印度露天煤礦發展研究

倪 坤，劉 闖，李浩然

(應急管理部信息研究院，北京市朝陽區，100029)

我國露天煤礦的發展需要借鑒國外主要露天煤炭開采國家的經驗和做法，印度煤炭資源總量位列世界第5位，大部分煤炭資源適合露天開采，是世界第二大煤炭生產國和消費國，且95%以上的煤炭產量來自露天開采。為滿足10多億人口的用能需求，印度利用煤炭資源的賦存優勢和露天開采的規模優勢，持續擴大國內煤炭產量，已成為僅次于我國的第一大露天煤炭生產國。同時，印度在開采裝備制造、開采工藝改進、法律法規制定實施等方面均取得了良好成效，研究印度露天煤礦發展，可為我國露天煤礦實現高質量發展提供借鑒。

1 印度煤炭資源儲量及分布特點

1.1 露天煤炭資源儲量十分豐富

印度位于南亞次大陸中部、印度板塊中心部位，地質構造框架清晰，北部為喜馬拉雅褶皺帶，中、南部為印度半島克拉通，之間為山前坳陷。根據廣泛出露的前寒武紀變質巖系的差異，印度半島克拉通可劃分為7個次級克拉通。印度大多數煤炭資源發育在印度半島克拉通的辛格布姆和布海因達拉克次級克拉通[1-5]，且印度大部分煤炭資源的賦存條件較為簡單，煤層厚度較大、埋深較淺，非常適于露天開采，煤炭資源的露天開采占有絕對優勢，95%以上產量都來自于露天開采[6-7]。

根據印度官方公布的統計資料，近年來探明煤炭資源量逐年上升，截至2020年4月1日，硬煤資源總量為3 440.21億t，比2018年增加了7.83%，其中探明儲量1 634.61億t，比2018年增加了9.86%，占硬煤資源總量的47.5%，比2018年增加了0.87個百分點；顯示儲量1 503.92億t，占硬煤資源總量的43.7%；推測儲量301.68億t，占硬煤資源總量的8.8%。褐煤資源總量為460.19億t，比2018年增加了0.78%，其中探明儲量67.88億t，比2018年增加了3.78%，占褐煤資源總量的14.75%，比2018年增加了0.43個百分點；顯示儲量262.37億t，占褐煤資源總量的57.01%；推測儲量129.94億t，占褐煤資源總量的28.24%[6-7]。

1.2 露天煤炭資源分布較為集中

印度露天煤炭資源按含煤區域分布：硬煤資源主要位于貢達瓦納煤田，其賦存量約占硬煤資源總量的99.5%，其余屬于第三系煤田；褐煤資源的80%分布在奈維利煤田。

按行政區劃的分布：印度硬煤煤炭資源主要分布在奧里薩邦(Odisha)、賈坎德邦(Jharkhand)、恰蒂斯加爾邦(Chhattisgarh)、西孟加拉邦(West Bengal)、中央邦(Madhya Pradesh)、特倫甘納邦(Telangana)等地；褐煤煤炭資源主要分布在泰米爾納德邦(Tamilnadu)等地。2021年硬煤和褐煤煤炭資源按行政區劃的分布如圖1所示[6-7]。

圖1 2021年煤炭資源按行政區劃的分布

1.3 露天煤炭資源賦存條件較好

印度煤炭主要賦存于晚古生代二疊紀(一般稱為貢達瓦納煤田)和第三紀，這與歐洲和北美大部分重要煤礦床賦存于石炭紀地層中有所不同。印度煤炭資源分布具有以下特點：一是晚石炭世-二疊紀的貢達瓦納煤炭資源量占統治地位，主要分布在印度半島東部和中南部的時代較老的貢達瓦納地層組內的27個主要煤田內；二是第三紀煤炭占比很少，其產區集中在印度東南部。

印度大部分煤炭資源埋深位于300 m以淺，適合露天開采。2021年不同埋深煤炭資源占比如圖2所示[1-7]。

圖2 2021年印度不同埋深煤炭資源占比

2 印度露天煤礦煤炭開采發展現狀

2.1 近50年印度發展成為國外第一大露天煤炭生產國

近50年印度露天煤炭產量持續增長，占煤炭總產量的比重達到95%以上，提升了74個百分點。印度大部分煤炭資源的地質構造比較簡單，煤層厚度較大、傾角較小、賦存較淺，因此印度煤炭開采主要以露天煤礦開采為主。1970-2021年的52年間，印度露天煤礦的煤炭產量在印度煤炭總產量中的占比穩步提升[1-7]，如圖3所示，從1970年的20.00%上升到2021年的95.64%；1986年露天煤礦煤炭產量超過井工煤礦產量，占比達到57%；之后，露天煤礦煤炭產量的比重持續提升，2021年印度露天煤礦產量7.76億t，占比達到95.64%，且僅次于同期我國9.4億t的露天煤炭產量，成為國外第一大露天煤炭生產國。印度露天煤礦的開采深度一般為100～150 m，剝采比一般在1.15～4.40 m3/t之間。近年來，隨著開采深度逐漸加大，印度全國露天煤礦生產剝采比逐漸增大，從2019年的2.47 m3/t擴大到2021年的2.81 m3/t，具體見表1[6-7]。

表1 2019-2021年印度露天煤礦主要生產數據

圖3 1970-2021年印度煤炭產量和露天煤礦生產情況

2.2 露天煤礦生產集中度較高

(1)2021年印度硬煤露天煤礦行政區劃集中度有所提升。印度主要硬煤露天煤礦集中在奧里薩邦(Odisha)、恰蒂斯加爾邦(Chhattisgarh)、中央邦(Madhya Pradesh)、賈坎德邦(Jharkhand)、特倫甘納邦(Telangana)和馬哈拉施特拉邦(Maharashtra)，2021年這6個邦的露天煤礦硬煤產量所占比重較2015年提高了7個百分點，2021年和2015年主要行政區劃露天煤礦硬煤產量比重變化分別如圖4所示[1-7]。

圖4 2015年和2021年印度主要行政區劃露天煤礦硬煤產量比重變化

(2)2021年泰米爾納德邦(Tamilnadu)褐煤生產優勢愈加顯著。印度主要褐煤露天煤礦集中在泰米爾納德邦(Tamil Nadu)、古吉拉特邦(Gujarat)和拉賈斯坦邦(Rajasthan)，2021年泰米爾納德邦露天煤礦褐煤產量所占比重較2015年提高了16.32個百分點，而古吉拉特邦和拉賈斯坦邦的褐煤產量占比均有所降低，2021年和2015年這3個邦的褐煤產量比重變化分別如圖5所示[1-7]。

圖5 2015年和2021年3個褐煤生產地褐煤產量比重變化

(3)露天煤礦生產企業高度集中。印度露天煤礦硬煤產量主要來自印度煤炭有限公司(CIL)和辛格雷尼煤礦有限公司(SCCL)，露天煤礦褐煤產量主要來自奈維利褐煤公司(Neyveli)。2021年，印度煤炭有限公司生產硬煤596.219 Mt，占印度硬煤總產量的83.26%，辛格雷尼煤礦有限公司生產硬煤50.580 Mt，占印度硬煤總產量的7.06%，兩公司硬煤產量合計占印度硬煤總產量的90.32%。2021年奈維利褐煤公司生產褐煤19.262 Mt，占褐煤總產量的52.61%。印度煤炭生產企業中，印度煤炭有限公司露天煤礦煤炭產量最高的下屬生產企業默哈訥迪煤田有限公司(MCL)2021年煤炭產量為147.477 Mt，占比為21.53%，露天煤礦煤炭產量排列第2位的東南部煤田有限公司(SECL)2021年煤炭產量為135.227 Mt，占比為19.75%，露天煤礦煤炭產量排列第3位的北部煤田有限公司(NCL)2021年煤炭產量115.042 Mt，占比為16.80%。2001-2021年印度煤炭有限公司煤炭總產量、露天煤礦產量及占比[1-7]如圖6所示。

圖6 2001-2021年印度煤炭公司露天煤炭產量及占比變化

2.3 大型露天煤礦產量優勢明顯

印度中小型露天煤礦數量占優勢，產量100萬t/a以下露天煤礦150余處，數量占比超過一半，產量400萬t/a以下露天煤礦數量占比超過80%；大型露天煤礦產量占優勢，產量400萬t/a以上的大型露天煤礦不到50余處，但產量占印度全國露天煤礦產量的65.8%；產量1 000萬t/a以上特大型露天煤礦僅15處，產量占印度全國露天煤礦產量的30%左右，具體如圖7所示[1-9]。

圖7 不同規模露天煤礦產量和數量占比

2.4 近20年露天煤礦生產效率總體增長

近20年印度露天煤礦生產效率總體上升。人均工效是衡量煤礦生產效率的重要指標，20世紀80年代開始，印度露天煤礦發展迅速，人均工效呈上升趨勢；而井工煤礦生產規模萎縮，人均工效幾乎沒有變化。印度煤炭有限公司露天煤礦人均工效從2001年的5.90 t/(工·d)提高到2021年的14.01 t/(工·d)；辛格雷尼煤礦有限公司露天煤礦人均工效從2006年的9.60 t/(工·d)增加到2021年的13.86 t/(工·d)[1-9]，如圖8所示。

圖8 2001-2021年印度兩個公司露天和井工煤礦人均工效情況

3 印度露天煤礦開采工藝和技術裝備特點

3.1 硬煤開采采用吊斗鏟無運輸倒堆和單斗-卡車間斷開采工藝

印度早期露天開采主要采用機械鏟-自卸卡車和吊斗鏟，用電鏟配自卸卡車剝離表土層時噸煤剝采比限制在2 m3/t，用吊斗鏟剝離時剝采比則限制在3 m3/t；20世紀50年代中期，印度露天煤礦剝離的表土層平均厚度也只有50 m，建成一批露天煤礦后，隨著設備生產能力提高，剝離厚度超過100 m，煤層傾斜達到1∶3，電鏟斗容加大到4.6～10.0 m3。20世紀80年代后印度露天開采技術有很大發展，對煤層厚度在4～20 m之間、傾角小于5°的硬煤資源，下部巖層采用吊斗倒堆開采工藝進行剝離，其他覆蓋層及煤炭開采使用單斗卡車開采工藝；為減少燃油消耗及提高經濟效益，一些露天煤礦采用半連續開采工藝，主要流程的裝備包括單斗鏟-卡車-端幫半固定破碎機-帶式輸送機-排土機或單斗鏟移動破碎機-帶式輸送機-排土機等。

印度是亞洲范圍內使用吊斗鏟最多的國家，全國共有約50臺吊斗鏟，其中斗容62、33、30 m3的吊斗鏟各1臺，斗容24 m3的吊斗鏟16臺，斗容20 m3的吊斗鏟7臺，其余均為斗容15 m3的吊斗鏟。印度煤炭有限公司露天煤礦大都采用吊斗鏟無運輸倒堆和單斗卡車開采工藝，正在使用的吊斗鏟32臺，其中23臺在北部煤田有限公司(NCL)；2021/22財政年度該公司投資24億盧比采購了5臺斗容24 m3的吊斗鏟，32億盧比采購了96臺載重240 t自卸卡車；同時為了完成年產10億t煤炭的目標，正在分期分批采購價值超過70億盧比的360臺高效采礦裝備。

3.2 褐煤開采采用連續開采工藝

連續開采工藝是用輪斗挖掘機對粘土、沙子、礫石、褐煤等軟質至半硬質的礦產品進行開采，是一種連續采礦技術，與帶式輸送機和移動式轉載機協同工作。褐煤資源及其覆蓋層屬于軟質煤和松軟土巖，適用于連續開采工藝。印度連續開采工藝主要應用于奈維利露天煤礦區，開采該礦區的褐煤資源，剝離作業采用輪斗挖掘機和排土機連續工藝，褐煤開采和運輸采用輪斗挖掘機、移動式轉載機和帶式輸送機系統。

3.3 采礦裝備以國際合作和國外采購為主

印度露天煤炭開采機械裝備大多是通過國際合作，引進國外專利技術在國內制造，包括大型電鏟、吊斗鏟和自卸卡車等。在印度建設一座露天煤礦所需投資的70%主要用于購置設備，硬煤露天煤礦采用的機械設備多配備斗容25 m3的電鏟、載重170 t自卸卡車、斗容24 m3的吊斗鏟，以及給料破碎運輸系統等；褐煤露天煤礦采用大型輪斗挖掘機。目前印度露天開采裝備中仍依賴進口的主要包括大斗容電動自卸卡車(190～240 t)、大斗容電鏟(42 m3以上)、吊斗鏟(33 m3以上)、大斗容的混合動力驅動裝載機(10 m3以上)等復雜的機械設備。20世紀60年代印度成立了國營礦山設備制造公司，并批準注冊幾家私營礦山設備制造公司；印度國際合作的露天開采設備，大部分是與世界上先進的設備制造公司合作生產，其關鍵部件基本上從國外采購。印度在礦山機械設備制造方面的合作伙伴主要是美國通用電氣公司和卡特彼勒公司、日本小松公司和日立公司、德國德瑪格(Demag)公司、法國波克蘭(Poclain)公司等。

3.4 露天開采裝備向大型化高效化轉變

為提高露天煤礦的機械化開采水平和生產效率，印度不斷從國外購置大型化高效化采礦裝備。2006-2021年印度露天煤礦裝備數量總體呈現持續增加的態勢，其中數量增長幅度從大到小依次為鏟運機、裝載機、起重機、平路機、吊斗鏟、自卸卡車、電鏟、推土機、鉆機[1-9]，如圖9所示。為了實現未來幾年提高煤炭產量的目標，2021/22財政年度，印度計劃投入9 000億盧比采購其他國家的高效裝備，包括1臺吊斗鏟、35臺電鏟、112臺自卸卡車和43臺推土機等。

圖9 2006-2021年印度露天煤礦主要設備數量

3.5 新技術重點向工藝系統升級和燃料替代轉變

印度露天煤礦新技術的發展重點是開采工藝系統的規模化升級和開采裝備的燃料替代。

(1)引入坑內破碎和輸送系統。印度將在所有坡度較平緩的大型露天煤礦中分階段引入坑內破碎和輸送系統。實踐證明，在大型露天煤礦中煤炭的坑內破碎能夠取得可觀的經濟收益，其中涉及合理的引導距離和提升高度，該系統可以完全或部分取代卡車在礦坑內的向外運輸。

(2)單斗卡車工藝系統規模升級。印度將對單斗卡車和電鏟的規模做進一步升級，目前，國際上部署的最大自卸卡車載重400 t，印度煤炭公司下屬企業東南部煤田有限公司(SECL)正在使用的鋼絲繩電鏟最大鏟斗容量為42 m3，國際上部署的最大鋼絲繩電鏟鏟斗容量達63 m3。印度將在年產量超過1 000萬t的大型礦山中引入高效開采裝備，從而提高產出規模。

(3)燃料替代技術。印度將在露天煤礦的高效采礦裝備中應用液化天然氣，液化天然氣具有更高的燃料消耗效率、更低的運營成本、更低的碳排放(約減少22%)和更高的能量密度等優勢。美國、加拿大、墨西哥、俄羅斯和加納礦山已在實施大容量礦用自卸車的液化天然氣混合作業。印度煤炭有限公司主動與印度天然氣公司合作，2020年在下屬默哈訥迪煤田有限公司的拉坎普爾(Lakhanpur)露天煤礦啟動了一個在高效采礦裝備中使用液化天然氣的試點項目，如果該技術可行，將推廣到其他露天煤礦。

(4)氫燃料的使用。國際上的一些公司已經開始運營使用氫燃料的卡車。這種卡車的性能與原來的柴油卡車相同或更好，還有空氣更清潔、噪音更小和維護成本更低等優勢。印度計劃將這項技術與最近的煤制氫計劃進一步結合，為將來的實際應用打下基礎。

4 印度露天煤礦生態環境保護措施和實施效果

20世紀70年代開始，印度政府通過從國家層面制定和頒布各項環境保護法律法規、管理制度等措施，加強了對煤礦區環境保護意識的培養以及對大型煤炭企業在環境保護方面的具體要求。目前印度與煤炭開采活動有關的環境保護法律法規有十多部；20世紀90年代后，印度煤炭公司實施了環境與社會緩解項目(ESMP)對礦區環境進行綜合治理，包括實施環境行動計劃(EPA)、實施復墾行動計劃(RAP)以及當地居民發展計劃(IPDP)。

印度政府對所有的煤炭開采項目提出環境管理計劃和稅收約束。為保證采后的土地復墾，所有煤炭開采項目(包括在采煤礦和新建煤礦)都需要在其設計及開采活動中制定并實施《環境管理計劃》(EMP)，在新項目立項前，必須提交環境影響報告書(EIS)，由政府有關部門審查，審查通過后報呈國家環境委員會審批。在提交環境影響報告書之前，要求認真對計劃開采區域的地形、地質、氣象、生態環境及社會經濟等影響因素進行調研，最后在提交的環境影響報告書中詳細闡明煤炭開采對環境影響的預測和評估，以及擬采用方案。此外，印度于2010財年引入了清潔環境稅，征收標準為50盧比/t；隨后在2014、2015、2016財年分別增至100、200、400盧比/t；隨著2017年商品及服務稅(GST)的引入，清潔環境稅被取消，取而代之的是400盧比/t的煤炭生產稅。

印度對煤礦企業的環境保護提出具體要求。要求煤礦企業從礦山規劃階段開始高度重視環境保護，實行和遵循可持續的采礦方法。在采礦作業的同時，采取各種污染控制措施和倡議，以保持環境原有的主要物理和化學屬性，主要包含粉塵、廢棄水處理、土地復墾以及地面噪聲震動控制等。在礦區粉塵控制方面，印度煤炭有限公司根據《環境管理計劃》制定相關防控措施，如在傳送帶沿線安裝噴霧系統、流動灑水裝置、自動灑水裝置以減輕空氣污染。在礦井水處理方面，要求所有礦山企業建立廢棄水排放處理廠，處理從礦山中抽出的礦井水，處理過的礦井水在礦山內部可用于抑塵、滅火、種植、洗滌等；在礦區土地復墾方面，為了對被破壞的土地進行生物復墾，印度對此進行了科學研究，為每個煤田選擇合適的植物種類(草、灌木、樹等)。印度煤炭有限公司與森林研究所在生態恢復領域方面進行合作，在森林研究所的技術指導下開發了生態修復點，在部分礦區建造了生態公園等；在地面震動噪聲控制方面，主要通過技術手段控制并降低爆破對礦區職工、居民和環境的地面震動和噪聲影響等。

5 印度露天煤礦發展對我國的啟示

(1)加大露天煤礦建設開發支持力度，持續提高露天煤礦產量在全國煤炭產量中的比重。近年來，印度惡劣天氣影響煤炭運輸，疊加國際煤價高導致進口驟減，出現了缺煤缺電危機。為應對缺煤缺電危機，印度快速釋放露天煤礦產能，煤炭產量迅速提升。印度露天煤礦產量占比高達96%，是煤炭產能快速釋放的優勢之一。受多種因素影響，我國露天煤礦產量一直占比較低。進入21世紀后，我國露天煤礦發展駛入全面壯大的快車道，特別是2010年以來，我國露天煤礦產量從3.0億t快速增加到2022年的10.5億t，貢獻了同期全國煤炭產量增量的66.4%，為煤炭保供發揮了重要作用。然而我國露天煤炭產量占比僅23.5%，與印度96%的露天煤礦產量比重相比，提升空間巨大。建議國家應出臺相關鼓勵和支持政策，減少對露天煤礦開發的不合理限制，進一步擴大露天煤礦產量占比，充分發揮煤炭能源供應“穩定器”“壓艙石”作用。

(2)進一步提高我國露天煤礦的行業集中度。印度煤炭行業集中度極高，國有企業印度煤炭有限公司(CIL)和辛格雷尼煤炭公司(SCCL)控制了印度90%左右的煤炭產量，其中露天煤礦產量在96%以上。國有經濟成分使得印度政府對煤炭生產擁有絕對的控制力，也是印度煤炭產能快速釋放的重要優勢。當前我國露天煤礦數量較多，但規模差異大、開發主體分散，最大的兩家露天煤礦開發運營主體(國家能源集團和中煤能源集團)露天煤礦產量合計僅占全國露天煤礦總產量的32.2%，不利于國家對煤炭產能的宏觀調節。建議國家推進露天煤礦企業兼并重組，加強中小型露天煤礦資源整合，減少同一礦區開發主體，提高行業集中度。

(3)積極探索適合中國特點的露天煤礦開采工藝技術。印度根據本國露天煤炭資源特點，發展多種適合自身條件的開采工藝組合，生產效率顯著提高。由于我國主要露天煤礦區資源開發條件比印度復雜，單斗-卡車開采工藝因其初期投資少、適應性強、靈活性好的特點成為主要開采工藝。但隨著經濟社會發展和煤礦開采深度加大，我國露天煤礦開采工藝對于用人少、效率高、成本低的要求越來越高。我國露天煤礦企業特別是大型礦山企業，應當發揮數量和規模優勢，積極探索發展適合我國露天煤礦開發條件的開采工藝技術，提高礦山裝備的智能化、大型化和國產化水平。