隴東地區煤炭資源開發利用協同發展中的若干問題研究

楊峰峰，張巨峰，王海暉，楊日麗

(1.隴東學院 能源工程學院，甘肅 慶陽 745000； 2.中國科學技術大學 火災科學國家重點實驗室，安徽 合肥 230026)

隴東地區位于甘肅省東部的平涼和慶陽兩市，在鄂爾多斯盆地的西南部，地處甘肅、寧夏和陜西三省交匯處，煤炭、石油、天然氣等資源非常豐富。2014年，國家能源局批復《隴東能源基地開發規劃》，當前，正在打造國內領先、國際一流的現代化綜合能源基地；甘肅省“十四五”規劃中也明確指出，要加快隴東煤炭綠色開發利用及轉化基地建設，服務保障國家能源安全，打造甘肅重要經濟增長極。甘肅省煤田主要分布在中、東部，現已開發的煤炭資源集中在中東部的平涼華亭、白銀和蘭州，慶陽地區正在建設的大型現代化礦井是未來10年的主要增長極。平涼市華亭礦區，分布于陜甘寧盆地的西南邊緣，地質條件較好，目前預測煤炭地質儲量在650億t以上，已探明97.26億t，保有儲量26.8 億t，主要為動力煤和氣化煤[1]。慶陽轄區煤炭預測儲量達2 360億t，煤層氣資源預測儲量1.358 8億m3，煤炭資源占到全省的94 %以上，埋深1 000 m以淺的D級煤炭預測儲量高達190億t，煤種為低灰、中硫、中高熱值的低變質長焰煤，是優質的動力用煤[2]。

1 融入開發新理念

謝和平院士等[3]基于煤炭科技革命的科學基礎和技術演進趨勢，宏觀地提出煤炭開發利用一體化、礦井建設與地下空間利用一體化、煤基多元清潔能源協同開發和煤炭潔凈低碳高效利用四大新理念，為隴東地區的煤炭開采和利用提供了新理念和新理論。在人與自然和諧相處的新時代，應該以最小的代價科學地獲取最大化的自然資源，以技術變革為手段，提高煤炭開發利用的科學化水平和價值最大化。現如今，以智能化、安全、綠色為特征的煤礦開采方式成為新趨勢，并由此形成的可持續發展現代化煤炭工業技術體系，將為經濟和社會發展提供能源支撐[4]。

隴東煤炭主要分布在平涼和慶陽兩地，在小礦井關停和資源整合后，多集團、多點式、“各自為政”的開采模式必然不利于煤炭開發及利用。因此，應對隴東地區煤炭、石油、天然氣及新能源等資源與地區經濟、社會特征融通，做好協同發展規劃，在先進理念指引下，著眼于未來，將智能、安全和綠色生產技術融入煤炭全產業鏈條發展模式中。在智能化發展過程中，加大科技投入，利用或研發智能化成套裝備取代自動化裝備，實現煤炭生產系統的智能化、無人化。在安全生產技術上，應該對隴東地區煤礦災害進行全方位普查，形成災害風險評估表，在協同安全開采技術上加大投入并集中攻關，尤其是以該地區最為嚴重的水害和沖擊地壓為突破口，解決礦井開采過程中的“卡脖子”技術，形成一批重大科研成果，在不破壞當地水資源的情況下，實現礦井“協同開采、協同安全”的目標。在綠色生產方面，應吸取破壞生態環保的經驗教訓，避免先開采、破壞到再治理的模式，多考慮煤與其伴生資源的協同開采和清潔利用技術。

2 區塊鏈技術的應用

2.1 區塊鏈技術

2019年10月，習近平總書記在中央政治局第十八次集體學習時強調，要把區塊鏈作為核心技術自主創新的重要突破口，加快推動區塊鏈技術和產業創新發展，積極推進區塊鏈和經濟社會融合發展[5]；要推動區塊鏈底層技術服務和新型智慧城市相結合，探索在信息基礎設施、智慧交通、能源電力等領域的應用[6]。2020年4月，國家發改委首次將區塊鏈納入新技術基礎設施范圍，可以預見，區塊鏈技術很快迎來爆發式的發展[7]。科技的快速發展使區塊鏈技術同人工智能、大數據、物聯網、虛擬現實等新技術一起被提升到國家發展的戰略層面上，正在迅速向社會各行各業滲透且被應用，勢必會對經濟和社會發展形式產生重要影響[8]。

區塊鏈作為一種新生的科學技術，是基于時間順序來組織數據區塊，不同區塊間按序列形成鏈條的數據結構，并采用這種數據結構來建構數字賬本，該賬本中存放的是交易信息，具有自己獨特的特點及優勢[9]。當前，科技變革驅動著5G、大數據和云計算等技術平臺層級逐漸向區塊鏈這一底層技術層級轉變，通過區塊鏈技術來實現與實體互融、與萬物互聯的目標[10]。

2.2 區塊鏈在煤炭開發利用中的應用

根據國內外能源發展趨勢及安全環保問題，單一的煤炭開發及利用模式與新時代發展理念產生沖突，未來的能源發展結構必將向多元化的方向轉變，隴東煤炭資源的開發利用路徑必然要提檔升級，打破“資源詛咒”，只有這樣才能在全國及“一帶一路”沿線國家占有一席之地，才能為區域經濟和社會發展做出應有貢獻。基于此，隴東煤炭開發及利用過程中必須融入新理念、新技術、新裝備，打造現代化的煤炭開發及利用基地，不僅需要大數據、人工智能、物聯網和云計算等技術，更要將區塊鏈技術融入煤炭開采全過程和利用全流程，實現不同技術層級的數據互通共享、協同分析。目前，隴東地區交通不便、資金投入不足、思想意識較落后，應避免簡單粗暴的開采方式和由此帶來的生態環境破壞，隴東地區煤炭主要是動力煤、氣化煤(亞洲地區最好的氣化煤)，應以先進的開采理念為指引，將潔凈煤開采技術、煤的氣化、煤發電等技術融入開發利用的始終，以基地型、清潔型、互補型和集約化、數字化、標準化開發為主要發展路徑，合理利用區塊鏈技術和清潔能源技術及設備，做好西電東輸，基于區塊鏈技術的特點搭建煤炭貿易新平臺，服務煤炭開發和利用，在降低碳排放強度和環境監測等方面發揮其應有作用。

與此同時，與隴東地區實際相結合，建構基于煤炭、石油、天然氣、新能源和可再生能源協調發展的多元化能源供給聯合體，利用區塊鏈的獨特優勢，解決當前存在的“信息孤島”問題，在P2P交易、能源金融、碳交易及能源綜合管理等方面助推隴東煤炭企業發展新機遇，使其與區域經濟和社會發展良性互動，為實現煤炭行業智慧化發展和健全煤炭行業生態做好技術支撐[11]。

3 煤炭開發及利用路徑

3.1 煤炭開采與生態環保協同發展

傳統的煤炭大規模、高強度開采方式對區域自然環境、農林業生產、生態環境和地層結構帶來了不同程度的影響，地表塌陷、空氣污染、環境惡化等問題突出，沒有將煤炭開采與生態環境治理有機協調。近年來，諸多學者對綠色生態開采的理論和模式進行了研究，以修復由煤炭開采造成的生態環境破壞。王金華等[12]提出了煤炭近零生態環境影響開發利用的理念，為未來15～30年的近零生態損害智能化無人化開采、近零污染物排放的清潔低碳利用提供了發展思路。吳群英等[13]提出了“1+4”的綠色可持續生態礦區建設思路，胡振琪等[14]針對煤礦區生態環境與社會問題，提出煤礦生態環境“邊采邊復”理念。因此，在隴東能源基地開發和建設初期，要吸取經驗教訓，在充分論證的基礎上提出科學、合理的煤炭開采和利用方式。

隴東地區豐富的煤炭資源，在開發利用過程中勢必會對生態環境造成或多或少的影響；如核桃峪煤礦開采煤層屬于特厚煤層，且距煤層頂板100 m左右有強含水層，在開采過程中必然會破壞頂板巖層的完整性，進而形成導水通道，含水層中的水滲入采空區或工作面，給煤炭安全開采帶來嚴重影響。隴東地區生態比較脆弱，且水資源的重要性遠高于煤炭，因此，更應做好煤炭開采規劃、水資源保護與利用工作。也就是說，類似于核桃峪煤礦實際條件的礦井，煤炭開采不能以破壞水資源為代價，應當在科學合理開采煤炭資源的前提下，采用“綠色開采”、“保水開采”和“精準開采”等理念作為指導，可以利用采空區將強含水層的水資源加以儲存和利用，以解決煤炭開采與水資源保護的矛盾[15]，也可以充分利用充填開采等綠色開采技術，使采動裂隙在采后自動閉合或不至于貫通含水層，防止頂板水滲透到開采空間破壞地下水資源。不管如何，煤炭資源的開發利用必須要在生態環境可承載能力范圍內進行煤炭開采，并使用最新技術和裝備降低對生態環境的破壞。在綠色礦山建設過程中，要將礦山生態、資源環境、經濟和社會環境、人文環境有機結合，做到采礦與生態環境協調統一[16]。根植煤炭近零生態環境影響開發利用的理念，將保水開采、綠色充填和智能采礦等技術有機結合，避免造成開采沉陷、煤層頂板水的浪費和煤矸石帶來的破壞，防止出現因開發利用所導致的先破壞、再治理現象。

3.2 發展循環經濟

在能源安全、資源危機與生態破壞的嚴峻形勢下，將煤炭開采與環境作為整體進行研究，發展綠色循環經濟對提升工業生態效率和降低生產過程中煤炭資源投入、廢棄物排放和環境破壞非常有利[17]。要緊密結合區域產業布局特點，促進循環經濟園區的建設，在煤炭清潔利用上加大投資、研究。如山西大同煤業集團塔山循環經濟工業園區，建成了一個煤礦、八個工廠和一條鐵路的循環經濟發展模式，有著顯著的經濟和生態效益[18]，應借鑒其先進理念和經驗并加以利用。建構煤—電與風—電，煤—化工與石油—化工、煤—建材與巖石—建材之間有效整合融通的體系，與互聯網+等技術建構煤炭資源—綠色生產—清潔利用—消費—再生資源的經濟循環發展和社會服務產業鏈，利用現有的煤制甲醇企業、煤發電技術，用最少量的煤炭資源換取最大化的資源開發及利用率，促使隴東地區工業化水平得到質的提升。在發展經濟過程中解決社會就業、生態環境等問題，并與慶陽紅色革命老區旅游資源統籌，借助區位優勢和生態特色，提升旅游業的發展。

3.3 清潔利用

我國煤炭清潔高效利用在技術層面上已經得以實現，煤炭潔凈高效利用完全可以實現，并被大量實踐所證明[19]。劉峰等[20]系統梳理了節能環保、潔凈煤技術等領域取得的成就，圍繞安全綠色智能開采和清潔高效低碳利用的目標，從基礎理論研究、重大技術創新示范到先進適用性技術推廣應用，為今后煤炭發展方向提供了指導意見，他認為在煤炭分質利用、液化及高端化工品制備、煤炭產品質量精準調控等重點領域應當加緊科研攻關。童健活[21]從提高原煤入洗率、清潔高效燃燒技術、燃煤煙氣的凈化、利用方式、分質和提質利用、發電等方面提出了清潔高效利用的途徑與措施。許浩等[22]認為煤炭地下氣化能夠起到煤炭潔凈化利用和低碳能源資源保障兩大作用，將成為清潔高效現代能源體系發展的重要領域。孫旭東等[23]著眼于煤炭未來10～15年的潔凈煤技術與產業發展，形成引領世界的煤炭清潔高效利用與轉化的新興產業，對推動構建綠色低碳、安全高效的能源體系有重要作用。岑可法[24]從煤炭高效發電、分級分質利用、CO2捕集封存和轉化利用、發電、智慧能源等角度分析了煤炭高效清潔低碳利用方向。煤炭低效、粗放開發利用對生態、氣候變化造成了嚴重影響，無法適應新時代發展理念，因此，諸多學者對煤炭高效清潔利用進行了深入研究并取得了一定成果。據測算，煤炭消費產生的二氧化碳排放量占化石能源消費產生的碳排放總量的75 %左右，在今后一段時期內，煤炭作為我國兜底保障能源的地位和作用難以改變，二氧化碳排放要在2030年前達到峰值，2060年前實現碳中和，就必須對煤炭全生命周期碳排放總量、減排路徑進行研究[25]。

隴東地區煤炭資源稟賦特點和當地生態脆弱特性決定了煤炭不僅要堅持清潔高效利用，更要建設與區域經濟和社會發展相協調的特色發展模式。從全產業鏈條及能源開發利用上下游的角度綜合考慮、系統謀劃，以煤化工等項目為示范點建成與區域企業聯動、聯用的產業集群，建設現代化的煤電供應基地，由于隴東地區煤炭主要是動力煤，是很好的發電用煤，與甘肅省“十四五”規劃中涉及的“隴東—山東±800 kV特高壓直流外送工程”相吻合，這樣一來，不僅解決了煤炭運輸問題，避免了煤炭運輸過程中造成的環境污染，也極大地推動了地方經濟的發展。在工業發展的同時，勢必會帶動當地農業、林業等第一產業和服務業、交通運輸業、通信業等第三產業的大力發展，新的科學技術與經濟發展將會促進當地社會發展的變革，如果能夠有效利用煤炭清潔高效加工技術及裝備，做好煤炭高效轉化利用，不斷挖掘和發展與其相關的其他優質能源，對于提升能源利用效率和環境保護具有重要的意義。

4 現代采礦業產業人才的培養

時至今日，煤炭行業發展成績顯著，智能化、無人化發展態勢強勁，具備單一知識結構的礦業人才已不能適應智能化礦井的建設和發展。近年來，煤炭主體專業畢業生不愿去煤礦企業就業，加之企業自身環境條件、人才評價不合理、用人機制和收入分配機制不健全，致使煤炭企業人才流失很嚴重，這就導致了企業人才緊缺的局面。與此同時，我國煤炭開采條件逐漸復雜化，在煤礦智能化建設和發展過程中，隴東地區煤炭開采面臨沖擊地壓、煤自燃、水害、高溫熱害等威脅，在發展循環經濟和清潔利用的同時，也急需要大量科技人才，才能做好煤炭的智能、安全和綠色發展，這就要求我們應該加強產學研結合和多學科人才培養，尤其是高層次人才的培養，快速開展人才儲備[26]。在國家級區域(西北)救援中心建設的同時，也要盡快籌建西北救援中心隴東分中心，培養和引進相關專業人才計劃應盡早出臺，為區域應急救援體系的建設和保障隴東能源基地開發具有重要意義。

隴東學院地處隴東能源基地核心區，立足于煤炭、石油等建設了多個相關專業為地方經濟發展服務，但與社會需求還有一定的差距。區域內的高校及科研院所是企業的“外腦”，雙方要科學謀劃、超前布局，本著互利互惠、資源共享、共同促進的目的，抓住隴東能源基地大力開發和建設機遇期，構建“政—產—學—研—用”一體化的人才培養體系，不斷加強科研攻關和成果轉化，保證人才培養和科研攻關同步進行、動態調整，培養既懂開發、生產工藝又具備自動化研發或應用的復合型人才[27]。

就煤炭企業自身而言，2017年煤炭企業自動化專業人員所占比例為1.3%，多數企業不具備信息化技術人才[28]，隨著大數據、人工智能、機器人等高精尖技術的不斷應用和對人才需求的不斷增加，煤炭企業對技能化、復合型人才需求更為迫切。在智能化應用過程中，依然面臨智能設備不會操作，采集的數據不會分析、存在的問題不會解決、新技術的功能不能發揮等問題。這就促使煤炭企業應該完善用人機制和待遇，重視和尊重人才，在大數據、人工智能等新技術爆發式增長階段，要吸引既熟悉煤礦開發利用業務又懂新技術的專業人才到專業崗位上，并利用專業人才培養自己的基層人才隊伍，不斷壯大煤炭產業工人的規模和提升人才質量，才能有效推動兩化深度融合。

5 結論

近年來，隨著我國煤炭領域理論研究、技術創新的不斷發展，煤炭行業在化解過剩產能、優化生產結構和轉型升級方面取得了實質性進展。當前，生態文明對煤炭綠色開采與利用提出了更高要求。隴東煤炭資源開發過程中，需要加快形成安全綠色智能開發和清潔高效利用技術體系，通過工業發展不斷帶動當地服務業的發展；在吸收引進人才的同時，利用地方高校培養既懂開采、生產工藝又懂新技術的復合型人才，對促進隴東能源基地建設和區域經濟發展具有重要意義。