大师课堂 | 对话院士王国法：一起见证煤炭开发的“前世今生”

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摘要：大师课堂 | 对话院士王国法：一起见证煤炭开发的“前世今生”

　央广网北京9月2日消息提到煤炭，人们往往给它打上“污染”的标签。然而随着技术进步，煤炭逐渐从传统燃料向清洁能源和高端化工原材料转变，并担起能源安全“稳定器”和“压舱石”作用。

　　目前全国有160余台百万千瓦超超临界燃煤发电机组在运行，我国燃煤发电机组的大气污染物超低排放标准已经高于世界主要发达国家和地区。

　　我国的大型现代智能化煤矿也实现了凤凰涅槃，已建成一批年产千万吨以上智能化煤矿和年产千万吨以上智能化工作面，全国已建成智能化工作面近千个。

　　中国之声、央视频携手中国科协青少年科技中心，推出全媒体科普栏目——大师课堂《科学家讲科学》。20位院士名家畅谈热点事件，为公众科普答疑。

　　本期中国工程院院士、中国煤炭科工集团首席科学家王国法，《博物》杂志编辑部主任刘莹，将和大家一同了解煤炭的前世今生，以及煤炭开发技术与装备的发展情况。

　　煤炭到底是怎么来的？

　　煤炭是十八世纪以来人类重要的化石能源，在诸多工业领域得到广泛运用，因此也被称为“乌金”。煤炭作为如此重要的资源是怎么来的，是很多人关心的问题。

　　王国法院士介绍，有一种比较多的说法，就是煤炭是古代的植物遗体在湖泊、海湾等一些地方堆积，经过漫长、复杂的生物化学和物理化学的作用过程，转化成的一种可以燃烧的沉积岩。

　　这种说法有具体的证据支持，例如煤中有一些植物的细胞，煤层中经常可以看到植物的化石，王国法院士表示，这种说法是有道理的，但煤炭种类及形成过程，还有待进一步去探秘。

　　不同的煤是由哪些植物、在哪些时段形成，现在已经基本能够得到解释。王国法院士提到，不同煤在形成过程中，压力越高、温度越高，质变的程度也就越高。这种高质变的煤就接近于无烟煤，而像埋深比较浅的褐煤质变程度就比较低，因此它的质量就比较差。

　　对于地球本身就有煤炭这种可能性，王国法院士表示，煤炭形成的研究目前并不充分，虽然部分成煤的说法不一致，但它跟地球的其他物质可能有相似性。

　　煤和炭竟然区别这么大！

　　煤炭经常被用作一个单独的词语，但细分起来却是不一样的。中学课文《卖炭翁》中卖的就是炭，和煤有着本质的不同。

　　煤和炭的区别主要在于生产方式上，王国法院士提到，《卖炭翁》讲得很清楚，“伐薪烧炭南山中”，炭是砍树之后烧制而成，而煤是地下埋藏的化石燃料。

　　炭的种类多种多样，既有树木无氧烧制成的木炭，也有煤矿制成的煤炭。比如常用的焦炭就是煤在高温无氧环境下烧结而成的，主要用在钢铁冶炼领域。

　　王国法院士表示，煤、炭虽然是不同的东西，但在运用过程中有很多共通之处，比如烧烤用的炭就有木炭和特制的煤炭，都很好用。另外煤炭和木炭都可以烧制成活性炭，这是一种很好的用于过滤的吸附剂。

　　煤矿工人现在的工作长啥样？

　　煤炭开采离不开煤矿工人的辛勤劳动。在一般印象中，煤矿工人的工作强度大，工作条件比较艰苦，但伴随着技术进步和时代发展，煤矿工人的工作呈现出不同的面貌。

　　王国法院士提到，传统地下矿山矿工都很辛苦，传统的小煤矿条件很差。现在的大型煤矿一个矿井高达2000万吨甚至3000万吨的产量，井下空间的面貌也发生了翻天覆地的变化，跟地面工厂有很多相似之处。

　　刘莹表示，我们印象中的煤矿工人是拿着镐子亲手去敲的。而王国法院士表示，现在的大型煤矿从采到运都是高度自动化的，整个过程包括从工作面把煤采出来到运出来，直接全部由皮带拉到地面。

　　王国法院士提到，现在最好的工作面就是在工作面中间不需要人工操作，只是在两条巷道里还有一些辅助的工作，把最繁重的劳动都替代了。刘莹总结道，所以现在的矿山工人更像一个操作机械的驾驶员。

　　现代智能化煤矿如何蜕变成“黑灯工厂”？

　　新世纪以来，煤矿由综合机械化开采向自动化、信息化和智能化升级，小煤矿和落后产能的煤矿被大量地关闭，单座煤矿的产能大幅度提升。

　　王国法院士介绍，全国已建成智能化工作面近千个，煤矿是由上百个子系统组成的复杂系统，煤矿智能化是新一代信息技术与采矿技术的深度融合的系统工程，目前相关前沿技术已有很多积累。

　　智能化选煤厂建设的目标是实现“黑灯工厂”，王国法院士提到，经过煤炭行业产学研用协同研发，我国大型矿用设备智能变频一体机、永磁电动滚筒等是领先世界的高端装备。

　　在技术研发的支撑下，王国法院士表示，2014年，我们在陕西黄陵矿业建成第一个智能化工作面，研发了超前预测、多机联动的智能控制采煤系统和成套装备，率先实现了常态化工作面无人操作的地面控制采煤。

　　“黑灯工厂”的目标在生产现场自动化作业中逐渐被实现，王国法院士也表示：“现代智能化煤矿是系统智能与人文智慧的融合。”

　　现代煤炭开发≠破坏环境生态！

　　王国法院士表示，煤矿和所有矿山资源开发一样，虽然都是人类不可或缺的物质财富，但同时必然会引发与生态环境的矛盾，采空区、塌陷区等都是环境的负面效应。

　　但煤炭开发和生态环境治理并不是冲突的，可以通过现代技术与理念进行可持续的开发利用。既避免出现原先粗放式开发造成的环境问题，又保障煤矿生产的可持续发展。

　　王国法院士提到，现代智慧绿色矿山开发注重与生态的协调发展，在采矿的同时进行生态的保护和修复。例如鄂尔多斯和陕北榆林煤田开发30多年来，生态环境明显好转就是最好的证明。

　　现代煤炭开发不仅是对正在开采的煤矿进行生态保护，同时更要对之前的生态破坏进行修复。例如对采煤塌陷区的生态修复就是自然修复和人工修复相结合，王国法院士介绍，神府东胜煤田经过多年修复和保护，矿区植被覆盖率由原来的11%增加到80%，动植物、微生物种群也获得大幅增加。