煤炭矿山资源综合利用产业多元化的思考

■ 王雪峰/薛亚洲/王海军

（1.北京航空航天大学化学与环境学院，北京 100191；2.中国国土资源经济研究院，北京 101149）

煤炭矿山资源综合利用产业多元化的思考

■ 王雪峰1,2/薛亚洲2/王海军2

（1.北京航空航天大学化学与环境学院，北京 100191；2.中国国土资源经济研究院，北京 101149）

近年来，煤炭矿山企业的“三率”水平均有不同程度的提升，但仍然有较大提升空间。“十二五”期间，煤炭企业结合矿区、煤种和经济区域特点，探索绿色开采模、“煤-电-化-冶-建-运”循环经济产业链、煤电一体化循环经济生产模式、低质煤炭资源的煤化工产业链等多元化产业典型模式。应对单一煤炭资源的高强度开采带来资源浪费和环境污染问题，需要进一步转变经济发展方式，调整产业结构，以科技创新促进煤炭矿山资源产业多元化：①提高煤炭回采率，为产业多元化提供资源保障；②强化煤层气和瓦斯抽采，实现煤系能源利用产业化；③推动多种资源综合回收利用，延长产业链；④加大示范区、试点建设，树立煤炭资源综合利用的产业化典型。

煤炭；综合利用；产业多元化

1 煤炭资源仍然是我国的能源主体

1.1 煤炭长期支撑着我国经济快速发展

在我国的电力结构中，燃煤发电占77%；在化工产品原料中，煤炭占比大于60%；在铁路货运中，煤炭运输约占57%。煤炭资源一直是我国能源主体。

1.2 煤炭对我国GDP的贡献率逐年提高

“十一五”期间，我国煤炭生产和主要利用行业对GDP总量和增量的总贡献率平均为15%和18%左右。煤炭行业的GDP贡献率指标增长速度较快，从2009年的1.56%升至2014年的2.72%（参见图1）。

图1 2009—2014年我国GDP的煤炭贡献率变化情况

1.3 我国煤炭产量逐年增长，但已成为煤炭净进口国家

2000年以来我国煤炭产量逐年递增，年均增长11.1%， 2014年达到35.2亿t（图2）。但自2009年始煤炭供需基本平衡的状况被打破，当年净进口煤炭1.04亿t，2010年煤炭净进口上升到1.47亿t，2011年煤炭净进口量进一步上升至1.68亿t[1]（图3）。

按照目前我国单一的煤炭资源高强度开采利用方式发展下去，煤炭资源在我国能源中的主体地位还将持续多久，煤炭资源开发与生态环境能否协调发展，都将是必须引起我们高度重视的问题。在新的形势下，需要尽快转变经济发展方式，实施“科技兴煤”战略，发展循环经济，逐步实现煤炭资源综合利用产业化，全面提高煤炭矿山资源的整体综合利用水平和效益。

图2 1999—2014年我国煤炭产量变化情况

图3 我国煤炭历年净进口规模变化趋势图

2 煤炭资源综合利用现状

煤炭矿山企业的“三率”（采煤回采率、选煤回收率、矿山资源综合利用率[2]）水平均有不同程度的提升，但仍然有较大提升空间。由于开采和利用难度的增加，综合利用产值在下降。受国内外宏观经济和市场供需影响，煤矿开采产能利用基本维持在80%左右。

2.1 采煤回采率仍然偏低，资源浪费严重

近几年，通过采煤工艺和设备的改进，我国采煤回采率有所提高，但总体水平依然偏低。我国露天煤矿采区，厚大矿体（6m以上）平均回采率不足85%，距离国家标准（大于等于95%）还有较大差距；井工开采，厚度大于3.5m的采区回采率为60%～70%，距离国家标准（大于等于75%）也有较大差距；我国煤炭资源平均回收率为30%左右，不足世界先进水平（80%）的一半[3]。各大矿区的煤层气抽采利用效率仍普遍偏低，2000—2014年我国煤层气平均抽采率只有18%，利用率约为37%。

2.2 煤炭入洗率总体稳步提升，洁净煤生产规模增加

初步统计，目前全国原煤入洗率接近60%。2010年以来煤炭入洗率总体稳步提升，2013年，全国原煤产量36.8亿t，同比增长0.8%；入洗原煤21.7亿t，入洗率比2010年提高了8个百分点。以市场需求为导向，均衡安排生产，通过产品结构与加工方式优化，部分矿区选煤回收率达90%以上。煤炭产量逐年增长，入洗率稳步提高，说明我国洁净煤生产规模在扩大（参见图4）。

图4 2009—2014年全国煤炭资源入选情况

2014年，全国90家大型煤炭企业原煤产量27.48亿t，占全国原煤产量的71%，同比下降4个百分点，国内原煤生产集中度降低，降低的原煤产量更多地分布在部分大型矿山；与此同时，国内精煤生产集中度也同样在下降，部分大中型企业产量有所收缩。2014年，全国前10名煤炭企业精煤产量近6.62亿t（参见表1），占全国90家大型企业洗精煤产量的77.6%，同比大幅下降，达7.4个百分点。90家大型煤炭企业入洗原煤8.53亿t，同比增长4.7%，原煤入洗率同比增长1.6个百分点。

表1 2013—2014年全国前10名煤炭企业精煤产量

2.3 矸石和矿井水利用率有所提高，距离规划目标差距较大

我国着力加强煤炭共伴生矿产资源和低热值资源的使用。目前煤矸石利用率70%、矿井水利用率60%，资源利用率显著提高。

煤矸石是煤炭开采和洗选加工过程中产生的主要固体废弃物。我国井工采煤的煤矸石产出量很大，约占原煤产量的15%～20%。据不完全统计，目前全国累计堆放的煤矸石约45亿t，规模较大的煤矸石山2600多座。大量排放的煤矸石不但压占土地，且矸石中的有害微量元素经雨水淋溶后还会污染土壤和周围水体。煤矸石的主要利用途径包括发电、制建材、井下充填、土地复垦、筑路、提取氧化铝、制作肥料等。《矿产资源节约与综合利用“十二五”规划》中提出，2015年东部、中西部和东北部煤矸石综合利用率分别达到90%、60%、75%。近几年来，煤炭行业大力发展循环经济，提高资源综合利用率，通过煤矸石发电、煤矸石制墙体材料等，煤矸石等固体废弃物利用率不断提高[4]（表2）。目前，我国矸石综合利用率在62%左右，煤矸石利用率波动不大，距离规划目标差距不小，未来还有提升空间，尚需进一步提高煤矸石综合利用率。

根据煤炭工业协会和中国资源综合利用协会相关资料，2007—2014年，我国煤炭矿山矿井水的利用率也在逐年稳步提高（表2），但仍有较大提升空间。

2.4 综合利用产值大幅减少，占销售收入的比重略有提高

综合利用产值是指矿山企业回收利用的共伴生矿、尾矿和残矿等矿产品的销售额。综合利用产值率是指综合利用产值与工业总产值的比值，它是从经济效益上反映综合利用程度的指标。

2014年以来，我国宏观经济增速放缓，能源结构调整步伐加快，资源环境约束强化，矿业景气指数下滑，煤炭需求增速明显回落。加之综合利用的特点决定了煤炭综合利用投入大、成本高、利润低，收益主要外化为环境收益，使得煤炭综合利用产值大幅下降。2014年，我国煤炭综合利用产值为749.66亿元，综合利用产值率为8.0%，同比提高2.2个百分点[5]（参见图5）。

表2 2006—2012年煤矸石及矿井水利用情况

3 煤炭矿山多元化产业典型模式

“十二五”期间，结合矿区、煤种和经济区域特点，煤炭企业贯彻落实资源节约与综合利用规划及相关要求，不断加强技术创新，煤炭资源高效开发、洗选、清洁利用技术取得很多阶段性成果。拓展生产经营领域，由单一的煤炭开采逐步向多元化产业延伸和发展，提高资源综合利用效率。

3.1 绿色开采模式

神华集团采用胶轮化运输、保水开采技术、井下水采空区过滤净化技术等技术和措施，有效解决了煤炭资源高效规模开采与破坏生态环境的突出矛盾。

图5 2006—2014年我国煤炭综合利用产值变化情况

采用无岩巷布置、无轨胶轮化技术，轨道运输需要平直的巷道，必然掘进岩石巷道，而胶轮化运输使巷道沿煤层掘进，减少或杜绝岩石巷道的掘进，实现井下矸石不外排(图6)。

采用保水开采技术(图7)，快速推进开采，顶板岩层整体切落，岩块相互铰合，泥岩充填裂缝，实现保水开采。

研发煤矿井下水采空区过滤净化技术（图8）已日趋成熟，既消除了井下水排入地面引起的地表水体的污染，又缓解了矿区干旱缺水的严重问题，目前神东公司日复用水量可达4.15万t。

图6 轨道车运输及无轨胶轮车运输对比图

图7 保水开采技术示意图

3.2 “煤-电-化-冶-建-运”循环经济产业链

窑街煤电集团把矿产资源综合利用工作作为资源企业可持续发展的突破口，利用煤矿独有资源和伴生资源优势，着力打造“煤、电、化、冶、建、运”循环经济产业链。坚持实施煤矿废弃物综合利用项目。通过实施油页岩炼油、煤矸石等低热值燃料发电、煤层气综合利用（井下瓦斯气体发电）、复合水泥（以电厂产生的灰渣为主要原料）、免烧砖等综合利用项目，基本实现了煤矿废弃物的综合利用，取得了较好的经济效益和社会效益。对煤炭资源综合利用产业化具有示范意义。

3.3 煤电一体化循环经济生产模式

伊敏煤电有限责任公司是我国第一家煤电联营企业。公司实施煤电一体化循环经济生产模式，即露天矿生产出的煤炭经输煤皮带直接送到电厂，电厂发电一部分可直接用于采矿生产用电。燃煤产生的灰渣，一部分用于粉煤灰砖厂制砖，一部分作为水泥厂的水泥添加剂，剩余的排入采空区，电厂灰渣全部按环保要求内排，这种电厂排灰渣方式是我国的首创。露天矿煤炭生产超前疏干的地下水作为电厂发电冷却循环水，循环后污水再用于露天矿洒水降尘，实现矿床水的零排放，这种水循环模式也是我国的首创。剥离过程中将地表腐殖土单独存放，用于覆盖回填后的矿坑，并在上面植树种草，恢复植被。这种煤、电、水、灰、土的科学循环利用，形成了以煤电一体产业链为基础的多条循环经济产业链，构建了具有代表性的循环经济发展模式。

3.4 低质煤炭资源的煤化工产业链

我国已进入低品质煤资源的开发时期，低品质煤占煤炭保有储量的40%左右。我国东部将集中面临低品质煤的问题，第一产煤省区内蒙2015年产量超过9亿t（我国产量四分之一），但高含水褐煤资源占一半以上；随着开采水平的延伸，我国华北、华东都将进入高硫煤区。褐煤难以大规模开发利用，小规模开发，90%以上用于发电，效率低，运输半径小、难存储，污染环境。兖矿的高硫煤的化工利用模式值得借鉴和推广（图9）。

图8 煤矿井下采空区过滤净化示意图

图9 兖矿的高硫煤的化工高效利用产业链

4 单一煤炭矿山资源发展模式存在的主要问题

4.1 资源浪费问题突出

虽然最近十年我国煤炭经济总量增长较快，但主要是以扩大资源开发规模、扩大产能为代价的。采煤工作面采煤回采率虽然逐步提高，由于缺乏先进适用的开采技术，对特厚矿体、薄矿体、夹层矿体资源基本都未能开采。这种单纯追求产能的开发方式致使煤炭总体回收率仍然较低，资源浪费问题严重。

4.2 环境污染严重

单一追求煤炭资源的能效而忽视副产品的利用，一直是煤炭矿山企业普遍存在的问题。传统的开采、运输、储存方式在我国煤炭矿山仍然普遍，原煤入洗率不到60%；目前煤层气等煤系共伴生元素矿井水及其矿山废弃物回收利用程度低；多数燃煤设备没有安装脱硫设施，高硫煤和中高硫煤燃烧直接排放。这种单一煤炭资源的生产方式对环境污染很大。要想有效解决这些问题，必须加快煤炭资源综合利用技术和装备的研发利用，解决清洁生产的技术瓶颈制约。

4.3 全面发展循环经济条件不具备

以高效开采、综合利用、节能环保、废弃物利用为核心的循环经济技术体系还不完善，一些关键技术还未突破。同时受资源条件、企业管理水平、管理观念、资金、相关配套产业发展等条件的限制，已经相对成熟的循环经济产业发展模式只能在少数矿山实施，还不能在全国范围内推广应用。因此，在我国全面发展煤炭资源循环经济还任重而道远。

5 科技创新促进煤炭矿山资源产业多元化

煤炭绿色开采、生态矿山建设取得进展，促进了煤炭循环经济体系的建立和完善。今后一个时期内，需要进一步转变经济发展方式，调整产业结构、资源产业多元化是全面提高煤炭矿山资源综合利用水平和效益的发展方向。

5.1 提高煤炭回采率，为产业多元化提供资源保障

煤炭是我国重要的基础性能源，一旦被开发利用，是不能再生的。面对新的发展形势，应针对煤炭的赋存条件和煤质特点，研发和推广适合自身特点的开采方式和发展模式。积极推进一次采全高的高效开采技术；控制岩层移动，减少矸石排放，推行煤炭绿色开采；加快推进煤矿充填开采技术，释放“三下”压煤资源；关注煤炭深部开采和薄煤层开采。实施科学开采，全面提高煤炭回采率，为煤炭资源产业多元化奠定资源基础。

5.2 强化煤层气和瓦斯抽采，实现煤系能源利用产业化

瓦斯和煤层气是共生共储的资源和能源，作为清洁能源或新能源开发，既能增强能源安全保障又能极大改善煤炭安全状况。我国煤层气开发利用缓慢，抽采难，难以实施地面抽采，通过实施采动卸压和人为增透的方式，可改善煤层透气性，提高瓦斯抽采效果。地面抽采、井下共采、乏风利用的技术体系值得推广。目前山西煤层气已注入西气东输主干线，推广应用沁水盆地南部煤层气开发示范工程研究成果，加快煤系能源利用产业化成果转化。

5.3 推动多种资源综合回收利用，延长产业链

低热值煤炭的燃烧与发电是一种劣质资源的综合利用；煤矿地热是一宗清洁且廉价的能源，以风、水作为介质，实施热捕捉和收集，新型地热发电站与传统火力发电站相比，二氧化碳排放量可以减少55%，通过地源热泵等技术，实现煤矿地面供热。粘土、矸石等矿物资源充填采空区、制造建材产品实现资源化利用，延长煤炭伴生资源化利用产业链。

粉煤灰，未来氧化铝的一个潜在来源，粉煤灰中氧化铝质量分数可达15%～40%，是制备氧化铝的有效资源。利用酸浸取法、碱焙烧法、(NH)SO焙烧法等方法从粉煤灰中制备氧化铝实现铝、钒、镓等煤系伴生矿物的资源化利用，着力打造“煤、电、化、冶”循环经济产业链。

构建以矿井水净化利用为主体的工业水循环利用系统和煤炭的保水开采与矿区水平衡系统是实现矿井水内部循环和净化利用的关键环节。

5.4 加大示范区、试点建设，树立煤炭资源综合利用产业化典型

转变煤炭资源经济发展方式，从单一采矿到以煤资源利用的产业化关键是科技创新，因此应加大煤炭基地、国家经济循环区、矿产资源综合利用示范基地等专项资金的投入力度，并适当增加煤炭矿山企业发展循环经济试点的数量，加强煤炭资源绿色开采和综合利用科技攻关，加大对煤炭资源综合利用产业化典型的总结宣传，促进科技成果转化，加快先进技术和产业模式的推广应用，全面提高我国煤炭矿山资源综合利用整体水平。

6 结束语

在当前矿业高速发展、大规模开发的背景下，在我国煤炭禀赋条件差、资源开发强度和难度越来越大的条件下，煤炭企业依靠技术进步与强化管理，以企业为主体，加强产学研合作，提高科技创新能力，促进矿山资源节约与综合利用，部分矿山率先实现煤炭矿山资源的产业化发展，实现资源开发与环境保护的协同发展。然而，要想煤炭企业全面实现矿山资源综合利用的产业化发展，圆满完成《矿产资源节约与综合利用“十二五”规划》中提出的各项目标，还需要政府部门强化煤炭资源综合利用和产业政策的引导和支持，加快适合煤炭矿山考核和监管的标准体系和评价体系研制工作，为矿山资源综合利用提供制度保障，同时需要加强煤矿资源开发的监督管理力度，保证相关标准、规范的有效执行；更需要煤炭矿山企业不断提高自主创新能力，改进升级煤炭资源采、洗和综合利用技术工艺，提高煤炭矿山企业的“三率”水平和综合利用产值，探索煤炭矿山多元化产业模式，推动煤炭矿山资源综合利用产业化进程。

[1]陈甲斌,余韵,胡德文.主要矿产品供需形势分析报告[M].北京:地质出版社,2013.

[2]中国社会科学院.2007中国能源蓝皮书[M].北京:社会科学文献出版社,2007.

[3]张吉春.煤炭开采技术[M].北京:中国矿业大学出版社,2007.

[4]中国资源综合利用协会.中国资源节约与综合利用年度报告(2012)[R].北京:中国资源综合利用协会,2012.

[5]薛亚洲,王海军,汤家轩,等.中国资源节约与综合利用报告(2015)[M].北京:地质出版社,2015.

[6]陈丽新,吴尚昆.我国煤炭产业布局与结构调整浅析[J].中国国土资源经济,2012(7):51-53,56.

On Industrial Diversifcation of Comprehensive Utilization of Coal Mine Resources

WANG Xuefeng1,2, XUE Yazhou2, WANG Haijun2
(1.School of Chemical and Environmental Sciences, Beihang University (BUAA), Beijing 100191, China; 2. Chinese Academy of Land and Resource Economics, Beijing 101149)

In recent years, the improvement in mining recovery rate, ore dressing recovery rate, and the rate of comprehensive utilization that coal mine enterprises have done has risen to some extent. But there is great room for it to grow. During the “Twelfth Five-year Plan” period, in line with the mining areas, coal types and regional characteristics of economy, the coal enterprises explored diversifed industrial typical models with a view to promoting “the three rates”. For example, green coal mining mode, circular economy industrial chain like coal- electricity- chemicals- metallurgybuilding- transportation, the production mode of circular economy of coal and electricity integration, coal chemical industry chain of low-quality coal resources. In responding to resource waste and environmental pollution problems that caused by high-intensive exploitation of a single coal resource, we need to further transform the pattern of economic development, adjust the industrial structure, and promote industrial diversifcation of coal mine resource through technological innovation. In doing so, we should raise coal recovery ratio with a view to providing resources for the industry diversifcation, strengthen the coal-bed methane and gas extraction so as to realize industrialization of coal energy utilization, promote comprehensive recycling of multiple resources, thus expanding production chain; step up efforts to building demonstration area and pilot project, and set up a typical industrialization example of comprehensive utilization of coal resources.

coal; comprehensive utilization; industrial diversifcation

F407.1；F062.1

A

1672-6995（2016）09-0029-06

2016-06-13；

2016-06-22

地质调查项目“主要矿集区矿产资源综合利用现状和潜力调查评价”（12120113087900）

王雪峰（1975-），男（满族），河北省承德市人，中国国土资源经济研究院副研究员，工学博士，主要从事矿产资源综合利用与经济研究工作。