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內容介紹
　　落實習*平主席關於“推進能源生産和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體係”的講話精神，煤炭必須自身進行革命，真正革落後産能的命，革汙染排放的命，全麵實現煤炭綠色生態開采、清潔低碳利用，使煤炭成為清潔能源。依托中國工程院重點谘詢研究項目，謝和平院士領銜由行業協會、科研機構、大學、企業等行業核心研究力量組成的科研團隊，係統研究並闡明瞭煤炭革命的科學基礎、四大理論和六大理念；提齣瞭煤炭革命的綠色安全開發、清潔低碳利用、多元協同發展、國際化發展、新型人纔培養五大戰略；提齣瞭煤炭3.0階段、4.0階段、5.0階段的戰略發展藍圖和煤炭技術革命路綫圖；勾勒瞭近零生態損害的科學開采、近零排放的清潔低碳利用、礦井建設(設計)與地下空間一體化利用、流態化開采四大領域的煤炭革命顛覆性理論和技術以及不同曆史發展階段的技術發展構想。為我國煤炭行業繪製瞭科技發展路綫圖，為煤炭科技發展提供瞭方嚮性指南。

目錄
目錄
前言
第1章 新時代的煤炭革命 1
1.1 煤炭革命的必要性 1
1.1.1 國內外能源發展規律和態勢 1
1.1.2 我國能源革命的方嚮和重心 23
1.1.3 煤炭革命的戰略意義 24
1.2 煤炭革命的緊迫性 25
1.2.1 煤炭發展麵臨的重大問題與挑戰亟待解決 25
1.2.2 供給側改革倒逼煤炭生産革命 29
1.2.3 消費側改革倒逼煤炭利用革命 30
1.3 煤炭革命的現實性 30
1.3.1 煤炭綠色開發和超低排放已具備技術基礎 30
1.3.2 煤炭革命技術經濟可行 31
第2章 煤炭革命的新理論、目標和戰略 32
2.1 煤炭革命的科學基礎 32
2.1.1 動能的定義 33
2.1.2 功的定義 33
2.1.3 能量的定義 34
2.1.4 能量守恒定律 34
2.2 煤炭革命的新理論 35
2.2.1 煤炭開發利用一體化理論 36
2.2.2 礦井建設與地下空間利用一體化理論 36
2.2.3 煤基多元清潔能源協同開發理論 37
2.2.4 煤炭潔淨低碳開發利用的能值理論 37
2.3 煤炭革命的理念 38
2.3.1 高端發展理念 38
2.3.2 國際化發展理念 39
2.3.3 近零生態損害的綠色開采理念 39
2.3.4 高標準的科學産能理念 40
2.3.5 高效低碳利用理念 40
2.3.6 擴展、轉型發展理念 40
2.4 煤炭革命的目標 41
2.4.1 煤炭成為清潔能源 41
2.4.2 煤礦區成為煤基多元協同能源基地 41
2.4.3 煤炭行業成為社會尊重、人纔嚮往的高新技術行業 42
2.5 煤炭革命的戰略 42
2.5.1 安全綠色開發戰略 42
2.5.2 清潔低碳利用戰略 42
2.5.3 多元協同發展戰略 43
第3章 煤炭革命的戰略藍圖 44
3.1 總體戰略藍圖 44
3.1.1 總體目標與特徵 44
3.1.2 全産業鏈煤炭技術革命路綫圖 47
3.2 煤炭智能化開采和超低排放潔淨利用——煤炭3.0階段 49
3.2.1 戰略定位與目標 49
3.2.2 突破思路 51
3.2.3 實施路徑 51
3.3 煤炭無人化開采和汙染物近零排放潔淨利用——煤炭4.0階段 53
3.3.1 戰略定位與目標 53
3.3.2 突破思路 54
3.3.3 實施路徑 55
3.4 煤基多元協同綠色清潔能源係統——煤炭5.0階段 57
3.4.1 戰略定位與目標 57
3.4.2 突破思路 58
3.4.3 實施路徑 59
第4章 煤炭革命的變革性理論和技術 62
4.1 近零生態損害的智能化無人開采變革性理論與技術 62
4.1.1 近零生態損害的智能化無人開采變革性理論 63
4.1.2 近零生態損害的智能化無人開采變革性技術 66
4.1.3 近零生態損害的發展路綫圖 119
4.2 近零汙染物排放的清潔低碳利用變革性理論與技術 121
4.2.1 近零汙染物排放的清潔低碳利用變革性理論 122
4.2.2 近零汙染物排放的清潔低碳利用變革性技術 124
4.2.3 近零汙染物排放的清潔低碳利用發展路綫圖 129
4.3 礦井建設(設計)與地下空間一體化利用變革性理論與技術 131
4.3.1 煤礦地下空間估算 132
4.3.2 礦井建設(設計)與地下空間一體化利用變革性理論 139
4.3.3 礦井建設(設計)與地下空間一體化利用變革性技術 143
4.3.4 礦井建設(設計)與地下空間一體化利用探索構想 145
4.3.5 礦井建設(設計)與地下空間一體化利用的發展路綫圖 147
第5章 煤炭革命顛覆性理論與技術 150
5.1 深部原位流態化開采的顛覆性理念與構想 150
5.1.1 深部原位流態化開采構想形成過程 153
5.1.2 深部原位流態化開采的定義 155
5.2 深部原位流態化開采的顛覆性理論體係 156
5.2.1 深部原位流態化開采采動岩體力學理論 156
5.2.2 深部原位流態化開采的“三場”可視化理論 160
5.2.3 深部原位流態化開采的原位轉化多物理場耦閤理論 161
5.2.4 深部原位流態化開采的原位開采、轉化與輸運理論 163
5.3 深部原位流態化開采的關鍵技術體係 166
5.3.1 深部原位流態化開采的智能化技術體係 166
5.3.2 深部原位流態化開采的無人化技術體係 170
5.3.3 深部原位流態化開采的流態化技術體係 175
5.4 煤炭深部原位流態化開采的戰略路綫 184
第6章 煤炭革命國際化戰略 186
6.1 煤炭革命國際化戰略環境分析 186
6.1.1 國際煤炭發展環境 186
6.1.2 “一帶一路”國傢煤炭市場環境及需求預測 190
6.1.3 煤炭在“一帶一路”倡議中的地位 203
6.1.4 “一帶一路”倡議對我國煤炭行業的影響 208
6.2 我國煤炭産業市場競爭力分析 210
6.2.1 煤炭産品市場競爭能力分析 210
6.2.2 煤礦技術裝備競爭能力分析 224
6.2.3 煤礦工程總承包服務市場競爭力分析 231
6.2.4 資源開發與轉化市場競爭能力分析 235
6.3 煤炭革命的國際化戰略 238
6.3.1 戰略目標 238
6.3.2 發展路徑 238
6.3.3 保障措施 243
第7章 實施煤炭革命的新型人纔戰略 248
7.1 煤炭革命的人纔戰略構想 248
7.2 實施煤炭革命的新型人纔體係 250
7.2.1 未來煤炭工業信息化人纔 250
7.2.2 未來煤炭流態化開采能量傳輸與提取型人纔 251
7.2.3 未來煤炭流態化開采智能裝備操控型人纔 252
7.2.4 未來深部地下空間立體社區規劃建設型人纔 255
7.2.5 未來煤炭流態化開采基於大數據與多維度的決策人纔 255
7.3 煤炭革命的人纔國際化發展 256
7.3.1 發現和引進海外“高精尖缺”人纔 256
7.3.2 深化本土人纔國際化發展 257
第8章 構建煤炭革命的全産業鏈倒逼機製 258
8.1 能源倒逼機製的經驗藉鑒 258
8.1.1 環境倒逼 258
8.1.2 技術倒逼 262
8.1.3 國外煤炭先進采煤用煤國傢案例 265
8.2 以科學産能倒逼煤炭科學開采革命 271
8.2.1 科學産能的標準 271
8.2.2 近零生態損害的標準 272
8.3 以超低排放和低碳循環發展倒逼煤炭清潔利用革命 272
8.3.1 接近或優於天然氣利用的超低排放標準 272
8.3.2 高效利用的標準 273
8.4 以多元開放協同清潔能源倒逼煤基多元清潔能源基地革命 276
附件一：煤炭革命的技術清單 278
附件二：煤炭革命的重點研發技術指南 281
參考文獻 290

在綫試讀
第1章 新時代的煤炭革命
　　能源革命是指推動人類文明進步的根本性能源變革。能源革命的起因主要源於能源係統不足以支撐社會經濟進一步發展所緻，也可能是資源約束和生存環境惡化等諸多問題倒逼所緻。本章以人類文明發展史上發生的五次能源革命為大視野，揭示瞭世界能源革命的本質意義在於勞動工具變革，以及新型替代能源實現主導性和普適化的一般特性；詳細分析瞭曆次能源革命、技術革命、工業革命、經濟發展之間的互相作用和時空關係；從理論上演繹瞭能源興替躍遷與競爭替代的基本規律，並得齣能源革命發端早於經濟**，能源革命長波與經濟發展長波之間在時間軸上存在一個提前相位差，相差約45年的分析結果。同時，本章在研究分析瞭我國能源結構調整和能源發展未來趨勢的基礎上，進一步強調瞭新時期我國能源革命的方嚮和重心，以及在能源革命中煤炭自身革命的重要性、必要性、緊迫性、現實性和戰略意義。闡明瞭新時期煤炭革命的主要任務，是革煤炭粗放型生産開發的命、革煤炭落後産能的命、革煤炭汙染排放的命的觀點。
　　1.1 煤炭革命的必要性
　　1.1.1 國內外能源發展規律和態勢
　　1. 世界能源結構演變及煤炭角色
　　1）世界能源結構演變過程
　　能源是自然界中能為人類提供某種形式能量的物質資源。能源是人類活動的物質基礎，與陽光、水、空氣、食物並稱人類賴以生存的五大基本要素之一。在某種意義上，人類社會的發展離不開優質能源的齣現和先進能源技術的使用。人類文明史是一部人與自然的關係史，也是一部能源利用方式不斷更新、能源技術不斷革新的曆史。
　　能源革命是指推動人類文明進步的根本性能源變革，具體錶現為資源形態、技術手段、管理體製、人類認知等方麵齣現一係列顯著的變化。縱觀人類文明發展史，共經曆瞭四次能源革命，正在進行第五次能源革命，如圖1-1所示。
　　圖1-1 人類能源革命曆程示意圖
　　第*次能源革命，大約在20萬～30萬年前，人類發現火並學會利用火，進入薪柴能源時代。以人工火代替自然火的利用為標誌，木材、秸稈等薪柴能源成為人類社會生産和生活的主要能源，此時是人類自主利用燃料（能源）的開始。
　　第二次能源革命，到公元100年左右，人類學會利用畜力、風力、水力等自然動力，進入自然能源時代。從廣義能源的意義上看，食物是一次能源，人體能（人力）是二次能源，同樣畜力也是二次能源。在農業社會，太陽能被用於照明和取暖，風能被用於驅動風車和帆船，水能被轉換為水輪泵、水磨和提水灌溉的動力。在這個時期，自然能源産生的動力很小，植物能源主要來源於木材。由於生産發展、人口增加，人類長期砍伐森林、破壞植被，同時引起木材資源的匱乏，導緻農業社會的能源危機。
　　第三次能源革命，始於18世紀的英國，以蒸汽機的發明和煤炭的大規模使用為主要標誌，人類進入煤炭能源時代。19世紀初期，英國煤礦、法國的加萊海峽地區和德國魯爾地區煤礦的發現與開發，使整個世界從1830年煤炭消耗量占整個能源消耗量的不到30%，到1888年迅速達到48%，隨後迅速超過木材使用量，成為主要能源。而這一過程中，煤炭的大規模應用使得蒸汽機從實驗室成功地走嚮現實，使人類擺脫以人力、畜力和手工工具為主的生産方式，極大提升瞭社會勞動生産率。人類社會進入瞭利用機械力的工業文明時代。這一時代也被稱為化石能源時代的第*階段——煤炭時代，即固體能源。人類可利用的能源從地錶轉嚮地下。
　　在19世紀末期，電力的發現、開發及利用，使人類對化石能源實現瞭延伸利用，生産齣二次能源。電的發明改變瞭人類用能方式，也為各種電器生産製造和使用提供瞭便捷的動力。
　　第四次能源革命，始於20世紀20年代，石油和天然氣資源的開發，尤其是柴油機、汽油機的發明與使用，使石油、天然氣的使用量迅速增大，油氣能源很大比例地接替瞭煤炭能源，成為世界經濟發展的主要動力，使人類進入煤炭、石油、天然氣共存的油氣能源時代。
　　第五次能源革命，發生在21世紀到來前後，新一輪能源革命正在興起，人類將開啓新的低碳能源時代，也稱為可再生能源時代。持續使用瞭200餘年的化石能源麵臨三大難題：一是戰略性資源枯竭；二是生態環境遭到嚴重破壞；三是利用過程排放大量有害物質，威脅人類的生存環境。因此，新能源革命緻力於風能、太陽能、生物能等清潔、可再生的低碳能源開發和利用。與此同時，能效問題受到極大重視，被視為第五種能源（煤、油、氣、可再生能源、高能效）。
　　剛剛過去的幾十年，世界能源結構發生瞭一係列變化，結構變化動因主要源於能源可供性、經濟性和市場供需關係的變化。在世界能源結構變化過程中，錶現為傳統化石能源不斷減少，優質化石能源、可再生能源，如風能、太陽能、核能等非化石能源不斷增長的特徵。20世紀80年代開始，化石能源消費比例逐步降低，核能與可再生能源消費比例快速提高。例如，法國作為新能源利用的典範，其非化石能源消費占一次能源比例從1980年的16.1%上升到2015年的53.5%；同期，德國非化石能源消費比例由5.9%提高到21.5%，美國由8.6%增長到17.0%；反映齣全球能源係統結構的不斷優化與進步。
　　21世紀以來，受氣候變化全球治理形勢的影響，人類對發展生態友好、綠色低碳社會的需求不斷提升，以“低碳化”、“無碳化”理念為核心的能源革命與變革在全球範圍蓬勃興起，實現傳統化石能源嚮非化石新能源重大轉換成為必然趨勢。隨著人類對綠色生態環境需求的提升，天然氣和新能源作為清潔能源在一次能源結構中的比例將逐步增大。全球一次能源正在邁入石油、天然氣、煤炭和新能源“四分天下”的格局。尤其近十年來，新能源利用速度明顯加快，盡管人們認識到在未來相當長的一段時期內，新能源都還難以獨擔重任，但全球發展清潔、高效、新型可再生能源的大趨勢基本形成，全球能源供需結構正在發生重大變化。
　　2）能源革命的本質特徵
　　能源革命實質上是能源替代，是由經濟問題引發，核心技術突破推動，形成新能源占據主導地位的一個變遷過程，同時引導各個産業轉型、升級與相關産業興起，繼而産生工業革命。能源替代的起因主要是原有的能源係統不足以支撐經濟進一步發展所導緻，同時也有資源約束和生存環境惡化等問題倒逼所緻。
　　A. 能源革命的本質意義在於勞動工具變革
　　從大的時空跨度看，人類每一次能源利用轉型都會引起産業技術的重大變革，其中的核心變革是勞動工具的變革。因此，認為能源革命的本質意義在於勞動工具的根本變革。
　　a. 勞動工具的能效提升
　　勞動工具是置於勞動者與原材料、能源、信息等物體之間，把勞動者的活動傳導到它們之上的中介體。勞動工具的逐步發展，是人類利用工具提升勞動效率的改進過程。曆史學傢對勞動工具有四種劃分法（王師勤，1986），其中不僅是曆史年代的分辨，更是蘊含著勞動工具錶現的生産效率提升的貢獻度。但無論何種形式的劃分，均能體現勞動者與勞動工具之間的能源屬性關係。
　　第*種，質料劃分法。以製造工具的材料劃分工具發展階段，分為石器、銅器、鐵器、電器等多個階段。
　　第二種，多元劃分法。分時段多標準來劃分工具發展階段，古代工具以材料技術分為石器、銅器和鐵器三個階段；近代工具以能源技術劃分為蒸汽機器和電力機器兩個階段；現代工具以信息技術劃分為程序控製機器、自動控製機器、智能控製機器三個階段。
　　第三種，控製形式劃分法。以人對工具的控製形式，將迄今為止的工具發展階段劃分為直接控製（蒸汽機誕生之前的工具）、間接控製（如人對蒸汽機的控製）、自動控製（如人對電子計算機的控製）三個階段。
　　第四種，互化劃分法。從工具對人體勞動功能的替代，即人的勞動功能的物化和工具的人格化，把勞動工具發展史分為六個階段：簡單工具、復閤工具、自然力工具、熱力工具、電力工具和自控工具。未來的工具即將走嚮智能控製時代。
　　b. 勞動工具的能源屬性
　　生産工具的演變過程是人類社會不斷改善、擴展和增強人類身體能力，不斷突破和彌補人類身體局限的過程，也是不斷提升人類自身改造自然能力的過程。但是，迄今尚未有按照能源利用形式劃分工具發展階段的方法。
　　從能量效率的角度認識，勞動工具是人類發現和運用外部能量，並把能量高效地轉為生産手段的實踐活動。人類把能量傳遞到工具，延長和擴展瞭人類四肢的勞動功能，增強瞭手的操作力、腳的行走力和體的負載力，實現瞭機器對人力、畜力的替代，使人類逐步從繁重的體力勞動中解脫齣來，大大地提高瞭人類改造自然的能力，極大地提高瞭社會勞動生産率和社會財富的積纍速度和規模，並且使人得到全麵而自由的發展（安筱鵬，2005）。
　　勞動工具呈現有用性和變用性。有用性是指工具對人的器官的延長和改造，能夠為人們獲取一定的物質生活資料；變用性是指工具隨著勞動過程的發展而不斷變革，先是構形的變化，後是質料的變化。勞動工具變用性的發展，到目前為止大約經曆瞭三個時期，即天然工具時期、金屬工具時期、能動工具時期（分為蒸汽機的外動力工具和計算機的人化工具）。勞動工具的變用性提升瞭它的有用性，並以有用性的形式來錶現它的實踐價值（周守印，1990）。
　　實際上，勞動工具還有第三個特性，就是能效性。在工具使用過程中，必定消耗做功的能量。從簡單工具使用人力能量，到復閤工具藉用畜力能量，簡單機器工具巧用風力、水力的能量，再到復雜機器工具利用熱力、電力能量，都是一個圍繞著能量密度、能效強度不斷提高的工具發展過程，這就構成瞭勞動工具的能效性。
　　生産力發展需求決定瞭勞動工具的有用性，能量利用水平決定瞭勞動工具的變用性。縱觀人類勞動工具進步曆程，都能看到其背後隱含的能源發現和利用的變革作用，而且勞動工具發展水平與所處能源階段的能量密度具有正相關性的關係，如圖1-2所示。
　　圖1-2 能源革命的本質特徵
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