基于量本利的矿区生态产业链构建及优化研究

谢洪军，李 颖

(重庆理工大学经济与贸易学院，重庆 400054)

一、引言

煤炭资源的开发利用水平在一定程度上与国家的经济社会发展水平相互促进并相互制约，近年来，煤炭资源支撑了我国经济社会的高速发展，相伴而来的资源约束与生态环境压力也越来越突出，并成为转变经济增长方式和调整经济结构的重要“瓶颈”之一。我国煤炭矿区在形成和发展的过程中存在着诸多问题，主要的问题是矿区产业链过短且产业结构过于单一。产业链过短导致矿产在生产过程中所形成的煤炭伴生资源得不到充分的利用，从纵向来讲，煤炭资源没有得到深度加工，从横向来看，与煤共伴生的矿体及矿产开发过程中形成的次级资源没有得到科学处理，从而造成了资源浪费并给环境带来污染，产业结构单一使得整个煤炭矿区的稳定性差，且给矿区的发展带来了一定的风险。

实现煤炭矿区可持续发展的必由之路是发展基于循环经济的生态工业园区模式，而发展生态工业园区模式的基础即是生态产业链的构建。目前，我国关于矿区生态产业链构建的研究为数不多，张帅等［1］重点分析了煤炭资源在我国能源结构中的地位，详细总结了我国煤炭资源利用中存在的问题，提出了构建基于循环经济的煤炭矿区生态产业链。谭大鹏等［2］重点研究了煤系伴生资源生态产业链构建方式。肖芬等［3］从促进因素和阻碍因素两方面对煤炭矿区产业链延伸的影响作用进行分析，建立了双因素模型，并对其进行了实证研究。贺振伟等［4］以平朔矿区为例，从循环经济角度，分析矿区工业—生态产业链结构设计的必要性和可行性。于成学等［5］从低碳经济的视角分析了生态产业链的多元稳定因素。於世为等［6］以超化矿区为例，根据煤炭生产特点，对矿区生态产业链进行了延伸和优化，并对延伸后的产业链结构进行了效益分析。本文将依据循环经济理论，构建基于煤、与煤共伴生矿体以及开发过程中的次级资源循环利用的煤炭矿区生态产业链网模型，并对其生产规模进行优化研究，使整个矿区生态产业链得以优化，以期为煤炭矿区的可持续发展及其生态工业园区的建设提供理论和实践参考。

二、煤炭矿区生态产业链网模型构建

循环经济模式的三大基本原则是资源减量化、产品再利用及废弃物资源化，提倡“资源—产品—再生资源”闭路循环路线，实际上就是使得物质和能量得到最优化的利用，废弃物得到最小化的排放，某企业的流出物(包括其产品、副产品或废弃物)可以作为其他企业的原料进行供应，从而可以实现资源的合理利用。煤炭矿区生态产业链即是以整个矿区内部生产的各种资源(包括其产品、副产品及其废弃物)为联系纽带，将各个不同的生产环节紧密联系在一起，模拟自然生态系统中的食物链原理的一种链状资源流动方式［7］。

(一)煤炭矿区生态产业链的链条类型

1.纵向生态产业链

矿区纵向生态产业链是以煤炭资源的开采为主线，以其加工产生的废弃物重新利用，并不断创造新的价值来进行拓展的。煤炭矿区生态产业链的纵向延伸路径可以有以下几种:煤炭—电力—养殖、建材、供热、化工、肥料等;煤炭—气化—柴油、石脑油、硫磺等;煤炭—焦化—化工产品等。这些纵向延伸的生态产业链都是单一的链状结构，是我国目前煤炭矿区实践过程中最原始、最简单的生态产业链。

2.横向生态产业链

矿区横向生态产业链主要是以煤炭的伴生资源(如高岭土、硅藻土、煤矸石、矿井水等)的有效利用为主线，横向耦合多条生态产业链。在整个煤炭矿区生态产业链结构中，单一的链状结构是不存在的，在实际工作中，在确定好链状产业链耦合结构后，根据食物链的“加环”设计(生产环、增益环、减耗环、复合环)、食物链的“解链”设计、“加工环”设计等原理，使名种副产品、名种次级资源实现循环利用［8］。本文主要研究煤炭开采过程中的共伴生矿物、煤矸石和矿井水的生态产业链的设计思路。

(1)煤炭开采过程中的共伴生矿物

煤炭资源的开采和加工过程中伴随着大量的煤共伴生矿产资源，如果不加以利用，则势必会造成资源的浪费，同时也会给环境带来污染，因此，构建合理的煤系共伴生矿物生态产业链，可以变废为宝，进而提高煤炭资源的综合利用水平。在我国煤炭矿区中的共伴生资源中，比较有利用价值的煤共伴生矿产主要有高岭土、硅藻土、膨润土、硫化铁和石墨等。分别对其产业链进行横向延伸可以得到:高岭土—造纸、硅藻土—催化剂、膨润土—吸附剂、硫化铁—制取硫磺及工业硫酸、石墨—陶瓷。

(2)煤矸石

煤矸石是在煤炭资源开采及加工过程中排放出的废弃物，约占煤炭产量的15% ～20%。目前，煤矸石已成为我国排放量最大的固体废弃物之一，它给我国的生态环境带来了严重的破坏，我们有必要在短时间内有效地提高煤矸石的综合利用率。以煤矸石为源头的生态产业链纵向延生路径主要分为下面几种:煤矸石—电力—建材、化工、肥料、矿业等;煤矸石—电力—煤化工;煤矸石—电力—电网;煤矸石—电力—供热等。根据煤炭资源开采的外部环境、资源条件及所排放的废物特征，煤矸石的横向耦合共生生态产业链可以延伸为:煤矸石—电厂—粉煤厂—煤化工、电厂—煤矸石—建材厂—建材产品、煤矸石—充填复垦—土地资源—农业或旅游业等。

(3)矿井水

在煤炭资源的开采过程中，地下水与煤层、岩层接触，加上人类活动的影响，水资源往往会遭到严重的破坏，造成矿井水污染。合理利用矿井水资源，构建矿井水生态产业链，对节能减排的开展具有重要的意义。本文以“矿井水处理—提取热能—初级利用—循环利用”为设计思路，构建煤炭矿区矿井水生态产业链体系，以期实现资源的综合利用。经过处理的矿井水可以用于农业灌溉、工业用水、生活用水及煤矿井下生产用水，而利用水源热泵提取的矿井水中的热量可以用于井口防冻、职工洗浴及工厂建筑供暖，在企业内部，通过合理的安置排水系统、处理净化装置及运输管道，可以实现矿井水的多次循环利用。

(二)煤炭矿区生态产业链网构建

依据上述煤炭矿区纵向生态产业链和横向耦合生态产业链的设计，将它们相互融合即可得出煤炭矿区的生态产业链网模型(如图1)。

图1 煤炭矿区生态产业链网模型

三、煤炭矿区生态产业链网优化研究

煤炭矿区生态产业链网中的各个企业单元在资源(包括产品、副产品及废弃物)的链状流动方面有着密切的联系，而煤炭矿区内生态产业链的构建不仅不同程度地受到科学技术发展水平、企业生产政策、市场消费需求及资源利用效率等因素的影响［9］，各企业单元的生产规模及资源流入与流出也对其存在一定的影响，各个企业单元之间必然存在一种生产规模上的动态均衡机制，因此，我们需要设立相关的指标，并通过指标优化来进行生态产业链的优化。

(一)煤炭矿区生态产业链网中各个企业单元的最优生产规模分析

根据量本利模型进行分析，煤炭矿区生态产业链节点的每个企业单元都存在着最优的生产规模，某个企业单元是否可以成为这个矿区生态产业链的节点，在市场需求平衡的状态下，一般是由这个企业的产量能否达到最优来决定的，可以用量本利模型分析法来确定其最优生产规模［10］。由图2可知，当且仅当Q1＜Q＜Q2时，矿区生态产业链中某企业盈利;当Q=Q1或Q2时，企业盈亏平衡;当Q＜Q1或Q＞Q2时，企业亏损。

图2 量本利模型分析

(二)煤炭矿区生态产业链网中各个企业单元的资源流入与流出分析

在整个煤炭矿区生态系统中存在着许多企业单元，每个横向和纵向的耦合节点之间都存在着物质、能量和信息的流动，因而构成了上游企业单元和下游企业单元。一般来说，上游企业单元的资源(产品、副产品及废弃物)供给能力并不受下游企业单元的影响，但下游企业单元的生产规模却主要取决于对应的上游企业单元供给资源的吸收能力。假设在整个煤炭矿区生态产业链网体系中，各个企业单元都有可能会接受n-1个企业单元的资源供给，同时，它也可以向n-1个企业单元提供资源。

1.资源流入量分析

(1)在整个矿区生态产业链网体系内，第j个企业单元接受来自n-1个企业单元的资源流入总量可以用如下公式表示:

其中，Wij表示第i个企业单元流入第j个企业单元的资源量，Ri为第i个企业单元流入第j个企业单元的资源量修正系数，其具体计算和修正方法将在以后的研究中探讨。

(2)在整个矿区生态产业链网体系外，第j个企业单元接受来自其他m个生产部门的资源流入总量可以用如下公式表示:

(3)第j企业单元的资源流入总量可以表示为:

2.资源流出量分析

(1)在整个矿区生态产业链网体系内，第j个企业单元流出到n-1个企业单元的资源总量可以用如下公式表示:

其中，Vij表示第i个企业单元接受的来自第j个企业单元的资源 量为第i个企业单元接受的来自第j个企业单元的资源量修正系数

(2)在整个矿区生态产业链网体系外，第j个企业单元流出到其他m个生产部门的资源总量可以用如下公式表示:

(3)第j企业单元的资源流出总量可以表示为:

(三)优化分析

矿区生态产业链网体系内各企业单元之间的流入及流出资源控制指标可以用来判断整个生态体系中是否需要建立第j企业单元及其最优化生产规模，下面仅分析评价单一的企业单元的资源流入与流出，分别用流入第j企业单元的资源控制指标来作为流入资源量控制指标，第j企业单元流出到矿区生态产业链网系统中的资源控制指标来作为流出资源控制指标。

整个煤炭矿区生态系统的内部和外部共流进第j企业单元的资源控制指标表示为:

当S1=0或S1→0时，分两种情况进行优化分析:①若S2=0，则表明矿区生态体系内外流入到第j企业单元的资源量(产品、副产品及废弃物总量)恰好是最优生产规模，并且第j企业单元流出到矿区生态体系内的n-1个企业单元的资源量(产品、副产品及废弃物总量)也恰好是其各自企业的最优的产业规模，消除了“资源过剩”及“剩余短缺”的发生，因而，成立第j企业单元，会使得整个矿区生态体系中的企业单元得到协调发展。②若S2≤0，则表明第j企业单元流出到矿区生态体系内的n-1个企业单元的资源量(产品、副产品及废弃物总量)没有达到各自的最优生产规模，至少比整个矿区生态体系中的某一个企业单元的最有生产规模要大，出现了“资源过剩”的现象，可以采取扩大第j企业单元的生产规模或者将过剩的资源运到矿区生态体系外处理的方法解决这一问题，以达到最优生产规模。

当S1＜0时，分3种情况进行优化分析:① 若S2=0或S2→0，则表明矿区生态体系内外流入到第j企业单元的资源量(产品、副产品及废弃物总量)并不是最优生产规模，要比其小，出现“剩余短缺”的现象，可以采取缩减第j企业单元的生产规模或者从矿区生态体系外取得相关剩余资源的方法解决这个问题。② 若S2＞0，则不需要建立这个企业单元。③ 若S2＜0，也不需要设立这个企业单元。

当S1＞0时，可以分两种情况进行优化分析:① 若S2＜0，则应该建立这一企业单元，但需要找到新的市场。② 若S2＞0，则也应该设立这个企业单元，并将其规模进一步扩大。

四、结语

随着社会经济的飞速发展，环境问题越来越严峻，低碳经济也越发受到大众的关注。煤炭作为我国的重要能源，走可持续发展道路是必然的选择，构建并完善煤炭矿区生态产业链，深化煤炭资源利用率，既可以使企业节约成本，也可以减少其对环境的污染。对煤炭矿区各企业的生产规模进行优化，可以更好地完善其生态产业链网，从而实现企业、社会和环境的和谐发展。

［1］张帅，安栋，房英.基于资源综合利用的煤炭矿区生态产业链构建［J］.煤炭经济研究，2010，30(8):11-14.

［2］谭大鹏，夏训峰.煤系伴生资源的生态产业链网构建研究［J］.工业技术经济，2008，9(3):108-111.

［3］肖芬，刘西林，王军.煤炭矿区产业链延伸影响因素的实证研究［J］.软科学，2009(1):61-64.

［4］贺振伟，白中科.平朔矿区工业——生态产业链的结构设计与实证［J］.资源与产业，2012，1(5):51-56.

［5］于成学，武春友.基于低碳生态产业链多元稳定影响因素分析［J］.科技与经济，2012，25(4):96-100.

［6］於世为，李如鑫.煤炭矿区生态产业链延伸极效益分析——以郑煤集体超化矿区为例［J］.煤炭经济研究，2011，31(8):12-16.

［7］席旭东.矿区生态产业链集成及其优化分析［J］.煤炭学报，2011，36(7):1237-1242.

［8］席旭东.矿区生态工业共生模式与发展演变研究［M］.北京:煤炭工业出版社，2008:134-137.

［9］吕涛，聂锐，刘钥.煤炭产业链的区域效率评价及优化策略［J］.煤炭学报，2009，34(7):1003-1007.

［10］任一鑫，于喜展.煤炭与其他矿物共生伴生矿区循环经济体系建立的探讨［J］.煤炭学报，2004，29(5):635-640.