老礦區轉型發展工程哲學思考

金智新

（山西焦煤集團有限責任公司，太原030053）

老礦區轉型發展工程哲學思考

金智新

（山西焦煤集團有限責任公司，太原030053）

老礦區的轉型發展是一項復雜的系統工程，必須站在工程哲學的高度總攬全局，遵循工程―自然―科學―技術―產業―經濟―社會的協調統一。工程是科技創新的主體，依靠科技進步推動工程創新，工程促進科學、技術、產業、經濟、社會的發展。工程要以生態保護為前提，經濟促進生態工程建設。稀缺煉焦煤資源的保護與開采是矛盾的對立與統一體，煉焦煤生產企業要兼顧眼前利益與長遠利益，特別是老礦區，要解決好資源稀缺性與需求激增性矛盾，實行限量開采，增加資源的回收率，實行以煤為基，資源高效循環利用的大、縱、深產業群建設。現有的安全管控高投入與安全事故頻發的矛盾促進了安全理論與技術的發展，安全理論與技術由系統安全到結構安全的轉變是事物發展的必然。

工程哲學；不對稱開發；綠色遷移；大縱深產業群；保護性開采；安全結構理論

1 前言

工程哲學是研究工程規律的一般性科學，工程活動是人類社會生存和發展基礎性的實踐活動，老礦區轉型發展必須站在工程哲學的高度，才能總攬全局，揭示其規律。工程是實現老礦區轉型發展的直接推動力。實現老礦區轉型發展需要眾多工程建設項目支撐，包括地下工程與地面工程。項目眾多，工程活動的要素十分龐雜，因此，在項目的決策、實施過程中必須應用工程哲學的思想，在自然－科學－技術－工程－產業－經濟－社會的知識網絡中[1～3]，思考和處理轉型工程中局部與整體、科學與工程、技術與工程、工程與經濟、工程與社會的關系，實現由征服自然觀向和諧工程觀的理念轉變。工程創新依靠科學技術，工程推動科學發現與技術創新。

山西省有1 053座煤礦，有50%是開采百年的老礦區，2013年生產煤炭9.62×108t，占全國煤炭產量的26%，銷售收入1.42萬億元，實現稅費1 150億元，面臨的普遍問題是，資源枯竭、安全欠帳多、環境污染嚴重等。老礦區要承擔起國家能源安全和保障國民經濟高速發展的重任，必須通過工程、技術與管理創新實現轉型與發展。

2 雙系煤田不對稱開發工程哲學

對稱與不對稱是從宏觀世界到微觀世界普遍存在著的現象。對稱與不對稱在形象、結構和功能中，在空間和時間上，在概念和數學中，都十分普遍。在科學技術日新月異的今天，各門科學都在從不同的側面對這種現象進行深人的研究，已取得了極有價值的成果。另一方面，深入研究對稱與不對稱在自然界和自然科學中的普遍形態和辯證轉化，也是自然科學和工程哲學研究的重要任務。

雙系煤田不對稱開發是指工程結構的不對稱導致結果的不對稱。

2.1 工程決策

大同礦區開采侏羅、石炭雙系煤田，均屬易自燃煤層且具有“兩硬”特點，侏羅系已開采煤層19層，資源接近枯竭，煤層間距1～25 m不等。石炭系開采主采煤層2層總厚達20～28 m，其中3#～5#合并層厚18～23 m，開采條件極其復雜，在由侏羅系向石炭系延伸重大工程戰略決策中，力排眾議，不用傳統的老礦井直接延伸模式，提出了“不對稱開發與對稱布置”相互協調開發新模式。也就是，通過改變地下工程布置結構，實現不對稱開發。創新了礦井開發設計思想，使在老礦區中建設千萬噸級礦井成為可能，使循環經濟園區建設變為現實。

2.2 工程結構的不對稱

不對稱開發的工程結構不對稱是自然條件（煤層賦存）、空間布置結構、技術等條件的不對稱。

自然條件的不對稱是指侏羅、石炭雙系煤層的賦存條件（地質條件、煤層的頂底板條件、開采可能發生的災害條件等）不對稱。侏羅紀煤層的特點是煤層群聯合開采，具有煤層淺埋深，頂板和煤層“兩硬”、自然發火嚴重等條件；石炭系煤層具有超厚（18～23 m）支撐強度低、煤層破碎、節理裂縫發育，呈現低瓦斯含量－高瓦斯礦井的特點，需要開發新的開采技術與瓦斯治理技術。

空間布置結構不對稱是指開采侏羅與石炭系煤層的地面與地下工程的空間位置不對稱，工程形態不對稱，工程布置方式不對稱。

工程技術不對稱是指開采侏羅與石炭系煤層地面與地下工程的施工技術不對稱，開采技術不對稱。侏羅紀煤層礦井的設計能力是在4×106t以下，單工作面的生產能力1×106t以下。石炭系煤層礦井生產能力是2×107t，單工作面生產能力在1×107t以上。礦井生產能力改變導致施工技術與開采技術難度發生質的變化，必須通過技術創新加以解決。

2.3 工程效果不對稱

取得經濟效益與社會效益的不對稱。通過改變地下工程布置結構，實現不對稱開發。創新了傳統礦井開發設計思想，減少地下巷道開掘工程，簡化生產系統，安全可靠性高、節約運營成本，經濟效益好，為煤炭資源高產高效集約開采、生產平穩連續、生產及管理現代化、信息化、環境保護和安全生產奠定了基礎。為多業并舉、多元發展產業結構調整創造了條件，使老礦區建設千萬噸級礦井及循環經濟園區成為可能。

根據不對稱開發模式建成塔山、同忻兩個千萬噸級礦井。與傳統模式相比，工程量、工程造價、產量、全員工效等各項技術經濟指標均有顯著改善，如表1、表2所示。

表1 主要績效指標對比表Table 1 Comparison table of key performance indicators

表2 工程建設主要指標對比表Table 2 Comparison table of key project indicators

3 資源高效循環利用與綠色遷移

發展循環經濟是落實科學發展觀的重要方面。它要求自然―人―社會、自然―經濟―社會的和諧發展，是我國新時期工程實踐的主要目標。老礦區的生態化轉型、產業生態化，是循環經濟模式下工程活動的實踐途徑。

3.1 老礦區生態化轉型

循環經濟的微觀主體是企業，工業生態化要求從事工程活動的企業實現生態化轉型。老礦區生態化是企業為了自身的生存和發展，運用生態學思想來從事決策、組織、管理的工程活動，是以追求工業生態效率、提高資源利用率和清潔生產為意識和謀略的，是將資源的高效循環利用、廢棄物的合理利用同效益優化結合的礦區。礦區生態化的內容包括資源的生態化、產品的生態化、生產技術工藝的生態化等[4，5]。

老礦區生態化轉型是工業生態化的一種基本類型，其重要特點是實現經濟效益優化和生態優化，體現為生態效率優化和生態效用優化。生態效率優化是通過拓寬工程系統的功能來實現的。如以煤為基，資源高效循環利用的大、縱、深產業群建設思想，就是為經濟效益優化、為資源、能源的循環或梯級利用設計的，它充分考慮了工程在整個工業生態鏈或生態工業園區中的功能與定位。生態效用優化是指產業設計或評價過程中考慮經濟效益、環境保護和社會效益等的優化。

3.2 以煤為基，資源高效循環利用的大、縱、深產業群工程

實現產業生態化是實施可持續發展戰略，推行循環經濟的重要途徑和基本手段。人類社會及其經濟活動與自然生態共同構成一個“社會—經濟—自然”的生態型復合系統。礦區產業生態化可以是依據自然生態的有機循環原理建立發展模式，將在礦區內的多種具有不同生產類別的企業，按照物質循環、生物和產業共生原理對產業生態系統內的各組分類進行優化組合，實現園區內物質和能量的封閉循環利用，建立高效率、低消耗、低污染、經濟與環境相協調的產業生態體系的過程，實現產業經濟效益、環境效益和社會效益的最大化[6]。產業生態化的終極目標是實現“社會―人―自然”的協調、可持續發展。

同煤集團建成國內第一個以煤為基，產業鏈條完整、資源產出最大化、資源綜合利用最優化、節能減排顯著、地區經濟帶動突出的多聯產循環經濟園區。

產業鏈條完整。各個項目首尾相接、環環相扣，上一個單位生產的廢料正好是下一個單位的原料，逐層減量利用，物料閉路循環。

資源產出最大化。園區資源產出指標在行業內居于領先水平。不僅對煤炭精采細采，而且對伴生物高嶺巖進行資源化利用，生產出目前國際上最細的6 250目煅燒高嶺土。伴生資源利用率由國家標準40%提高到95%。

將有限的資源做到無限利用。園區工業固體廢棄物綜合利用率達到100%。園區生活和工業廢水經過污水處理廠處理后進行復用，基本上做到廢水“零排放”。

節能減排顯著。園區各項目全過程嚴格減排，已經積累了42萬畝(1畝≈666.67 m2）森林碳匯資源，地跨3地市11個縣區，是全國面積最大的“自營坑木林”基地，為改善區域生態環境做出了積極的貢獻。

地區經濟帶動突出。塔山園區不僅實現了“循環”，而且做到了“經濟”，2010年園區實現利稅26億元，上繳稅收占到大同市南郊區的50%以上，同時極大地推動了園區周邊新農村建設。

古交循環經濟園區是以煤、電、化工、冶金和建材項目為支撐，立足于技術高起點，采用先進技術、先進設備和先進工藝，各產業鏈節點的先進技術綜合集成，其中古交發電廠采用目前國內最先進的500 kV超高壓地理信息系統組合電氣開關技術，2×30萬kW的發電機組電廠，是首個全國最大的煤電聯營燃洗中煤坑口電廠；全國首次冷卻循環水全部采用城市污水再生水；其化學水處理系統在全國首次使用反滲透+電子數據互換技術；首次使用氣力出灰900 M系統；在全國首家使用半干法脫硫技術設施，這些都是歷史上最先進的創新技術，循環經濟園區建設立足于技術高起點的基本原則，形成了強大的古交循環經濟園區集成創新技術體系。

3.3 綠色遷移與綠色礦區建設

以最小的生態擾動獲取資源，以最小的末端治理還原和再造礦區生態環境。做到生態環境優先，保護與治理并重[7]，礦區經濟服務于生態環境。新礦區建設實行保護，老礦區改造采取治理，最終實現礦山工程與生態環境融為一體。

同煤集團建成全國煤礦第一個面積最大、功能最為齊全的生活新區（占地10 000畝，10萬套人居新區）。解放了1.1×109t壓煤。綠化沉陷區1.3×106m2，礦區綠化覆蓋率達到29%；治理了2億多噸矸石山自燃，完成了30余座矸石山的覆土、綠化、造田工作。治理了200多處煤炭自燃火區，空氣質量明顯提高。2010年，空氣質量優良率達93.4%。

4 稀缺煉焦煤資源保護與開采

稀缺煉焦煤資源保護與開采的工程活動中的本質問題是自然(資源）―人(或工程）―社會的本質聯系。對資源稀缺性與需求激增性矛盾的本質認識，普遍地將資源的稀缺性視作相對的，即相對于社會需求的激增而出現的。事實上，自然資源的稀缺是絕對的，不僅體現在時間上因自然演化促使資源的變化，人類總會在某個時限內將之消耗殆盡；而且體現在空間上稀缺煉焦煤資源儲藏量的絕對性是不以人的意志為轉移的客觀存在。對自然資源稀缺絕對性的認識，促使我們反思長期以來的發展模式，必須在工程開發方面有“非線性”思維[8]，尋求新的礦藏、提高資源采收與利用率、尋求替代資源等是基本途徑。

4.1 煉焦煤的重要戰略地位

煉焦煤在國家工業中發揮重要作用。煉焦煤主要用于鋼鐵、化工、機械、有色金屬等行業，焦炭在鋼鐵工業中作為高爐的熱源和還原劑。煉焦煤不僅僅是一種能源，也是一種重要的工業原料。

直接關系著國家鋼鐵等工業的發展。鋼鐵工業占煉焦煤消費量的85.5%（見圖1），冶煉1 t生鐵消耗焦炭0.4 t，消耗煉焦煤0.936 t，鋼鐵產量與煉焦煤產量演化相似度為0.78。

圖1 全國煉焦煤消費結構圖Fig.1 Consumption structure diagram of national coking coal

煤炭是稀缺、不可再生和替代的戰略資源。2010年我國一次能源消費結構，煤炭占70%，原油18%，天然氣5%，水力發電6%，核能1%，再生能源1%。我國工業生產對煉焦煤的需求量非常大，2010年全國煤炭總產量3.24×109t，煉焦煤產量1.1× 109t，占煤炭總產量34%。在未來較長的時間內，我國對煉焦精煤需求量仍將維持在5×108t左右，至今尚沒有其他產品可以替代。

4.2 煉焦煤資源風險

煤炭儲量有限，分布不均。全國煤炭保有資源量1.3096×1012t，其中煉焦煤保有資源量2.961×1011t，煉焦煤可采儲量5.676×1010t。煉焦煤保有量山西省占52.7%，其他省份所占份額小（見圖2）。

圖2 2009年主分布各省煉焦煤資源儲量圖Fig.2 Coking coal reserves diagram of the main distribution provinces in 2009

消耗較快，浪費較多。煉焦煤保有量占全國煤炭保有量的比例逐年降低，從1992年的28.71%下降到2009年的22.6%，下降了約6個百分點。一部分煉焦煤被作為動力煤使用，造成資源浪費。受洗選技術制約，部分難以洗選的煉焦煤沒有作為煉焦煤使用。全國煉焦精煤平均產率僅為55%（見圖3、圖4）。

圖3 2009年部分礦區煉焦煤作為動力煤使用量Fig.3 The amount of coking coal used as steam coal in some mine areas(2009）

圖4 2009年部分礦區煉焦精煤產率Fig.4 The output rateof refined coking coal in some mine areas(2009）

核心煤種短缺，生產無序。煉焦煤資源煤種齊全，但是，作為煉焦核心煤種的焦煤和肥煤所占比例僅為17.3%和12.2%，核心煤種十分短缺。按精煤產量計算市場絕對集中度，CR4<20%，CR8< 30%，CR20<40%。基于貝恩分類法，煉焦煤市場屬無序競爭結構類型，大企業對煉焦煤市場管控力低，加劇了煉焦煤資源的浪費。

可采年限短，新增產能大。從2003年的8.42× 108t增加到2009年的1.041×109t，年均增速約4%。按目前煉焦煤可采儲量及產量進行計算，全國煉焦煤最高可采年限約33年，其中焦煤可采31年，肥煤可采46年。33年后我國鋼鐵生產所需煉焦煤將面臨著主要依賴進口的困局。2009年末在建（改擴建）煉焦煤煤礦600多處，新增能力1.87×108t，加速了煉焦煤資源消耗，可采年限降低為28年(見圖5）。

圖5 2003—2009年全國煉焦煤產/儲量變化關系圖Fig.5 Change chart of national coking coal production/ reserves in 2003—2009

4.3 煉焦煤保護性開采

煉焦煤保護性開采要兼顧眼前利益與長遠利益，局部利益與整體利益之間的關系，必須遵循以下原則。

兼顧保護與供應。在目前實際產能的基礎上，限產保護不可再生的煉焦煤稀缺資源，并在一個相當長的時期內主導國內煉焦煤市場供應。

平緩有序限制產量。避免由于產量驟減造成企業經營困難和相應的社會問題，給企業調整轉型留有一定的時間與空間。

尊重規律科學限產。分析煉焦煤開采對煉焦煤資源擾動的客觀規律，借助數學模型制定科學的限產規劃。依據限產原則，分析產量擾動下可采出儲量的變化率，建立了如下帶有系統桎梏參數的幾何布朗運動，描述了煉焦煤生產系統產量的衰減的過程限產模型（見圖6）。

圖6 限產模型Fig.6 Limited production model

式（1）中，S為煉焦煤可采出量；X(t）為在時間區間[0，t]上的累積產量，為時刻u的煉焦煤產量，u∈[0，t]；λ為儲量余量函數Y(t）=S-X(t）的平均變化率，λ<0，t∈(t0，T]，T為最大可采年限；W(t）為布朗運動，描述可采出余量變化率的隨機波動。

據2003―2010年的全國煉焦煤產量數據，對模型（1）的參數進行最小二乘估計，求得產量環比遞減率ρ的值為0.972 5，應用中可取0.97或0.98。

國家財政補貼模型。限產會帶來企業利潤減少，給企業經營和再生產帶來相應的困難，執行嚴格的限產規劃，應有相應的國家財政補貼政策。依據企業利潤計算的基本原理，設計如下補貼計算公式：

式(2）中，Q為國家政補貼額；K為國家政策性補貼系數，應根據煤層賦存條件、企業規模、地區經濟發展水平、運輸條件等因素進行科學測算；M為企業本年度噸煤純利潤；P為限產規劃下的本年度減產量。

按照以上的限產方案，我國煉焦煤可采儲量能夠持續利用由現在的28年增加至120年。

5 系統安全與結構安全

煤礦在安全管控投入（人、財、物以及巨大精神壓力）與事故頻發的矛盾促進了安全科學與技術的發展。系統安全是以海因里希提出的事故致因理論為代表并加以發展的安全科學體系。結構安全是筆者等長期從事理論研究、工程實踐與工程管理的基礎上提出來的，并加以應用。

5.1 系統安全

系統安全是以事故致因理論為基礎，以人－機－環系統為研究對象，在系統壽命期間內應用系統安全工程和管理方法，辨識系統中的危險源，并采取控制措施使其危險性最小，從而使系統在規定的性能、時間和成本范圍內達到最佳的安全程度。事故致因理論是安全科學的基本理論，是一個時期人們安全理念的集中反映[9]。它涉及如何采取措施防止事故發生，以及事故責任主體等重大問題。從早期的事故頻發傾向論到新近的系統理論事故模型，伴隨著人們安全理念的不斷變化，防止事故從著重對人的選擇、教育和管理轉向強調機械設備、生產條件的本質安全。系統安全理論為安全管控提供了理論依據，極大減少了生產事故的發生。

5.2 結構安全

結構安全是以安全結構理論為基礎加以發展的安全管控理論。安全結構理論以全新的安全本質表述為基礎，以揭示物質活動與環境的耦合作用機理為重點，以因素狀態空間為表述框架，以集合論、測度論、數理邏輯及隨機分析等數學方法為工具而構建的，對于廣義安全范疇具有普遍適用性的理論體系。安全結構理論認為，安全問題的產生是人類或物質的活動對其活動環境空間的作用結果[10]。活動方式與活動環境空間性質的相互作用，是導致各種安全問題的最根本原因。

管理根據安全結構理論建立了安全結構管控方法，即：以活動遠離失穩域為目標，建立安全結構管理模式，即控制節點、加固鏈條、減少外部擾動。控制節點、加固鏈條、減少外部擾動都是以控制活動與活動環境相互作用的因素為遠離失穩域為目標，使安全結構整體穩定。

6 結語

1）老礦區轉型發展要應用工程哲學的思想把握全局，實現轉型發展依靠工程驅動，工程是推動老礦區發展的第一生產力。

2）工程建設項目必須遵循工程―自然―科學―技術―產業―經濟―社會的協調統一。依靠科技進步推動工程創新，工程是科技創新的主體，工程促進產業、經濟、社會的發展，工程要以生態保護為前提，經濟促進生態工程建設。

3）稀缺煉焦煤資源要實行保護與開采，特別是老礦區，要解決好資源稀缺性與需求激增性矛盾，實行限量開采，增加資源的回收率，實行以煤為基，資源高效循環利用的大、縱、深產業群建設。

4）現有的安全管控艱難與安全事故頻發的矛盾促進了安全理論與技術的發展，安全理論與技術由系統安全到結構安全的轉變是事物發展的必然。

[1] 殷瑞鈺.科學發展觀中的工程哲學[J].中國科技獎勵，2011（5）：6-7.

[2] 邵安林.鐵礦資源戰略與礦冶工程管理—“五品聯動”模式的工程哲學思考[J].科研管理，2013，34(8）：158-164.

[3] 謝詠梅.工程研究的跨學科視野[J].自然辯證法研究，2014，30 (1）：125-128.

[4] 王玉普.新時期大慶油田勘探工程的哲學思考[J].中國工程科學.2008，10(3）：21-24，92.

[5] 王 安.工程哲學與神東億噸礦區創新實踐[J].中國工程科學，2008，10(12）：53-57.

[6] 劉則淵，代 錦.產業生態化與我國經濟的可持續發展道路[J].自然辯證法研究，1994，10(12）：38-42，57.

[7] 王基銘.生態文明建設與石油石化產業升級[J].化工學報. 2014，65(2）：369-373.

[8] 蔡乾和.哲學視野下的工程演化研究[D].沈陽：東北大學，2010.

[9] 陳寶智，吳 敏.事故致因理論與安全理念[J].中國安全生產科學技術，2008，4(1）：42-46.

[10] 金智新.安全結構理論[M].北京：科學出版社，2012.

Engineering philosophical thinking of the old mining area transformation development

Jin Zhixin
（Shanxi Coking Coal Group Co.Ltd.，Taiyuan 030053，China）

The transformation development of the old mining area is a complex system engineering，it needs to command the overall situation by standing on the height of system engineering and needs to follow the harmonization in engineering，nature，science，technology，industry，economy and society.Engineering innovation is the main part of the technology innovations，it pushes the development of scientific，technical，industrial，economic and social，also the engineering innovation is relied on scientific and technological progress.Ecological protection is the premise of engineering development，and the ecological engineering construction is promoted by economic development.The protecting and mining of rare coking coal resources is a unity of oppisites.The companies of producting coking coal must pursue both immediate and long-term interests，especially the old mining，so the company should resolve the conflict between the scarcity of resources and the growth of demands by implementing limited exploitation，increasing resource recovery and efficiently recycling of coking coal resources to build the big-vertical-deep industry group.The conflict between frequent accidents and high input of existing security control promotes the development of security theory and technology，the transformation of security theory and technology from system security to structural security is a inevitable process of development.

engineering philosophical；asymmetric development；green migration；big-vertical-deep industry group；protective mining；security structure theory

TD-05

A

1009-1742（2014）10-0064-07

2014-08-13

金智新，1959年出生，遼寧錦州市人，博士，教授級高級工程師，研究方向為礦業工程及管理；E-mail：jzxin88@163.com