“雙碳”目標下煤炭企業綠色礦山建設路徑探究

高云飛，王 義，王國青，王一淑，劉海平，陳 靜，梁鼎成，吳鳳簫

(1. 國能神東煤炭集團有限責任公司，陜西省榆林市，719300；2.中國礦業大學(北京)，北京市海淀區，100083)

為應對全球性的氣候變化和實現綠色低碳發展，習近平總書記在第75屆聯合國大會一般性辯論上提出了我國的“雙碳”目標，即“力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。當前，我國以煤炭為主的能源結構沒有根本性改變，煤炭仍是我國能源安全的基石，并將在未來很長時間內發揮巨大作用[1-3]。煤炭企業的綠色礦山建設是“雙碳”目標實現的前提與關鍵[4-5]。

筆者從當前形勢下我國煤炭企業發展的前景入手，強調了綠色礦山建設與煤炭企業轉型升級間的關聯，旨在探究我國煤炭企業綠色礦山建設的可能路徑。

1 “雙碳”目標下我國煤炭企業發展的前景

我國的能源賦存特點決定了石油和天然氣消費高度依賴進口，能源供應安全風險居高不下。國家統計局發布的《中華人民共和國2020年國民經濟和社會發展統計公報》顯示，2020年我國全年煤炭消費量占能源消費總量的56.8%，雖與2019年相比下降0.9個百分點，但未來較長一段時間內煤炭依然是我國高碳能源結構的主力軍，扮演兜底保障的功能。實現“雙碳”目標，推動能源結構整體趨于清潔、低碳，對煤炭行業將產生深刻影響[3]。

煤炭行業不斷推動供給側結構性改革，以實現行業的高質量發展。“十三五”以來，煤炭行業不斷淘汰落后產能，建設先進產能。與2015年相比，2020年全國累積淘汰退出煤礦5 500處左右，退出落后產能10億t/a以上。隨著產業結構不斷優化，煤炭產能向資源稟賦好、開采條件優、生產成本低的中西部產煤區集中，煤炭產量穩中有升，如圖1所示。同時，煤炭企業戰略性重組步伐加快，神華集團與國電集團合并重組為國家能源投資集團，中煤能源兼并重組國投、保利和中鐵等企業的煤礦板塊，山西省戰略重組成立晉能控股集團，山東能源集團與兗礦集團聯合重組成立新山東能源集團，2021年這些煤炭集團的產量均超過2億t，全國煤炭產業集中度大幅提升。

圖1 “十三五”期間全國原煤產量情況

與此同時，煤炭行業積極響應國家政策，開啟綠色礦山建設之路。2016年前，原國土資源部公布的661家國家級綠色礦山試點名單中，111家為煤炭企業。“十三五”以來，綠色礦山進入規范發展階段[6]。2019年，由自然資源部礦產資源保護監督司指導、中國自然資源經濟研究院聯合有關單位編制的《綠色礦山建設評估指導手冊》正式發布，自然資源部將555家通過遴選的綠色礦山與398家原國家級綠色礦山試點單位合并納入全國綠色礦山名錄，其中煤礦新增111家。到了2020年，自然資源部印發《綠色礦山評價指標》和《綠色礦山遴選第三方評估工作要求》，新增了301家國家級綠色礦山，其中煤礦62家，使得國家級綠色礦山中煤礦的數量達到284家[7]。

在綠色開采方面，煤炭行業清潔生產機制不斷完善，推進了行業全面綠色轉型。充填開采、煤與瓦斯共采、無煤柱開采等煤炭綠色開采技術得到推廣，煤炭資源回收率顯著提升。選煤技術快速發展，千萬噸級濕法全重介選煤技術、大型復合干法和塊煤干法分選技術、細粒級煤炭資源的高效分選技術、大型井下選煤排矸技術和新一代空氣重介干法選煤技術成功應用。

煤礦區除了具有豐富的煤炭資源外，還有大量的土地、風和光等發展可再生資源的先天優勢，在碳中和目標要求下，煤炭企業大力發展太陽能光伏、風力發電等新能源發電技術，充分發揮煤礦區優勢，以清潔煤電為核心，與太陽能發電、風力發電協同發展，構建多能互補的清潔能源系統。

綜上所述，在“雙碳”目標影響下，煤炭行業將面臨新一輪調整與重組，并且根據我國煤炭資源的稟賦狀況，傳統的老煤炭生產基地將逐漸向北部及西部轉移，使老煤炭基地逐漸退出市場，跨省區之間的企業重組與融合將是未來發展的合理路徑選擇。同時，大力建設綠色礦山和加強煤炭綠色開采技術的研究與應用也將成為煤炭企業未來的發展方向。

2 建設綠色礦山是煤炭企業轉型升級的必由之路

2.1 綠色礦山建設是實現“雙碳”目標的途徑之一

當前，我國以煤炭為主的能源結構沒有根本性改變，煤炭仍是我國能源安全的基石，但在“雙碳”背景下，煤炭企業的綠色低碳轉型是高質量發展的必由之路。其中煤炭綠色開采就是重要途徑之一[8-10]。

煤炭開采端主要涉及高耗能和環境污染，如粗放式開采導致的高耗能、矸石污染、瓦斯排放等。目前煤矸石堆存量多達50多億t，是我國積存量和占用土地最多的工業廢棄物；同時，長期的煤炭開采導致礦區植被損毀、土地破壞和生物多樣性減少等嚴重生態問題。建設綠色礦山，就是實現礦山的資源利用高效化、開采方式現代化、采礦作業清潔化、礦區環境生態化等目標[11-13]。“十三五”以來，經過綠色礦山建設，原煤入選率、礦井水綜合利用率、煤矸石綜合處理率及井下瓦斯抽采利用率都有不同程度的提高，煤矸石及低熱值煤綜合利用發電裝機持續增加，土地復墾率持續提高，生態環境質量持續好轉，促進了礦區資源開發與生態環境協調發展。2020年，礦井水綜合利用率、煤矸石綜合利用處置率、井下瓦斯抽采利用率分別達到78.7%、72.2%、44.8%，比2015年分別提高11.2、8.0、9.5個百分點；土地復墾率達到57%左右，提高9個百分點；大型煤礦原煤生產綜合能耗10.51 kg標準煤/t，下降11個百分點；煤矸石及低熱值綜合利用發電裝機達4 200萬kW，增加900 kW，年利用煤矸石達到1.5億t。

2.2 “雙碳”目標下煤炭企業綠色礦山建設的新要求

“雙碳”目標下煤炭企業綠色礦山建設的新要求主要體現在煤炭開采工藝過程中的節能和減排環節，如煤炭井下分選[14]、地源熱泵利用[15-16]、瓦斯利用[17]等。

(1)煤炭井下分選。為了提高煤炭質量，原煤需經過分選，并伴有煤矸石產生。煤矸石作為副產品，除少量用作發電燃料以外，多數被作為固廢堆放或運回井下實施充填作業。采用煤炭井下分選，使矸石在井下實現就地充填，既可以實現清潔生產，解決了矸石運輸成本的問題，又間接提高了煤礦的開采效率。

(2)地源熱泵利用。煤礦中的回風和礦井水含有大量潛在的地熱能，通過地源熱泵技術，將低品位地熱能進行利用，可部分替代傳統空調和燃煤鍋爐，用于夏天制冷和井筒防凍、生活取暖、熱水洗浴等；從而將綜合利用余熱、余壓等地熱能的先進節能技術和裝備應用到煤炭開采的各個環節，達到節能減排和煤礦資源綜合利用的目的。

(3)瓦斯利用。煤炭開采過程中往往伴有大量瓦斯排放，易發生安全事故，并且瓦斯直接排放到大氣中，又與當前“雙碳”目標相違背。將瓦斯抽采至地面并用作燃料或化工原料的技術，不僅有利于礦井安全生產，更能減少碳的排放。針對不同的開采煤層瓦斯，通過智能抽采、高效抽采技術的應用，加大對低濃度煤礦瓦斯的抽采、濃縮提純技術和低濃度煤礦瓦斯發電技術等的研究及應用，大幅提高低濃度煤礦瓦斯利用效率。

3 “雙碳”目標下煤炭企業綠色礦山建設路徑

圍繞綠色礦山的建設目標，以“雙碳”目標下綠色礦山建設的預測結果為指導，圍繞礦區和諧發展、清潔生產工藝升級、礦山生態治理和加強科技支撐4個方面，提出以下基于碳達峰、碳中和的綠色礦山建設路徑。

3.1 大力加強科技支撐力度

(1)加強科技創新投入，推進智能礦山建設。開展自動化、智能化、網絡化、系統化等應用，優化簡化系統，退出高耗能、高污染煤炭項目；煤礦所需物資、設備、輔助積極采用新能源或地熱等低碳技術。實現薄及中厚煤層智能化采煤工作面無人化，智能掘進工作面用工控制在5人以內，逐步推進100%井工煤礦實現智能化，100%采煤工作面實現智能化，100%掘進工作面實現智能化，100%固定崗位實現無人值守，100%選煤廠實現智能化，100%主要災害實現精準預警，100%通風系統實現遠程控制，100%實現5類機器人全覆蓋。

(2)引進先進設備與人才，探索發展節能低碳的新能源與新技術。按照“煤礦采煤沉陷區生態治理+光伏發電+生態農業+礦井水利用+氫能+儲能+其他”綜合立體循環開發思路，探索有關清潔能源發展利用+儲能技術、生態+新能源+X的創新建設與能耗雙控和碳達峰、碳中和技術研究。結合高效供暖項目、新型熱管乏風余熱回收利用項目、造林項目和光伏項目，積極參與國家核證自愿減排項目(CCER項目)，助力煤礦區綠色礦山發展。

3.2 重點加強清潔生產工藝升級

(1)提升采出率、選礦回收率，加強清潔生產。發展綠色開采工藝，積極推廣無煤柱回采工藝，進一步推廣應用范圍。針對薄煤層開采數量逐漸增加情況，引進國外高效薄煤層掘錨機、配套薄煤層錨運破一體機和大跨距橋式轉載機，形成薄煤層高效掘進系統，最大限度減少割巖量、減少掘進能耗。推進礦井采掘設備變頻改造、變頻永磁同步電機替換，降低設備耗能，積極研發引進刮板輸送機自動調速。

(2)推動清潔低碳能源替代。針對主要碳排放設備和工藝排放統計情況，開展開采、掘進、運輸、通風、排水、選煤清潔低碳能源替代工作。包括但不限于運輸環節電動車輛、純電自卸礦卡、氫能重卡等示范和應用；探索實施其他生產及輔助環節電能替代和分布式“綠電”使用；推動礦區集中供熱，因地制宜實施燃煤鍋爐電能或清潔能源替代。推廣余熱能源回收，因地制宜推廣新型熱管回收礦井乏風余熱，天然氣鍋爐用于風井等用熱量較大的分散場所采暖。

(3)提升礦產資源綜合利用率和廢棄資源回收率。提高礦井水、煤矸石、沉陷土地、瓦斯等伴生資源的綜合利用，推進煤矸石充填與資源化轉化利用、礦井水的高效處理運行利用技術與工程實踐。加快推進煤矸石覆巖離層注漿或井下充填項目，采掘矸石井下充填率實現100%。

3.3 持續推進礦山生態治理

(1)強化礦井水處理及利用。建立以去向為主線的水量、水質管理模式，以解決礦區水資源節約、環保達標、生態產業發展等問題。在礦井水存儲方面，建成具有存放一年以上涌水量能力的井下水庫或采空區水庫，確保地面出現處理、排放或利用問題時，能在井下貯水，從而確保環境安全。在礦井水凈化方面，對礦井水進行深度處理，處理后水質達到《地表水環境質量標準》GB3838-2019中的Ⅲ類標準。在礦井水利用方面，對礦井水及生活污水進行灌溉利用，利用率達到100%。

(2)強化煙氣和粉塵治理。分散區域采用新型熱管換熱技術，全面替代在用的燃煤鍋爐，解決鍋爐煙氣超標超總量排放的環境風險。新建封閉環保儲煤場和物料堆場封閉改造，粉塵和揚塵污染治理率達到100%。

(3)強化噪聲處理。對廠界噪聲進行降噪，噪聲排放達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》GB12348-2008規定二類或三類標準。

(4)推進塌陷區治理、露天排土場復墾綠化，大力建設生態林。一方面，進行自然恢復和保護，采取人工封禁措施，撒播草籽，進行自然恢復；另一方面進行人工修復與營造，采取林草措施，種植樟子松、油松、楊樹、山杏、紫穗槐和檸條等適生樹種。其中，主要栽植喬木分為兩部分，經濟林和生態林，經濟林主要包括杏樹、桃樹、棗樹、海紅果、蘋果樹等，生態林主要包括樟子松、油松、云杉等；主要栽植灌木為沙棘。

(5)推進生態光伏產業。發展基于生態+光伏的節水灌溉系統，實現節水灌溉、智能化灌溉，有灌溉的區域全部選擇經濟作物。發展以光伏發電為主的可再生能源綜合供給體方案，研究抗沉陷光伏電站技術，破解25年沉陷穩定問題。

(6)提高瓦斯利用效率。針對不同的開采煤層瓦斯，研究智能抽采等瓦斯高效抽采技術。研究低濃度煤礦瓦斯濃縮提純技術和低濃度煤礦瓦斯發電技術等，提高低濃度煤礦瓦斯利用效率。

(7)建設零碳礦區示范工程。通過大力發展可再生能源、替代燃煤鍋爐、增加碳匯等手段大幅減少煤礦的二氧化碳排放，逐步實現用電零排放、用熱零排放、光伏中和瓦斯逃逸排放量的“零碳礦井、零碳礦區”。

3.4 全面提升礦區內外和諧發展

(1)推進煤炭生產區域的環境保護設施建設。加大綠色礦山發展投入和社區投入，推進礦區基礎設施配套建設，發展沉陷區設施農業，推進機械化、設施化、自動化、智能化、節能低碳的現代農業，如太陽能型溫室為主的設施農業。按照城市、礦企一體，適度超前、共建共享的思路，推進交通、供電、供水、管網、通訊、消防、減災等礦山基礎設施的規劃建設，推進交通、水利、通訊、環衛等基礎設施向周邊社區的延伸，實現礦區和城市基礎設施的對接和共享。

(2)轉變環保理念，提升公眾資源開發活動的參與程度。通過電視、廣播、報紙、公眾調查等傳統媒體和短視頻、公眾號等新媒體渠道讓公眾參與到綠色礦山發展中來；一方面讓公眾了解并掌握發展綠色礦山的現實意義和深遠意義，另一方面對企業在發展綠色礦山過程中實施的各項措施、工程進度等進行監督，充分表達意見和建議，提高礦山企業和有關人員發展綠色礦山的積極性和自覺性，推動綠色礦山發展。

4 結語

“雙碳”目標對煤炭行業是挑戰與機遇并存，在實現煤炭高質量發展的同時，應搶占新能源主陣地。煤炭行業建設綠色礦山是實現“雙碳”目標的重要路徑，綠色礦山中推進節能降耗、推廣清潔生產工藝、加大礦山土地復墾本身就是煤礦碳減排的重要方面。綠色礦山是綜合考慮資源開發利用和生態環境影響的現代礦山建設模式，構建綠色礦山，就是實施礦山企業的清潔生產及其伴生的綠色技術體系。煤炭企業基于碳達峰、碳中和的綠色礦山建設路徑應該圍繞科技支撐、清潔生產工藝升級、生態治理和礦區和諧發展等4個方面全面開展。