中國工程院院士王國法：想實現煤炭完全無人化開採

文稿 | 靜靜

編輯 | 章劍鋒

出品 | 本站科技《科學大師》欄目

他是誰

王國法，中國煤炭科工集團首席科學家，天地科技股份有限公司開採設計事業部總工程師。他是中國煤炭高效綜採技術與裝備體系的主要開拓者之一，建立了煤炭高效綜採的主體技術理論和標準體系，爲提高中國的煤礦機械化、智能化技術與裝備水平做出了重要貢獻。

2015年被評爲“全國勞動模範”。2017年當選中國工程院院士。

獲國家科技進步一等獎1項、二等獎4項和三等獎1項，30餘項成果獲省部級科技進步獎；出版專著6部，發表論文100餘篇，作爲第一發明人授權發明專利20餘項。獲得全國傑出工程師獎、孫越崎能源大獎等。

精彩觀點

1. 煤炭是可以清潔高效利用的最經濟安全的能源。

2. 目前存在着去煤化或煤炭被污名化的現象，是行業利益博弈的聲音。

3. 煤礦智能化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐。

4. 智能化煤礦工人能與白領一樣穿着西服、扎着領帶來採煤。

5. 要讓在煤礦工作成爲青年人才喜愛的職業。

6. 要實現煤炭完全無人化開採的煤炭夢，我們還要在創新的路上披荊斬棘。

7. 科學創新沒有捷徑，我們只有心無旁鶩、持之以恆，才能夠水到渠成。

文章全文：

1960年出生的王國法院士，看上去還很年輕，但他可是一位擁有重大科研創新成就的領軍科學家。

礦難頻發、煤炭污染，這些人們並不陌生的情形，有可能因爲他的科技創新而被遏制，甚至是杜絕。

學的不是煤炭，卻因爲選擇而愛上了煤炭事業。已到知天命年齡的王國法在過去30年中，執着地在做一件事情：煤炭安全高效綠色開採技術與裝備的研發和工程實踐。

在公衆的印象中，煤炭是不可再生且污染嚴重的能源，而千百年來，井下采煤惡劣的環境和頻發的安全事故，也讓大家對煤炭更多停留在“髒累苦險”的認知。

數據稱，中國因煤炭開採而失去生命的礦工達到20萬人，煤炭開採行業被認爲是“高危行業”，煤礦安全成爲永遠繞不開的話題。

如何實現煤炭綠色開採，如何讓礦工從高險的工作中、從苦力勞動中解放出來，實現無人化開採，成爲像王國法等行業領軍科學家的攻克目標。

王國法首次提出了液壓支架與圍巖“強度耦合、剛度耦合、穩定性耦合”的“三耦合”原理和設計方法；主持的黃陵一礦智能化開採總體設計項目，首次實現常態化工作面有人巡視、無人操作的智能化採煤，獲得中國工業大獎；主持建立了中國綜採和液壓支架技術標準體系，實現成套技術完全國產化；主持了煤礦支護設備標準體系的建設，負責起草液壓支架國家和行業標準十幾項。

王國法的科研實踐，含有中國科學家的普遍邏輯和價值取向。他斷言，當前是中國要從集成創新向原始創新邁進的一個轉型期。

“我們國家改革開放40年來快速的發展，得益於創新。但是我們的創新大多數是從引進消化吸收、創新、集成創新到再創新的這樣一個階段。我們的原始創新不足。”王國法關注着外部世界的形勢變化，他說，當前中國面臨的外部困難，對科研事業是警醒，“技術的源頭還在別人的手裡，基礎研究的欠賬太多，所以就容易被卡住脖子，‘萬河之水始於源、參天之木立於根’，要加強在基礎理論、基礎研究、基礎材料等方面的創新。解決問題的能力是創新力的核心，是創新人才的根本價值所在。我們能夠實現的，只能夠是我們內心最渴望的東西。只有創新的激情，加上科學的方法，才能夠實現我們的目標。”

正名：煤炭也可以是清潔高效的能源

提到煤炭，大衆認知中總是會和“污染”、“落後”掛鉤，在行業中甚至出現了去煤化的觀點。王國法則認爲，“去煤化”或“煤炭被污名化”聲音的出現，是行業利益博弈所致。從煤炭本身來看，也可以成爲清潔高效利用的最經濟安全的能源。

王國法掌握着一組數據：化石能源目前仍然是世界的主要基礎能源，在世界一次能源消費結構中仍然佔86%。石油、煤炭、天然氣三分天下。非化石能源和可再生能源實際上發展得很快，但是仍然只佔14%。

而中國已經成爲世界前六位的產煤大國，煤炭成爲中國的主體能源。目前，煤炭在中國一次能源生產和消費結構中仍然佔70%或60%以上。

最高領導層也曾指出，中國的國情，是在相當長一段時間內，甚至從長遠來講，還是以煤爲主的格局。因此，對煤的注意力不要分散，在發展新能源、可再生能源的同時，還要做好煤炭這篇文章。

王國法稱，可以通過技術來消除煤炭對環境的負面效應，實現安全高效綠色的開發和清潔高效利用。

他舉例：比如目前清潔高效燃煤發電技術，包括超超臨界發電、循環流化牀發電、IGCC發電。“這些技術已經取得了重要的突破，已經可以實現有害氣體的近零排放”，“IGCC發電甚至可以實現二氧化碳的近零排放。”

中國支持建設的煤電項目佔中國境外在建煤電項目的四分之一。圖片來源：Benita5

此外，煤炭清潔轉化技術、燃煤工業鍋爐的高效燃燒技術、污染物的控制與資源化利用技術，都取得了重要的進展，這些爲煤炭的清潔利用提供了有效的科技支撐。

夢想：讓礦工穿着西服採煤

千百年來，井下采煤惡劣的環境和頻發的安全事故，使煤炭開採行業被稱爲“高危行業”，煤礦安全成爲永遠繞不開的話題，尤其是中國這種煤炭開採大國。

如何實現煤炭綠色開採，如何讓礦工從高險的工作中解脫出來，從苦力勞動中解放出來，實現無人化開採，是王國法30年前進入煤炭行業之後，一直從事的工作。

“激情是創新的催化劑。我們幹任何事情、幹任何事業都需要有激情。創新更需要有激情。”雖然不是主動選擇煤炭行業，但一旦選擇，王國法認爲就要堅持。

在中煤科工集團開採裝備技術研究所所長（液壓支架研究室主任）的職位上，王國法一干就是20年，他說正是這種不變，成就了認真鑽研一件事，努力做好一件事的意志。

據瞭解，當初王國法幾乎走遍了全國所有礦區，一年出差要在200天以上，而且經常連續12小時待在井下，有時需要連續奮戰24小時。

也因此，王國法見證、參與了中國煤炭開採由落後到世界領先的發展過程。

他帶領團隊研發了系列高效綜採成套技術和裝備，使煤炭生產效率提高30倍以上，安全生產條件得到根本保障，爲國家經濟社會發展提供了近70%的一次能源；把中國煤炭開採成套技術和裝備出口到澳大利亞、德國等全世界主要產煤國家。

2012年至2016年，王國法主持了陝煤集團黃陵一號煤礦智能化無人開採總體設計、集成創新項目，實現了常態化遠程監控工作面無人操作的智能化開採，並在20多個煤礦推廣應用。2016年，該項目獲得中國工業大獎。

2017年中國工程院新增院士名單，王國法從煤炭行業中第一輪15進5，最終晉級1人的激烈競爭中獲勝。

王國法介紹，智能化無人開採有四種模式：一，在薄煤層和中厚煤層發展了智能化無人開採模式；二，在厚煤層發展了大采高工作面、智能耦合人機協同高效綜採模式；三，在特厚煤層放頂煤工作面，研發了智能操控與人工干預相結合的放頂煤模式；四，在複雜煤層條件、大傾角煤層條件下，採用機械化加智能化這樣一種開採模式。

不久前，在中國礦業大學演講現場，主辦方就播放了他們在陝西黃陵採掘現場的錄像，機械智能化掘進一覽無餘，工作面上實現了無人化開採。王國法形容那個場景是，不見礦工身和影，只見煤炭滾滾來。“實現了我們煤炭工人穿着西服、扎着領帶來採煤的這樣一個夢想。”

王國法的研究，攻克了不少井下地理的複雜構造，比如在複雜煤層50多度大傾角的條件下，通過機械化加智能化技術的融合，解決了綜採設備在50多度大傾角的條件下穩定運行的世界難題，實現了由不能採到能夠安全高效開採這樣一個突破。“我們井下的固定崗位作業逐漸由機器來代替人工的作業。”

據他介紹，國家煤礦安全監察局今年1月份已經發布了《煤礦機器人重點產品研發目錄》，提出了五類38種煤礦機器人的研製，從掘進、到採煤、到運輸三類作業機器人和安控與救援機器人。

本站科技《科學大師》記者向王國法提出一個疑問，中國有超過500萬煤礦工人，假如全面實行無人化開採作業，是否會造成勞動力過剩和失業，先進的技術與人力用工矛盾是否會發生？

王國法承認，在科學進步的過程中，這樣的疑問不可避免。但煤礦發展智能化無人開採的目的，不是要讓煤礦職工下崗，而是要從根本上改變傳統的作業方式和勞動方式，改善作業環境與條件，“使我們的煤炭工人能夠更有尊嚴地去工作，有更好的工作條件。”

去年，王國法在德國參觀過一個年產4600萬噸的露天煤礦，根本見不到底下有人作業，他注意到，這不意味着不需要人力，這個公司的1500人，都在辦公室裡工作，只是工人不需要到工作面上去。

王國法告訴《科學大師》，山東的棗礦集團目前已經提出了要全面取消工人夜班作業，“爲什麼現在能夠提出來全面取消夜班？也是我們智能化技術的進步，我們生產力得到了充分的發展，有了科技的支撐，才能夠真正地取消夜班。”

目標：全面實現智慧煤礦

圖源：視覺中國

改革開放40年來，中國的煤炭開採從人工、半機械化、機械化，發展到綜合機械化，已經開始了向自動化和智能化邁進。

而人工智能和大數據技術的到來，讓王國法的夢想有了實現的可能，“技術創新，需要符合科學規律，腳踏實地。煤炭傳統產業升級，需要的是關鍵技術突破。”

王國法不止在一個公開場合提到過，不要濫用概念，把許多完全不符合“智能化”的產品，冠以“智慧”、“智能”的名義，進行過度包裝和宣傳，也不要“盲目牴觸”，對於“智能化”、“智慧礦山”這種新鮮事物，不去深入瞭解，一味表示反對。

王國法認爲所謂的數字化、人工智能和信息化都是實現“智慧礦山”或“智能化礦山”的基礎技術手段。

與智慧社會、智慧城市和智慧交通類似，王國法希望能夠實現建設智慧煤礦的目標。也就是讓煤礦的主體實現智能化，將物聯網、雲計算、大數據、人工智能、自動化控制、機器人化等與現在礦山開發技術深度融合，開發礦山感知、互聯網、分析、自學習、預測、決策、控制的完整智能系統，實現煤礦全面智能運行、科學綠色開發、全產業鏈運行的一種新模式。

在煤礦智能化發展戰略上，中國已經提出了三階段目標。

第一個階段，到2021年，全國建成100個智能化示範礦井，初步形成煤礦開拓設計、地質保障、生產安全等主要環節的數字化傳輸、自動化運行的技術體系，基本實現約定工作面減人提效生產、工作面內少人或無人作業、井下固定崗位無人值守、遠程監控。

第二個階段，到2025年，大型煤礦基本實現智能化。形成煤礦智能化建設的技術規範與標準體系，實現開拓設計、地質保障、採掘、運通、洗選、物流等系統的智能化決策和自動化協同運行，僅剩重點崗位集羣作業。

第三個階段，到2035年，要全面實現煤礦的智能化開採，構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統，建成智能感知、智能決策、自動執行的智慧煤礦體系，實現煤炭工業綠色清潔可持續發展。

從路線圖來看，時間座標並不遠，但其中要克服的困難不言而喻。

王國法承認，“雖然距離煤炭完全無人開採這樣一個夢想，要走的路還很長，但是我們在不斷地向完善這樣一個目標去發展，不斷地在取得進展。”

雖然當前個別礦井已經實現了有人巡視、無人操作的採煤新方法，王國法說，每一項技術離完全完善都有很大的距離，因爲地下開採是一個非常複雜的事情。“很多專家說登天容易入地難，這並不過分。我們的地下開採，有很多規律，就像地震學一樣，地下的這些活動更復雜，它是不連續的一些活動，在不連續的條件下的作業，實際上難度更大。我們要解決的難題還很多。”

召喚：青年們，向煤炭進軍

煤炭工程領域目前面臨人才瓶頸，年輕人不願意進入這個行業，這是讓王國法感到憂心的事情。

下井挖煤這種傳統的作業方式，容易讓人產生吃苦受罪的印象。而王國法寄希望於智能化的開採全面實現後，能夠更好地吸引到年輕人才的流向。

“我們發展的目標就是要使生產力得到更大的解放、更大的提高。將來我們的工作時間就不需要那麼多了，就不需要那麼艱苦了。大家就可以輕輕鬆鬆地做這個事情了，可以使這個煤炭真正成爲對我們青年人有吸引力的一個職業。”

王國法所展示出來的圖片和視頻，向外界傳遞出一個信號：智能化、現代化的煤礦作業，可以改寫煤礦作業水準，採煤、運煤不等於苦累髒。

“人生道路有千萬條，或者直線，或者曲折。直線的，它可能比較擁擠。就像我們現在，很多精英全都擠到了金融(業領域)，可能擠得大家都走不動。有的道路可能是曲折的、不擠的，但是也未必不能夠曲徑通幽。沒有人能夠預知哪一條路是距離成功最近的。條條道路都得有人走，條條道路都可能通向成功。”

王國法這個話，有他自己的人生經歷作依據，他自己早年就是非煤院校畢業的，本科是山東大學冶金系軋鋼專業，研究生是東北大學流體機械及流體動力工程專業，畢業後被分配到煤炭科學研究總院北京開採研究所，從事煤炭綜合機械化開採技術與裝備研發，而不是因爲喜歡煤炭才選擇了這個行業。

他的科研經歷，應合了那樣一句話：哪裡需要就被哪裡搬。

王國法說，當代青年尤其是大學生，具備了創新意識、創新能力，在當下處於第三次工業革命與第四次工業革命的歷史交匯期，以人工智能、大數據、互聯網+爲標誌的新技術革命浪潮滾滾，青年人是可以在建設綠色+智慧礦業的道路上，發揮創造力、建功立業的。

參考:《五洲四海山東人》《煤炭報獨家：對話王國法院士，6000字乾貨》