煤炭绿色开采技术推动策略研究：基于政府与企业的演化博弈视角

马 媛，潘亚君

(山东科技大学经济管理学院，山东 青岛 266590)

煤炭是我国的重要能源，但煤炭开采存在较为严重的环境问题，具体表现为：传统开采方式容易造成地下水位下降和地表水流失，矿区废水排放对土质、植被造成损害[1-2]；过度开采造成岩层移动，大面积地表塌陷[3]。因此，如何减少煤炭开采的环境污染是实现行业可持续发展的关键。绿色开采将绿色理念引入到煤炭开采过程中，通过技术创新解决煤炭开采中的水资源破坏、岩层移动、地表塌陷等问题，能够最大限度地实现环境、经济和社会效益[4-6]。

1 研究现状

长期传统开采形成的技术路径和市场环境，造成绿色开采技术推广受阻[3]。企业层面，受到管理层环保意识[2]、管理方式[5]等因素的制约，绿色开采机制难以建立。由于对传统开采技术的路径依赖，推广新技术需要大量的资金、人力等，企业承担较大风险[3,6]；配套设备和充填材料价格昂贵，也制约了企业绿色开采的积极性[7]；此外，绿色开采技术的环境外部性特征导致成本不能完全与企业收益挂钩，也限制了技术的推广[8]。政府作为监督者，主要承担制定惩罚机制和奖励措施的责任，奖惩措施不完备[2]、监管懈怠也影响了企业绿色开采的积极性[7]。

针对绿色开采技术推广中存在的诸多问题，申洛霖[8]运用博弈论的理论方法研究了煤炭企业与地方政府之间策略选择的交互影响；龙如银等[9]从静态博弈的角度分析了绿色开采动力不足的原因，进一步分析了双方的博弈策略。上述成果为研究企业绿色开采提供了理论基础，但上述研究成果多采用案例研究或者静态博弈的方法。企业和政府的策略选择是一个动态的变化过程，博弈方会根据对方的策略以及内外部环境变化，实时更改策略选择。因此，本文使用演化博弈研究方法，在有限理性假设下，建立政府部门和企业的收益矩阵，分析监管部门和企业之间策略选择的动态趋势，为推广绿色开采技术提供理论支持。

2 政府和企业的演化博弈分析

2.1 模型基本假设

假设1：博弈参与者为政府部门(包括煤炭工业管理局和环保局等)和煤炭企业。政府部门的策略为监管(比例为x)与不监管(比例为1-x)。煤炭企业的策略为绿色开采(比例为y)和非绿色开采(比例为1-y)。政府监管的成本为Cg,不监管的成本为0；煤炭企业绿色开采策略下的收益为R1，非绿色开采策略下的收益为R2。政府和企业随机决策进行博弈。

假设2：煤炭企业选择绿色开采策略，在政府监管的情况下，企业的收益为R1-C1+T。其中，C1表示企业的绿色开采成本；T表示绿色开采企业获得的政府补贴、税收优惠等相关奖励。政府的收益为T0-Cg,其中，T0表示环境改善带来的整个社会福利的提高。在政府不监管的情况下，煤炭企业的收益为R1-C1，政府的收益为T0。

假设3：煤炭企业选择非绿色开采策略，在政府监管的条件下，企业收益为R2-C2-F。其中，F表示煤炭企业非绿色开采受到的惩罚或者损失的收益；C2表示企业非绿色开采的成本。政府收益为G-Cg，其中，G表示政府对企业采取惩罚而获得的收益。政府不监管条件下，煤炭企业的收益R2-C2，政府的收益为0。

2.2 模型收益矩阵

建立博弈双方收益矩阵，见表1。由于政府和煤炭企业不能准确判断对方的策略选择，博弈双方以一定的概率进行策略选择，进而形成一种混合策略。无论哪一方独自改变自己的策略都不会增加额外收益。因此，本文通过演化博弈分析此混合策略。

表1 博弈双方收益矩阵Table 1 Return matrix for both game players

通过表1的政府监管部门和煤炭企业的收益矩阵，可得下面几种收益。

1) 政府监管与不监管的期望收益和平均收益分别见式(1)～(3)。

E11=y(To-Cg)+(1-y)(G-Cg)=

G-Cg+yTo-yG

(1)

E12=yTo+(1-y)×0=yTo

(2)

(3)

政府采取监管策略的复制动态方程见式(4)。

x(1-x)(-yG+G-Cg)

(4)

2) 企业绿色开采和非绿色开采策略的期望收益和平均收益分别见式(5)～(7)。

E21=x(R1-C1+T)+(1-x)(R1-C1)=

R1-C1+xT

(5)

E22=x(R2-C2-F)+(1-x)(R2-C2)=

R2-C2-xF

(6)

(7)

因此，企业采取绿色开采策略的复制动态方程见式(8)。

y(1-y)[x(T+F)+R1-C1-R2+C2]

(8)

由式(4)和式(8)组成的微分方程系统的雅可比矩阵来判断其平衡点的稳定性，见式(9)。

(9)

系统局部均衡点处的具体取值见表2。

其中：

(10)

(11)

2.3 博弈演化结果

2.3.1 情形1：G

此种情况下，政府监管成本高于政府对非绿色开采企业的罚款，在扣除成本和政府罚款之后，企业非绿色开采所获收益依然高于绿色开采的利润和政府奖励。系统演化稳定结果见表3。只有A(0,0)是演化稳定策略，对应的策略组合为(不监管，非绿色开采)。图1为对应的系统动态演化图。在该种情况下，政府方面G

表2 局部均衡点处取值情况Table 2 Values at the local partial equilibrium point

表3 情形1的局部稳定性分析Table 3 Partial stability of case 1

图1 情形1演化结果Fig.1 Evolution results of case 1

2.3.2 情形2：GC1-C2

政府监管成本高于政府对非绿色开采企业的罚款，企业绿色开采与非绿色开采收益增加大于两者的成本增加。系统演化稳定结果见表4。只有B(0,1)是演化稳定策略，对应的策略组合为(不监管，绿色开采)。此时的系统动态演化结果如图2所示。在该种情况下，政府方面G

2.3.3 情形3：G>Cg，R-C1+T

政府对非绿色开采企业的罚款高于监管成本，企业非绿色开采收益在扣除成本与罚款后仍然大于绿色开采利润与奖励。系统演化稳定结果见表5。只有C(1,0)是演化稳定策略，对应的策略组合为(监管，非绿色开采)。图3为系统动态演化结果。政府对非绿色开采企业的罚款所得高于监管成本，政府监管积极性提高。而企业由于非绿色开采获得的收益在扣除开采成本和政府罚款后仍然高于有政府奖励政策下的绿色开采所得，从“经济人”角度考虑，企业会选择绿色开采。

表4 情形2的局部稳定性分析Table 4 Partial stability of case 2

图2 情形2演化结果Fig.2 Evolution results of case 2

表5 情形3的局部稳定性分析Table 5 Partial stability of case 3

平衡点TrJ(迹)DetJ(行列式)结果A(0,0) 不确定-鞍点B(0,1) 不确定-鞍点C(1,0) -+ESSD(1,1) ++不稳定点

2.3.4 情形4：G>Cg，-F-T

政府对非绿色开采企业的罚款高于监管成本，企业非绿色开采利润大于绿色开采利润，但企业非绿色开采在扣除政府对其罚款之后小于政府对绿色开采补贴与利润之和。演化稳定结果见表6。系统不存在演化稳定策略，系统动态演化结果如图4所示。监管之初，政府获得收益达到了期望值，会选择监管；考虑到政府监管，企业会选择绿色开采；然而，政府继续监管除了增加监管成本，还要给予企业相应的补贴和优惠，于是，政府选择不监管；企业因为政府的不监管继而选择非绿色开采。如此反复，两博弈主体之间没有稳定演化策略。

图3 情形3演化结果Fig.3 Evolution results of case 3

表6 情形4的局部稳定性分析Table 6 Partial stability of case 4

平衡点TrJ(迹)DetJ(行列式)结果A(0,0)不确定-鞍点B(0,1)不确定-鞍点C(1,0)不确定-鞍点D(1,1)不确定-鞍点O(x∗,y∗)00中心点

图4 情形4演化结果Fig.4 Evolution results of case 4

3 仿真设计

为更直观地描述博弈中各参数对演化稳定策略的影响，下面使用Matlab对演化博弈四种情形进行仿真检验，以探究其对演化稳定状态的影响机制。

3.1 情形1博弈仿真

根据情形1的条件设置各参数并进行调整，得到仿真结果如图5所示。此时，政府监管收益低于预期收益，而监管成本较高，调整这两个参数不会影响最终的演化稳定策略。但政府监管成本和预期收益会对博弈系统达到均衡状态的速率有所影响。在该情况下，调整企业的绿色开采收益、非绿色开采收益、绿色开采成本、非绿色开采成本、政府补贴及非绿色开采情况下政府罚款和企业损失参数会对演化稳定策略有影响。绿色开采利润与非绿色开采利润之差较小时，部分小企业会选择绿色开采，这部分企业没有政府罚款，其政府补贴正好能弥补与非绿色开采利润差值。而大部分企业会选择非绿色开采以获取更多收益，说明政府对其惩罚力度较小，且政府的补贴等奖励政策对其吸引力较小。对于推广绿色开采技术，此情况应当引起重视，以便及时采取适当的措施改进企业侥幸心理，否则绿色开采技术难以推广，甚至环境和资源等会进一步破坏。

图5 情形1仿真结果Fig.5 Simulation results of case 1

3.2 情形2博弈仿真

根据情形2的条件设置各参数并进行调整，得到仿真结果如图6所示。政府监管收益低于预期收益，而监管成本较高，调整这两个参数并不能影响最终的演化稳定策略。但政府监管成本和预期收益会对达到均衡状态的速率有所影响。在该情况下，调整企业的绿色开采收益、非绿色开采收益、绿色开采成本、非绿色开采成本、政府补贴及非绿色开采情况下政府罚款和企业损失等参数不会改变演化稳定策略，只会影响博弈系统达到均衡状态的速率。企业绿色开采收益和成本等参数的改变加速了演化博弈达到稳定状态。情形2在现实生活中并不常见，一般会出现在管理层思想先进，资源雄厚的企业。绝大数传统企业思想固化不会主动对开采技术进行改革。

3.3 情形3博弈仿真

根据情形3的条件设置各参数并进行调整，得到仿真结果如图7所示。政府实施监管之初经验不足，对企业的惩罚力度较小，所获收益低于预期，政府监管意愿会较小；后期随着监管制度的完善，政府最终会选择监管。调整这两个参数不会影响最终的演化稳定策略。但政府监管成本和预期收益会对博弈系统达到均衡状态的速率有所影响。在该情况下，调整企业的绿色开采收益、非绿色开采收益、绿色开采成本、非绿色开采成本、政府补贴及非绿色开采罚款和企业损失等参数也不会改变演化稳定策略，只会影响博弈系统达到均衡状态的速率。情形3在现实生活中比较常见，煤炭企业属于传统企业，管理层思想固化， 不愿意引进创新人才对开采技术进行改革，而政府作为绿色开采技术的推动者，必然要采取措施对企业进行整顿。

图6 情形2仿真结果Fig.6 Simulation results of case 2

图7 情形3仿真结果Fig.7 Simulation results of case 3

3.4 情形4博弈仿真

根据情形4的条件设置各参数并进行调整，得到仿真结果如图8所示。此情形中没有稳定均衡策略，得到中心点(0.5,0.5)。在此情况下政府和企业都选择了混合战略，博弈双方会根据彼此策略的变化改变策略，双方有一定的相互依赖性，这种策略选择有一定的周期性。

图8 情形4仿真图Fig.8 Simulation results of case 4

4 建 议

1) 完善绿色开采制度体系。将矿区周围的地表塌陷面积、水污染程度等纳入绩效考核，通过给予企业相应补贴和税收优惠政策，激发企业绿色开采的积极性。遵循“谁绿色、谁受益”的原则，支持企业使用绿色开采技术，给予企业绿色开采设备和材料购买的补贴。

2) 降低绿色开采风险。完善绿色开采法律法规，明确煤炭资源属于国有，使绿色开采有法可依。通过立法解决煤炭开采过程中对地表及水资源等污染的问题，推动绿色开采技术的推广，降低绿色开采的风险，保护企业权益。

3) 强化绿色开采的内在激励。营造“谁绿色、谁光荣”的氛围，对于更换绿色开采设备的企业，政府不但给予企业一定的补贴和税收优惠政策，并授予供应商和开采企业荣誉称号，调动企业使用先进开采技术的积极性，从而实现企业和供应商的双赢。

4) 推动绿色开采技术的市场化。大力建设市场化的技术中介服务体系，结合企业对开采过程中对设备、材料等的需求，有效解决企业技术创新成本高的难题。加大对技术服务部门的沟通，形成市场化、网络化和专业化的技术交流平台。