區域煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系與標準
——以陜北侏羅紀煤田為例?

張金鎖張 偉宋世杰

(1.延安大學,陜西省延安市,716000; 2.西安科技大學管理學院,陜西省西安市,710054; 3.西安科技大學地質與環境學院,陜西省西安市,710054)

★煤炭科技·開拓與開采★

區域煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系與標準
——以陜北侏羅紀煤田為例?

張金鎖1張 偉2宋世杰3

(1.延安大學,陜西省延安市,716000; 2.西安科技大學管理學院,陜西省西安市,710054; 3.西安科技大學地質與環境學院,陜西省西安市,710054)

以陜北侏羅紀煤田為例,構建了包涵3個子系統、16個評價要素、46個評價指標的陜北侏羅紀煤田煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系,同時分析確定了各個指標的評價標準,可為科學制定該礦區煤炭資源安全綠色高效開采模式與路徑提供有效的決策依據。

煤炭資源 安全綠色高效開采 指標體系 標準

煤炭安全綠色高效開采模式的構建離不開一套與各礦區資源賦存條件和開采條件相適應的煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系與標準。目前,與之相關的國家、行業標準以及相關學術研究已有很多。這些文獻有效揭示了我國煤炭資源科學開發面臨的諸多共性問題,為科學評價我國煤炭資源開發合理化程度提供了有效依據。但是已有的標準和研究仍存在一定的不足,例如已有的相關標準和研究多反映了我國煤炭資源開采存在的共性問題,而對具體礦區特定資源賦存狀況和開采條件下的特殊問題和關鍵制約因素研究還不夠深入,主要問題包括:

(1)現有的綠色開采評價指標更多地體現了對生態環境損害表現和特定污染物排放濃度的重視,缺乏對開采過程中采動與生態環境損害之間的內在機理,以及礦區多環境要素、多污染物的綜合環境容量的充分關注,也沒有反映出煤礦區生態環境對煤炭開采活動的承受能力;

(2)將安全綠色高效3個維度進行整合的綜合評價研究較少,不利于全面審視特定礦區煤炭資源開采的協調程度。為此,有必要在現行國家、行業標準和學術研究基礎上,結合具體礦區的實際,以滿足本質安全和本質綠色(滿足環境容量)前提下,以“采用高效率技術和先進管理手段,最大化的采出資源與節約資源”為原則,構建煤炭高效開采評價指標體系和評價標準,以全面、深入地評價特定礦區煤炭資源開發的合理化程度,為資源可持續開發和產業的健康發展提供決策依據。

1 研究區概況

陜北侏羅紀煤田位于鄂爾多斯聚煤盆地的核心區,地處陜西榆林府谷、神木、榆陽、橫山、靖邊和定邊等縣(區)所轄總面積約22000 km2,累計探明及預測煤炭資源量2111.73億t,累計探明保有煤炭資源量1360.56億t,是世界上少有的內陸三角洲成因巨大型煤田。陜北侏羅紀煤田煤炭資源進入大規模開發階段。2009年國家規劃了13個大型煤炭基地,其中的“陜北基地”和“神東基地”的主體部分位于該煤田,區內包含神府、榆神、榆橫3個國家規劃礦區。2013年,陜北侏羅紀煤田煤炭產量超3億t,占全國煤炭總產量的8.9%左右。目前,陜北侏羅紀煤田已經發展成為支撐我國現代化建設的重要能源接續地之一,在國家能源安全保障體系具有不可或缺的戰略地位。

在取得顯著發展成就的同時,陜北侏羅紀煤田也面臨著一系列亟待解決的問題,特別是地表沉陷、山體崩塌、地表井泉干涸、溝水斷流、水土流失、土地沙漠化等嚴重的生態環境破壞已嚴重制約了該區域的可持續發展。以神府礦區為例,該區煤炭資源大規模開發以來,采空區和塌陷區面積分別為366 km2和95.67 km2,涉及194個煤礦,19個鄉鎮360個自然村35000余人。塌陷區損壞房屋4800間,損毀土地87.31 km2;礦區地下水位由原來的1～2 m下降到31～50 m以下,區內4條地表徑流斷流,湖泊數量由大開發前的869個減少到79個。水土流失嚴重,河流輸沙量較煤炭開發前增加明顯,沙化土地以每年0.5%的速度遞進向東南擴展。除生態環境破壞以外,煤炭采出率低、資源浪費嚴重也是制約礦區資源可持續開發的重要問題。礦區內的小煤礦開采方法落后,資源回收率平均不到30%,一些大型礦井片面追求高產高效,采厚棄薄,吃肥丟瘦,成片甚至整層丟棄薄煤層,資源浪費現象十分嚴重。

2 研究方法

2.1 評價指標體系設計方法

煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系涉及面廣、內容龐雜,包括安全、綠色、高效3個子系統,涉及眾多評價要素和指標。在綜合分析已有國家、行業標準和相關研究的基礎上,采用以下原則和方法設計煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系。

(1)系統性原則。煤炭資源安全綠色高效開采評價涉及3個子系統,每個子系統又涵蓋多個評價要素,每個要素又包括若干評價指標體系,結構關系較為復雜。為此,從系統論的視角采取系統層→要素層→指標層的逐層分解方法,形成層次明晰的指標遞階結構,以準確辨識3個層次之間的隸屬關系,為后續的綜合評價的實例應用提供便利。

(2)科學性原則。所選取的指標概念具體明確,必須能夠反映評價對象的特征和機理,例如在安全開采指標選取時要綜合考慮人員、設備、環境、管理等過程因素,以及礦井人員與裝備安全、礦工健康權等結果因素;在綠色開采指標選取時要考慮煤炭資源開采的主要生態環境影響,辨識影響礦區綜合環境容量的主要因素及其影響機理;在選擇高效開采指標時要考慮高效率技術和先進管理手段在煤炭資源高效開采中的作用。

(3)代表性原則。評價指標的選擇或設計不僅要反映煤炭資源安全綠色高效開采面臨的共性問題或普遍訴求,更要結合陜北侏羅紀礦區的資源賦存與開采條件,針對礦區面臨的特殊問題和關鍵制約因素,優選評價指標,做到共性和個性有機結合。例如,在選取綠色開采評價指標時,要充分反映考慮本礦區煤田覆巖薄,采動易造成地表生態環境損害的問題;在選取高效開采指標時,要涵蓋薄煤層開采程度相關評價指標。

(4)定性分析與定量分析相結合原則。為了客觀、精確地刻畫評價對象的特征,應盡量選取定量指標,但考慮煤炭資源安全綠色高效開采的特定問題或訴求無法量化,對于此類情形可采用定性指標進行刻畫,但應適當控制定性指標的數量。

(5)可操作性原則。評價指標的選取應聚焦礦區煤炭資源開采的關鍵問題,優先選用綜合性、概況性的指標,適當控制指標的數量,做到評價指標簡潔、規范,數據容易收集和統計,實現評價的可操作性。例如,在安全評價指標中,用安全質量標準化指標綜合全面地反映煤礦在安全管理、安全技術、安全裝備、環境安全和安全作業五大安全要素上的達標狀況,既提高了指標的簡潔化程度,又有利于獲得權威數據。

(6)權威性原則。在形成初始指標集的基礎上,對初始指標集進行專家咨詢,由專家對初選評價指標進行綜合評價,通過增加和剔除相關指標,進一步保證指標選取合理性,使最終形成的指標體系切合陜北侏羅紀煤田煤炭資源開采的實際。

2.2 評價標準確定方法

為了與已有的國家、行業標準對接,本研究將指標的評價標準主要分為三級,考慮指標要素的多樣性和復雜性,部分定性指標的評價標準被分為單級或兩級。分級評價標準的確定方法如下:

(1)參考現行標準和相關規劃。在指標標準確定過程中,參考國家、行業和地方標準,以及相關規劃。

(2)工程分析法。對于特定評價指標缺乏現行標準和相關規定的,首先考慮采用工程分析法確定其評價標準。本研究中對采動損害狀態因素中的基采比、最大下沉量、地表破壞類型、地下生態水位埋深、導水裂隙帶與關鍵含水層的空間關系等指標,就是根據多年來對礦區采動損害的工程觀測結果確定其分級評價標準。

(3)實地調研法。研究選取區域內的若干標桿企業,通過實地調研分析了標桿企業的相關指標實際數值,通過比較分析確定相應指標的分級評價標準。所選擇的標桿企業包括神東公司大柳塔煤礦、陜煤化集團紅柳林礦井、陜西南梁煤礦、楊伙盤煤礦等不同規模的煤炭企業。

(4)專家定參法。對于上述3種方法無法確定評價標準的定性指標,采用專家定參法確定評價標準。

(5)比較分析法。對現行業標準、標桿企業的實際值、區域平均值等多源信息進行比較分析,從中優選最能代表本區域資源開采狀況的指標數值作為評價標準。

3 研究結果

3.1 煤炭資源安全綠色高效評價指標體系

初步設計了陜北侏羅紀煤田煤炭資源安全綠色高效開采綜合評價指標體系,經過專家咨詢,去除了不重要性的指標7個,最終確定了評價指標體系,包含3個子系統、16個評價要素和46個評價指標,陜北侏羅紀煤田煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系見表1。

表1 陜北侏羅紀煤田煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系

系統層要素層指標層E1機械化程度EI11采煤機械化程度、EI12綜掘機械化程度、EI13掘進裝載機械化程度高效E2資源回收EI21采區回采率、EI22工作面回采率E3勞動生產效率EI31原煤生產人員工效、EI32噸煤成本、EI33礦井綜合單產(E)E4伴生資源利用EI41礦井水利用率、EI42煤矸石綜合利用率E5能源資源消耗EI51原煤生產電耗、EI52煤炭生產水耗

3.2 分級標準的確定

3.2.1 安全開采評價指標分級標準

在安全開采評價子系統中,專業技術人員比例、特種作業人員持證率、全員安全培訓率、安全生產管理人員、重傷人數、輕傷人數、一級非傷亡事故數、二級非傷亡事故數、三級非傷亡事故數、主要職業病發病率等指標的評價標準采用標桿企業分析法確定,安全質量標準化等級與分級評價標準的匹配關系通過專家定參法確定,百萬噸死亡率通過行業標準值、標桿企業實際值、2014年陜西省百萬噸死亡平均值分析確定,安全開采評價指標分級標準見表2。

表2 安全開采評價指標分級標準

3.2.2 綠色開采評價指標分級標準

在綠色開采子系統中,通過專家定參法確定綠色開采技術應用和環境管理體系建立與運行情況兩個評價要素中的8個定性指標的評價標準。采動損害評價要素中,基采比、最大下沉量和地下生態水位埋深3個評價指標通過工程觀測法確定其評價標準;地表破壞類型、導水裂隙帶與關鍵含水層的空間關系通過專家定參法確定其評價標準。對于污染物排放容量評價要素中的大氣污染物排放容量指標,首先根據《環境空氣質量標準》(GB3095－2012)中區域空氣質量功能分區及其污染物濃度限值計算污染物排放容量,再根據《環境影響評價技術方法》中A－P法確定評價標準;對于水污染指標的評價指標,首先根據《陜西省水功能區劃》中相應河流斷面水質要求和濃度限值,運用《環境影響評價技術方法》中一維穩態水質預測模型確定評價標準;煤矸石安全處置率根據《清潔生產標準——煤炭采選業》(HJ 446－2008)確定其評價標準。生態環境損害治理評價要素中,水土流失總治理度根據《國家級水土流失重點防治區公告》和《陜西省人民政府關于劃分水土流失重點防治區的公告》中防治等級及標準給出其評價標準,礦區植被覆蓋率以《陜西省主體功能區劃》為基礎給出其評價標準,塌陷土地治理率根據《清潔生產標準——煤炭采選業》(HJ 446－2008)確定其評價標準,綠色開采評價指標分級評價標準見表3。

表3 綠色開采評價指標分級評價標準

3.2.3 高效開采評價指標分級標準

在高效開采子系統中,采煤機械化程度、綜掘機械化程度、礦井綜合單產、采區回采率、工作面回采率、礦井水利用率、煤矸石綜合利用率、原煤生產電耗、煤炭生產水耗等指標的評價標準通過參考《清潔生產標準——煤炭采選業》(HJ 446－2008)、《煤炭工業安全高效礦井(露天)評審辦法》(2011)、《煤炭資源合理開發利用“三率”標準(試行)》等國家和行業標準確定,掘進裝載機械化程度的評價標準通過標桿企業分析確定,薄煤層開采程度通過專家定參法確定評價標準,原煤生產人員工效、全員效率、噸煤成本通過分析標桿企業確定評價標準,具體見表4。

4 結論與展望

目前,缺乏與特定煤炭礦區實際條件相結合的煤炭開發評價指標體系及標準,是制約我國煤炭資源安全綠色高效開發的關鍵問題之一。為此,中央政府在新近出臺的相關政策文件中,多次強調了研究制定煤炭資源安全綠色高效開發評價指標體系及標準的重要性和緊迫性,如國家能源局、環境保護部和工業和信息化部聯合出臺的《關于促進煤炭安全綠色開發和清潔高效利用的意見》(國能煤炭〔2015〕571號)明確指出要“研究制定煤炭安全綠色開發礦區評價標準,積極推動煤炭安全綠色開發示范礦區(井)和清潔高效利用項目建設”。國家能源局出臺的《關于促進煤炭工業科學發展的指導意見》(國能煤炭〔2015〕37號)中強調要“完善安全、環境等強制性標準,體現技術進步要求,加快淘汰煤炭落后產能”。

本研究在分析陜北侏羅紀煤田煤炭資源賦存狀況、開采現狀及存在問題的基礎上,參考相關評價指標、標準及研究成果,研究構建陜北侏羅紀煤田煤炭資源安全綠色高效開采評價指標體系,該指標體系涵蓋3個評價子系統,16個評價要素,46個評價指標,并對各個指標設定分級評價標準。此研究成果,可為科學分析陜北侏羅紀煤田煤炭資源開發合理化程度和存在的問題提供依據,同時可為政府部門制定政策、規范和標準提供決策依據,對促進以陜北為代表的我國西部煤炭資源富集區的煤炭資源可持續開發具有重要的現實意義。在這一研究成果的基礎上,后續應進一步分析指標的性質,合理確定指標的權重和適用的標準化方法,構建安全開采度、綠色開采度、高效開采度及其協調度測度方法,并進行綜合評價實例研究,以揭示具體礦區/礦井煤炭資源安全綠色高效開采合理化程度和水平,為針對性的研究制定煤炭資源安全綠色高效開發模式、技術路線和政策奠定基礎。

表4 高效開采評價指標分級評價標準

[1] 盧國志,李希勇,寧方淼.煤礦安全指標評價體系研究及應用[J].安全與環境學報,2003(3)

[2] 荊全忠,姜秀慧,楊鑒淞.基于層次分析法(AHP)的煤礦安全生產能力指標體系研究[J].中國安全科學學報,2006(9)

[3] 錢敏,穆丹丹.煤礦安全管理評價指標體系[J].采礦與安全工程學報,2008(8)

[4] 耿殿明,姜福興,謝從剛.綜合評價礦區可持續發展的指標體系[J].中國煤炭,2003(3)

[5] 王曉宇,盧明銀等.綠色開發評價指標體系研究[J].化工礦物與加工,2009(3)

[6] 李潔,盧明銀.井工煤礦綠色開發評價指標體系研究[J].能源技術與管理,2012(2)

[7] 閆志剛,劉玉朋,王雪麗.綠色礦山建設評價指標與方法研究[J].中國煤炭,2012(2)

[8] 李東印,李化敏等.煤炭資源科學采礦評價方法探討[J].煤炭學報,2012(4)

[9] 李東印,李化敏等.基于可拓論的科學采礦評價方法[J].采礦與安全工程學報,2013(1)

[10] 張金鎖,姚書志等.我國煤炭資源安全綠色高效開發研究綜述[J].資源與產業,2013(1)

(責任編輯 張毅玲)

未來10年中國現代煤化工可持續發展調研啟動

日前,中國石油和化學工業聯會組織的以“未來10年中國現代煤化工可持續發展”為主題的專項調研活動正式啟動。

為深入了解我國現代煤化工產業發展情況,給有關部門制定“十三五”現代煤化工發展規劃提供科學依據,中國石化聯合會決定開展此次專項調研活動。據了解,此次調研的重點為陜西、寧夏、內蒙古、新疆,調研組將深入研討上述省(區)現代煤化工的產業發展規模、產業布局、技術創新、水資源供應及環保等方面的問題和政策措施及建議。

Evaluation index system and standards of the safe,green and high-efficient mining of regional coal resources——taking Jurassic coal field in northern Shaanxi province as an example?

Zhang Jinsuo1,Zhang Wei2,Song Shijie3
(1.Yan＇an University,Yan＇an,Shaanxi 716000,China; 2.School of Management,Xi＇an University of Science and Technology,Xi＇an,Shaanxi 710054,China; 3.College of Geology&Environment,Xi＇an University of Science and Technology,Xi＇an,Shaanxi 710054,China)

Taking Jurassic coal field in northern Shaanxi province as an example,the evaluation index system and standards of the safe,green and high-efficient mining of coal resources in Jurassic coal field in northern Shaanxi province were structured,the evaluation index system and standards included 3 subsystems,16 evaluative features and 46 evaluation indexes.The evaluation criterions of each index were analyzed and determined,which provided effective decision basis for making safe,green and high-efficient mining pattern and path of the mining area＇s coal resources scientifically.

coal resources,safe and green and high-efficient mining,index system,standard

TD822

A

張金鎖(1962－),男,陜西鳳翔人,教授,博士生導師,延安大學校長,研究方向:資源經濟與管理。

國家軟科學研究計劃項目資助(2013GXS4D151),陜西省軟科學研究計劃重點項目資助(2012KR2－01),陜西省軟科學研究計劃項目資助(2014KRM86),西安科技大學哲學社會科學繁榮發展計劃項目(2013SY03)