区域煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系与标准——以陕北侏罗纪煤田为例∗

张金锁张 伟宋世杰

(1.延安大学,陕西省延安市,716000; 2.西安科技大学管理学院,陕西省西安市,710054; 3.西安科技大学地质与环境学院,陕西省西安市,710054)

★煤炭科技·开拓与开采★

区域煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系与标准
——以陕北侏罗纪煤田为例∗

张金锁1张 伟2宋世杰3

(1.延安大学,陕西省延安市,716000; 2.西安科技大学管理学院,陕西省西安市,710054; 3.西安科技大学地质与环境学院,陕西省西安市,710054)

以陕北侏罗纪煤田为例,构建了包涵3个子系统、16个评价要素、46个评价指标的陕北侏罗纪煤田煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系,同时分析确定了各个指标的评价标准,可为科学制定该矿区煤炭资源安全绿色高效开采模式与路径提供有效的决策依据。

煤炭资源 安全绿色高效开采 指标体系 标准

煤炭安全绿色高效开采模式的构建离不开一套与各矿区资源赋存条件和开采条件相适应的煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系与标准。目前,与之相关的国家、行业标准以及相关学术研究已有很多。这些文献有效揭示了我国煤炭资源科学开发面临的诸多共性问题,为科学评价我国煤炭资源开发合理化程度提供了有效依据。但是已有的标准和研究仍存在一定的不足,例如已有的相关标准和研究多反映了我国煤炭资源开采存在的共性问题,而对具体矿区特定资源赋存状况和开采条件下的特殊问题和关键制约因素研究还不够深入,主要问题包括:

(1)现有的绿色开采评价指标更多地体现了对生态环境损害表现和特定污染物排放浓度的重视,缺乏对开采过程中采动与生态环境损害之间的内在机理,以及矿区多环境要素、多污染物的综合环境容量的充分关注,也没有反映出煤矿区生态环境对煤炭开采活动的承受能力;

(2)将安全绿色高效3个维度进行整合的综合评价研究较少,不利于全面审视特定矿区煤炭资源开采的协调程度。为此,有必要在现行国家、行业标准和学术研究基础上,结合具体矿区的实际,以满足本质安全和本质绿色(满足环境容量)前提下,以“采用高效率技术和先进管理手段,最大化的采出资源与节约资源”为原则,构建煤炭高效开采评价指标体系和评价标准,以全面、深入地评价特定矿区煤炭资源开发的合理化程度,为资源可持续开发和产业的健康发展提供决策依据。

1 研究区概况

陕北侏罗纪煤田位于鄂尔多斯聚煤盆地的核心区,地处陕西榆林府谷、神木、榆阳、横山、靖边和定边等县(区)所辖总面积约22000 km2,累计探明及预测煤炭资源量2111.73亿t,累计探明保有煤炭资源量1360.56亿t,是世界上少有的内陆三角洲成因巨大型煤田。陕北侏罗纪煤田煤炭资源进入大规模开发阶段。2009年国家规划了13个大型煤炭基地,其中的“陕北基地”和“神东基地”的主体部分位于该煤田,区内包含神府、榆神、榆横3个国家规划矿区。2013年,陕北侏罗纪煤田煤炭产量超3亿t,占全国煤炭总产量的8.9%左右。目前,陕北侏罗纪煤田已经发展成为支撑我国现代化建设的重要能源接续地之一,在国家能源安全保障体系具有不可或缺的战略地位。

在取得显著发展成就的同时,陕北侏罗纪煤田也面临着一系列亟待解决的问题,特别是地表沉陷、山体崩塌、地表井泉干涸、沟水断流、水土流失、土地沙漠化等严重的生态环境破坏已严重制约了该区域的可持续发展。以神府矿区为例,该区煤炭资源大规模开发以来,采空区和塌陷区面积分别为366 km2和95.67 km2,涉及194个煤矿,19个乡镇360个自然村35000余人。塌陷区损坏房屋4800间,损毁土地87.31 km2;矿区地下水位由原来的1～2 m下降到31～50 m以下,区内4条地表径流断流,湖泊数量由大开发前的869个减少到79个。水土流失严重,河流输沙量较煤炭开发前增加明显,沙化土地以每年0.5%的速度递进向东南扩展。除生态环境破坏以外,煤炭采出率低、资源浪费严重也是制约矿区资源可持续开发的重要问题。矿区内的小煤矿开采方法落后,资源回收率平均不到30%,一些大型矿井片面追求高产高效,采厚弃薄,吃肥丢瘦,成片甚至整层丢弃薄煤层,资源浪费现象十分严重。

2 研究方法

2.1 评价指标体系设计方法

煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系涉及面广、内容庞杂,包括安全、绿色、高效3个子系统,涉及众多评价要素和指标。在综合分析已有国家、行业标准和相关研究的基础上,采用以下原则和方法设计煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系。

(1)系统性原则。煤炭资源安全绿色高效开采评价涉及3个子系统,每个子系统又涵盖多个评价要素,每个要素又包括若干评价指标体系,结构关系较为复杂。为此,从系统论的视角采取系统层→要素层→指标层的逐层分解方法,形成层次明晰的指标递阶结构,以准确辨识3个层次之间的隶属关系,为后续的综合评价的实例应用提供便利。

(2)科学性原则。所选取的指标概念具体明确,必须能够反映评价对象的特征和机理,例如在安全开采指标选取时要综合考虑人员、设备、环境、管理等过程因素,以及矿井人员与装备安全、矿工健康权等结果因素;在绿色开采指标选取时要考虑煤炭资源开采的主要生态环境影响,辨识影响矿区综合环境容量的主要因素及其影响机理;在选择高效开采指标时要考虑高效率技术和先进管理手段在煤炭资源高效开采中的作用。

(3)代表性原则。评价指标的选择或设计不仅要反映煤炭资源安全绿色高效开采面临的共性问题或普遍诉求,更要结合陕北侏罗纪矿区的资源赋存与开采条件,针对矿区面临的特殊问题和关键制约因素,优选评价指标,做到共性和个性有机结合。例如,在选取绿色开采评价指标时,要充分反映考虑本矿区煤田覆岩薄,采动易造成地表生态环境损害的问题;在选取高效开采指标时,要涵盖薄煤层开采程度相关评价指标。

(4)定性分析与定量分析相结合原则。为了客观、精确地刻画评价对象的特征,应尽量选取定量指标,但考虑煤炭资源安全绿色高效开采的特定问题或诉求无法量化,对于此类情形可采用定性指标进行刻画,但应适当控制定性指标的数量。

(5)可操作性原则。评价指标的选取应聚焦矿区煤炭资源开采的关键问题,优先选用综合性、概况性的指标,适当控制指标的数量,做到评价指标简洁、规范,数据容易收集和统计,实现评价的可操作性。例如,在安全评价指标中,用安全质量标准化指标综合全面地反映煤矿在安全管理、安全技术、安全装备、环境安全和安全作业五大安全要素上的达标状况,既提高了指标的简洁化程度,又有利于获得权威数据。

(6)权威性原则。在形成初始指标集的基础上,对初始指标集进行专家咨询,由专家对初选评价指标进行综合评价,通过增加和剔除相关指标,进一步保证指标选取合理性,使最终形成的指标体系切合陕北侏罗纪煤田煤炭资源开采的实际。

2.2 评价标准确定方法

为了与已有的国家、行业标准对接,本研究将指标的评价标准主要分为三级,考虑指标要素的多样性和复杂性,部分定性指标的评价标准被分为单级或两级。分级评价标准的确定方法如下:

(1)参考现行标准和相关规划。在指标标准确定过程中,参考国家、行业和地方标准,以及相关规划。

(2)工程分析法。对于特定评价指标缺乏现行标准和相关规定的,首先考虑采用工程分析法确定其评价标准。本研究中对采动损害状态因素中的基采比、最大下沉量、地表破坏类型、地下生态水位埋深、导水裂隙带与关键含水层的空间关系等指标,就是根据多年来对矿区采动损害的工程观测结果确定其分级评价标准。

(3)实地调研法。研究选取区域内的若干标杆企业,通过实地调研分析了标杆企业的相关指标实际数值,通过比较分析确定相应指标的分级评价标准。所选择的标杆企业包括神东公司大柳塔煤矿、陕煤化集团红柳林矿井、陕西南梁煤矿、杨伙盘煤矿等不同规模的煤炭企业。

(4)专家定参法。对于上述3种方法无法确定评价标准的定性指标,采用专家定参法确定评价标准。

(5)比较分析法。对现行业标准、标杆企业的实际值、区域平均值等多源信息进行比较分析,从中优选最能代表本区域资源开采状况的指标数值作为评价标准。

3 研究结果

3.1 煤炭资源安全绿色高效评价指标体系

初步设计了陕北侏罗纪煤田煤炭资源安全绿色高效开采综合评价指标体系,经过专家咨询,去除了不重要性的指标7个,最终确定了评价指标体系,包含3个子系统、16个评价要素和46个评价指标,陕北侏罗纪煤田煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系见表1。

表1 陕北侏罗纪煤田煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系

系统层要素层指标层E1机械化程度EI11采煤机械化程度、EI12综掘机械化程度、EI13掘进装载机械化程度高效E2资源回收EI21采区回采率、EI22工作面回采率E3劳动生产效率EI31原煤生产人员工效、EI32吨煤成本、EI33矿井综合单产(E)E4伴生资源利用EI41矿井水利用率、EI42煤矸石综合利用率E5能源资源消耗EI51原煤生产电耗、EI52煤炭生产水耗

3.2 分级标准的确定

3.2.1 安全开采评价指标分级标准

在安全开采评价子系统中,专业技术人员比例、特种作业人员持证率、全员安全培训率、安全生产管理人员、重伤人数、轻伤人数、一级非伤亡事故数、二级非伤亡事故数、三级非伤亡事故数、主要职业病发病率等指标的评价标准采用标杆企业分析法确定,安全质量标准化等级与分级评价标准的匹配关系通过专家定参法确定,百万吨死亡率通过行业标准值、标杆企业实际值、2014年陕西省百万吨死亡平均值分析确定,安全开采评价指标分级标准见表2。

表2 安全开采评价指标分级标准

3.2.2 绿色开采评价指标分级标准

在绿色开采子系统中,通过专家定参法确定绿色开采技术应用和环境管理体系建立与运行情况两个评价要素中的8个定性指标的评价标准。采动损害评价要素中,基采比、最大下沉量和地下生态水位埋深3个评价指标通过工程观测法确定其评价标准;地表破坏类型、导水裂隙带与关键含水层的空间关系通过专家定参法确定其评价标准。对于污染物排放容量评价要素中的大气污染物排放容量指标,首先根据《环境空气质量标准》(GB3095－2012)中区域空气质量功能分区及其污染物浓度限值计算污染物排放容量,再根据《环境影响评价技术方法》中A－P法确定评价标准;对于水污染指标的评价指标,首先根据《陕西省水功能区划》中相应河流断面水质要求和浓度限值,运用《环境影响评价技术方法》中一维稳态水质预测模型确定评价标准;煤矸石安全处置率根据《清洁生产标准——煤炭采选业》(HJ 446－2008)确定其评价标准。生态环境损害治理评价要素中,水土流失总治理度根据《国家级水土流失重点防治区公告》和《陕西省人民政府关于划分水土流失重点防治区的公告》中防治等级及标准给出其评价标准,矿区植被覆盖率以《陕西省主体功能区划》为基础给出其评价标准,塌陷土地治理率根据《清洁生产标准——煤炭采选业》(HJ 446－2008)确定其评价标准,绿色开采评价指标分级评价标准见表3。

表3 绿色开采评价指标分级评价标准

3.2.3 高效开采评价指标分级标准

在高效开采子系统中,采煤机械化程度、综掘机械化程度、矿井综合单产、采区回采率、工作面回采率、矿井水利用率、煤矸石综合利用率、原煤生产电耗、煤炭生产水耗等指标的评价标准通过参考《清洁生产标准——煤炭采选业》(HJ 446－2008)、《煤炭工业安全高效矿井(露天)评审办法》(2011)、《煤炭资源合理开发利用“三率”标准(试行)》等国家和行业标准确定,掘进装载机械化程度的评价标准通过标杆企业分析确定,薄煤层开采程度通过专家定参法确定评价标准,原煤生产人员工效、全员效率、吨煤成本通过分析标杆企业确定评价标准,具体见表4。

4 结论与展望

目前,缺乏与特定煤炭矿区实际条件相结合的煤炭开发评价指标体系及标准,是制约我国煤炭资源安全绿色高效开发的关键问题之一。为此,中央政府在新近出台的相关政策文件中,多次强调了研究制定煤炭资源安全绿色高效开发评价指标体系及标准的重要性和紧迫性,如国家能源局、环境保护部和工业和信息化部联合出台的《关于促进煤炭安全绿色开发和清洁高效利用的意见》(国能煤炭〔2015〕571号)明确指出要“研究制定煤炭安全绿色开发矿区评价标准,积极推动煤炭安全绿色开发示范矿区(井)和清洁高效利用项目建设”。国家能源局出台的《关于促进煤炭工业科学发展的指导意见》(国能煤炭〔2015〕37号)中强调要“完善安全、环境等强制性标准,体现技术进步要求,加快淘汰煤炭落后产能”。

本研究在分析陕北侏罗纪煤田煤炭资源赋存状况、开采现状及存在问题的基础上,参考相关评价指标、标准及研究成果,研究构建陕北侏罗纪煤田煤炭资源安全绿色高效开采评价指标体系,该指标体系涵盖3个评价子系统,16个评价要素,46个评价指标,并对各个指标设定分级评价标准。此研究成果,可为科学分析陕北侏罗纪煤田煤炭资源开发合理化程度和存在的问题提供依据,同时可为政府部门制定政策、规范和标准提供决策依据,对促进以陕北为代表的我国西部煤炭资源富集区的煤炭资源可持续开发具有重要的现实意义。在这一研究成果的基础上,后续应进一步分析指标的性质,合理确定指标的权重和适用的标准化方法,构建安全开采度、绿色开采度、高效开采度及其协调度测度方法,并进行综合评价实例研究,以揭示具体矿区/矿井煤炭资源安全绿色高效开采合理化程度和水平,为针对性的研究制定煤炭资源安全绿色高效开发模式、技术路线和政策奠定基础。

表4 高效开采评价指标分级评价标准

[1] 卢国志,李希勇,宁方淼.煤矿安全指标评价体系研究及应用[J].安全与环境学报,2003(3)

[2] 荆全忠,姜秀慧,杨鉴淞.基于层次分析法(AHP)的煤矿安全生产能力指标体系研究[J].中国安全科学学报,2006(9)

[3] 钱敏,穆丹丹.煤矿安全管理评价指标体系[J].采矿与安全工程学报,2008(8)

[4] 耿殿明,姜福兴,谢从刚.综合评价矿区可持续发展的指标体系[J].中国煤炭,2003(3)

[5] 王晓宇,卢明银等.绿色开发评价指标体系研究[J].化工矿物与加工,2009(3)

[6] 李洁,卢明银.井工煤矿绿色开发评价指标体系研究[J].能源技术与管理,2012(2)

[7] 闫志刚,刘玉朋,王雪丽.绿色矿山建设评价指标与方法研究[J].中国煤炭,2012(2)

[8] 李东印,李化敏等.煤炭资源科学采矿评价方法探讨[J].煤炭学报,2012(4)

[9] 李东印,李化敏等.基于可拓论的科学采矿评价方法[J].采矿与安全工程学报,2013(1)

[10] 张金锁,姚书志等.我国煤炭资源安全绿色高效开发研究综述[J].资源与产业,2013(1)

(责任编辑 张毅玲)

未来10年中国现代煤化工可持续发展调研启动

日前,中国石油和化学工业联会组织的以“未来10年中国现代煤化工可持续发展”为主题的专项调研活动正式启动。

为深入了解我国现代煤化工产业发展情况,给有关部门制定“十三五”现代煤化工发展规划提供科学依据,中国石化联合会决定开展此次专项调研活动。据了解,此次调研的重点为陕西、宁夏、内蒙古、新疆,调研组将深入研讨上述省(区)现代煤化工的产业发展规模、产业布局、技术创新、水资源供应及环保等方面的问题和政策措施及建议。

Evaluation index system and standards of the safe,green and high-efficient mining of regional coal resources——taking Jurassic coal field in northern Shaanxi province as an example∗

Zhang Jinsuo1,Zhang Wei2,Song Shijie3
(1.Yan＇an University,Yan＇an,Shaanxi 716000,China; 2.School of Management,Xi＇an University of Science and Technology,Xi＇an,Shaanxi 710054,China; 3.College of Geology&Environment,Xi＇an University of Science and Technology,Xi＇an,Shaanxi 710054,China)

Taking Jurassic coal field in northern Shaanxi province as an example,the evaluation index system and standards of the safe,green and high-efficient mining of coal resources in Jurassic coal field in northern Shaanxi province were structured,the evaluation index system and standards included 3 subsystems,16 evaluative features and 46 evaluation indexes.The evaluation criterions of each index were analyzed and determined,which provided effective decision basis for making safe,green and high-efficient mining pattern and path of the mining area＇s coal resources scientifically.

coal resources,safe and green and high-efficient mining,index system,standard

TD822

A

张金锁(1962－),男,陕西凤翔人,教授,博士生导师,延安大学校长,研究方向:资源经济与管理。

国家软科学研究计划项目资助(2013GXS4D151),陕西省软科学研究计划重点项目资助(2012KR2－01),陕西省软科学研究计划项目资助(2014KRM86),西安科技大学哲学社会科学繁荣发展计划项目(2013SY03)