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中国煤炭报:中国工程院院士王国法


发布时间: 2019年06月27日


       在公众的印象中,煤炭是不可再生且污染严重的能源,而千百年来,井下采煤恶劣的环境和频发的安全事故,也让大家对煤炭更多停留在“脏累苦险”的认知。数据称,中国因煤炭开采而失去生命的矿工达到20万人,煤炭开采行业被认为是“高危行业”,煤矿安全成为永远绕不开的话题。

如何实现煤炭绿色开采,如何让矿工从高险的工作中、从苦力劳动中解放出来,实现无人化开采,成为像王国法等行业领军科学家的攻克目标。

 

       王国法首次提出了液压支架与围岩“强度耦合、刚度耦合、稳定性耦合”的“三耦合”原理和设计方法;主持的黄陵一矿智能化开采总体设计项目,首次实现常态化工作面有人巡视、无人操作的智能化采煤,获得中国工业大奖;主持建立了中国综采和液压支架技术标准体系,实现成套技术完全国产化;主持了煤矿支护设备标准体系的建设,负责起草液压支架国家和行业标准十几项。

       王国法的科研实践,含有中国科学家的普遍逻辑和价值取向。他断言,当前是中国要从集成创新向原始创新迈进的一个转型期。

 

王国法

       中国煤炭科工集团首席科学家,天地科技股份有限公司开采设计事业部总工程师。他是中国煤炭高效综采技术与装备体系的主要开拓者之一,建立了煤炭高效综采的主体技术理论和标准体系,为提高中国的煤矿机械化、智能化技术与装备水平做出了重要贡献。

       2015年被评为“全国劳动模范”。2017年当选中国工程院院士。

       获国家科技进步一等奖1项、二等奖4项和三等奖1项,30余项成果获省部级科技进步奖;出版专著6部,发表论文100余篇,作为第一发明人授权发明专利20余项。获得全国杰出工程师奖、孙越崎能源大奖等。

精彩观点

1. 煤炭是可以清洁高效利用的最经济安全的能源。

2. 目前存在着去煤化或煤炭被污名化的现象,是行业利益博弈的声音。

3. 煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。

4. 智能化煤矿工人能与白领一样穿着西服、扎着领带来采煤。

5. 要让在煤矿工作成为青年人才喜爱的职业。

6. 要实现煤炭完全无人化开采的煤炭梦,我们还要在创新的路上披荆斩棘。

7. 科学创新没有捷径,我们只有心无旁鹜、持之以恒,才能够水到渠成。

      “我们国家改革开放40年来快速的发展,得益于创新。但是我们的创新大多数是从引进消化吸收、创新、集成创新到再创新的这样一个阶段。我们的原始创新不足。”王国法关注着外部世界的形势变化,他说,当前中国面临的外部困难,对科研事业是警醒,“技术的源头还在别人的手里,基础研究的欠账太多,所以就容易被卡住脖子,‘万河之水始于源、参天之木立于根’,要加强在基础理论、基础研究、基础材料等方面的创新。解决问题的能力是创新力的核心,是创新人才的根本价值所在。我们能够实现的,只能够是我们内心最渴望的东西。只有创新的激情,加上科学的方法,才能够实现我们的目标。

正名: 煤炭也可以是清洁高效的能源

      提到煤炭,大众认知中总是会和“污染”、“落后”挂钩,在行业中甚至出现了去煤化的观点。王国法则认为,“去煤化”或“煤炭被污名化”声音的出现,是行业利益博弈所致。从煤炭本身来看,也可以成为清洁高效利用的最经济安全的能源。

      王国法掌握着一组数据:化石能源目前仍然是世界的主要基础能源,在世界一次能源消费结构中仍然占86%。石油、煤炭、天然气三分天下。非化石能源和可再生能源实际上发展得很快,但是仍然只占14%。

      而中国已经成为世界前六位的产煤大国,煤炭成为中国的主体能源。目前,煤炭在中国一次能源生产和消费结构中仍然占70%或60%以上。

      最高领导层也曾指出,中国的国情,是在相当长一段时间内,甚至从长远来讲,还是以煤为主的格局。因此,对煤的注意力不要分散,在发展新能源、可再生能源的同时,还要做好煤炭这篇文章。

      王国法称,可以通过技术来消除煤炭对环境的负面效应,实现安全高效绿色的开发和清洁高效利用。

      他举例:比如目前清洁高效燃煤发电技术,包括超超临界发电、循环流化床发电、IGCC发电。“这些技术已经取得了重要的突破,已经可以实现有害气体的近零排放”,“IGCC发电甚至可以实现二氧化碳的近零排放。”

      中国支持建设的煤电项目占中国境外在建煤电项目的四分之一。图片来源:Benita5

      此外,煤炭清洁转化技术、燃煤工业锅炉的高效燃烧技术、污染物的控制与资源化利用技术,都取得了重要的进展,这些为煤炭的清洁利用提供了有效的科技支撑。

梦想: 让矿工穿着西服采煤

      千百年来,井下采煤恶劣的环境和频发的安全事故,使煤炭开采行业被称为“高危行业”,煤矿安全成为永远绕不开的话题,尤其是中国这种煤炭开采大国。

      如何实现煤炭绿色开采,如何让矿工从高险的工作中解脱出来,从苦力劳动中解放出来,实现无人化开采,是王国法30年前进入煤炭行业之后,一直从事的工作。

      “激情是创新的催化剂。我们干任何事情、干任何事业都需要有激情。创新更需要有激情。”虽然不是主动选择煤炭行业,但一旦选择,王国法认为就要坚持。

      在中煤科工集团开采装备技术研究所所长(液压支架研究室主任)的职位上,王国法一干就是20年,他说正是这种不变,成就了认真钻研一件事,努力做好一件事的意志。

      了解,当初王国法几乎走遍了全国所有矿区,一年出差要在200天以上,而且经常连续12小时待在井下,有时需要连续奋战24小时。

      也因此,王国法见证、参与了中国煤炭开采由落后到世界领先的发展过程。

      他带领团队研发了系列高效综采成套技术和装备,使煤炭生产效率提高30倍以上,安全生产条件得到根本保障,为国家经济社会发展提供了近70%的一次能源;把中国煤炭开采成套技术和装备出口到澳大利亚、德国等全世界主要产煤国家。

      2012年至2016年,王国法主持了陕煤集团黄陵一号煤矿智能化无人开采总体设计、集成创新项目,实现了常态化远程监控工作面无人操作的智能化开采,并在20多个煤矿推广应用。2016年,该项目获得中国工业大奖。

      2017年中国工程院新增院士名单,王国法从煤炭行业中第一轮15进5,最终晋级1人的激烈竞争中获胜。

      王国法介绍,智能化无人开采有四种模式:一,在薄煤层和中厚煤层发展了智能化无人开采模式;二,在厚煤层发展了大采高工作面、智能耦合人机协同高效综采模式;三,在特厚煤层放顶煤工作面,研发了智能操控与人工干预相结合的放顶煤模式;四,在复杂煤层条件、大倾角煤层条件下,采用机械化加智能化这样一种开采模式。

      不久前,在中国矿业大学演讲现场,主办方就播放了他们在陕西黄陵采掘现场的录像,机械智能化掘进一览无余,工作面上实现了无人化开采。王国法形容那个场景是,不见矿工身和影,只见煤炭滚滚来。“实现了我们煤炭工人穿着西服、扎着领带来采煤的这样一个梦想。”

      王国法的研究,攻克了不少井下地理的复杂构造,比如在复杂煤层50多度大倾角的条件下,通过机械化加智能化技术的融合,解决了综采设备在50多度大倾角的条件下稳定运行的世界难题,实现了由不能采到能够安全高效开采这样一个突破。“我们井下的固定岗位作业逐渐由机器来代替人工的作业。”

      据他介绍,国家煤矿安全监察局今年1月份已经发布了《煤矿机器人重点产品研发目录》,提出了五类38种煤矿机器人的研制,从掘进、到采煤、到运输三类作业机器人和安控与救援机器人。

      那么,中国有超过500万煤矿工人,假如全面实行无人化开采作业,是否会造成劳动力过剩和失业,先进的技术与人力用工矛盾是否会发生?

      王国法承认,在科学进步的过程中,这样的疑问不可避免。但煤矿发展智能化无人开采的目的,不是要让煤矿职工下岗,而是要从根本上改变传统的作业方式和劳动方式,改善作业环境与条件,“使我们的煤炭工人能够更有尊严地去工作,有更好的工作条件。”

      去年,王国法在德国参观过一个年产4600万吨的露天煤矿,根本见不到底下有人作业,他注意到,这不意味着不需要人力,这个公司的1500人,都在办公室里工作,只是工人不需要到工作面上去。

      王国法说,山东的枣矿集团目前已经提出了要全面取消工人夜班作业,“为什么现在能够提出来全面取消夜班?也是我们智能化技术的进步,我们生产力得到了充分的发展,有了科技的支撑,才能够真正地取消夜班。”

目标: 全面实现智慧煤矿

      改革开放40年来,中国的煤炭开采从人工、半机械化、机械化,发展到综合机械化,已经开始了向自动化和智能化迈进。

      而人工智能和大数据技术的到来,让王国法的梦想有了实现的可能,“技术创新,需要符合科学规律,脚踏实地。煤炭传统产业升级,需要的是关键技术突破。”

      王国法不止在一个公开场合提到过,不要滥用概念,把许多完全不符合“智能化”的产品,冠以“智慧”、“智能”的名义,进行过度包装和宣传,也不要“盲目抵触”,对于“智能化”、“智慧矿山”这种新鲜事物,不去深入了解,一味表示反对。

      王国法认为所谓的数字化、人工智能和信息化都是实现“智慧矿山”或“智能化矿山”的基础技术手段。

      与智慧社会、智慧城市和智慧交通类似,王国法希望能够实现建设智慧煤矿的目标。也就是让煤矿的主体实现智能化,将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动化控制、机器人化等与现在矿山开发技术深度融合,开发矿山感知、互联网、分析、自学习、预测、决策、控制的完整智能系统,实现煤矿全面智能运行、科学绿色开发、全产业链运行的一种新模式。

      在煤矿智能化发展战略上,中国已经提出了三阶段目标。

      第一个阶段,到2021年,全国建成100个智能化示范矿井,初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产安全等主要环节的数字化传输、自动化运行的技术体系,基本实现约定工作面减人提效生产、工作面内少人或无人作业、井下固定岗位无人值守、远程监控。

      第二个阶段,到2025年,大型煤矿基本实现智能化。形成煤矿智能化建设的技术规范与标准体系,实现开拓设计、地质保障、采掘、运通、洗选、物流等系统的智能化决策和自动化协同运行,仅剩重点岗位集群作业。

      第三个阶段,到2035年,要全面实现煤矿的智能化开采,构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统,建成智能感知、智能决策、自动执行的智慧煤矿体系,实现煤炭工业绿色清洁可持续发展。

      从路线图来看,时间座标并不远,但其中要克服的困难不言而喻。

      王国法承认,“虽然距离煤炭完全无人开采这样一个梦想,要走的路还很长,但是我们在不断地向完善这样一个目标去发展,不断地在取得进展。”

      虽然当前个别矿井已经实现了有人巡视、无人操作的采煤新方法,王国法说,每一项技术离完全完善都有很大的距离,因为地下开采是一个非常复杂的事情。“很多专家说登天容易入地难,这并不过分。我们的地下开采,有很多规律,就像地震学一样,地下的这些活动更复杂,它是不连续的一些活动,在不连续的条件下的作业,实际上难度更大。我们要解决的难题还很多。”

召唤: 青年们,向煤炭进军

      煤炭工程领域目前面临人才瓶颈,年轻人不愿意进入这个行业,这是让王国法感到忧心的事情。

      下井挖煤这种传统的作业方式,容易让人产生吃苦受罪的印象。而王国法寄希望于智能化的开采全面实现后,能够更好地吸引到年轻人才的流向。

      “我们发展的目标就是要使生产力得到更大的解放、更大的提高。将来我们的工作时间就不需要那么多了,就不需要那么艰苦了。大家就可以轻轻松松地做这个事情了,可以使这个煤炭真正成为对我们青年人有吸引力的一个职业。”

      王国法所展示出来的图片和视频,向外界传递出一个信号:智能化、现代化的煤矿作业,可以改写煤矿作业水准,采煤、运煤不等于苦累脏。

      “人生道路有千万条,或者直线,或者曲折。直线的,它可能比较拥挤。就像我们现在,很多精英全都挤到了金融(业领域),可能挤得大家都走不动。有的道路可能是曲折的、不挤的,但是也未必不能够曲径通幽。没有人能够预知哪一条路是距离成功最近的。条条道路都得有人走,条条道路都可能通向成功。”

      王国法这个话,有他自己的人生经历作依据,他自己早年就是非煤院校毕业的,本科是山东大学冶金系轧钢专业,研究生是东北大学流体机械及流体动力工程专业,毕业后被分配到煤炭科学研究总院北京开采研究所,从事煤炭综合机械化开采技术与装备研发,而不是因为喜欢煤炭才选择了这个行业。

      他的科研经历,应合了那样一句话:哪里需要就被哪里搬。

      王国法说,当代青年尤其是大学生,具备了创新意识、创新能力,在当下处于第三次工业革命与第四次工业革命的历史交汇期,以人工智能、大数据、互联网+为标志的新技术革命浪潮滚滚,青年人是可以在建设绿色+智慧矿业的道路上,发挥创造力、建功立业的。