“太阳石”的“智”变

光明图片/视觉中国

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煤炭，因储存着亿万年前的太阳能而被誉为“太阳石”，如今，它正站在历史与未来的交汇点。从工业革命的动力之源，到现代能源体系的关键枢纽，煤炭的角色定位正在发生深刻变革。在第四次工业革命浪潮推动下，中国煤炭科工集团有限公司智能化开采与分子级转化工艺的创新，不仅重新定义着煤炭的能源属性，更开启了其作为清洁能源与高端材料战略宝库的全新篇章。煤炭产业的转型轨迹清晰显示，其发展逻辑已从规模扩张转向质量提升。未来，煤炭产业将在保障能源安全的基础上，沿着智能化、高端化、绿色化的路径持续深化，这一变革不仅重塑着煤炭的价值形态，更为传统能源转型提供重要参照。

煤炭角色进化：从单一能源到系统枢纽

纵观工业文明发展史，煤炭始终扮演着能源基石的关键角色。从瓦特改良蒸汽机开启第一次工业革命，将煤炭的化学能转化为驱动纺织机械、铁路和轮船的机械能，赋予工业文明“移动”和“集中”的能力；到第二次工业革命中，煤炭通过电力和钢铁间接支撑现代工业体系，更深层次融入工业发展血脉；再到第三次工业革命时期，煤炭作为基荷电力为信息基础设施建设提供坚实保障。如今，在第四次工业革命浪潮中，煤炭正在经历一场脱胎换骨的“智”变，通过智能化开采与分子级的高端转化，其价值被重新定义，从传统燃料迈向清洁能源与高端材料的战略宝库。这一历史进程表明，煤炭正在突破传统角色定位，从保障电力安全的基础能源，升级为通过技术创新实现价值跃迁的战略性资源，并最终通过多能协同模式，成为驱动整个能源体系优化升级的系统枢纽。

作为能源安全的“稳定器”，煤炭展现出不可替代的系统价值。2024年火力发电量占全国总发电量的67.36%，其提供的稳定基荷电力有效弥补了可再生能源的间歇性缺陷。这种“煤电-新能源”协同模式，正是现代能源系统理论中“多元互补”理念的具体实践。数据显示，尽管太阳能、风能等新能源装机容量持续增长，但其实际发电量仅为火电的28.6%，特别是在极端天气条件下，煤电的调峰调频能力成为维持电力系统安全运行的重要保障。

在产业耦合层面，煤炭的原料属性得到系统性拓展与深化，展现出“百变金身”的潜力。借助选煤、动力配煤、水煤浆和型煤等加工提质技术，煤炭质量得以稳定提升，品种日趋多元化。更重要的是，现代煤化工技术的突破性发展，形成了涵盖煤直接液化、煤间接液化、煤制甲醇、甲醇制烯烃等关键技术在内的完备体系。2024年，煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制乙二醇的产能已分别达931万吨/年、74.55亿立方米/年、1972万吨/年、1143万吨/年。这不仅是对石油资源及其产品供应不足的重要补充，更是对“原料+燃料”并重战略的有力践行。煤炭正经历从“按吨卖”的燃料向“按克卖”的高端材料的历史性转变，硅烷、碳化硅、石墨烯、煤基特种燃料等前沿材料研发已取得重要进展，并应用于航空航天、医疗器械等尖端领域，真正实现了“点煤成金”的价值跃迁。

在系统架构与可持续发展方面，煤炭产业正在形成“基地化—集群化—一体化”的新型发展模式。我国已建成全球最大的煤炭清洁高效利用体系，2024年全国原煤入洗率达68%（预计2025年将达80%），煤矸石、矿井水、土地复垦的综合利用率分别达74.1%、74.2%和57%。以此为基础，以“煤—电—化—新”多能耦合为代表的新型产业生态，不仅通过产业链纵向整合和能源梯级利用实现了资源效率最大化，还为构建新型能源体系提供了核心支撑。预计“十五五”期间，这种协同发展模式将全面推动煤炭产业实现从“单打独斗”到“系统作战”的质的飞跃。

产业技术跃迁：从传统采掘到智能体系

技术的系统性突破不仅改变了开采工艺，更在深层次上重构着煤炭产业的技术基因。基于智能预测和自动调节的煤炭供给体系，正支撑着煤炭在能源体系中承担新的角色定位，实现资源的安全、高效、稳定供给。2020年，《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》的出台，开启了这场以数智化为核心的技术变革，煤炭智能开采也成为适应现代煤矿工业发展的重要方向。

这一转型，在技术架构上体现为完整的智能化体系构建。由中国煤炭科工集团有限公司（以下简称“中国煤科”）参与建设的煤矿无人化开采数智技术全国重点实验室（以下简称“数智全重”）建立起统一数据标准架构，形成覆盖全生产环节的数字模型，其开发的世界首个煤矿大模型在采、掘、机、运、通等49个主业务场景已部署应用，基于“一站式管控平台”的矿井“星链”网络支撑着多业务终端接入。

在地质探测领域，技术创新为智能开采扫清了障碍。数智全重研发的煤矿远距离综合物探系统，通过定向长钻孔电磁法探测、无缆一体化物探装备等技术，结合AI算法智能成像，构建起高精度三维地质模型。这套系统能够识别钻孔周边含水异常体和地质构造，为后续开采作业提供精准指引。

掘进技术的突破则直接提升了开采效率。面对全国煤矿每年1.3万千米巷道掘进需求，由中国煤科研发的全断面掘锚一体快速掘进系统、6臂悬臂式掘锚护一体机等新型装备投入应用。与此同时，露天煤矿的数智化进程同步推进，电动矿卡、智能感知系统与激光雷达、毫米波雷达等技术深度融合。在伊敏露天煤矿，百台纯电动无人驾驶矿用卡车进行混合编组作业；新疆天池能源南露天矿的无人驾驶矿用卡车与人工驾驶车辆保持常态化混行作业。

这些技术进步通过“煤科云”智能管控平台，构建起覆盖煤炭开采全过程的数字管控体系。该平台依托自主感知控制与高速信息传输模块，整合井下各类设备运行状态，完成生产数据的实时采集与智能分析。部署于井下的多维传感器网络，持续监测瓦斯浓度、地层应力等安全参数，为灾害预警提供数据支撑。同时，“透明地质保障系统”运用远距离探测技术，精确识别断层、含水层等地质构造，实现对灾害风险的超前研判与预警。

智能化建设的效果正在多个维度显现：安全管控水平提升，管理效能提高，固定和危险岗位人员减少，职工工作条件改善；复杂条件煤矿通过智能化赋能，解决了诸多安全生产难题等。这些成效为构建统一大市场奠定了基础——通过整合煤矿安监、铁路、港口、大型企业等数据资源，建设覆盖全链条的国家煤炭大数据中心，推进建立数字化为基础、智能化赋能的煤炭开发供应链。

截至2025年3月，全国已建成66处国家级智能化示范煤矿、200余处省级示范煤矿，拥有1806个智能化采掘工作面，智能开采产能占比超过50%，1.6万余个固定岗位实现无人值守。

开采方式转型：从井下劳作到地面操控

煤矿开采方式正在经历根本性转变。传统模式下，矿工需要深入井下数百米进行高强度作业；而现在，工人可以在地面智慧中心通过远程监控完成采煤全过程。采煤机按照预设程序自动切割煤层，液压支架组成的支护系统同步移动，整个流程实现“地面规划割煤、装备自动执行、面内无人作业”的常态化运行。

这一转变在不同地质条件下展现出广泛适应性。神东榆家梁煤矿与黄陵一号煤矿在较薄煤层条件下实现常态化无人开采；陕煤集团小保当煤矿在2～3米煤层中建成450米超长工作面，年产能达千万吨级；金鸡滩与曹家滩煤矿则在8～10米超大采高工作面上突破年产2000万吨产能，标志着开采技术在多场景应用中的成熟。

开采方式的革新同时带动了矿区生态治理模式的升级。这一领域中国煤科积累深厚，在内蒙古鄂尔多斯、陕北榆林等生态脆弱区，30余年的科学开发实践形成了开采与修复同步推进的工作模式；毛乌素沙漠从荒漠向绿洲的转变，展现现代开采技术对生态环境的包容性。

在开采后的能源转化环节，清洁利用技术的突破进一步提升了开采价值。全国10亿千瓦煤电机组通过超低排放改造，使污染物排放优于天然气发电标准；超临界二氧化碳循环发电技术将能源转换效率提升3～5个百分点；煤化工领域实现高浓度废水近零排放，构建了从开采到利用的全链条清洁化路径。

这些技术进步通过数据整合形成系统合力。国家煤炭大数据中心汇集安全生产、运输调度、市场消费等全链条信息，构建起覆盖产能、库存、价格的智能调控体系。基于大数据的预测预警机制，为开采计划制定、运输路线优化、仓储调配提供决策支持，推动开采活动向精准化、柔性化方向发展。

从井下到地面的空间转换，从单一开采到全链条优化的系统升级，标志着煤炭开采方式正在完成从传统作业向智能化运营的历史性跨越。这一转型不仅重塑了矿工作业环境，更通过技术集成与系统创新，推动煤炭产业建立起安全、高效、清洁的现代化发展模式。

煤炭产业正迎来无人化开采、高端化利用和绿色化发展的新业态：无人化开采从技术构想步入产业化实践，全国范围内建设的智能化示范煤矿和采掘工作面标志着开采模式的根本转变；数智技术与煤炭产业的深度融合正在重构生产流程，基于大数据分析的智能控制系统逐步覆盖煤炭开采全过程；“AI+资源+能源+生态”的智慧综合体构想开始落地，推动煤炭产业形成全新的发展范式……

（作者系中国工程院院士、中国煤炭科工集团有限公司首席科学家）