武 強(qiáng),涂 坤,3，曾一凡,劉守強(qiáng)

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院,北京 100083; 2.國家煤礦水害防治工程技術(shù)研究中心,北京 100083; 3.Department of Environmental Sciences,University of California,Riverside,CA 92521)

能源與環(huán)境是現(xiàn)代社會(huì)面臨的兩大主題。伴隨著國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國已成為世界上的能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國，然而經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日益突出。我國“相對(duì)富煤、貧油、少氣、缺鈾”的資源稟賦條件決定了煤炭作為我國主體能源的地位短期內(nèi)不會(huì)改變，是短期內(nèi)不可替代的穩(wěn)定主體能源，可以說，煤炭產(chǎn)業(yè)雖然不是“朝陽產(chǎn)業(yè)”，但短期內(nèi)也決不會(huì)變成“夕陽產(chǎn)業(yè)”。然而，由于人們過去過度地重視了眼前的經(jīng)濟(jì)利益，忽視了長遠(yuǎn)的生態(tài)價(jià)值，長期以來煤炭資源在勘查、開發(fā)和消費(fèi)利用過程中的大量工程活動(dòng)，在點(diǎn)、線、面、體不同維度的不斷擴(kuò)展中極大地?cái)_動(dòng)甚至破壞了由山、水、林、田、湖、草這一生命共同體組成的生態(tài)環(huán)境，誘發(fā)了環(huán)境污染、生態(tài)損害、資源浪費(fèi)、超高排放等諸多問題[1]。

但“去煤化”、尋找其他完全替代能源短期內(nèi)不符合我國目前能源資源的稟賦特點(diǎn)，不能滿足我國目前日益增長的巨大能源需求，也不能真正解決我國目前面臨的能源安全和結(jié)構(gòu)調(diào)整問題。因此，中國 “能源革命”的關(guān)鍵問題之一在于煤炭工業(yè)自身進(jìn)行“革命”，即打造我國主體能源(煤炭)升級(jí)版，實(shí)現(xiàn)煤炭資源在地質(zhì)勘查過程中的綜合協(xié)調(diào)、綠色、深部與智慧和開發(fā)過程中的綠色、安全、職業(yè)健康、高采出率與高效益以及消費(fèi)利用過程中的清潔化、低碳化目標(biāo)，這是符合我國能源資源稟賦特征的現(xiàn)實(shí)選擇，是解決我國能源困局的關(guān)鍵之一，也是探索具有我國特色的能源可持續(xù)發(fā)展必須解決的重大科技難題，對(duì)破解我國目前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)突出矛盾具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

1 煤炭資源勘查過程中的主要問題與對(duì)策

1.1 綜合協(xié)調(diào)地質(zhì)勘查問題

煤炭地質(zhì)勘查是煤炭資源和與其共伴生資源成功開發(fā)的重要基礎(chǔ)地質(zhì)保障，是關(guān)系礦業(yè)開發(fā)的質(zhì)量和效益的大問題。傳統(tǒng)的煤炭地質(zhì)勘查主要是針對(duì)煤炭資源本身的勘查，但隨著我國煤炭工業(yè)的快速發(fā)展和煤炭科技進(jìn)步，綜合協(xié)調(diào)勘查已成為煤炭地質(zhì)勘查的主流。

綜合協(xié)調(diào)地質(zhì)勘查主要包括勘查目的、勘查內(nèi)容和勘查手段等的綜合?？辈槟康牡木C合協(xié)調(diào)包括煤炭資源勘查、建井勘查、生產(chǎn)安全勘查、生態(tài)環(huán)?？辈楹烷]坑修復(fù)勘查等;勘查內(nèi)容的綜合協(xié)調(diào)包括在煤炭資源勘查過程中，要協(xié)調(diào)兼顧煤層氣、油氣、地下水(地?zé)崴?、鈾、鋰、鍺和鎵等具有戰(zhàn)略性價(jià)值的共伴生礦產(chǎn)資源的勘查，解決過去以資源類型不同而分別進(jìn)行勘查的傳統(tǒng)弊病問題，這些弊病包括勘查周期長、重復(fù)工作量多、費(fèi)用高、多次進(jìn)場對(duì)資源系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)破壞大和部分資源被遺漏等問題[2];勘查手段的綜合協(xié)調(diào)包括傳統(tǒng)的地質(zhì)勘查手段、遙感無人機(jī)技術(shù)、地面航空高精度地球物理勘探、定向分支造孔等精準(zhǔn)快速鉆探、現(xiàn)代智慧勘查技術(shù)等。

1.2 綠色地質(zhì)勘查問題

“既要找到金山銀山，又要留住綠水青山”是新時(shí)代地質(zhì)勘查工作的重要發(fā)展方向?！敖鹕姐y山”就是要形成“以煤炭為主、煤系共伴生礦產(chǎn)資源協(xié)調(diào)勘查”新體系，要實(shí)現(xiàn)“留住綠水青山”，就是要建立煤炭與其共伴生資源、水資源、生態(tài)環(huán)境保護(hù)三位一體的勘查技術(shù)和綜合評(píng)價(jià)體系，尋找到當(dāng)前符合科學(xué)綠色開發(fā)的煤炭資源，達(dá)到煤炭和共伴生資源勘查與生態(tài)環(huán)境保護(hù)雙贏的局面。

綠色勘查是煤炭地質(zhì)勘查的發(fā)展趨勢，具體來說是指綜合考慮勘查區(qū)的生態(tài)環(huán)境、勘查成本、勘查勞動(dòng)強(qiáng)度等[3]，合理選擇先進(jìn)、節(jié)約、高效的勘查技術(shù)手段、方法、設(shè)備和工藝，綜合開展資源的勘查與評(píng)價(jià)，最大限度降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)和影響，實(shí)施地質(zhì)勘查全過程環(huán)境影響最小化控制，以最少的成本取得預(yù)期的地質(zhì)信息與成果，實(shí)現(xiàn)找礦與環(huán)保雙贏的煤炭地質(zhì)勘查模式[3-4]。

1.3 深部地質(zhì)勘查問題

隨著淺部煤炭資源日益枯竭，深部煤炭資源勘查迫在眉睫。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國煤炭資源埋深超過1 000 m的深部煤炭資源量約為2.68萬億t，占總量的51.34%[5]，儲(chǔ)量豐富，但由于深部煤炭在地質(zhì)構(gòu)造、聚煤模式、巖石賦存狀態(tài)等都不同于淺部，因此，深部煤炭地質(zhì)勘查將是一個(gè)全新的課題，是今后煤炭地質(zhì)勘查的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。此外，由于新時(shí)代煤炭地質(zhì)勘查在投資主體和思路上已發(fā)生了變化，更需要在勘查理論與標(biāo)準(zhǔn)、勘查模式與內(nèi)容、勘查手段與技術(shù)、勘查工程與部署、勘查管理與實(shí)施等方面開展創(chuàng)新性研發(fā)工作。

1.4 智慧地質(zhì)勘查問題

隨著云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)等現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展和推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)煤炭地質(zhì)勘查必將迎來新的春天。野外地質(zhì)調(diào)查可獲得大量數(shù)據(jù)、文字記錄、素描圖、照片、采樣等;鉆探現(xiàn)場工作人員實(shí)時(shí)記錄鉆探采集信息、位置信息、時(shí)間信息、人員信息等;物探現(xiàn)場工作人員可采集煤系和相關(guān)地層不同物理屬性的大量數(shù)據(jù);野外采樣和現(xiàn)場各種試驗(yàn)可得到大量的地質(zhì)信息;室內(nèi)資料整理分析又可獲得一大批數(shù)據(jù)和圖表等。這些通過不同勘查階段和手段所獲得的海量數(shù)據(jù)信息如何實(shí)現(xiàn)軟硬件的自動(dòng)采集、計(jì)算統(tǒng)計(jì)、分析查詢、甄別反演、圖表繪制、處理管理、社會(huì)服務(wù)和實(shí)時(shí)發(fā)布？是新時(shí)代智慧地質(zhì)勘查的主要任務(wù)和工作內(nèi)容。

2 煤炭資源開發(fā)過程中的主要問題與對(duì)策

2.1 綠色化問題

礦業(yè)工程活動(dòng)在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)步和改善人民生活水平等方面發(fā)揮了巨大作用，特別在西部地區(qū)，許多省份GDP的80%以上均由礦業(yè)工程活動(dòng)所貢獻(xiàn)。然而因多種原因，礦業(yè)工程活動(dòng)在為我國創(chuàng)造巨大財(cái)富的同時(shí)，也誘發(fā)了讓人心痛的嚴(yán)重的礦山生態(tài)環(huán)境問題。煤炭作為中國短期內(nèi)不可替代的可依賴主體能源為經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供了能源保障，但同時(shí)因煤炭行業(yè)較為粗放式的發(fā)展模式對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境也造成了嚴(yán)重?cái)_動(dòng)破壞，在礦山勘探、建設(shè)、生產(chǎn)和閉坑全生命周期的不同階段帶來了諸多生態(tài)環(huán)境問題，如“三廢”排放、地面變形、回采導(dǎo)致含水層結(jié)構(gòu)破壞而誘發(fā)礦山排(突)水、供水、生態(tài)環(huán)保3者之間矛盾、沙漠化和水土流失等問題[1];此外，在煤礦區(qū)建設(shè)規(guī)劃與設(shè)計(jì)、礦山運(yùn)營管理智能化、礦山企業(yè)文化與誠信體系建設(shè)、礦區(qū)與礦地和諧等方面也出現(xiàn)了問題。因此，要打造中國主體能源(煤炭)的升級(jí)版，就需要推進(jìn)煤炭資源綠色化開采[6]，建設(shè)綠色礦山，發(fā)展綠色礦業(yè)，走煤炭資源高效開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的綠色之路。

煤炭資源綠色化開發(fā)是要形成煤炭資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的礦業(yè)模式，最大限度地實(shí)現(xiàn)煤炭資源在全生命周期開發(fā)過程中擾動(dòng)的生態(tài)環(huán)境降低到最低程度，不超過礦區(qū)生態(tài)環(huán)境承載力。要實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)的綠色化開發(fā)目標(biāo)，有諸多急需的關(guān)鍵課題亟待解決，主要包括:礦區(qū)環(huán)境、資源開發(fā)方式、資源綜合利用、節(jié)能減排、科技創(chuàng)新及企業(yè)建設(shè)等，從而實(shí)現(xiàn)礦區(qū)環(huán)境生態(tài)化、開采方式科學(xué)化、資源利用高效化、節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)化、管理信息數(shù)字化和礦區(qū)社區(qū)和諧化，形成一套完整地科學(xué)和高效的煤炭資源綠色化開發(fā)體系，如圖1所示。

破解煤礦綠色化問題的關(guān)鍵對(duì)策就是實(shí)施傳統(tǒng)礦業(yè)理念和技術(shù)的“十大”轉(zhuǎn)變，即從僅重視生產(chǎn)階段問題逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹匾晱囊?guī)劃設(shè)計(jì)、勘查、建設(shè)、生產(chǎn)和閉坑等礦山全生命周期出現(xiàn)的所有問題，從生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)破壞后修復(fù)治理轉(zhuǎn)變?yōu)閺牟删蛟搭^控制與后修復(fù)治理齊頭并進(jìn)，從生態(tài)環(huán)境被動(dòng)修復(fù)治理轉(zhuǎn)變?yōu)楸苊馄涑霈F(xiàn)或惡化的積極主動(dòng)防控，從礦山開發(fā)的高能耗與“三廢”的多排放轉(zhuǎn)變?yōu)榈湍芎呐c少排放，從單一煤炭資源開采轉(zhuǎn)變?yōu)槊合倒舶樯Y源協(xié)同開采，從礦山開發(fā)過程中排放的“三廢”轉(zhuǎn)變?yōu)椤叭龑殹保瑥馁Y源的固態(tài)化開采轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲬B(tài)化開采，從對(duì)環(huán)境擾動(dòng)較大的傳統(tǒng)冒落式開采轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)其環(huán)境擾動(dòng)較小的充填式、條帶式等開采，從僅重視礦山生產(chǎn)與安全轉(zhuǎn)變?yōu)榈V山生產(chǎn)安全、礦山合法合規(guī)生產(chǎn)、職業(yè)健康、企業(yè)文化與誠信體系、礦區(qū)與礦地和諧等方面的綜合重視，從礦山機(jī)械化和信息化轉(zhuǎn)變?yōu)橹腔刍椭悄芑?/p>

圖1 煤炭資源綠色化開發(fā)體系Fig.1 Green development system of coal resource

通過礦業(yè)理念和技術(shù)的“十大”轉(zhuǎn)變，走出一條符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綠色礦業(yè)模式，為打造中國煤炭主體能源升級(jí)版提供強(qiáng)有力的理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐，為長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，推動(dòng)綠色礦業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)環(huán)境綜合效益。

2.2 安全問題

長期以來，生產(chǎn)安全問題是制約我國煤炭工業(yè)健康發(fā)展的重要因素之一。我國煤炭資源雖相對(duì)豐富，但由于我國是一個(gè)由多個(gè)構(gòu)造板塊經(jīng)多序次地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)拼接而成的陸地，地質(zhì)構(gòu)造條件較為復(fù)雜，大部分煤炭資源賦存條件相對(duì)較差，埋藏深度較大，大部分礦井采用井工方式開采，瓦斯、水、火、沖擊地壓、煤塵等各類礦山災(zāi)害嚴(yán)重，威脅著煤礦的生產(chǎn)安全。進(jìn)入新世紀(jì)以來，國家在煤礦安全生產(chǎn)領(lǐng)域投入了大量的人力、物力和財(cái)力，并且出臺(tái)了一系列相關(guān)法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在多方共同努力下，煤礦生產(chǎn)安全形勢在煤炭產(chǎn)量成倍大幅增加情況下逐步得到改善，為煤炭工業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展提供了重要保障。

圖2為我國2000—2018年煤炭安全生產(chǎn)形勢變化情況。由圖2可看出，2000—2018年，我國煤炭年產(chǎn)量增加3倍左右，但煤礦事故起數(shù)和死亡人數(shù)等指標(biāo)均在逐年大幅下降，從縱向上看，我國煤礦生產(chǎn)安全形勢明顯趨于好轉(zhuǎn)。2000年全國煤炭產(chǎn)量13.84億t，煤礦事故總起數(shù)達(dá)2 720起，總死亡人數(shù)達(dá)5 796人，百萬噸死亡率為4.188;但當(dāng)2018年全國煤炭產(chǎn)量達(dá)35.8億t時(shí)，煤礦事故起數(shù)224起，下降了91.8%，死亡人數(shù)333人，下降了94.3%，百萬噸死亡率為0.093，下降了97.8%。但從橫向上分析，我國生產(chǎn)安全狀況和世界先進(jìn)產(chǎn)煤國家相比較還有很大差距，僅以2018年為例，我國煤礦百萬噸死亡率為0.093，雖首次降到0.1以下，但美國近10 a的平均百萬噸死亡率僅為0.028[7]，而澳大利亞煤礦的百萬度死亡率更是低于0.02以下，自2003年以來，澳大利亞煤炭行業(yè)連續(xù)多年未發(fā)生人員死亡事故，安全生產(chǎn)目標(biāo)已從“零死亡”轉(zhuǎn)到“零傷害”[7]?？梢?，我國百萬噸死亡率還遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界主要產(chǎn)煤國家，煤礦安全形勢仍不樂觀，煤礦安全生產(chǎn)問題永遠(yuǎn)在路上。

當(dāng)前，一些煤礦企業(yè)法律意識(shí)淡薄、違法違規(guī)行為突出、安全基礎(chǔ)薄弱、事故隱患較多等影響安全生產(chǎn)的深層次問題尚未得到根本解決，特別從2016年以來煤炭市場需求旺盛、價(jià)格持續(xù)震蕩上揚(yáng)以及產(chǎn)量增加等情況下，國有大煤礦有超能力、超強(qiáng)度生產(chǎn)沖動(dòng)，小煤礦復(fù)產(chǎn)增產(chǎn)快產(chǎn)甚至越界盜采資源，事故風(fēng)險(xiǎn)在加劇，煤礦安全生產(chǎn)形勢依然非常嚴(yán)峻。在打造煤炭工業(yè)升級(jí)版的過程中，應(yīng)牢固樹立煤礦發(fā)展安全先行的理念，加大力度整治煤礦安全生產(chǎn)違法違規(guī)行為，強(qiáng)化事故查處和警示教育，借鑒先進(jìn)產(chǎn)煤國家的安全生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，建立健全我國重大風(fēng)險(xiǎn)管控體系;強(qiáng)化智慧礦山建設(shè)的整體規(guī)劃與部署，研發(fā)智能化采掘核心技術(shù)與關(guān)鍵裝備，大幅減少井下作業(yè)員工人數(shù);加強(qiáng)云平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)與礦業(yè)安全的深度融合;強(qiáng)力推進(jìn)煤礦安全科技進(jìn)步和煤礦災(zāi)害治理力度，完善煤礦安全基礎(chǔ)建設(shè)和煤礦安全監(jiān)管監(jiān)察執(zhí)法制度等煤礦安全生產(chǎn)工作，不斷提升我國煤炭工業(yè)安全生產(chǎn)水平。

2.3 采出率問題

提高煤炭資源采出率和利用率是打造煤炭工業(yè)升級(jí)版的重要保障。盡管我國煤炭資源儲(chǔ)量相對(duì)豐富，在世界煤炭資源儲(chǔ)量中位居第3，占世界煤炭資源總儲(chǔ)量的12%左右，但與資源儲(chǔ)量位居世界第1的美國相比，不及其一半。但從產(chǎn)量上來看，我國煤炭年產(chǎn)量幾乎是美國的4倍，顯然我國煤炭資源的開發(fā)強(qiáng)度是相當(dāng)大的。中國的能源資源稟賦特點(diǎn)一直被認(rèn)為是“相對(duì)富煤、貧油、少氣、缺鈾”，一個(gè)“富”字容易讓我們忽略了中國煤炭資源開發(fā)中的一個(gè)嚴(yán)重問題，即“煤炭資源浪費(fèi)”。中國現(xiàn)在每年因開采而造成的煤炭資源浪費(fèi)高達(dá)10多億t，全國煤炭資源的平均采出率僅有30%～50%，而發(fā)達(dá)國家總體采出率可達(dá)80%以上[8]。目前，我國大型礦井煤炭資源采出率均值為30%～40%，中小型礦井回收率不足10%[9]，僅以2000—2010年為例，我國煤炭累積產(chǎn)量234.4億t，按30%～40%的采出率計(jì)算，這11 a間，我國浪費(fèi)了311～505億t在短期內(nèi)不可再生的寶貴原煤資源。同時(shí)我國薄煤層資源儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)量約為600多億t，全國80%以上的礦區(qū)均有分布[10]，但為了片面追求產(chǎn)量和短期經(jīng)濟(jì)效益，1.2 m以下厚度的煤層幾乎被放棄開采;同時(shí)也有相當(dāng)部分煤炭企業(yè)沒有按照批準(zhǔn)的開發(fā)利用方案或設(shè)計(jì)組織生產(chǎn)，“挑肥揀瘦、采優(yōu)棄劣、采厚棄薄、采易棄難”的采煤亂象較普遍存在于我國各煤炭儲(chǔ)量大省及部分煤炭儲(chǔ)量相對(duì)貧乏地區(qū)，這不僅縮短了礦山的服務(wù)年限，也造成了煤炭資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。

圖2 2000—2018年我國煤炭產(chǎn)量、百萬噸死亡率、事故起數(shù)和死亡人數(shù)變化(數(shù)據(jù)來源:國家統(tǒng)計(jì)局)Fig.2 Changes of China’s coal production,million tons of mortality,the number of accidents and deaths form the year of 2000 to 2018 (Data resources:National Bureau of Statistics)

導(dǎo)致我國煤炭資源采出率水平不高的原因不僅有先天因素，也有后天影響;我國煤炭資源的稟賦條件相對(duì)較差，相當(dāng)多的煤炭資源在開采過程中經(jīng)常面臨著地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、埋藏條件較差、災(zāi)害頻發(fā)等諸多不利條件，導(dǎo)致我國煤炭資源開采難度較大，采出率低;另外，因不同煤質(zhì)煤層銷售價(jià)格差異而導(dǎo)致的資源整體采出率低也是一個(gè)先天因素，采優(yōu)質(zhì)煤層，棄劣質(zhì)煤層，由于煤層的原始沉積環(huán)境等不同，其煤質(zhì)差別較大，如我國華北型煤田上覆的侏羅系煤層因其沉積環(huán)境主要以內(nèi)陸河湖相沉積為主，故其硫分較低，而華北型石炭—二疊系煤層因其以海相或海陸交互相沉積為主，故其硫分較高。就華北型石炭—二疊系煤田比較而言，因上部二疊系煤層主要以海退過程中的海陸交互相沉積為主，故煤層硫分較低，而下部石炭系煤層主要以海侵過程中的海相沉積為主，故其硫分較高;同時(shí)由于我國煤炭行業(yè)門檻低，煤炭產(chǎn)業(yè)高度分散，相當(dāng)部分中小型煤炭企業(yè)為了謀求自身發(fā)展，通常采用投入少、成本低的開采方式，忽視了對(duì)先進(jìn)采煤技術(shù)、工藝和設(shè)備的研發(fā)，挑肥揀瘦致使資源采出率低;此外，政府監(jiān)管力度不夠也是導(dǎo)致煤炭資源采出率低下的重要原因之一。由于煤炭資源在短期內(nèi)具有不可再生屬性，如何提高煤炭資源在開采過程中的采出率和使用消費(fèi)過程中的利用率、減少煤炭資源浪費(fèi)與損失日益緊迫。

因此，在打造中國主體能源(煤炭)升級(jí)版的過程中，不僅要關(guān)心煤炭資源開發(fā)與綠色環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，且應(yīng)注重資源開發(fā)與資源本身保護(hù)的關(guān)系，應(yīng)及時(shí)有效地遏制煤炭資源浪費(fèi)的勢頭。首先應(yīng)針對(duì)煤炭資源的浪費(fèi)問題，因地制宜地研究和制定煤炭資源合理開發(fā)利用的相關(guān)法律制度和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)煤炭資源的監(jiān)督與管理;其次在充分考慮資源的稟賦特征條件下，推行煤炭資源稅改革，對(duì)積極開采薄煤層、邊角煤、劣質(zhì)煤、難采煤、老窯殘煤的煤礦企業(yè)應(yīng)給予降低或免征煤炭資源稅的優(yōu)惠政策;鼓勵(lì)煤炭企業(yè)加大優(yōu)、劣煤質(zhì)煤層的優(yōu)化配采和配選(洗)工作，提高礦井資源采出率，延長其服務(wù)年限，增加其經(jīng)濟(jì)效益，如優(yōu)化配采和配選(洗)我國華北型煤田上覆的侏羅系煤層與下伏的石炭—二疊系煤層、上覆的二疊系煤層與下伏的石炭系煤層等;淘汰落后產(chǎn)能的煤炭企業(yè)，加強(qiáng)企業(yè)的整合力度，增強(qiáng)其綜合競爭力，從而推動(dòng)技術(shù)攻關(guān)及科技創(chuàng)新，提升煤炭行業(yè)的整體開采技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)信息化及智能化開采，最大限度地降低對(duì)煤炭資源的浪費(fèi)，提升我國煤炭資源的整體采出率水平。

2.4 職業(yè)健康問題

由于我國煤炭資源普遍埋藏較深，煤礦多采用井工方式開采，井下的工作環(huán)境較為惡劣，開采過程中存在粉塵、煤塵、噪聲、高溫、振動(dòng)、高濕和危害氣體等污染問題，對(duì)煤礦井下職工的健康與安全造成較大威脅。多年來，雖然我國的防塵設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施有了較大改善，廣大煤礦一線職工的職業(yè)病防范意識(shí)有所增強(qiáng)，但總體來說，煤礦職業(yè)健康問題目前仍然沒有得到根本解決。據(jù)初步測算，目前我國煤炭行業(yè)每年僅塵肺病死亡病例已超過煤礦生產(chǎn)安全事故總死亡人數(shù)的2倍以上，煤礦塵肺病和矽肺病人數(shù)仍占全國塵肺病總?cè)藬?shù)的半數(shù)以上[11]。同時(shí)相比于近年來我國煤礦安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)、煤礦事故總死亡人數(shù)多年連續(xù)下降的態(tài)勢，煤礦職業(yè)病報(bào)告病例數(shù)卻未見顯著下降，如圖3所示(數(shù)據(jù)來源:原國家安全生產(chǎn)監(jiān)督總局和衛(wèi)生部)。僅以2016年為例，我國煤礦職業(yè)病報(bào)告病例達(dá)13 070例，占41.1%[12]，居于各行業(yè)之首，是當(dāng)年煤礦安全事故總死亡人數(shù)的24倍。因此，我國煤礦職業(yè)健康形勢較為嚴(yán)峻，切實(shí)做好煤礦職業(yè)健康工作已十分迫切。

圖3 2006—2016年煤礦事故死亡人數(shù)與煤礦職業(yè)病報(bào)告病例對(duì)比Fig.3 Comparisons between the number of deaths of coal mine accidents and occupation report cases of coal mines

影響煤礦職業(yè)健康的危害因素主要是粉塵危害和高溫?zé)岷?，特別因吸入粉塵而導(dǎo)致的塵肺病是可防不可治的疾病，可以說是“白傷”多于“紅傷”、“白傷”重于“紅傷”[13]。據(jù)《2016年職業(yè)病防治工作情況通報(bào)》，2016年共報(bào)告職業(yè)性塵肺病27 992例，其中，95.49%的病例為煤礦工人塵肺和矽肺，分別為16 658例和10 072例。塵肺病報(bào)告病例數(shù)占2016年職業(yè)病報(bào)告總例數(shù)的88.36%[12]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國約有81萬塵肺病人，有20萬人因塵肺病死亡，并且每年還陸續(xù)發(fā)生1萬～1.5萬塵肺新病例，因此塵肺病被稱作“隱形礦難”[14]。近年來煤礦企業(yè)及部分關(guān)停煤礦時(shí)有發(fā)生職工塵肺病群發(fā)事件，導(dǎo)致煤礦工人投訴、上訪等現(xiàn)象，造成了較為惡劣的社會(huì)影響;且煤礦工人多為農(nóng)民工，農(nóng)民工家庭因職業(yè)健康問題出現(xiàn)“返貧”、“致貧”現(xiàn)象在一些地區(qū)大量存在，引起社會(huì)不穩(wěn)定問題。

盡管近年來我國在煤礦職業(yè)健康工作方面較之前取得了長足的進(jìn)步，但因多種原因，我國煤礦職業(yè)健康狀況距離先進(jìn)發(fā)達(dá)產(chǎn)煤國家水平還有一定差距。因此，在打造煤炭工業(yè)升級(jí)版的過程中應(yīng)積極地借鑒國外煤礦職業(yè)健康的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，研究建立符合新時(shí)代我國國情的煤礦職業(yè)健康管理體系與法律制度;其次，充分發(fā)揮輿論監(jiān)督作用，加強(qiáng)煤礦職業(yè)健康教育和法律宣傳，增強(qiáng)煤礦工人的健康保護(hù)意識(shí)和維權(quán)意識(shí);積極探索及推進(jìn)煤礦職業(yè)健康信息化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)煤礦企業(yè)、煤礦安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)及煤礦職工對(duì)煤礦作業(yè)場所與職業(yè)病相關(guān)危害因素的動(dòng)態(tài)監(jiān)察，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦職業(yè)病危害監(jiān)察及監(jiān)管的實(shí)時(shí)互通和全面覆蓋;最后對(duì)已患有煤礦職業(yè)病的職工，煤礦企業(yè)及政府應(yīng)該積極做好治療、康復(fù)等工作，妥善安排善后工作和保障好煤礦職工的合法權(quán)益。

2.5 高效益問題

目前，煤炭工業(yè)的發(fā)展不能再簡單地追求高效，應(yīng)該走出“高效”等于“高效率”的誤區(qū)，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)的“高效益”而不是“高效率”發(fā)展。從煤炭開采的完全成本核算觀點(diǎn)來看，應(yīng)該把煤炭開采過程中對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞、擾動(dòng)等計(jì)入到煤炭利用成本中去，企業(yè)最終追求目標(biāo)是可持續(xù)的高效益發(fā)展;從煤炭開采的系統(tǒng)論觀點(diǎn)而言，系統(tǒng)最終追求的是整個(gè)煤炭資源開發(fā)系統(tǒng)的總體效益最優(yōu)，而不是該系統(tǒng)中某個(gè)子系統(tǒng)的效益最優(yōu)，最大化煤炭企業(yè)的總體效益[15]。

隨著煤炭科學(xué)技術(shù)發(fā)展，我國采煤技術(shù)已日趨成熟，且隨著綜采綜放成套技術(shù)及配套裝備的發(fā)展，近年來，我國已建成了多個(gè)千萬噸級(jí)的大型高產(chǎn)高效礦井，極大地促進(jìn)了煤炭工業(yè)的發(fā)展，滿足了國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活需要。例如，目前我國普遍采用的長壁式大采高采煤技術(shù)具有煤炭損失少、單產(chǎn)高、采煤系統(tǒng)簡單、對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其在應(yīng)用發(fā)展過程中對(duì)周圍環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的擾動(dòng)沒有給予足夠的重視，由于地下地層原始是連續(xù)沉積的，大規(guī)模和高強(qiáng)度的非充填開采對(duì)煤層頂、底板易造成破壞，進(jìn)而擾動(dòng)地表的生態(tài)系統(tǒng);同時(shí)也對(duì)其頂?shù)装宓暮畬咏Y(jié)構(gòu)和地下水系統(tǒng)造成不可估量的影響，是一種以犧牲資源和生態(tài)環(huán)境為代價(jià)的開采方式，高效率但低效益。而短壁式采煤法是一種限高開采或分層間歇的高效益但低效率的開采方法，該方法以短工作面為特征，設(shè)備投資少，礦山壓力顯現(xiàn)較弱，對(duì)上覆巖層的破壞擾動(dòng)規(guī)模、導(dǎo)水裂隙帶高度、地表下沉程度的影響都相對(duì)減弱[16]，但其開采效率及采區(qū)采出率相對(duì)較低，在目前追求高產(chǎn)高效率的情況下并未得到重視。

煤炭資源開發(fā)過程中應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)條件，動(dòng)態(tài)優(yōu)化開采工藝參數(shù)，通過合理地優(yōu)選開采技術(shù)方法，盡可能地降低或消除煤炭資源開發(fā)過程中誘發(fā)的“災(zāi)害屬性”的負(fù)效應(yīng)，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)破壞，最大程度地挖掘其“資源屬性”的正效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)煤炭資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的協(xié)調(diào)、可持續(xù)的發(fā)展，最終達(dá)到煤炭資源高效益開發(fā)、災(zāi)害有效防控、生態(tài)環(huán)境保護(hù)的多贏目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)升級(jí)版的高效益可持續(xù)發(fā)展。

3 煤炭資源消費(fèi)利用過程中的主要問題與對(duì)策

煤炭資源是人類生活與生產(chǎn)活動(dòng)中重要的能源基礎(chǔ)和化工原料。煤炭資源是我國目前儲(chǔ)量最多、分布最廣、最經(jīng)濟(jì)的能源資源，在我國一次性能源消費(fèi)中占據(jù)著主導(dǎo)地位并在短期內(nèi)保持不變，將持續(xù)為我國的國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定提供強(qiáng)大的能源動(dòng)力支撐。目前，我國煤炭資源在消費(fèi)利用過程中主要是作為燃煤發(fā)電的燃料和煤化工的基礎(chǔ)原料。由于以燃煤機(jī)組為主的火力發(fā)電在成本和電能質(zhì)量等方面具有顯著優(yōu)勢，就電力裝機(jī)口徑而言，我國燃煤發(fā)電機(jī)組占比超過67%[17];此外，由于我國石油和天然氣資源相對(duì)匱乏，對(duì)外依賴度逐年增高，尋找替代能源非常必要，而煤化工與石油化工有很好的相互替代性，發(fā)展煤化工可以作為石油和天然氣化工很好的補(bǔ)充，對(duì)解決能源安全問題有著很強(qiáng)的戰(zhàn)略意義;目前我國的煤化工在核心技術(shù)及產(chǎn)業(yè)規(guī)模等方面正在不斷突破與壯大，有著巨大的發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬啊?/p>

3.1 煤炭資源的清潔化利用問題

盡管煤炭資源在我國的能源結(jié)構(gòu)中具有無可比擬的優(yōu)勢，但其大規(guī)模不合理的消費(fèi)利用也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境損毀。煤炭在燃燒過程中排放的SO2,NOx及煙塵等都是目前大氣污染的主要污染源之一，我國每年約80%二氧化碳、85%二氧化硫、67%氮氧化物、70%懸浮物來自于煤炭資源的利用[18]。由于煤炭不合理與不科學(xué)消費(fèi)利用導(dǎo)致的環(huán)境污染和生態(tài)損毀已是我國目前面臨的一個(gè)嚴(yán)重現(xiàn)實(shí)問題。因此，我們可看到中國煤炭資源在開采、加工、轉(zhuǎn)化、發(fā)電和終端消費(fèi)過程中存在著巨大的清潔化潛力和空間，理論上通過煤炭資源的清潔利用后可實(shí)現(xiàn)能源的轉(zhuǎn)換效率和污染物排放達(dá)到與天然氣相當(dāng)水平的目標(biāo)。為了解決煤炭資源在消費(fèi)利用過程中造成的環(huán)境污染問題，確保經(jīng)濟(jì)可持續(xù)高效發(fā)展，應(yīng)更積極地推動(dòng)煤炭清潔利用技術(shù)的研究。目前，中國在先進(jìn)清潔超低排放燃煤發(fā)電技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)、煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)和新型現(xiàn)代精細(xì)煤化工等煤炭資源清潔化利用技術(shù)方面取得了很大的突破與進(jìn)展，為中國實(shí)現(xiàn)煤炭清潔化利用目標(biāo)提供了有力的技術(shù)支撐。

3.1.1先進(jìn)清潔超低排放燃煤發(fā)電技術(shù)

我國電力需求及裝機(jī)容量持續(xù)高速增長，同時(shí)又面臨著環(huán)境污染和生態(tài)損毀的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，特別是“霧霾”已成為全國性的一個(gè)社會(huì)問題。鑒于我國資源稟賦的特點(diǎn)和能源成本的制約，我國電力的主要來源是火電，需要消耗大量的煤炭，我國電力工業(yè)以燃煤為主的結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)不會(huì)改變。如果要想減少環(huán)境污染，就必須在改善能效和降低污染物排放上下大功夫。發(fā)展先進(jìn)清潔超低排放燃煤發(fā)電技術(shù)是解決目前電力需求高速增長及尋求煤電清潔化和高效化的有效途徑和戰(zhàn)略選擇。

近年來我國的許多發(fā)電企業(yè)在污染物排放控制及提高能效方面取得了顯著進(jìn)展，使得煤炭資源在清潔化消費(fèi)與利用方面邁上了一個(gè)新臺(tái)階，上海外高橋第三發(fā)電廠(簡稱“外三”)在清潔化利用方面走在了世界前列。從2009年開始，“外三”先后研發(fā)并投入使用的主要技術(shù)包括[19]零能耗脫硫技術(shù)、電除塵系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)、低氧燃燒及低NOx排放技術(shù)、節(jié)能型全天候脫硝技術(shù)、低排放高水分劣質(zhì)煤摻燒技術(shù)和脫硫擴(kuò)容增效技術(shù)等。伴隨著以上一系列重大創(chuàng)新技術(shù)在“外三”機(jī)組上的分步實(shí)施，“外三”的供電能耗水平(或發(fā)電凈效率)和大氣污染物排放濃度水平逐年顯著下降，2015年“外三”在年平均負(fù)荷率為72%的情況下，兩臺(tái)機(jī)組實(shí)際平均供電煤耗完成277.33 g/(kWh);SO2,NOx及粉塵的實(shí)際平均排放濃度分別為14.82 mg/m3,17.97 mg/m3及7.21 mg/m3(濾膜法為0.60 mg/m3)，其綜合排放水平已趕超天然氣發(fā)電機(jī)組[19]。

“外三”成功的實(shí)踐表明，通過核心技術(shù)的不斷創(chuàng)新，燃煤電廠完全可以實(shí)現(xiàn)超低排放，實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔化利用。但是，“外三”仍然沒有很好解決煤炭消費(fèi)利用過程中低碳化這一難題。雖然現(xiàn)階段由于霧霾的壓力，環(huán)境治理問題的重要性可能在一定程度上超過了低碳議題，但這并非意味著低碳議題不重要。

3.1.2整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)(Integrated Gasification Combined Cycle,IGCC)把煤炭氣化和煤氣凈化與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)結(jié)合在一起，是一種先進(jìn)的潔凈煤燃燒發(fā)電技術(shù)。IGCC發(fā)電技術(shù)通過煤氣化生成合成燃料氣，經(jīng)過脫硫和除渣后，驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，其尾氣進(jìn)入余熱鍋爐，生產(chǎn)蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)做功發(fā)電，使燃?xì)馀c蒸汽聯(lián)合發(fā)電，被認(rèn)為是世界上最清潔的燃煤發(fā)電技術(shù)[20-21]。典型的IGCC發(fā)電系統(tǒng)[22]如圖4所示。

圖4 典型IGCC系統(tǒng)Fig.4 Diagram of typical IGCC system

IGCC發(fā)電技術(shù)不僅具有超低的硫、氮排放，并有發(fā)電效率高、水耗小等優(yōu)點(diǎn)[23]，實(shí)現(xiàn)了煤炭清潔化利用，更為重要的是IGCC發(fā)電技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)先進(jìn)清潔超低排放燃煤發(fā)電技術(shù)不能解決的低碳化問題。在IGCC發(fā)電系統(tǒng)中對(duì)汽化爐采用富氧或純氧加壓氣化技術(shù)，這使得所需分離的氣體體積大幅度減小，二氧化碳濃度顯著增大，便于二氧化碳的捕捉和封存，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳近零排放[23]。IGCC發(fā)電技術(shù)是目前現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)中減排溫室氣體最可行與經(jīng)濟(jì)的方法，應(yīng)該在電力行業(yè)中大力推廣與應(yīng)用，打造成燃煤發(fā)電中煤炭清潔化與低碳化利用的行業(yè)標(biāo)桿，成為我國能源戰(zhàn)略的重要選擇之一。

華能天津IGCC電站示范工程的建成是我國煤炭清潔化與低碳化利用技術(shù)的一座里程碑，標(biāo)志著我國在燃燒前二氧化碳捕集技術(shù)領(lǐng)域取得了重大突破，向近零排放的煤基能源清潔發(fā)電邁出了關(guān)鍵一步。隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和二氧化碳減排要求的日益嚴(yán)格，IGCC發(fā)電技術(shù)在將來具有更廣闊的應(yīng)用前景。但由于該項(xiàng)技術(shù)目前存在投資和運(yùn)行成本高及系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜等問題，目前以氣化為基礎(chǔ)的IGCC如果只用于發(fā)電在經(jīng)濟(jì)上有較大問題，暫不適合推廣。

3.1.3煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)是以煤為原料，通過氣化爐將煤進(jìn)行裂解和氣化，經(jīng)過除塵和脫硫的干凈合成氣進(jìn)入合成反應(yīng)器，生成脂肪烴、芳香烴、醇類、醚類等多種具有高附加值的化工產(chǎn)品和多種潔凈的二次能源(氣體和液體燃料等)，利用工藝過程中的熱進(jìn)行發(fā)電等，實(shí)現(xiàn)熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)[24-26](圖5[27])，有機(jī)地將電力生產(chǎn)和化工品的工藝過程有機(jī)地耦合在一起，達(dá)到了提高物質(zhì)和能量綜合利用效率以及減少污染物排放之目的。

圖5 煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)Fig.5 System of coal-based polygeneration system

煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)具有“組分對(duì)口、分級(jí)轉(zhuǎn)化、溫度對(duì)口、梯級(jí)利用”的特點(diǎn)[28]，可以根據(jù)需要把化工生產(chǎn)和動(dòng)力系統(tǒng)靈活地調(diào)整，優(yōu)化系統(tǒng)效能，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸入能量的梯級(jí)利用，減少系統(tǒng)能量損失。煤基多聯(lián)產(chǎn)也可以生產(chǎn)多種高附加值產(chǎn)品，有助于緩解能源供需矛盾和液體燃料短缺。此外，煤基多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)越性也體現(xiàn)在對(duì)污染物和溫室氣體排放的精準(zhǔn)管控方面，達(dá)到環(huán)保和對(duì)溫室氣體排放的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。一方面是因?yàn)樯傻暮铣蓺饪梢栽跉饣癄t內(nèi)高效地脫除各種污染物，另一方面是在煤氣化整個(gè)工藝過程中二氧化碳濃度高，易于捕捉，降低了二氧化碳的捕捉成本，也滿足了二氧化碳減排的需要。

煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)不是煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)的簡單疊加，目前我國的煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用還處于初級(jí)階段，在基礎(chǔ)理論、系統(tǒng)優(yōu)化及完善、諸如高效氣化、分級(jí)氣化、稀有元素提取、燃料電池、高效高溫凈化和灰渣綜合利用等重大關(guān)鍵技術(shù)問題尚需亟待解決。但我們應(yīng)該看到煤基多聯(lián)產(chǎn)是清潔高效的煤炭轉(zhuǎn)化利用技術(shù)，符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則，具有明顯的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，是綜合解決我國煤炭資源超清潔高效利用的關(guān)鍵技術(shù)之一，是打造我國主體能源(煤炭)升級(jí)版的重要發(fā)展方向。

3.1.4培育現(xiàn)代新型煤化工技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人民生活水平提高，原油和天然氣消費(fèi)量不斷增加，我國石油和天然氣對(duì)外依賴度逐年增加，2018年的依賴度分別為70.9%和45.3%，能源安全問題日益凸顯。相對(duì)而言，我國煤炭資源豐富，現(xiàn)代煤化工可通過利用我國豐富的煤炭資源，將其轉(zhuǎn)化為汽油、柴油、甲醇等液體燃料，部分替代常規(guī)石油基汽油、柴油，可有效緩解我國石油供需矛盾，滿足終端優(yōu)質(zhì)能源需求。特別在目前國際百年未有之大變局、中美貿(mào)易摩擦前景不明或在極端情況背景下，煤制油技術(shù)在保障我國能源安全和社會(huì)基本運(yùn)行與人民生活基本保障等方面意義十分重大。經(jīng)過多年發(fā)展，我國現(xiàn)代煤化工核心技術(shù)不斷突破，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大，取得了顯著成果，煤制烯烴、煤制油等項(xiàng)目的技術(shù)與規(guī)模處在世界前列，發(fā)展現(xiàn)代煤化工不僅可解決我國替代部分石化基礎(chǔ)原料的迫切需求，也符合我國能源資源稟賦特點(diǎn)的現(xiàn)實(shí)需求。

當(dāng)前我國現(xiàn)代煤化工市場需求量大，發(fā)展前景十分可觀，但也面臨著一系列新挑戰(zhàn)。煤化工的一大特點(diǎn)是耗水量大，但我國煤炭資源與水資源在空間位置上的逆向賦存分布特征，制約了煤化工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展;煤化工的高耗能與“三廢”排放問題仍未得到圓滿解決[29]，隨著新環(huán)保法實(shí)施和《巴黎協(xié)定》簽署，現(xiàn)代煤化工的監(jiān)管將更加嚴(yán)格，煤化工項(xiàng)目獲得用水、用能、環(huán)境指標(biāo)的難度加大;同時(shí)實(shí)施碳交易稅和環(huán)保稅也是大勢所趨;油價(jià)及煤價(jià)也是影響煤化工發(fā)展的重要因素，當(dāng)前國際油價(jià)低迷，相對(duì)于石油化工，煤化工的投資成本偏高，沒有優(yōu)勢。同樣，煤價(jià)過高也使得煤化工產(chǎn)業(yè)缺乏競爭力;此外，產(chǎn)業(yè)鏈短和距離終端市場較遠(yuǎn)也是我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)面臨的一個(gè)突出問題[30]。因此，在這樣的形勢背景下，煤化工面臨著技術(shù)突破、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保、水資源等諸多方面的壓力，這勢必會(huì)影響現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的整體競爭力。

現(xiàn)代煤化工發(fā)展必須以煤炭資源清潔高效利用為指導(dǎo)原則，把基礎(chǔ)科學(xué)研究、前沿技術(shù)創(chuàng)新、工程應(yīng)用等作為重要的研究課題;同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)代煤化工頂層設(shè)計(jì)，做好產(chǎn)業(yè)布局及優(yōu)化，讓現(xiàn)代煤化工向高端化和精細(xì)化方向發(fā)展，提升煤化工企業(yè)的盈利能力和競爭力，真正做強(qiáng)做大現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，這不僅是保障國家能源安全的戰(zhàn)略需要，也是打造我國主體能源(煤炭)升級(jí)版的重要途徑。

3.2煤炭資源的低碳化發(fā)展問題

目前煤炭消費(fèi)利用過程中的二氧化碳排放問題比其清潔化問題更難解決，煤炭的低碳化問題比清潔化更需關(guān)注。煤炭資源本身是高碳能源，要實(shí)現(xiàn)低碳發(fā)展，似乎是個(gè)偽命題，飽受爭議。實(shí)際上，由煤炭資源所構(gòu)成的能源系統(tǒng)中，在煤炭資源的勘查與開發(fā)、加工與轉(zhuǎn)化、燃燒與利用等全產(chǎn)業(yè)鏈中均存在著直接或間接的碳排放[31]，如能在其中一個(gè)產(chǎn)業(yè)或幾個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中減少二氧化碳排放，就能夠逐步實(shí)現(xiàn)煤炭資源的低碳化發(fā)展。因此，從這個(gè)視角來看，提出煤炭資源在勘查、開發(fā)和利用全過程中的低碳化，不僅具有明確地科學(xué)內(nèi)涵，更是實(shí)現(xiàn)我國溫室氣體減排的有效科學(xué)手段之一。

3.2.1開發(fā)過程中的低碳化

煤系共伴生資源包括煤層氣、煤矸石及伴生礦等在煤層及開采過程中出現(xiàn)或形成的資源。

(1)加快煤層氣的開發(fā)利用。我國煤層氣資源豐富，據(jù)原國土資源部統(tǒng)計(jì)資料，截至2016年底，煤層氣埋深2 000 m以淺地質(zhì)資源量30萬億m3，可采資源量12.5萬億m3[32]，具有巨大的開發(fā)潛力。2016年中國煤炭資源開發(fā)過程中釋放的瓦斯氣體為135億m3，僅有35%被作為能源資源利用，其余65%都被排放到大氣中[33];瓦斯的主要成分是甲烷，對(duì)臭氧層具有很強(qiáng)的破壞作用，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。因此，加大煤層氣資源的開發(fā)利用可大大減少煤炭資源開發(fā)過程中的溫室氣體排放，同時(shí)也可預(yù)防瓦斯事故，保障煤礦安全生產(chǎn)。

(2)充分利用煤矸石資源。煤矸石中含有殘煤、碳質(zhì)泥巖和廢木材等可燃物，煤矸石長期露天堆放，矸石山內(nèi)部的熱量逐漸積累，煤矸石中的殘煤會(huì)發(fā)生自燃，產(chǎn)生大量的CO2,SO2,NOx及CmHm等有害氣體直接被排放到大氣中。因此，充分對(duì)煤矸石分類利用，比如煤矸石發(fā)電、利用煤矸石進(jìn)行充填開采等等，不僅節(jié)約資源，同時(shí)也是減少煤炭資源開發(fā)過程中碳排放的有效途徑。

(3)充分開采利用煤系伴生礦。我國主要的煤系伴生礦資源主要有高嶺土、石墨及石膏等;據(jù)調(diào)查，耐火黏土材料作為重要的伴生礦資源在工業(yè)中被廣泛采用，其絕大部分來自于煤系底層中，膨潤土的80%以上的資源也存在于煤系地層中，且距離煤層越近，其品位越高[34]。開發(fā)煤炭資源的同時(shí)對(duì)煤系伴生礦資源進(jìn)行開采利用，不僅可以避免資源的浪費(fèi)，不僅節(jié)約相關(guān)煤系伴生礦資源的開發(fā)成本，也實(shí)現(xiàn)了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升，符合我國煤炭工業(yè)低碳化發(fā)展的要求。

3.2.2加工過程中的低碳化

提升煤炭資源質(zhì)量、降低煤炭在終端能源利用中的原煤直接燃燒比例是我國實(shí)現(xiàn)煤炭資源低碳化的有效途徑之一。

(1)煤炭洗選加工。我國煤炭資源的灰分及硫分含量偏高，通過煤炭分選加工，不僅可有效地減少原煤中的灰含量和硫含量，還可間接地減少二氧化碳的排放，例如在發(fā)電過程中煤灰分每降低1%，每度電的標(biāo)準(zhǔn)煤減少2～5 g，全國每年可減少CO2的排放量約為1 500萬～3 750萬t[31]，有效地提高了燃煤發(fā)電效率，減少了碳排放。

(2)提高原煤入選率。2017年，我國原煤入選率為70.2%[35]，但與世界主要產(chǎn)煤國家的平均入選率80%以上仍有差距。我國煤炭運(yùn)輸格局是“北煤南運(yùn)、西煤東運(yùn)”，隨著煤炭主產(chǎn)區(qū)的西移，我國商品煤的平均運(yùn)輸距離已超過580 km，并還在逐漸延長。通過原煤入選可就地排除大量矸石(占原煤入選量15%～20%)，若按平均18%計(jì)算，每入選1億t原煤，可排除1 800萬t煤矸石，按鐵路運(yùn)輸煤炭20億t、平均運(yùn)距600 km計(jì)算，可節(jié)約運(yùn)力2 160億t·km[18]，不僅省去了大量無效運(yùn)輸、降低成本，更減少了鐵路、公路和水路運(yùn)輸?shù)冗^程中消耗的大量電力及化石能源等帶來的環(huán)境污染及大量的二氧化碳排放。

3.2.3燃燒與轉(zhuǎn)化過程中的低碳化

目前我國是世界上每年碳排放量最多的國家，其碳排放主要集中在能源行業(yè)，而煤炭燃燒與轉(zhuǎn)化過程中排放的二氧化碳是我國溫室氣體排放的最大貢獻(xiàn)者。僅以燃煤發(fā)電為例，2016年，我國煤電行業(yè)總共排放了34.76億t二氧化碳，占當(dāng)年全國總量的34.24%[36]，是名副其實(shí)的碳排放大戶，盡管目前我國在燃煤發(fā)電清潔發(fā)展取得了巨大成效，在燃煤發(fā)電技術(shù)和污染物排放等方面已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平，但燃煤發(fā)電過程中二氧化碳排放高的難題仍未得到有效解決，實(shí)現(xiàn)煤炭資源的低碳化利用不僅是我國所面臨的問題，也是一個(gè)世界性難題。不僅煤電行業(yè)，諸如鋼鐵行業(yè)和煤化工等其他煤炭資源消耗大戶，也應(yīng)該更多地關(guān)注和實(shí)現(xiàn)煤炭資源的低碳化。

目前世界各國都致力于研發(fā)減少二氧化碳排放的方法和技術(shù)，其中二氧化碳捕捉與封存技術(shù)(Carbon Capture and Storage,CCS)已成為各國減少二氧化碳排放的重要策略及研究熱點(diǎn)，這將是推動(dòng)煤炭資源走向低碳化時(shí)代的加速器。碳捕獲與封存技術(shù)(CCS)，是指將燃煤發(fā)電、煤化工及冶金等過程中產(chǎn)生的CO2收集起來，將其安全地埋存在地層中，從而達(dá)到減少CO2排放之目的，滿足CO2減排之需求。煤電行業(yè)是目前世界各國CCS技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，相比與汽車尾氣及居民生活排放的CO2，煤電行業(yè)排放的CO2具有來源固定、量大、集中且易于統(tǒng)一處理的特點(diǎn)。

我國是一個(gè)相對(duì)富煤的國家，煤炭資源在能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu)中均占據(jù)了絕對(duì)主導(dǎo)地位，CCS技術(shù)在我國應(yīng)該在煤炭資源的開發(fā)與消費(fèi)利用的全生命周期中應(yīng)用，煤炭資源除了在燃燒過程中會(huì)排放CO2，其在勘查、開發(fā)、加工利用和轉(zhuǎn)化等各個(gè)環(huán)節(jié)也會(huì)排放CO2或者產(chǎn)生以高濃度形式存在的副產(chǎn)品CO2，如果在此過程中也充分利用CCS技術(shù)實(shí)施CO2捕獲與封存，將會(huì)實(shí)現(xiàn)煤炭資源從勘查、開發(fā)到消費(fèi)利用全生命周期的低碳化，顯然比僅僅捕獲燃燒過程中的CO2更符合我國國情。

4 結(jié) 語

在我國，相對(duì)豐富的煤炭資源仍然是目前穩(wěn)定供應(yīng)最有保障、成本可接受的優(yōu)勢能源礦產(chǎn)，拋棄以煤為主的現(xiàn)實(shí)能源選擇去解決中國的能源問題，是本末倒置，是不現(xiàn)實(shí)、不科學(xué)、不明智的，應(yīng)該有清醒的認(rèn)識(shí)。當(dāng)前煤炭工業(yè)面臨著有利條件與制約因素相互交織、增長潛力與發(fā)展壓力同時(shí)并存的局面，我們應(yīng)該更科學(xué)地、更理智地厘清思路，精準(zhǔn)找出煤炭勘查、開發(fā)和消費(fèi)利用全生命周期過程中出現(xiàn)的問題，合理制定出解決問題的對(duì)策方案，打造我國主體能源(煤炭)的升級(jí)版，推動(dòng)煤炭勘查向綜合協(xié)調(diào)與深部智慧、開發(fā)向安全高效與節(jié)約綠色、消費(fèi)利用朝著清潔化與低碳化方向健康發(fā)展，形成以煤為主、多種能源互補(bǔ)的安全可靠綠色清潔的基礎(chǔ)能源保障體系。