陕西省煤炭产业发展现状和存在问题及对策

秦鹏魁,雷 羽,付有全

(1.中陕核工业集团有限公司,陕西 西安 710100;2.陕西省煤田地质集团有限公司,陕西 西安 710021;3.中国石油天然气股份有限公司长庆油田苏里格气田开发分公司,内蒙古 鄂尔多斯 017000)

0 引言

“双碳”目标的提出,给煤炭产业发展带来了新的挑战,我国能源资源“贫油、少气、富煤”,煤炭资源作为保障我国能源安全的战略压舱石,将长期居于我国能源消费结构的主体地位[1-2]。2022年3月5日,习近平总书记参加十三届全国人大五次会议内蒙古代表团审议时强调,要积极稳妥推进碳达峰、碳中和工作,立足富煤贫油少气的基本国情,按照国家“双碳”工作规划部署,增强系统观念,坚持稳中求进、逐步实现,坚持降碳、减污、扩绿、增长协同推进,在降碳的同时确保能源安全、产业链供应链安全、粮食安全,保障群众正常生活,不能脱离实际、急于求成。

陕西省煤炭资源储量位居全国第4,产量位居全国第3,是我国重要的煤炭资源储、产基地,深入分析陕西省煤炭产业发展现状,对研究新时期我国煤炭产业发展面临的问题、探索我国煤炭产业未来发展方向,具有重要的借鉴意义。

1 陕西省煤炭资源勘探开发及利用情况

1.1 储量及分布概况

截至2016年底,陕西全省现已探明煤层埋藏2 000 m以浅的总含煤面积5.74万km2,主要分布在渭北石炭二叠纪煤田、陕北石炭二叠纪煤田、陕北三叠纪煤田、陕北侏罗纪煤田以及黄陇侏罗纪煤田。已完成勘查的面积为3.97万km2,累计探获资源量2 555亿t,占全省资源总量的61.4%,查明资源量1 793亿t,保有资源量1 722亿t。陕西省煤炭储量丰富,煤质优良,为国家煤炭产业战略西移提供了重要的资源保障,在全国煤炭产业布局中具有重要的战略地位[3]。

1.2 煤炭资源开发及产能建设

截至2018年底,全省各类煤矿开采和建设中已占用的探获资源量1 150.72亿t,占累计探获资源量的43.1%。“十三五”以来,通过资源整合和兼并重组,陕西省煤矿数量由2015年底的503处减少到2020年底的370处,平均单井年产能达186万t以上,全省煤炭产量以年均增长3 000万t以上的速度,由2015年的5.23亿t增加到2020年的6.79亿t。

1.3 煤炭利用与转化情况

现代煤化工技术的高速发展,有力地促进我国富煤地区由传统煤炭输出地向现代煤化工产业基地转型,先后建成一批高质量的煤化工项目,形成以陕西榆林为代表的多个现代煤化工产业示范区。陕西省充分发挥自身资源及技术优势,积极推动“三个转化”[4],不断延伸煤炭产业链。近年来,陕北能源化工基地煤电装机规模持续攀升(煤向电力转化),并成为世界上最大的兰炭生产基地、国内最大的甲醇生产基地(煤电向载能工业品转化)、国内重要的氯碱产业基地(煤气油盐向化工产品转化)。

截至2020年底,全省煤制甲醇、烯烃产能分别为485万t/a、442万t/a。2019年底,全省煤电装机容量达到4 307万kW,榆横至潍坊特高压输电工程建成投产,送电规模达到400万kW;陕北至湖北输电工程已获审核批准并开工建设,配套电源方案796万kW也在加快推进建设。

2 陕西省煤炭产业发展主要问题

2.1 地质勘探问题

煤田地质勘探工作是做好煤炭资源开发利用的先决条件,近年来,随着煤炭资源开发及综合利用技术的不断进步[5],早期煤田勘探成果在部分矿区已经不足以支撑当前煤炭绿色开发利用的客观需求。

首先,早期煤田地质勘探大多重点关注煤炭资源赋存情况,而忽略了与煤炭开发密切相关的矿区生态环境、地下水、地质灾害等方面内容。煤炭资源开发所造成的粉尘、煤矸石、瓦斯等一系列矿区生态环境恶化问题早有诟病;对地下水的污染和破坏广泛存在;引起的地面沉降、煤层水害等次生灾害,直接威胁矿井生产安全[6]。

其次,早期煤田地质勘探虽然在煤质特征分析方面已有一定的研究,但是在现阶段煤炭资源绿色高效利用越来越精细的要求下仍显不足。根据煤质特征的不同,煤炭资源可以作为气化、炼油、发电或动力用煤及制备水煤浆和配焦用煤等诸多不同用途的原料。以煤制焦油用煤为例,要求煤炭资源具有高挥发分和低灰分,同时挥发分中要富含煤焦油成分[7]。因为前期勘探工作对该类煤炭资源的控制程度较差,大量的煤炭资源已经被开发作为动力用煤直接燃烧,能够带来高附加值的提取煤焦油用煤被大量浪费[8]。因此,已有的勘探工作对煤质的控制程度已经不足以支撑现代煤化工等产业对煤质特征的高要求[9]。

2.2 开发造成环境问题

陕西煤炭资源丰富,类型多样,但大多聚集于陕北生态脆弱区。大规模的煤炭开发建设,使原本就十分脆弱的生态环境进一步恶化,带来了诸如地下水污染、地表沉陷、自然植被毁坏、土地沙化、动植物生境破坏等一系列生态环境问题[6,10]。

对于露天开采煤矿而言,由于开采过程是直接揭露覆盖于煤层之上的岩土层而采出煤炭的方法,因而会造成表土剥离和矿产采出的地质问题[11]。煤矿井工开采的地质环境问题主要由于地下开采活动引起,我国95%以上的煤炭生产采用井工开采方式。井工开采使得煤层上部岩层失去有效支撑,进而导致上覆岩层发生复杂的移动变形,尤其是在上覆岩层发生冒落、塌陷,造成上部隔水层破坏,会造成区域地下水系的严重扰动,进而带来一系列生态环境问题[12-13]。煤层厚度、上覆岩层类型及其力学性质、水文地质条件等都会直接影响到井工开采后的生态环境破坏程度。

此外,煤矿开采前期的配套地面工程建设占地面积较大,会在破坏地形地貌的同时对矿区原有地表植被造成不可逆转的破坏。煤矿生产过程中产生的煤矸石堆积,不仅压占大面积土地,破坏、占压原有植被,同时由于矸石本身含碳量较高,长时间堆放在地面与空气接触,容易发生矸石山自燃并释放氮硫氧化物,在雨水淋滤作用下使土壤酸化,还可能使其中蕴藏的重金属发生迁移,造成严重的土壤和水体污染问题[14-15]。

2.3 煤炭资源综合利用问题

目前,煤炭资源的燃烧利用依然是其最主要的利用方式,尤其是基于燃煤发电技术的煤炭资源利用,该利用方式产生的煤灰以及二氧化碳是引起环境问题的首要因素。通过煤炭资源转化,形成高效清洁的合成气、煤焦油,并进一步加工形成高附加值油品、化工品或绿色发电及供热[9],从而构建新型的煤基原料清洁高效利用产业链,实现煤炭分质分级利用,最大限度地兼顾煤炭的原料属性及燃料属性,是改变这一现状的最优途径,但目前部分关键技术尚未取得突破。国内外已实现产业化的煤热解多联产技术大多存在热解反应系统能源利用率偏低、半焦产量高而转化利用率低且附加值不高、焦油回收率偏低、焦油携带粉尘难分离、废气废水处理成本高等问题[16-18]。

另外,通常情况下煤炭资源还存在包括铝土矿、贵金属、稀有元素、煤层气、地热等丰富的其他伴生资源,常规煤炭开采主要完成了煤炭单一资源的开采,而与煤炭共伴生的其他资源却没有得到有效利用[19]。煤炭开采过程中煤层气、矿井水、煤矸石、粉煤灰等多种资源并存,煤系地层往往富含稀土元素以及镓、锂、铀、硒等高附加值元素[20]。常规煤炭开采过程中往往将煤层气以及矿井水作为致灾因素考虑,将煤矸石作为废弃矿渣处理,将诸多可利用的元素随煤灰一同废弃。目前正在发展的综合利用技术产生的附加值并不能真正体现其应有价值,未来产业发展还存在诸多短板亟待补齐[21]。

3 陕西省煤炭产业发展相关建议

3.1 进一步落实和完善煤炭资源勘查工作

着力实施更加系统全面的煤炭资源地质勘查工作,从早期落实煤炭资源量的角度调整为煤炭资源系统勘查。具体包括:①资源赋存地质特征方面,重点就煤炭资源的聚集规律、沉积构造地质条件、水文地质条件、工程地质条件进行全面的勘查工作。②生态环境特征方面,重点就矿区生态系统进行全面的认识,主要包括矿区生物群落构成、物质循环及能量循环过程、依存环境特征等等。要全面调查矿区物种类型、数量、空间分布特征,系统分析无机环境与生态环境的相互作用关系。③煤质特征方面,要对矿区煤炭资源进行全面系统地煤质特征化验分析和煤类划分,具体要求对其灰分、工业组分、低温干馏、伴生矿产、煤层气、有害元素、发热量等做出高质量的分析[22]。

3.2 全面落实煤炭资源开发与生态环境保护责任

能源革命的最终目的是实现绿色发展,煤炭资源开采过程的生态环境保护工作是煤炭产业健康发展的第一要务。落实煤炭资源开发与生态环境保护责任,不仅要建立健全相关政策法规,同时还要着力开展新方法新技术的研发和推广应用。①要做到生态环境问题一票否决制,坚持做到煤炭开发“事前防范、过程控制、事后处置”的全过程监管,不断完善煤炭开发的生态环境补偿机制,有效限制资源开发过程中的环境污染问题[23]。②要重点关注生态环境脆弱区煤与水赋存情况以及煤矿开采的扰动规律,关注“煤-水协调开发”的水资源保护理论与方法[24]。③要科学认识矿区生态环境问题的诱发根源,正确对待矿区资源开发的伴生资源,积极探索共伴生资源的综合利用途径,进而实现治理污染的目的,同时最大程度的创造经济价值[7]。

3.3 着力发展煤炭资源的“原料化”综合利用产业

首先,以保障国家能源安全、确保“双碳”目标实现为基本前提,统筹规划煤炭资源的“燃料化”和“原料化”利用[25]。煤炭资源“原料化”综合高效利用是“煤炭革命”的唯一出路,必须将这一理念进一步深入到煤炭产业发展当中[26]。要分别从煤炭矿区和煤炭加工企业2个方面具体实施。煤炭矿区方面,要开发适合本矿区开采的具体工艺,提高生产效率,着重发展煤系伴生资源协同开发技术、煤炭安全绿色开发技术、煤层气赋存规律及高效开发技术。在煤炭加工企业方面,要继续坚持煤炭绿色高效利用技术研究,组织已有技术的合理快速推广[27]。从审批、财税、土地、资源等方面,加大对应用目标明确、推广前景广阔、综合效益优良的资源节约与综合利用技术的支持力度,积极组织实施工程示范,鼓励相关技术高质量发展。

4 结语

必须清醒的认识到,“煤炭革命”并非“革煤炭命”,而是要推进煤炭“勘探、开发、利用”全产业链的革命性改变,陕西省作为我国煤炭资源大省,在煤炭资源勘探、开发及利用中存在的问题主要体现在:①地质勘探工作系统性低、存在一定的滞后,难以满足现代煤化工产业的发展需求;②煤炭资源开发引起的地下水体和地表景观破坏,地表裂陷,自然植被毁坏,地表裸露和土壤侵蚀等生态系统破坏问题依然严峻;③造成煤炭资源高碳排放的燃烧利用依然是其最主要的利用方式,“原料化”综合利用存在不足。

未来煤炭产业的高质量发展要做到以下几个方面:①要基于煤炭资源绿色开发和高效利用的需求,着力实施更加系统全面的煤炭资源地质勘查工作;②要不断建立健全煤炭资源绿色开发相关政策法规,着力开展新方法新技术的研发、推广与应用;③要以保障国家能源安全、确保“双碳”目标实现为基本前提,从技术与政策两方面,着力发展煤炭资源的“原料化”综合利用产业。