陇东地区煤炭资源开发利用协同发展中的若干问题研究

杨峰峰，张巨峰，王海晖，杨日丽

(1.陇东学院 能源工程学院，甘肃 庆阳 745000； 2.中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室，安徽 合肥 230026)

陇东地区位于甘肃省东部的平凉和庆阳两市，在鄂尔多斯盆地的西南部，地处甘肃、宁夏和陕西三省交汇处，煤炭、石油、天然气等资源非常丰富。2014年，国家能源局批复《陇东能源基地开发规划》，当前，正在打造国内领先、国际一流的现代化综合能源基地；甘肃省“十四五”规划中也明确指出，要加快陇东煤炭绿色开发利用及转化基地建设，服务保障国家能源安全，打造甘肃重要经济增长极。甘肃省煤田主要分布在中、东部，现已开发的煤炭资源集中在中东部的平凉华亭、白银和兰州，庆阳地区正在建设的大型现代化矿井是未来10年的主要增长极。平凉市华亭矿区，分布于陕甘宁盆地的西南边缘，地质条件较好，目前预测煤炭地质储量在650亿t以上，已探明97.26亿t，保有储量26.8 亿t，主要为动力煤和气化煤[1]。庆阳辖区煤炭预测储量达2 360亿t，煤层气资源预测储量1.358 8亿m3，煤炭资源占到全省的94 %以上，埋深1 000 m以浅的D级煤炭预测储量高达190亿t，煤种为低灰、中硫、中高热值的低变质长焰煤，是优质的动力用煤[2]。

1 融入开发新理念

谢和平院士等[3]基于煤炭科技革命的科学基础和技术演进趋势，宏观地提出煤炭开发利用一体化、矿井建设与地下空间利用一体化、煤基多元清洁能源协同开发和煤炭洁净低碳高效利用四大新理念，为陇东地区的煤炭开采和利用提供了新理念和新理论。在人与自然和谐相处的新时代，应该以最小的代价科学地获取最大化的自然资源，以技术变革为手段，提高煤炭开发利用的科学化水平和价值最大化。现如今，以智能化、安全、绿色为特征的煤矿开采方式成为新趋势，并由此形成的可持续发展现代化煤炭工业技术体系，将为经济和社会发展提供能源支撑[4]。

陇东煤炭主要分布在平凉和庆阳两地，在小矿井关停和资源整合后，多集团、多点式、“各自为政”的开采模式必然不利于煤炭开发及利用。因此，应对陇东地区煤炭、石油、天然气及新能源等资源与地区经济、社会特征融通，做好协同发展规划，在先进理念指引下，着眼于未来，将智能、安全和绿色生产技术融入煤炭全产业链条发展模式中。在智能化发展过程中，加大科技投入，利用或研发智能化成套装备取代自动化装备，实现煤炭生产系统的智能化、无人化。在安全生产技术上，应该对陇东地区煤矿灾害进行全方位普查，形成灾害风险评估表，在协同安全开采技术上加大投入并集中攻关，尤其是以该地区最为严重的水害和冲击地压为突破口，解决矿井开采过程中的“卡脖子”技术，形成一批重大科研成果，在不破坏当地水资源的情况下，实现矿井“协同开采、协同安全”的目标。在绿色生产方面，应吸取破坏生态环保的经验教训，避免先开采、破坏到再治理的模式，多考虑煤与其伴生资源的协同开采和清洁利用技术。

2 区块链技术的应用

2.1 区块链技术

2019年10月，习近平总书记在中央政治局第十八次集体学习时强调，要把区块链作为核心技术自主创新的重要突破口，加快推动区块链技术和产业创新发展，积极推进区块链和经济社会融合发展[5]；要推动区块链底层技术服务和新型智慧城市相结合，探索在信息基础设施、智慧交通、能源电力等领域的应用[6]。2020年4月，国家发改委首次将区块链纳入新技术基础设施范围，可以预见，区块链技术很快迎来爆发式的发展[7]。科技的快速发展使区块链技术同人工智能、大数据、物联网、虚拟现实等新技术一起被提升到国家发展的战略层面上，正在迅速向社会各行各业渗透且被应用，势必会对经济和社会发展形式产生重要影响[8]。

区块链作为一种新生的科学技术，是基于时间顺序来组织数据区块，不同区块间按序列形成链条的数据结构，并采用这种数据结构来建构数字账本，该账本中存放的是交易信息，具有自己独特的特点及优势[9]。当前，科技变革驱动着5G、大数据和云计算等技术平台层级逐渐向区块链这一底层技术层级转变，通过区块链技术来实现与实体互融、与万物互联的目标[10]。

2.2 区块链在煤炭开发利用中的应用

根据国内外能源发展趋势及安全环保问题，单一的煤炭开发及利用模式与新时代发展理念产生冲突，未来的能源发展结构必将向多元化的方向转变，陇东煤炭资源的开发利用路径必然要提档升级，打破“资源诅咒”，只有这样才能在全国及“一带一路”沿线国家占有一席之地，才能为区域经济和社会发展做出应有贡献。基于此，陇东煤炭开发及利用过程中必须融入新理念、新技术、新装备，打造现代化的煤炭开发及利用基地，不仅需要大数据、人工智能、物联网和云计算等技术，更要将区块链技术融入煤炭开采全过程和利用全流程，实现不同技术层级的数据互通共享、协同分析。目前，陇东地区交通不便、资金投入不足、思想意识较落后，应避免简单粗暴的开采方式和由此带来的生态环境破坏，陇东地区煤炭主要是动力煤、气化煤(亚洲地区最好的气化煤)，应以先进的开采理念为指引，将洁净煤开采技术、煤的气化、煤发电等技术融入开发利用的始终，以基地型、清洁型、互补型和集约化、数字化、标准化开发为主要发展路径，合理利用区块链技术和清洁能源技术及设备，做好西电东输，基于区块链技术的特点搭建煤炭贸易新平台，服务煤炭开发和利用，在降低碳排放强度和环境监测等方面发挥其应有作用。

与此同时，与陇东地区实际相结合，建构基于煤炭、石油、天然气、新能源和可再生能源协调发展的多元化能源供给联合体，利用区块链的独特优势，解决当前存在的“信息孤岛”问题，在P2P交易、能源金融、碳交易及能源综合管理等方面助推陇东煤炭企业发展新机遇，使其与区域经济和社会发展良性互动，为实现煤炭行业智慧化发展和健全煤炭行业生态做好技术支撑[11]。

3 煤炭开发及利用路径

3.1 煤炭开采与生态环保协同发展

传统的煤炭大规模、高强度开采方式对区域自然环境、农林业生产、生态环境和地层结构带来了不同程度的影响，地表塌陷、空气污染、环境恶化等问题突出，没有将煤炭开采与生态环境治理有机协调。近年来，诸多学者对绿色生态开采的理论和模式进行了研究，以修复由煤炭开采造成的生态环境破坏。王金华等[12]提出了煤炭近零生态环境影响开发利用的理念，为未来15～30年的近零生态损害智能化无人化开采、近零污染物排放的清洁低碳利用提供了发展思路。吴群英等[13]提出了“1+4”的绿色可持续生态矿区建设思路，胡振琪等[14]针对煤矿区生态环境与社会问题，提出煤矿生态环境“边采边复”理念。因此，在陇东能源基地开发和建设初期，要吸取经验教训，在充分论证的基础上提出科学、合理的煤炭开采和利用方式。

陇东地区丰富的煤炭资源，在开发利用过程中势必会对生态环境造成或多或少的影响；如核桃峪煤矿开采煤层属于特厚煤层，且距煤层顶板100 m左右有强含水层，在开采过程中必然会破坏顶板岩层的完整性，进而形成导水通道，含水层中的水渗入采空区或工作面，给煤炭安全开采带来严重影响。陇东地区生态比较脆弱，且水资源的重要性远高于煤炭，因此，更应做好煤炭开采规划、水资源保护与利用工作。也就是说，类似于核桃峪煤矿实际条件的矿井，煤炭开采不能以破坏水资源为代价，应当在科学合理开采煤炭资源的前提下，采用“绿色开采”、“保水开采”和“精准开采”等理念作为指导，可以利用采空区将强含水层的水资源加以储存和利用，以解决煤炭开采与水资源保护的矛盾[15]，也可以充分利用充填开采等绿色开采技术，使采动裂隙在采后自动闭合或不至于贯通含水层，防止顶板水渗透到开采空间破坏地下水资源。不管如何，煤炭资源的开发利用必须要在生态环境可承载能力范围内进行煤炭开采，并使用最新技术和装备降低对生态环境的破坏。在绿色矿山建设过程中，要将矿山生态、资源环境、经济和社会环境、人文环境有机结合，做到采矿与生态环境协调统一[16]。根植煤炭近零生态环境影响开发利用的理念，将保水开采、绿色充填和智能采矿等技术有机结合，避免造成开采沉陷、煤层顶板水的浪费和煤矸石带来的破坏，防止出现因开发利用所导致的先破坏、再治理现象。

3.2 发展循环经济

在能源安全、资源危机与生态破坏的严峻形势下，将煤炭开采与环境作为整体进行研究，发展绿色循环经济对提升工业生态效率和降低生产过程中煤炭资源投入、废弃物排放和环境破坏非常有利[17]。要紧密结合区域产业布局特点，促进循环经济园区的建设，在煤炭清洁利用上加大投资、研究。如山西大同煤业集团塔山循环经济工业园区，建成了一个煤矿、八个工厂和一条铁路的循环经济发展模式，有着显著的经济和生态效益[18]，应借鉴其先进理念和经验并加以利用。建构煤—电与风—电，煤—化工与石油—化工、煤—建材与岩石—建材之间有效整合融通的体系，与互联网+等技术建构煤炭资源—绿色生产—清洁利用—消费—再生资源的经济循环发展和社会服务产业链，利用现有的煤制甲醇企业、煤发电技术，用最少量的煤炭资源换取最大化的资源开发及利用率，促使陇东地区工业化水平得到质的提升。在发展经济过程中解决社会就业、生态环境等问题，并与庆阳红色革命老区旅游资源统筹，借助区位优势和生态特色，提升旅游业的发展。

3.3 清洁利用

我国煤炭清洁高效利用在技术层面上已经得以实现，煤炭洁净高效利用完全可以实现，并被大量实践所证明[19]。刘峰等[20]系统梳理了节能环保、洁净煤技术等领域取得的成就，围绕安全绿色智能开采和清洁高效低碳利用的目标，从基础理论研究、重大技术创新示范到先进适用性技术推广应用，为今后煤炭发展方向提供了指导意见，他认为在煤炭分质利用、液化及高端化工品制备、煤炭产品质量精准调控等重点领域应当加紧科研攻关。童健活[21]从提高原煤入洗率、清洁高效燃烧技术、燃煤烟气的净化、利用方式、分质和提质利用、发电等方面提出了清洁高效利用的途径与措施。许浩等[22]认为煤炭地下气化能够起到煤炭洁净化利用和低碳能源资源保障两大作用，将成为清洁高效现代能源体系发展的重要领域。孙旭东等[23]着眼于煤炭未来10～15年的洁净煤技术与产业发展，形成引领世界的煤炭清洁高效利用与转化的新兴产业，对推动构建绿色低碳、安全高效的能源体系有重要作用。岑可法[24]从煤炭高效发电、分级分质利用、CO2捕集封存和转化利用、发电、智慧能源等角度分析了煤炭高效清洁低碳利用方向。煤炭低效、粗放开发利用对生态、气候变化造成了严重影响，无法适应新时代发展理念，因此，诸多学者对煤炭高效清洁利用进行了深入研究并取得了一定成果。据测算，煤炭消费产生的二氧化碳排放量占化石能源消费产生的碳排放总量的75 %左右，在今后一段时期内，煤炭作为我国兜底保障能源的地位和作用难以改变，二氧化碳排放要在2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和，就必须对煤炭全生命周期碳排放总量、减排路径进行研究[25]。

陇东地区煤炭资源禀赋特点和当地生态脆弱特性决定了煤炭不仅要坚持清洁高效利用，更要建设与区域经济和社会发展相协调的特色发展模式。从全产业链条及能源开发利用上下游的角度综合考虑、系统谋划，以煤化工等项目为示范点建成与区域企业联动、联用的产业集群，建设现代化的煤电供应基地，由于陇东地区煤炭主要是动力煤，是很好的发电用煤，与甘肃省“十四五”规划中涉及的“陇东—山东±800 kV特高压直流外送工程”相吻合，这样一来，不仅解决了煤炭运输问题，避免了煤炭运输过程中造成的环境污染，也极大地推动了地方经济的发展。在工业发展的同时，势必会带动当地农业、林业等第一产业和服务业、交通运输业、通信业等第三产业的大力发展，新的科学技术与经济发展将会促进当地社会发展的变革，如果能够有效利用煤炭清洁高效加工技术及装备，做好煤炭高效转化利用，不断挖掘和发展与其相关的其他优质能源，对于提升能源利用效率和环境保护具有重要的意义。

4 现代采矿业产业人才的培养

时至今日，煤炭行业发展成绩显著，智能化、无人化发展态势强劲，具备单一知识结构的矿业人才已不能适应智能化矿井的建设和发展。近年来，煤炭主体专业毕业生不愿去煤矿企业就业，加之企业自身环境条件、人才评价不合理、用人机制和收入分配机制不健全，致使煤炭企业人才流失很严重，这就导致了企业人才紧缺的局面。与此同时，我国煤炭开采条件逐渐复杂化，在煤矿智能化建设和发展过程中，陇东地区煤炭开采面临冲击地压、煤自燃、水害、高温热害等威胁，在发展循环经济和清洁利用的同时，也急需要大量科技人才，才能做好煤炭的智能、安全和绿色发展，这就要求我们应该加强产学研结合和多学科人才培养，尤其是高层次人才的培养，快速开展人才储备[26]。在国家级区域(西北)救援中心建设的同时，也要尽快筹建西北救援中心陇东分中心，培养和引进相关专业人才计划应尽早出台，为区域应急救援体系的建设和保障陇东能源基地开发具有重要意义。

陇东学院地处陇东能源基地核心区，立足于煤炭、石油等建设了多个相关专业为地方经济发展服务，但与社会需求还有一定的差距。区域内的高校及科研院所是企业的“外脑”，双方要科学谋划、超前布局，本着互利互惠、资源共享、共同促进的目的，抓住陇东能源基地大力开发和建设机遇期，构建“政—产—学—研—用”一体化的人才培养体系，不断加强科研攻关和成果转化，保证人才培养和科研攻关同步进行、动态调整，培养既懂开发、生产工艺又具备自动化研发或应用的复合型人才[27]。

就煤炭企业自身而言，2017年煤炭企业自动化专业人员所占比例为1.3%，多数企业不具备信息化技术人才[28]，随着大数据、人工智能、机器人等高精尖技术的不断应用和对人才需求的不断增加，煤炭企业对技能化、复合型人才需求更为迫切。在智能化应用过程中，依然面临智能设备不会操作，采集的数据不会分析、存在的问题不会解决、新技术的功能不能发挥等问题。这就促使煤炭企业应该完善用人机制和待遇，重视和尊重人才，在大数据、人工智能等新技术爆发式增长阶段，要吸引既熟悉煤矿开发利用业务又懂新技术的专业人才到专业岗位上，并利用专业人才培养自己的基层人才队伍，不断壮大煤炭产业工人的规模和提升人才质量，才能有效推动两化深度融合。

5 结论

近年来，随着我国煤炭领域理论研究、技术创新的不断发展，煤炭行业在化解过剩产能、优化生产结构和转型升级方面取得了实质性进展。当前，生态文明对煤炭绿色开采与利用提出了更高要求。陇东煤炭资源开发过程中，需要加快形成安全绿色智能开发和清洁高效利用技术体系，通过工业发展不断带动当地服务业的发展；在吸收引进人才的同时，利用地方高校培养既懂开采、生产工艺又懂新技术的复合型人才，对促进陇东能源基地建设和区域经济发展具有重要意义。