南非煤炭工業發展趨勢

畢 瑩

(應急管理部信息研究院，北京市朝陽區，100029)

南非煤炭資源儲量豐富，英國石油公司(BP)2020年《世界能源統計》顯示，截至2019年底，南非煤炭資源可探明儲量為9 893 Mt，占世界煤炭總儲量的0.9%。在2019年列出的25個煤炭主要生產國中，儲量排在第12位，按照目前的開采速度，足以支撐該國未來39年的煤炭產量。南非是世界第七大煤炭生產國和第五大煤炭消費國和出口國，2019年南非煤炭產量為254.3 Mt，占世界煤炭總產量的3.1%；煤炭消費量為3.81 Ej(約為185.76 Mt)，占世界煤炭總消費量的2.4%；出口量為2.20 Ej(約為107.26 Mt)，占世界總出口量的6.2%[1]。

目前，南非政府正努力實現能源多樣化，但煤炭仍然是南非主要的初級能源，提供了該國約72%的一次能源需求。因此，在可預見的未來，煤炭仍將在南非國民經濟發展中發揮重要作用。

1 煤炭資源分布

南非煤炭資源分布極不均衡。盡管共有19個煤田，但煤炭開發活動主要集中在4個煤田，分別為威特班克煤田、弗里尼欣-薩索爾堡煤田、海維爾德煤田和埃利斯拉斯煤田，其煤炭產量分別占到全國煤炭產量的55.12%、19.11%、15.41%、8.46%。其余15個煤田產量之和占全國總產量的1.91%，各煤田的產量均不足全國總產量的1%。與其他國家相比，南非的煤炭礦床相對較淺，煤層較厚，適合較淺的地下和露天開采作業[2]。南非煤炭的發熱量為3 872～7 481 kcal/kg，平均值為6 053 kcal/kg；灰分為11%～40%，平均值為18.5%；水分為0.9%～11.4%，平均值為4.08%；硫分為0.5%～1.99%，平均值為1.09%。

由于南非在產煤礦的開發時間較早，礦業公司占有的煤炭資源較為優良。未來開發的煤炭資源的煤質會有所下降，且受限于基礎設施，其開發難度也會相應增加。

2 煤炭在能源消費中的地位和作用

2.1 煤炭在一次能源消費中占有重要地位

南非的能源以煤炭為主，煤炭儲量豐富，價格低廉，是世界上能源開采成本較低的國家之一。近40年來，煤炭一直在南非能源結構中占主導地位，如圖1所示。煤炭對南非能源經濟的重要性，主要歸因于其豐富且低成本資源的可得性以及國家對低成本電力生產和能源密集型采礦業的支持。

數據來源：BP世界能源數據統計2020

近年來，南非越來越重視應對氣候變化的義務，正逐步改善其能源結構，逐漸從傳統能源轉向可再生能源，計劃到2025年清潔能源占比達到30%。南非能源部2010年版的《綜合電力資源規劃》要求，到2030年，南非火力發電裝機容量比例將下降到48%，可再生能源發電(不包括水力發電)比例上升到14.5%，而排名第3的核電比例達到13.4%。但是由于煤炭的合適替代品相對缺乏，以煤炭為主要能源的情況在南非未來20年內不太可能發生變化[3]。

2.2 煤炭開采業對經濟發展有重大貢獻

南非煤炭生產支持了該國的各種行業。2019年南非的煤炭在各個行業消費占比如圖2所示。發電占62%；其次是石化行業，占23%；再次是一般工業，占8%。

圖2 2019年南非煤炭在各個行業消費占比

2018年，南非煤炭開采業對其國內生產總值(GDP)的貢獻為3 560億蘭特(約為213.81億美元)，高于2017年的3 350億蘭特(約為201.2億美元)。煤炭行業就業人數為86 919人，占礦業就業總人數的19%。煤炭工業間接創造了16萬個工作崗位，主要是在運輸和倉儲部門。考慮到整個地區的依存度，南非大約有240萬人依靠煤炭行業謀生[4]。

2.3 未來20年南非逐漸降低煤炭在能源結構中的比重

國際能源署(IEA)發布的2019年《非洲能源展望》報告指出，南非將關停發電廠約為35 GW(目前運行的42 GW)燃煤發電廠，并在2030年之前降低煤炭在南非工業和發電中的地位，提高可再生能源和天然氣在能源結構中的比重，計劃在2030年之前由可再生能源和天然氣提供至少20 GW的額外電力[5]。

南非《國際核應急規劃2010-2030》(IRP)預計，到2030年，新增核電裝機容量將達到9 600 MW。該規劃旨在減少南非對煤炭和柴油等化石燃料的主要依賴，并在20年內實現國家能源結構的多元化，使可再生能源產量達到41.8%，水力發電產量達到6.1%。

到2040年南非將逐步降低煤炭的能源需求量，預計需求量降到60 Mtoe，如圖3所示，并逐步提高石油、天然氣、水力、生物質能及其他低碳能源的需求量[6]。

圖3 南非一次能源需求和GDP預測

3 煤炭生產

南非煤炭資源賦存條件極好，地質條件簡單，斷層、褶曲、陷落柱等構造少，煤層埋藏淺且大多呈近水平、賦存穩定，煤炭儲量中有96%埋藏深度不到200 m，煤層厚度超過2 m的儲量約占80%，因此南非煤炭礦床相對較淺，煤層較厚，適合較淺的井工和露天開采作業。但是近幾年南非優質資源枯竭的問題日益突出，煤炭儲量遞減、煤炭品質下降以及開采成本增加。礦業公司需要尋找其他更經濟有效的方法來開采盆地中更深、質量較差的煤層。

南非井工煤礦主要采用房柱式采煤方法和長壁采煤法，生產系統簡單，主運輸采用帶式輸送機，輔助運輸采用無軌膠輪車。煤礦使用安全監控設備，對瓦斯、設備狀況等進行監控，但由于災害威脅較小，安全監控系統比較簡單。南非煤礦用人少，采煤機械化程度高，接近100%。

1991-2019年，南非的煤炭產量走勢和煤礦全員工效如圖4所示。近30年來，南非煤炭產量除2005年出現降低，僅為2.24億t外，總體走勢為穩步上升到趨于平穩，保持在2.5億t左右。

數據來源：南非礦業委員會、南非礦產能源部、歷年IEA煤炭信息報告

21世紀90年代初，南非煤礦的人員工效大幅增加，尤其是1991-1993年增加了近128%。勞動生產率的大幅提高主要是由于當時煤礦大量裁員和采煤機械化率提高，之后隨著南非煤礦采煤機械化率的提高和煤礦雇傭人數的緩慢上升，煤礦人員工效逐年下降，到2019年為2 743 t/人。

4 煤炭進出口

4.1 出口業面臨長期的、永久性衰退

南非是世界第七大煤炭出口國，煤炭是南非排在鉑、金之后第三大外匯來源。從2006年的6 870萬t增長到2015年的7 690萬t，南非煤炭出口年均增長2.6%。2006-2009年，全球金融危機影響下對歐洲市場的出口下降，南非煤炭出口量出現下滑。2010年，在亞洲市場需求增長和歐洲經濟復蘇的推動下，南非煤炭出口恢復了45%。南非2017年和2018年煤炭出口量分別為7 350萬t和7 650萬t，2019年煤炭出口量下降到7 568.6萬t。

2000-2019年，南非煤炭出口量占世界煤炭出口總量的百分比如圖5所示，2000年該比率為11%，是近20年的最高點，之后逐年降低，到2019年該比率為6.2%，是歷年來最低點。可見南非煤炭出口行業正面臨長期的、永久性的衰退。

數據來源：BP世界能源數據統計2020

南非主要向印度、巴基斯坦、韓國、斯里蘭卡、荷蘭等國家出口動力煤。2018年，南非煤炭出口國仍以印度為主，印度占全部出口的48%，導致南非的出口行業高度依賴于一個國家。在2019年上半年，這個數字上升到了60%。繼印度之后，巴基斯坦和韓國是2018年南非煤炭出口的第2和第3大出口目的地國。預計南非將在為亞洲提供煤炭方面發揮關鍵作用，到2020年共向亞洲出口動力煤5 600萬t，到2040年將穩步增加。

4.2 進口量逐年提高

依賴于該國的鋼鐵行業，南非的煤炭進口主要是煉焦煤。由于鋼鐵生產取決于國家的經濟表現，其煤炭進口的趨勢與該國鋼鐵生產的趨勢相似，因2009年經濟危機，煤炭進口量下降17.8%；隨后煤炭進口量一直保持在較低水平，直到2013年有所回升；2015年由于鋼鐵產量下降，煤炭進口量下降了16%；2019年煙煤和無煙煤進口量下降，其他煤炭進口量增速加快，致煤炭進口總量逐年提高，如圖6所示。

圖6 1992-2019年南非煤炭進口量

5 煤礦安全與職業健康

5.1 煤礦安全生產

南非的煤礦是世界上最安全的煤礦之一。目前，南非煤礦安全生產達到了世界先進水平，正努力實現煤炭生產零傷亡的目標。

南非煤礦行業提升其安全生產水平的核心方法是將礦工從危險的及具有潛在健康危害的工作面中解脫出來。政府負責監察和執行礦山健康和安全措施，并進行審查，以確保這些措施得到有效的遵守。嚴格的安全程序、健康和安全標準以及員工教育和培訓方案使得南非井工和露天煤礦的安全生產情況得到顯著改善。

南非在20世紀末才基本遏制重特大事故的發生。1961年，南非成立了煤礦工會，加強了安全管理，不斷提高煤礦機械化程度，使煤礦安全生產狀況逐步好轉；1993年，南非頒布實施了《職業健康與安全法》；1996年，南非制定了《礦山健康與安全法》，形成了較為完善的礦山安全法規體系；2002年，南非通過《礦山與石油資源開發法》。

從1989年到2019年的30年間，南非煤炭行業的死亡人數下降了87%，受傷人數下降了53.7%，如圖7所示。2019年每百萬工時死亡率為0.04，比1989年的0.52降低了92.3%；2019年每百萬工時受傷率為1.42，比1989年的3.50降低了64%。1994年以后，南非每年煤礦事故死亡人數基本控制在30～50人。2001年以后，南非每年煤礦事故死亡人數更是減少到20人左右。2013年至今，南非煤礦每年事故死亡人數降至10人以下。

來源：南非礦產能源部、南非礦產資源部、南非礦物理事會

2003-2019年，南非煤礦出現的事故類型主要為巖石崩落(冒落)事故、機械事故、運輸和開采事故、一般事故、電力事故(未引發火災)、爆炸事故、雜項事故(指定)、運輸事故(立井、暗井)、職業病、火災、塌陷(塌落)事故，如圖8和圖9所示。其中，受傷人數最多的事故是一般事故，其次是運輸和開采事故，巖石崩落(冒落)事故、機械事故、未引發火災的電力事故等；發生死亡的事故主要為運輸和開采事故、巖石崩落(冒落)事故、一般事故和機械事故。

資料來源：南非礦產資源能源部

資料來源：南非礦產資源能源部

5.2 職業健康

在南非，與煤礦開采相關的主要職業健康問題是粉塵導致的職業性肺病和噪聲導致的聽力損失。南非煤礦行業主要關注工作場所內外的員工整體健康和福祉。南非礦山健康與安全委員會提出了職業健康規劃方案，對健康風險的暴露進行分析、監測和管理，并采取預防措施，該方案有助于預防和減輕職業健康風險，提出員工之間關于風險和預防的溝通至關重要，同時還給員工提供了康復和重返工作的計劃[7]。

5.2.1粉塵導致的職業性肺病

南非法律明確要求煤礦企業進行粉塵采樣和使用抑塵技術。煤礦粉塵暴露是職業性肺疾病的危險因素，會慢性阻塞呼吸道，導致肺功能缺乏。幾十年來，南非煤炭行業的粉塵采樣一直是法律上一項強制性的要求。日常的防塵檢查在礦山運行中進行，并向礦產資源部報告粉塵。抑塵系統對于防止員工接觸到高于正常水平的粉塵至關重要。自20世紀60年代以來，南非煤礦公司一直在使用抑塵技術，在開發新的抑塵設備和技術方面一直走在世界前列；其連續式采煤機等設備是遠程控制的，包含高壓水噴霧系統和洗滌器等除塵技術。

南非煤礦職工配備個人防護裝備(PPE)。礦山作業采用連續通風措施，大量清潔空氣進入井下，稀釋了粉塵濃度，有利于改善工作環境。在2016年11月召開的南非職業健康與安全峰會上，南非礦業利益相關者一致同意，到2024年12月，其礦業作業環境95%的可吸入粉塵顆粒物暴露測量結果必須低于1.5 mg/m3(SiO2<5%)。

5.2.2噪聲

噪聲性聽力損失被認為是南非采礦業的主要職業健康風險。長時間暴露于超過85分貝的有害噪音中會逐步導致聽力喪失。聽力保護的重點是噪聲抑制(即在源頭處消聲)和心音保護。著重做到噪聲監測，以防止聲源暴露，提供個人防護裝備，并堅持做常規聽力測試。2014年，南非礦山健康與安全委員會制定了職業健康與安全目標，旨在消除聽力損失。

6 煤炭科技

6.1 煤炭科技體系健全

南非的煤層厚，埋藏相對較淺，更容易開采并且開采成本低。但由于近年來高質量煤炭儲量的下降，南非政府加大了升級開采技術的力度，最終延長了主要煤礦的壽命。現代煤礦開采技術的快速發展不但可以提高工人的安全生產環境，還可以讓煤礦規劃設計人員能夠有效地繪制礦井圖、監測礦體、更準確地跟蹤產量和生產率。

在20世紀50～80年代，南非礦山安全形勢非常嚴峻，每年礦井事故死亡人數都在千人以上。通過長期礦山隱患排查治理以及大力推廣應用新技術、新產品，南非礦山安全水平不斷提高，如今南非在礦山安全管理、安全設備技術開發、礦井救援、瓦斯抑爆、百萬噸死亡率等方面均居世界領先地位。

南非南部的煤礦機械化程度及生產效率都很高。提高礦山機械化程度有助于解決安全、成本和生產率等問題，如遠程遙控連采機。同時，南非煤炭公司發現并使用無粘合劑型煤技術，使煤礦能夠將廢棄的熱煤粉改造成具有較高價值的可移動、可使用的壓實型煤。這項技術給南非的煤炭行業帶來重大的經濟效益和改善環境的良好機遇。

6.2 煤炭科研體系

南非的科技體系主要由高等教育機構(23家)、科學理事會(8家)、其他科技工程研究機構與政府有關部門(35家)、商業研究機構(45家)和研究性質的非政府組織(約80余家)等構成。其中前3類主要由政府資助。

南非有8家國家級科研機構，其中涉及礦業領域的科研機構主要為：科學與工業研究理事會(CSIR)、地學理事會(CGS)、礦冶技術理事會(Mintek)、南非標準局(SABS)[8]。

7 煤炭工業發展前景

南非是一個煤炭和能源高度密集的國家，其經濟的特點是極度不平等和貧困。南非煤炭行業面臨著成本上升、能源安全風險增加、出口需求降低風險和本地需求增長緩慢等挑戰和危機。

未來南非煤炭開采仍有巨大的潛力，煤炭出口量預計增加35萬t，這可以增加約11 600人的就業機會，并使投資每年增加10%以上，達到200億蘭特(約為85.78億人民幣)。在南非國內需求方面，根據最新的國家綜合資源計劃，南非國有電力公司到2023年每年購買的煤炭將增加到139 Mt，然后在2033年回落到目前的水平，到2050年將減少到90 Mt。新增就業崗位約6 500人，額外投資13億蘭特(約為5.57億人民幣)。

在未來的幾十年時間里，以煤為基礎的電力將仍然是南非電力結構主要部分，如果能夠找到更清潔地開采、運輸和燃燒煤炭的解決方案，煤炭的作用仍然會繼續持續下去。如果煤炭行業采用先進的技術，在減少煤礦的碳足跡方面也將發揮潛在的巨大作用。