现上述三个阶段的目标，需从煤炭开采过程、利用过程、环境影响消除的煤炭资源全生命周期角度研究煤炭技术的发展与演进路线。

▲ 全产业链煤炭技术革命路线图

2000m 以浅的煤炭资源开采仍可沿用现有的开采技术与装备体系，需要克服岩层、构造、瓦斯、水等地质条件变化而带来的安全问题。智能化控制技术可在有效探测环境信息的基础上实现装备的自动控制，避免开采事故的发生。通过地质构造的探测、反演及智能决策技术，可形成基于透明矿山的智能化开采系统。不但有效支撑当前煤炭开发，而且也为3000m 以下深部资源的开采奠定技术基础。

智能化无人开采发展目标是：2020 年前，实现2000m 以浅智能化开采；2020～2035 年，实现3000m 以浅智能化无人开采；2035～2050 年，打造出3000m 以深的智慧矿山，实现煤炭开采人不下井。

资源开采在进入深部后将面临更大的安全、环境、经济及技术难题。基于对地球深部基本科学规律的探索，提出煤炭资源深部原位流态化开采的颠覆性科学构想(谢和平，2017a)，以解决3000m 甚至更深的资源开发难题。流态化开采就是将深地固体矿产资源原位转化为气态、液态或气固液混态物质，在井下实现无人智能化的采选充、热电气等转化的流态化开采技术。流态化开采可彻底改变目前矿业领域生产效率低、安全性差、生态破坏严重(土地塌陷、水资源破坏等)、资源回收率低、地面运输/转化能量损耗大等一系列问题，实现地下资源开采的颠覆性变革。

流态化开采的技术演进路线是：2020 年前，将煤炭流态化开采作为深地研究的重要科学问题率先提出来，展开煤炭资源流态化开采前瞻性理论、基础性技术研究；2020～2035 年，建立现有煤炭开采及转化技术体系对流态化开采的基础支撑架构，部分流态化开采关键技术的深部原位实现；2035～2050 年，实现流态化开采重大关键技术的突破，集成相关技术开展现场实施。

煤炭开采产生了大量的地下空间，如果不能有效加以利用，不但对环境带来影响，而且也造成了人力、财力、资源的浪费。地下空间也是国土资源，其开发利用对人们的生产生活方式都带来重大影响。目前，一些废弃矿井的地下空间正在尝试存储、旅游观光、军事设施、交通等多种利用方式。

地下空间的开发利用技术路线是：2020 年前，主要进行500m 以浅废弃矿井空间开发利用，积累空间分配、生态系统再造、通信等关键技术；2020～2035 年，进行2000m 以浅深部地下空间开发利用，包括医疗、试验、废弃物处置等用途；2035～2050 年，开展与流态化开采相配套的地下空间开发利用技术研究。

燃烧是煤炭利用的主要方式。目前，我国燃煤发电技术已经取得很大突破，先进电厂的耗煤量、排放水平都达到世界领先水平。

煤炭清洁利用的目标是：在2020 年前，重点解决分散燃煤清洁化问题和推广应用燃煤发电超低排放技术；2020～2035 年，实现燃煤发电近零排放和地下转化，消减大部分的CO₂ 排放；2035～2050 年，煤炭不到达地面，直接在地下实现热电气一体化生产，由开采煤炭转变为开采“能源”。

本文摘编自《煤炭革命的战略与方向》（谢和平等著. 北京：科学出版社，2018.5）一书“第3 章 煤炭革命的战略蓝图”，有删减。标题为编者所加。

Coal Industry Reform: Strategies and Directions

ISBN 978-7-03-057310-0

责任编辑：李雪

落实习近平主席关于“推进能源生产和消费革命，构建清洁低碳、安全高效的能源体系”的讲话精神，煤炭必须自身进行革命，真正革落后产能的命，革污染排放的命，全面实现煤炭绿色生态开采、清洁低碳利用，使煤炭成为清洁能源。依托中国工程院重点咨询研究项目，谢和平院士领衔由行业协会、科研机构、大学、企业等行业核心研究力量组成的科研团队，系统研究并阐明了煤炭革命的科学基础、四大理论和六大理念；提出了煤炭革命的绿色安全开发、清洁低碳利用、多元协同发展、国际化发展、新型人才培养五大战略；提出了煤炭3.0 阶段、4.0 阶段、5.0 阶段的战略发展蓝图和煤炭技术革命路线图；勾勒了近零生态损害的科学开采、近零排放的清洁低碳利用、矿井建设(设计)与地下空间一体化利用、流态化开采四大领域的煤炭革命颠覆性理论和技术以及不同历史发展阶段的技术发展构想。为我国煤炭行业绘制了科技发展路线图，为煤炭科技发展提供了方向性指南。

（本文编辑：刘四旦）

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