王國法院士：探秘太陽石的奧秘，剝開污涅，呈現煤的真身
王國法，中國工程院院士，中國煤炭科工集團首席科學家，煤礦開採技術裝備與智慧礦山專家。王國法是中國煤炭高效綜採技術與裝備體系的主要開拓者之一和煤礦智能化的科技領軍者，爲煤炭工業綜合機械化和智能化做出了重大貢獻。獲得國家科學技術進步獎一等獎和二等獎等六項，曾獲孫越崎能源科學技術獎能源大獎、全國傑出工程師獎、全國勞動模範等。
煤炭是地球賦予人類的寶貴財富，在地球漫長的運動和變化過程中，太陽穿透時空，穿透大地，把能量傳給森林植物，大量植物在泥炭沼澤中持續地生長和死亡，其殘骸不斷堆積，經過長期而複雜的生物化學作用並逐漸演化，終成晶石——“太陽石”，一種可以燃燒的“烏金”。
▲ 成煤過程示意圖
▲ 中國北疆泥盆紀角質殘植煤
人類很早就發現並使用煤炭生火取暖。18世紀末，西方開始使用蒸汽機，煤炭被廣泛應用於鍊鋼等工業領域，成爲工業的“糧食”。從19世紀60年代末開始，煤炭和煤電的利用在西方快速發展，推動了第二次工業革命，催生了現代產業和社會形態。第二次工業革命促進了生產關係和生產力的快速發展，人類進入“電氣時代”，煤炭與石油成爲世界的動力之源。從20世紀40年代起，核能、電子計算機、空間技術和生物工程等新技術的發明和應用，推動第三次工業革命不斷向縱深發展，技術創新日新月異，煤炭從傳統燃料向清潔能源和高端化工原材料轉變，成爲能源安全的“穩定器”和“壓艙石”。在已經到來的第四次工業革命中，煤炭的智能、綠色開發和清潔、低碳、高效利用成爲主旋律，隨着煤炭綠色、智能開發和清潔、低碳、高效轉化利用技術的不斷創新，將使我國煤炭在下個百年中繼續成爲最有競爭力的綠色清潔能源和原材料之一。
▲ 《天工開物》記載的中國煤炭開採技術
能源和糧食一樣，是國家安全的基石。我國的能源資源賦存特點是“富煤、貧油、少氣”，煤炭資源總量佔一次能源資源總量的九成以上，煤炭賦予了我們溫暖，也賦予了社會繁榮發展不可或缺的動力和材料。我國有14億人口，煤炭、石油和天然氣的人均佔有量僅爲世界平均水平的67%、5.4%和7.5%。開發利用好煤炭是保持我國經濟社會可持續高質量發展的必要條件。
煤炭深埋地下，需要地質工作者和採煤工作者等共同努力才能獲得。首先需要經過地質勘探找到煤炭，弄清煤層的分佈規律和賦存條件，這就是煤炭地質學家的工作。煤炭開發首先要確定開拓方式，埋深較淺的煤層可以採用露天開採，建設露天煤礦；埋深較深的煤層可以採用井工地下開採，建設豎井或斜井，到達地下煤層後再打通巷道通達採區各作業點，這就是建井工程師的工作。接下來，採礦工程師和裝備工程師需要完成井下巨系統的設計和運行，把煤炭從地下采出並運送到地面煤倉和選煤廠，經過分選的煤炭最終才能被運送給用戶。
▲ 高密度全數字三維地震探測技術
▲ 地下開採的煤礦
煤炭就是“太陽石”，是一種既能發光發熱又能百變金身的“烏金”。它不僅可以用於超超臨界燃煤發電和整體煤氣化聯合循環發電，實現近零碳排放，還可以高效轉化爲油氣和石墨烯等一系列高端煤基材料，亦可作爲航天器燃料和多種高科技產品的原材料。煤炭副產品還可以循環利用，促進自然生態綠色發展。
▲ 石墨烯結構示意圖
▲ 碳納米管的立體結構示意圖
▲ 航天煤油火箭將衛星送上太空
過去的煤礦和所有礦山一樣，在給予人類不可或缺的物質財富的同時，會造成生態環境的損害，如採空區、塌陷區、煤矸堆積區等產生的環境負效應。然而，現代綠色智慧礦山開發注重與生態環境協調發展，在採礦的同時進行生態保護和修復。礦業開發投入了大量資金，也產出了鉅額財富，促進了資源地區的社會經濟發展，大幅度增加了生態治理的投入能力，內蒙古鄂爾多斯—陝北榆林煤田開發30多年來生態環境明顯向好，把昔日的毛烏素沙漠變成了鳥語花香的綠洲，這是煤炭開發促進地區綠色發展的最有力證明。
▲ 撫順西露天煤礦的生態蝶變
▲ 礦山景觀設計
▲ 上海佘山世茂洲際酒店
（利用礦坑改造的主題酒店）
今日的現代化煤礦已不是昔日的煤礦，今日的煤炭利用也不僅是昔日的燒火做飯。當今的智能化煤礦，把新一代信息技術與採礦技術深度融合，建設起完整的智能化系統，並且把人的智慧與系統智能融爲一體，實現了生產力的巨大進步，安全生產得到了根本保障。當前，我國智能化煤礦建設正在全面推進，礦山面貌煥然一新，逐步實現煤礦全時空、多源信息實時感知，安全風險雙重預防閉環管控；全流程人—機—環—管數字互聯高效協同運行，生產現場全自動化作業。煤礦職工職業安全和健康得到根本保障，煤炭企業價值和高質量發展有了核心技術支持。
長期以來社會對煤礦和煤炭的認知存在很多誤區，煤礦和煤炭被污名化。由中國工程院院士王國法等主編，近百位科學家參與編寫，由中國科學技術出版社與科學出版社聯合出版的太陽石系列科普叢書，包括《發現太陽石》《開採太陽石》《百變太陽石》《太陽石鑄青山》四冊，從地質學、採礦學、煤化學、生態學、機電工程、信息工程、安全工程和管理科學等多學科融合視角，系統介紹煤炭勘探與開發、清潔利用和轉化、礦區生態保護與修復的科學知識，力求全維度展示現代煤礦和煤炭利用的真面貌，真實講述煤炭智能、綠色開發利用的科學知識和價值，真實呈現現代煤炭工業的新面貌，正本清源，剝開污名化煤炭的種種錯誤認知，幫助讀者正確認識煤炭和煤炭行業。
太陽石系列科普叢書
發現太陽石
ISBN 978-7-5236-0279-9
作者：王國法，吳羣英，張宏
北京：中國科學技術出版社，2023.10
它深埋於地下，歷經億萬年的錘鍊，才蛻變爲今天的煤炭。它凝聚着太陽的精華，蘊藏着巨大的能量，被稱爲“太陽石”。純黑的外表掩藏不住它炙熱的內心，等待着人們的發現。運用現代科技的力量，探秘太陽石寶藏。追尋遠古太陽的足跡，爲人類帶來光明和溫暖。“太陽石”樸實無華，沒有寶石絢麗的光彩，但它無私奉獻；從百米千米礦井開採出來，爲人類奉獻光和熱。《發現太陽石》主要講述煤炭的形成過程、煤炭的性質與分類、煤炭分佈、煤層賦存特徵、煤的共伴生資源、煤炭勘查技術以及煤田地質測繪等內容。
開採太陽石
ISBN 978-7-5236-0278-2
作者：王國法，吳羣英，張宏
北京：中國科學技術出版社，2023.10
發現了煤炭之後，接下來就需要開採煤炭了。煤炭開發首先要確定開拓方式，埋深較淺的煤層可以採用露天開採，建設露天煤礦；埋深較深的煤層可以採用井工地下開採，建設豎井或斜井，到達地下煤層後再打通巷道通達採區各作業點，這就是建井工程師的工作。接下來，採礦工程師和裝備工程師需要完成井下巨系統的設計和運行，把煤炭從地下采出並運送到地面，煤倉和選煤廠，經過分選的煤炭最終才能被運送給用戶。《開採太陽石》主要講述智能化礦區、智能化煤礦、智能開採、智能掘進、數字煤礦、黑燈選煤廠、智能化管理和6S 智能化煤礦時代等內容。
百變太陽石
ISBN 978-7-03-076581-9
作者：王國法,吳羣英,張宏
北京：科學出版社，2023.10
人們通常把煤炭比做烏金，形象地把烏金禮讚爲“太陽石”。“太陽石”樸實無華，沒有寶石絢麗的光彩，但它無私奉獻；從百米千米礦井開採出來，爲人類奉獻光和熱。煤炭渾身是寶，經過科技魔法的作用，有千般顏色、萬般姿態，可以說生活中處處離不開煤炭。煤炭除了可以燃燒、供暖、發電以外還可以爲汽車、飛機、火箭提供能源、用來生產布料、化肥、爲生產高端化妝品提供原料……《百變太陽石》主要講述煤炭通過具體的科技手段，如何實現清潔高效全面利用的，更全面、具體、形象地介紹煤炭的多種應有。讓大衆瞭解煤炭鮮爲人知的用途。
太陽石鑄青山
ISBN 978-7-03-076580-2
作者：王國法,吳羣英,張宏
北京：科學出版社，2023.10
人們通常把煤炭比做烏金，形象地把烏金禮讚爲“太陽石”。“太陽石”樸實無華，沒有寶石絢麗的光彩，但它無私奉獻；從百米千米礦井開採出來，爲人類奉獻光和熱。《太陽石鑄青山》主要講述礦山開發的得與失、礦山修復、礦井廢棄資源利用、礦區新面貌等內容。具體包括礦山改造成花園、工業遺址、博物館、療養院、礦井深坑改造的五星酒店等不同觀感的大膽嘗試。書中既包括廢棄礦山礦井的改造又包括正在生產運行中的礦山新貌，充分展示新時代礦業領域的新形象、新模式。
▲ 中國工程院院士彭蘇萍、袁亮、武強、康紅普、顧大釗、王雙明、孫友宏、葛世榮聯名推薦
本文摘編自《百變太陽石》（王國法, 吳羣英, 張宏主編. 北京: 科學出版社: 中國科學技術出版社, 2023.10）一書，王國法院士爲太陽石系列科普叢書撰寫的“開篇序言”，有刪減修改，標題爲編者所加。
（本文編輯：劉四旦）
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