“双碳”目标下煤炭企业绿色矿山建设路径探究

高云飞，王 义，王国青，王一淑，刘海平，陈 静，梁鼎成，吴凤箫

(1. 国能神东煤炭集团有限责任公司，陕西省榆林市，719300；2.中国矿业大学(北京)，北京市海淀区，100083)

为应对全球性的气候变化和实现绿色低碳发展，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上提出了我国的“双碳”目标，即“力争2030年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。当前，我国以煤炭为主的能源结构没有根本性改变，煤炭仍是我国能源安全的基石，并将在未来很长时间内发挥巨大作用[1-3]。煤炭企业的绿色矿山建设是“双碳”目标实现的前提与关键[4-5]。

笔者从当前形势下我国煤炭企业发展的前景入手，强调了绿色矿山建设与煤炭企业转型升级间的关联，旨在探究我国煤炭企业绿色矿山建设的可能路径。

1 “双碳”目标下我国煤炭企业发展的前景

我国的能源赋存特点决定了石油和天然气消费高度依赖进口，能源供应安全风险居高不下。国家统计局发布的《中华人民共和国2020年国民经济和社会发展统计公报》显示，2020年我国全年煤炭消费量占能源消费总量的56.8%，虽与2019年相比下降0.9个百分点，但未来较长一段时间内煤炭依然是我国高碳能源结构的主力军，扮演兜底保障的功能。实现“双碳”目标，推动能源结构整体趋于清洁、低碳，对煤炭行业将产生深刻影响[3]。

煤炭行业不断推动供给侧结构性改革，以实现行业的高质量发展。“十三五”以来，煤炭行业不断淘汰落后产能，建设先进产能。与2015年相比，2020年全国累积淘汰退出煤矿5 500处左右，退出落后产能10亿t/a以上。随着产业结构不断优化，煤炭产能向资源禀赋好、开采条件优、生产成本低的中西部产煤区集中，煤炭产量稳中有升，如图1所示。同时，煤炭企业战略性重组步伐加快，神华集团与国电集团合并重组为国家能源投资集团，中煤能源兼并重组国投、保利和中铁等企业的煤矿板块，山西省战略重组成立晋能控股集团，山东能源集团与兖矿集团联合重组成立新山东能源集团，2021年这些煤炭集团的产量均超过2亿t，全国煤炭产业集中度大幅提升。

图1 “十三五”期间全国原煤产量情况

与此同时，煤炭行业积极响应国家政策，开启绿色矿山建设之路。2016年前，原国土资源部公布的661家国家级绿色矿山试点名单中，111家为煤炭企业。“十三五”以来，绿色矿山进入规范发展阶段[6]。2019年，由自然资源部矿产资源保护监督司指导、中国自然资源经济研究院联合有关单位编制的《绿色矿山建设评估指导手册》正式发布，自然资源部将555家通过遴选的绿色矿山与398家原国家级绿色矿山试点单位合并纳入全国绿色矿山名录，其中煤矿新增111家。到了2020年，自然资源部印发《绿色矿山评价指标》和《绿色矿山遴选第三方评估工作要求》，新增了301家国家级绿色矿山，其中煤矿62家，使得国家级绿色矿山中煤矿的数量达到284家[7]。

在绿色开采方面，煤炭行业清洁生产机制不断完善，推进了行业全面绿色转型。充填开采、煤与瓦斯共采、无煤柱开采等煤炭绿色开采技术得到推广，煤炭资源回收率显著提升。选煤技术快速发展，千万吨级湿法全重介选煤技术、大型复合干法和块煤干法分选技术、细粒级煤炭资源的高效分选技术、大型井下选煤排矸技术和新一代空气重介干法选煤技术成功应用。

煤矿区除了具有丰富的煤炭资源外，还有大量的土地、风和光等发展可再生资源的先天优势，在碳中和目标要求下，煤炭企业大力发展太阳能光伏、风力发电等新能源发电技术，充分发挥煤矿区优势，以清洁煤电为核心，与太阳能发电、风力发电协同发展，构建多能互补的清洁能源系统。

综上所述，在“双碳”目标影响下，煤炭行业将面临新一轮调整与重组，并且根据我国煤炭资源的禀赋状况，传统的老煤炭生产基地将逐渐向北部及西部转移，使老煤炭基地逐渐退出市场，跨省区之间的企业重组与融合将是未来发展的合理路径选择。同时，大力建设绿色矿山和加强煤炭绿色开采技术的研究与应用也将成为煤炭企业未来的发展方向。

2 建设绿色矿山是煤炭企业转型升级的必由之路

2.1 绿色矿山建设是实现“双碳”目标的途径之一

当前，我国以煤炭为主的能源结构没有根本性改变，煤炭仍是我国能源安全的基石，但在“双碳”背景下，煤炭企业的绿色低碳转型是高质量发展的必由之路。其中煤炭绿色开采就是重要途径之一[8-10]。

煤炭开采端主要涉及高耗能和环境污染，如粗放式开采导致的高耗能、矸石污染、瓦斯排放等。目前煤矸石堆存量多达50多亿t，是我国积存量和占用土地最多的工业废弃物；同时，长期的煤炭开采导致矿区植被损毁、土地破坏和生物多样性减少等严重生态问题。建设绿色矿山，就是实现矿山的资源利用高效化、开采方式现代化、采矿作业清洁化、矿区环境生态化等目标[11-13]。“十三五”以来，经过绿色矿山建设，原煤入选率、矿井水综合利用率、煤矸石综合处理率及井下瓦斯抽采利用率都有不同程度的提高，煤矸石及低热值煤综合利用发电装机持续增加，土地复垦率持续提高，生态环境质量持续好转，促进了矿区资源开发与生态环境协调发展。2020年，矿井水综合利用率、煤矸石综合利用处置率、井下瓦斯抽采利用率分别达到78.7%、72.2%、44.8%，比2015年分别提高11.2、8.0、9.5个百分点；土地复垦率达到57%左右，提高9个百分点；大型煤矿原煤生产综合能耗10.51 kg标准煤/t，下降11个百分点；煤矸石及低热值综合利用发电装机达4 200万kW，增加900 kW，年利用煤矸石达到1.5亿t。

2.2 “双碳”目标下煤炭企业绿色矿山建设的新要求

“双碳”目标下煤炭企业绿色矿山建设的新要求主要体现在煤炭开采工艺过程中的节能和减排环节，如煤炭井下分选[14]、地源热泵利用[15-16]、瓦斯利用[17]等。

(1)煤炭井下分选。为了提高煤炭质量，原煤需经过分选，并伴有煤矸石产生。煤矸石作为副产品，除少量用作发电燃料以外，多数被作为固废堆放或运回井下实施充填作业。采用煤炭井下分选，使矸石在井下实现就地充填，既可以实现清洁生产，解决了矸石运输成本的问题，又间接提高了煤矿的开采效率。

(2)地源热泵利用。煤矿中的回风和矿井水含有大量潜在的地热能，通过地源热泵技术，将低品位地热能进行利用，可部分替代传统空调和燃煤锅炉，用于夏天制冷和井筒防冻、生活取暖、热水洗浴等；从而将综合利用余热、余压等地热能的先进节能技术和装备应用到煤炭开采的各个环节，达到节能减排和煤矿资源综合利用的目的。

(3)瓦斯利用。煤炭开采过程中往往伴有大量瓦斯排放，易发生安全事故，并且瓦斯直接排放到大气中，又与当前“双碳”目标相违背。将瓦斯抽采至地面并用作燃料或化工原料的技术，不仅有利于矿井安全生产，更能减少碳的排放。针对不同的开采煤层瓦斯，通过智能抽采、高效抽采技术的应用，加大对低浓度煤矿瓦斯的抽采、浓缩提纯技术和低浓度煤矿瓦斯发电技术等的研究及应用，大幅提高低浓度煤矿瓦斯利用效率。

3 “双碳”目标下煤炭企业绿色矿山建设路径

围绕绿色矿山的建设目标，以“双碳”目标下绿色矿山建设的预测结果为指导，围绕矿区和谐发展、清洁生产工艺升级、矿山生态治理和加强科技支撑4个方面，提出以下基于碳达峰、碳中和的绿色矿山建设路径。

3.1 大力加强科技支撑力度

(1)加强科技创新投入，推进智能矿山建设。开展自动化、智能化、网络化、系统化等应用，优化简化系统，退出高耗能、高污染煤炭项目；煤矿所需物资、设备、辅助积极采用新能源或地热等低碳技术。实现薄及中厚煤层智能化采煤工作面无人化，智能掘进工作面用工控制在5人以内，逐步推进100%井工煤矿实现智能化，100%采煤工作面实现智能化，100%掘进工作面实现智能化，100%固定岗位实现无人值守，100%选煤厂实现智能化，100%主要灾害实现精准预警，100%通风系统实现远程控制，100%实现5类机器人全覆盖。

(2)引进先进设备与人才，探索发展节能低碳的新能源与新技术。按照“煤矿采煤沉陷区生态治理+光伏发电+生态农业+矿井水利用+氢能+储能+其他”综合立体循环开发思路，探索有关清洁能源发展利用+储能技术、生态+新能源+X的创新建设与能耗双控和碳达峰、碳中和技术研究。结合高效供暖项目、新型热管乏风余热回收利用项目、造林项目和光伏项目，积极参与国家核证自愿减排项目(CCER项目)，助力煤矿区绿色矿山发展。

3.2 重点加强清洁生产工艺升级

(1)提升采出率、选矿回收率，加强清洁生产。发展绿色开采工艺，积极推广无煤柱回采工艺，进一步推广应用范围。针对薄煤层开采数量逐渐增加情况，引进国外高效薄煤层掘锚机、配套薄煤层锚运破一体机和大跨距桥式转载机，形成薄煤层高效掘进系统，最大限度减少割岩量、减少掘进能耗。推进矿井采掘设备变频改造、变频永磁同步电机替换，降低设备耗能，积极研发引进刮板输送机自动调速。

(2)推动清洁低碳能源替代。针对主要碳排放设备和工艺排放统计情况，开展开采、掘进、运输、通风、排水、选煤清洁低碳能源替代工作。包括但不限于运输环节电动车辆、纯电自卸矿卡、氢能重卡等示范和应用；探索实施其他生产及辅助环节电能替代和分布式“绿电”使用；推动矿区集中供热，因地制宜实施燃煤锅炉电能或清洁能源替代。推广余热能源回收，因地制宜推广新型热管回收矿井乏风余热，天然气锅炉用于风井等用热量较大的分散场所采暖。

(3)提升矿产资源综合利用率和废弃资源回收率。提高矿井水、煤矸石、沉陷土地、瓦斯等伴生资源的综合利用，推进煤矸石充填与资源化转化利用、矿井水的高效处理运行利用技术与工程实践。加快推进煤矸石覆岩离层注浆或井下充填项目，采掘矸石井下充填率实现100%。

3.3 持续推进矿山生态治理

(1)强化矿井水处理及利用。建立以去向为主线的水量、水质管理模式，以解决矿区水资源节约、环保达标、生态产业发展等问题。在矿井水存储方面，建成具有存放一年以上涌水量能力的井下水库或采空区水库，确保地面出现处理、排放或利用问题时，能在井下贮水，从而确保环境安全。在矿井水净化方面，对矿井水进行深度处理，处理后水质达到《地表水环境质量标准》GB3838-2019中的Ⅲ类标准。在矿井水利用方面，对矿井水及生活污水进行灌溉利用，利用率达到100%。

(2)强化烟气和粉尘治理。分散区域采用新型热管换热技术，全面替代在用的燃煤锅炉，解决锅炉烟气超标超总量排放的环境风险。新建封闭环保储煤场和物料堆场封闭改造，粉尘和扬尘污染治理率达到100%。

(3)强化噪声处理。对厂界噪声进行降噪，噪声排放达到《工业企业厂界环境噪声排放标准》GB12348-2008规定二类或三类标准。

(4)推进塌陷区治理、露天排土场复垦绿化，大力建设生态林。一方面，进行自然恢复和保护，采取人工封禁措施，撒播草籽，进行自然恢复；另一方面进行人工修复与营造，采取林草措施，种植樟子松、油松、杨树、山杏、紫穗槐和柠条等适生树种。其中，主要栽植乔木分为两部分，经济林和生态林，经济林主要包括杏树、桃树、枣树、海红果、苹果树等，生态林主要包括樟子松、油松、云杉等；主要栽植灌木为沙棘。

(5)推进生态光伏产业。发展基于生态+光伏的节水灌溉系统，实现节水灌溉、智能化灌溉，有灌溉的区域全部选择经济作物。发展以光伏发电为主的可再生能源综合供给体方案，研究抗沉陷光伏电站技术，破解25年沉陷稳定问题。

(6)提高瓦斯利用效率。针对不同的开采煤层瓦斯，研究智能抽采等瓦斯高效抽采技术。研究低浓度煤矿瓦斯浓缩提纯技术和低浓度煤矿瓦斯发电技术等，提高低浓度煤矿瓦斯利用效率。

(7)建设零碳矿区示范工程。通过大力发展可再生能源、替代燃煤锅炉、增加碳汇等手段大幅减少煤矿的二氧化碳排放，逐步实现用电零排放、用热零排放、光伏中和瓦斯逃逸排放量的“零碳矿井、零碳矿区”。

3.4 全面提升矿区内外和谐发展

(1)推进煤炭生产区域的环境保护设施建设。加大绿色矿山发展投入和社区投入，推进矿区基础设施配套建设，发展沉陷区设施农业，推进机械化、设施化、自动化、智能化、节能低碳的现代农业，如太阳能型温室为主的设施农业。按照城市、矿企一体，适度超前、共建共享的思路，推进交通、供电、供水、管网、通讯、消防、减灾等矿山基础设施的规划建设，推进交通、水利、通讯、环卫等基础设施向周边社区的延伸，实现矿区和城市基础设施的对接和共享。

(2)转变环保理念，提升公众资源开发活动的参与程度。通过电视、广播、报纸、公众调查等传统媒体和短视频、公众号等新媒体渠道让公众参与到绿色矿山发展中来；一方面让公众了解并掌握发展绿色矿山的现实意义和深远意义，另一方面对企业在发展绿色矿山过程中实施的各项措施、工程进度等进行监督，充分表达意见和建议，提高矿山企业和有关人员发展绿色矿山的积极性和自觉性，推动绿色矿山发展。

4 结语

“双碳”目标对煤炭行业是挑战与机遇并存，在实现煤炭高质量发展的同时，应抢占新能源主阵地。煤炭行业建设绿色矿山是实现“双碳”目标的重要路径，绿色矿山中推进节能降耗、推广清洁生产工艺、加大矿山土地复垦本身就是煤矿碳减排的重要方面。绿色矿山是综合考虑资源开发利用和生态环境影响的现代矿山建设模式，构建绿色矿山，就是实施矿山企业的清洁生产及其伴生的绿色技术体系。煤炭企业基于碳达峰、碳中和的绿色矿山建设路径应该围绕科技支撑、清洁生产工艺升级、生态治理和矿区和谐发展等4个方面全面开展。