循环经济矿山一体化模式的思考与实践

文 / 唐 勇

我国的能源分布特点是富煤、贫油、少气，煤炭资源相对丰富，在能源资源储量中煤炭占90%，致使煤炭消费在我国一次能源消费中占主导地位。据统计，2016年我国原煤产量34.1亿吨，煤炭消费占一次能源消费的62.3%，其中火力发电消费占煤炭消费的72.2%。为了维护国家的能源安全，必须大量开采煤炭资源，这势必会污染环境和破坏生态，因此寻求安全、环保的煤炭开采利用方法迫在眉睫，以最大限度地减少煤炭开采利用带给生态环境的扰动。

一、煤炭开采对生态的影响

煤炭在开采过程中会给环境带来巨大的压力。目前，主要的地下开采和露天开采这两种方式，都会有大量岩土和矸石堆放、水体外排、瓦斯气体排放，造成地下水位下降，地下水和地表水污染、粉尘和废气污染、固体废弃物污染，形成的采空区引发地表塌陷、裂缝、滑坡等一系列的危害。归纳起来对环境造成的影响主要有大气污染、土地资源破坏、水体污染、地表植被和景观破坏、噪声污染等方面。

二、煤炭利用对环境的影响

在我国，煤炭最主要的消费对象为火力发电，其次是煤化工、建材等。无论哪种利用方式，都会产生大量的固体废渣、废水以及废气排放。尤其是现代煤化工，需要消耗大量的水资源，同时产生大量的难处理污水。以煤制油为例，每生产1t的油产品需要10t以上的水参加反应。煤制油所产生的污水具有较高的乳化度、较大的色度，并且其可生化性不佳，含有浓度较高的有机物且成分较为复杂，是一种难以进行处理的典型煤化工污水。如大唐国际克什克腾40亿/年煤制天然气项目，每天排放的浓盐水就接近4.8万吨，相当于一个30～40万人口城市一天的用水量；陕西榆林某年产60万吨/年甲醇的煤化工企业，污水回用工程采用一级三段式反渗透装置，污水回收率达到85%，但是仍然还有15%的废水需排放掉，这15%的废水等于浓缩了六七倍。

三、煤炭绿色开采主要技术

煤炭绿色开采技术主要有保水开采、煤与瓦斯共采、充填开采等，技术比较成熟可靠，国内已有成功应用的经验。

保水开采技术是在采煤活动中对水资源进行保护和对矿井水进行资源化利用，特别是陕西、甘肃、内蒙古以及山西等缺水地区要注重对水资源的保护和利用，对于水资源丰富的地区要减少对水资源破坏的透水事故的发生，将保水开采技术作为绿色开采的重点。

充分利用采煤过程中岩层移动以及破坏对瓦斯的卸压作用，提高瓦斯的抽采率，在煤层开采时形成采煤和抽采瓦斯两个完整的开采系统，即“煤与瓦斯共采”技术。

充填开采技术是解决“三下”压煤问题、矸石山问题、地面沉降问题以及采空区瓦斯问题的有效途径。充填开采是将煤矸石、粉煤灰、河砂以及建筑垃圾等充填材料用于充填采空区，从而提高资源的利用率、控制地面沉降与塌陷；同时还可以消耗地面的固体废弃物、建筑垃圾，降低对环境的污染。目前按照充填材料的不同，主要的充填方法可分为水砂充填、矸石充填和膏体充填。

四、循环经济绿色矿山一体化模式的应用

煤炭开采、利用过程中消耗大量资源的同时，也会产生大量的废弃污染物。在全国环境保护的高压态势下，必须环保先行，实现煤炭开采利用的可持续发展与生态环境的平衡发展。尤其是党的“十九大”报告中，再次强调“绿水青山就是金山银山”的生态意识，建设生态文明社会，这就要求煤矿在建设、开采以及煤炭的利用过程中，坚持以循环经济理论为基础，通过循环产业链，把资源、能源分级利用，变废为宝，最大限度地降低煤炭开采利用对生态环境的扰动。

以煤炭绿色开采技术为依托，从源头做起，通过在大型煤矿或煤炭生产基地建设煤炭分级利用大型装置，如低热质火力发电、煤化工、建材、余热利用、瓦斯抽采利用、大型污水处理循环利用、二氧化碳利用等，最大限度地减少排放量，把“黑色”煤炭变成绿色能源，实现绿色矿山一体化模式。

采用绿色开采技术，尤其是充填开采，可以将煤矿建设过程中的岩土、矸石等充填到井下，也可以将电厂等产生的灰渣、地面建筑垃圾、污水处理产生的膏状废弃物，以及高浓度难处理污水进行无害固化处理后再作为膏体充填物，充填到井下。充填开采不仅可以提高煤炭资源回采率，还能处理大量煤矸石等固体废弃物，减少固体废弃物堆放土地及地表水污染和粉尘污染，同时有效解决或降低地面沉降和塌陷。

对煤炭开采过程中抽采出的瓦斯进行充分利用，低浓度的瓦斯进行低浓度瓦斯发电，瓦斯浓度达到30%以上的，可浓缩提纯生产CNG、LNG产品，以提高产品的附加值。同时对低浓度瓦斯发电机组的高温烟气及二氧化碳进行利用，如对烟气、缸套高温热水进行集中余热利用，采用蒸汽透平与ORC透平发电技术相结合，提高瓦斯发电站的发电量；发电后的低温热源进行热水供应，形成能源的分级循环利用；而二氧化碳提纯可生产食品级二氧化碳，或生产可降解塑料产品。

据统计，贵州省2017年煤炭产量16551.4万吨，瓦斯抽采量为227223.7万Nm3，利用量为85290.25万Nm3，其中瓦斯发电利用量为77915.7万Nm3，占总利用量的91.4%。因此瓦斯利用主要以发电为主，绝大部分瓦斯浓度低，无法利用，只能向大气排气，即乏风，对环境污染较大。到2016年底，贵州省已建成瓦斯发电机组达570余台，装机总量达34.37万KW，开采出的煤炭进行洗选加工，产生的低热质燃料作为低热质电厂燃料进行火力发电，产生的灰渣以及无法利用的矸石等固体物生产灰渣砖等建筑材料，或者作为充填开采的充填物回填到井下；洗出的精煤进行焦化、气化等，发展煤化工下游精细化工产品。煤化工所需水资源优先选用处理后的矿井水，以及污水处理厂处理后的水资源，实现闭路大循环利用，达到“零”排放。近年来，贵州省加快循环经济矿山一体化步伐，在煤炭产能集中区，积极建设大型坑口电厂和煤化工产业园。按照“减量化、再利用、循环化”的原则，变废为宝、变害为利，延伸循环经济产业链，形成煤炭开采、洗选、电力、化工、建材等循环经济产业园，实现煤与煤伴生资源的综合开发、产品深加工、高效利用，提高煤炭资源综合利用度。

五、结论

煤炭行业要采用矿山一体化开采利用技术，以循环经济理念为原则，实现资源、热能的循环利用，达到节能减排、生态和谐的煤炭开采—洗选—综合利用的煤炭经济综合产业。要以煤炭绿色开采为核心，煤炭循环利用为手段，形成煤化工、电力、建材、化工产品精加工等循环经济产业集群，采用大型化、模块化等高效工艺技术，实现污水集中处理利用、资源高效利用、生态环境和谐的可持续发展。要通过绿色开采技术和循环利用手段，最大限度地减少煤炭开采利用过程中对生态环境的扰动，形成循环经济矿山一体化模式，达到煤炭工业可持续发展的目的，实现人与自然和谐共处的生态环境和文明社会。