智能化综采工作面——阳煤集团的洁煤路径

煤炭清洁开采高效利用“朋友圈”不断扩大的背景下，阳煤集团基于煤炭生产链、价值链、创新链的洁煤路径更加多元，绿色智能开采，由传统煤化工向新型煤化工升级，并孕育更多、水平更高的“黑科技”

山西阳泉煤业集团清徐化工新材料园区，炉塔巍峨高耸，管道纵横密布。

在这个相当于300个足球场大的园区，煤炭经过气化、净化、合成、精制、肟化等，变为售价每吨高达万元的己内酰胺、己二酸等产品。再进一步，这些煤化工产品和其他原料一起，变成衣服、塑料、皮革、汽车、管材等，煤炭的价值链越拉越长。

“煤炭革命是能源革命的主要内容，但煤炭革命绝不等于‘革煤炭的命’。我们变被动为主动，在煤炭的生产链、价值链、创新链上做文章，真正找到、找准并拓展洁煤路径，让煤炭成为高转化效率、高附加值、低碳综合利用的清洁能源。”阳煤集团党委书记、董事长翟红说。

生产链上的绿色智能开采

绿色充填开采在最大程度解放煤炭资源的同时，实现对环境的较小扰动；“7+3”瓦斯治理模式在13座高突矿井、40个采掘工作面推广应用；在业内首家开展的煤炭云技术研发循序渐进

春耕时节，阳煤集团坪上公司15104综放工作面的地平面上，一如往昔的繁忙景象。这边，农民们正忙着施肥、耕地等播种前的准备工作；那边，隧道内一列列火车呼啸而过，只留下隆隆声在耳边回荡。这里曾是煤炭充填开采技术的试验场。

坪上公司井田内有4个村庄、1条铁路线，大量煤炭资源被压覆。去年，阳煤集团在坪上试验覆岩隔离注浆充填“三下”压煤开采技术。通过地面钻孔，他们将电厂废弃的粉煤灰和水以一定的比例混合，高压注浆充填离层区，在工作面中部形成一个类似于“煤柱”的压实支撑区，利用压实区与隔离煤柱联合控制覆岩关键层结构的稳定性，减小地表下沉。利用这一技术，该集团成功从村庄下、铁路下开采原煤73.63万吨，实现净利润约1亿元，并获得国家资源税减免600余万元。

阳煤集团副总工程师王一说：“应用这一技术，井下回采工艺和设备不需要做任何改变，地面建筑物无需搬迁，整个实施过程没有对铁路隧道内列车通行造成任何影响。”

“三下”（建筑物、铁路、水体下）压煤开采问题一直是制约我国煤矿生产发展的重大技术难题。据统计，阳煤集团“三下”压煤总量20.4亿吨。

今年3月18日，阳煤集团又邀请广东盛瑞科技股份有限公司、西安科技大学等单位的科研人员共聚一堂，深入研讨泡沫轻质土、柔模充填开采等前沿技术，希望进一步做好优质资源的保护性、精准化开采。

有关数据显示，山西省国有煤矿每采1吨煤平均动用煤炭储量2.5吨，损耗水资源2.48吨。转变煤炭开采方式，已经成为建设生态文明、推动科学发展的当务之急。

翟红表示，阳煤集团有60多年的开采历史，主业是煤炭开采与洗选，必须以创新为抓手，推进采煤工艺与前沿科技接轨，努力构建煤炭绿色、智能开采新模式。

阳煤集团主采的沁水煤田，煤与瓦斯突出频率高、瓦斯涌出量大、自然灾害严重，属于典型的低渗碎软突出难抽采煤层。

实现煤炭安全绿色开采，瓦斯治理是绕不开、躲不过的坎。“我们以新景、新元、寺家庄为示范矿，积极试验瓦斯治理新技术、新工艺，目前逐步形成了以7项技术和3种管理手段为主的‘7+3’瓦斯治理阳煤模式。”在翟红看来，“这基本找到了一种符合阳泉矿区实际、行之有效的瓦斯治理方法。”

2017年，“7+3”瓦斯治理模式在阳煤集团13座高突矿井、40个采掘工作面推广应用，减少各类钻孔进尺共计205万米，突出煤层掘进工作面月单进水平平均提高30%以上，回采工作面抽采达标时间缩短近一半，产生经济效益1.5亿元。

阳煤集团总工程师令狐建设表示，以院士专家工作站为平台，阳煤集团与彭苏萍、康红普、袁亮等院士专家和院校团队合作研发煤炭精准开采技术、物探技术、支护技术等。

“我们希望通过创新，引领煤炭开采的技术革命。”令狐建设说。

目前，阳煤集团已有39套综采自动化设备在中厚煤层综采工作面、厚煤层大采高工作面和部分综放工作面成功试用，正在薄煤层工作面进行工业性试验，煤炭开采智能化水平稳步提升。

阳煤集团新元公司综采队队长赵万生是智能化开采的众多受益者之一。赵万生说，现在工作面上几乎不见人，坐镇地面调度室就能对井下设备远程集控，综采队用工减少71人，工效却提高了70.57%。

今年，阳煤集团与百度公司跨界融合，在业内首家开展的煤炭云技术研发循序渐进，推动工业互联网、云计算、大数据、人工智能等技术在研发设计、生产制造过程中的综合集成应用，这让更多的“赵万生”们满是憧憬。

价值链上的“七十二变”

高端化工产品已经呈网状型渗透到了人们吃、穿、住、用、行各个环节，身上穿的衣服、脚上蹬的鞋子、手上拿的手机、脸上涂的化妆品、生病时喝的药品……背后处处都有阳煤集团的影子

“‘挖煤人’对煤炭有感情，也更懂得煤炭的价值。”翟红说，“阳煤集团主采的无烟煤属稀缺煤种，它不仅是上好的燃料，更是绝佳的化工原料。煤炭到化肥、甲醇等基础化工产品增值几倍，到己内酰胺等新材料，可升值十几倍甚至几十倍。”

清徐化工新材料园区中，40多套精密的自动化反应装置组成了一个全循环产业链，煤炭增值几十倍：每年“吃进”220万吨煤、20万吨粗苯，经过深加工，就地转化出20万吨己内酰胺、14万吨己二酸、40万吨合成氨、45万吨硝酸、40万吨硝铵、24万吨双氧水、24万吨硫酸等化工产品。

“园区以煤化工为起点，以苯化工为中间环节，重点发展材料化工，各种主、副产品自成循环，上下游一体，使煤炭价值得到了最充分体现，做到了‘吃煤不吐渣’。”化工新材料董事长、总经理张建勇说。

目前，这个园区的产品主要销往江苏、浙江、湖南、福建、天津、河北，部分产品漂洋过海销往印尼、马来西亚、菲律宾等国。

实际上，清徐化工新材料园区只是阳煤集团提升煤炭价值的一个缩影。“十一五”期间，阳煤集团化工产业从零起步、白手起家，重点布局建设了农用化工、基础化工、化机制造等传统煤化工项目。

“传统煤化工存在高能耗、高污染、低附加值的短板，新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主。新型煤化工与能源、化工技术结合，可形成煤炭—能源化工一体化的新兴产业，未来将在我国煤炭的清洁利用中扮演重要角色。”阳煤集团副总工程师、化工集团董事长冯志武说。

于是，“十二五”以来，阳煤集团进军新型煤化工领域，累计投资550多亿元，相继建设七大园区、十大项目。如今，25家化工企业、156套生产装置，让煤炭进行着“七十二变”，从“黑”到“白”，从固状到粉状、液状甚至气状，“变”出80余类产品来。

“目前，阳煤集团传统煤化工与现代煤化工、精细化工、化工新材料等新型煤化工的产值比例已经由原来的8∶2转变为现在的4∶6。现代煤化工方面，我们重点布局了甲醇制烯烃、煤制乙二醇两大产业；精细化工方面，以新疆国泰新华项目为重点；化工新材料方面，以清徐化工新材料园区为代表。”冯志武说。

阳煤寿阳化工董事长姜晋才给笔者算了一笔账：3.5吨煤可转换成1吨乙二醇，现在每吨乙二醇卖到七八千元，附加值翻了好几倍。

在煤的清洁高效利用“朋友圈”中，煤制烯烃是公认和可行的发展方向。“我们以阳煤集团的煤炭资源为依托，以恒通原有产业为基础，打造了一个互为产品原料、互为上下游的循环经济发展链条，原料综合利用率高，产品协同效应强。另外，我们的客户集中在江淮地区，公司所在地郯城正是鲁南咽喉，是山东与江淮重要交通要道，区位优势明显。”阳煤恒通董事长武跃华介绍。

如今，阳煤恒通，这个诞生于上世纪五六十年代的“小氮肥”企业，产品销售率和货款回收率均为100%。2017年，阳煤恒通完成销售收入40.37亿元，实现利润2.86亿元。

在新疆准东，国泰新华以BDO（1,4—丁二醇）、PTMEG（聚四亚甲基醚二醇）为核心产品，并向下游延伸，生产高端、精细化工产品。

国泰新华党委副书记顾立新告诉笔者：“我们的技术生产消耗低，每生产1吨BDO，比国外技术少消耗乙炔气体20千克左右，少消耗氢气10千克左右，少消耗蒸汽4千克左右；产品质量好，例如BDO产品的色号，国标水平是≤10，国泰新华达到了3至4甚至＜2，属目前业内最高等级。”

阳煤化工集团副总经理陈芳用通俗易懂的大白话做了概括：“我们的高端化工产品已经呈网状型渗透到了人们吃、穿、住、用、行各个环节，身上穿的衣服、脚上蹬的鞋子、手上拿的手机、脸上涂的化妆品、生病时喝的药品……背后处处都有阳煤集团的影子。”

创新链上的“黑科技”

“专吃劣质煤”的国之重器晋华炉升级换代，智能云煤化工建设稳步推进，己二腈国产化提速，医药、食品行业使用的甘氨酸加快研制……打造更多的“阳煤智造”，不断拓宽洁煤路径

阳春三月，“专吃劣质煤”的国之重器——晋华炉4.0项目正式启动。阳煤化机董事长李广民说：“晋华炉4.0将实现气化炉热量的全热回收，蒸汽产量再增加40%至50%，使世界领先的晋华炉更上一层楼。随着‘一带一路’倡议的全面推进，晋华炉会迎来更多走出去的历史机遇。”

这已是晋华炉的第四代产品。研制晋华炉，源于煤化工的气化难题。煤化工行业的关键技术之一就是煤气化技术，煤气化技术的核心则是气化炉。气化炉就像人的心脏，其工艺水平的高低直接影响着煤化工企业的经济效益与安全环保状况。

多年来，由于技术落后，国内许多化工企业不得不花费巨资引进国外的气化技术和装置。但进口设备进了国门，常常因为使用我国煤炭而“水土不服”，对于目前储量巨大的高灰、高硫、高灰熔点的“三高”劣质煤气化难题，更显得“江郎才尽”。公开资料显示，仅山西2800多亿吨煤炭储量中，“三高”煤就占1/3。

正是看到了煤化工产业发展中这一瓶颈问题，阳煤集团联手清华大学，用了15年时间，先后开发三代气化炉技术。“第一代，采用‘水煤浆+耐火砖+激冷流程’工艺，解决了粉煤气化难题，渣中含碳量降低了；第二代，采用‘水煤浆+膜式壁＋激冷流程’技术，解决了高灰熔点煤气化难题，煤种适应性更强了；第三代，全球首次集‘水煤浆+膜式壁+辐射式蒸汽发生器+激冷流程’于一体并成功实现工业化，解决了氧耗、煤耗偏高的问题。”李广民总结。

阳煤化机设计研究院院长仙运昌表示，“不挑食”的晋华炉3.0成功下线后，国家能源集团、中煤集团等数十家企业蜂拥而至。仅2017年，晋华炉3.0就签约落地14台，实现产值3.4亿元，带来近1亿元的利润。

翟红的构想更加长远：“阳煤集团将按照设计、制造、安装、运营的‘4S’模式，从单纯气化炉制造商向煤气化全产业链延伸，向合成气提供商转变；从技术、设备出售商逐步拓展为大型园区气化岛服务商；从气化炉单一制造者向经济环保治霾利器——气化炉、天然气锅炉、甲醇锅炉、电加热锅炉、生物质锅炉等晋华牌系列炉贡献者转变，将晋华牌系列炉打造成创新发展新名片。”

还是在这个春天，阳煤集团以寿阳化工为试点，将智能化工厂建设提上日程。寿阳化工副总经理荆计生表示，届时，操作工黑屏操作，安全环保全程自动监控，现场无人值守，“利用大数据就可以进行设备分析、诊断了，这就叫智能云煤化工”。

在寿阳化工园区内，还有一处中试基地，正在孕育甲醇制乙醇技术。

“去年，国家15部委联合出台方案，明确在全国范围内推广使用车用乙醇汽油，到2020年基本实现全覆盖。这意味着乙醇产业将迎来爆发式增长，预计年需求量在1200万吨左右。”冯志武介绍，“但目前工业化生产的燃料乙醇绝大多数以粮食作物为原料，从长远来看具有规模限制和不可持续性。走煤基路线，实现从甲醇到乙醇的转化，是决定未来大规模替代石油的关键。”

目前，1000吨级甲醇制乙醇中试装置已完成设备安装和单体试车，5月底将开始工业化验证。

与此同时，立足煤、开发煤、升华煤的“黑科技”在阳煤化工研究院孵化、培育、成长。

“这里是己二腈实验室。”阳煤化工研究院副院长李伟斌说，我国是己二腈的净输入地区。由于技术完全封锁，4家处于垄断地位的外国巨头通过调节己二腈供应轻松控制全球尼龙66的生产。

“我们的丁二烯氰化法制备己二腈技术，已经完成甲醇氨氧化制取氰化氢技术开发，完成一级氢氰化加成反应与分离，正在进行异构化催化剂的生产和二级氢氰化试验参数的标定，今年计划打通全试验流程，得到合格的己二腈产品。己二腈实现国产化之后，必将带动整个中国尼龙产业链的高速发展。”李伟斌说。

在甘氨酸实验室里，过去燃烧、低价值利用甚至是排空的合成氨驰放气、煤层气得到充分利用，产生可达到食品级和医药级的、高附加值的甘氨酸。“国内目前采用氯乙酸法生产甘氨酸，由于产品中含氯，只能达到饲料级和工业级，医药、食品行业使用的甘氨酸全部依赖进口。”李伟斌说，“今年，我们将进一步优化小试技术，完成示范装置工艺包的编制和工程设计。”

以煤气化炉、煤层气提纯和综合利用、催化剂、超重力技术应用等领域的行业难题为重点，阳煤化工研究院承担着化工类研究开发项目13项、煤矿材料研究项目3项、软科学项目5项。

翟红表示，阳煤集团将打造更多的“阳煤智造”，不断拓宽洁煤路径。下一步，在煤炭生产上，基于透明空间地球物理和多物理场耦合，构建“互联网+煤炭科学开采”模式，建立精准开采实验室，完成大数据云计算信息技术与采矿业的跨界融合，走智能、无人、安全、精准开采的路子。在煤炭利用上，重点开发新型煤气化技术，突破核心催化技术、智能化控制技术，做好高端新材料的研发，加强煤层气抽采利用，形成具有阳煤特色的瓦斯梯级综合利用体系。将瞄准科技前沿，推进3D激光打印制造、铝镁合金深加工、轻合金构件成形等技术开发，链接产业创新全链条，争当能源革命排头兵。