基于量本利的礦區生態產業鏈構建及優化研究

謝洪軍，李 穎

(重慶理工大學經濟與貿易學院，重慶 400054)

一、引言

煤炭資源的開發利用水平在一定程度上與國家的經濟社會發展水平相互促進并相互制約，近年來，煤炭資源支撐了我國經濟社會的高速發展，相伴而來的資源約束與生態環境壓力也越來越突出，并成為轉變經濟增長方式和調整經濟結構的重要“瓶頸”之一。我國煤炭礦區在形成和發展的過程中存在著諸多問題，主要的問題是礦區產業鏈過短且產業結構過于單一。產業鏈過短導致礦產在生產過程中所形成的煤炭伴生資源得不到充分的利用，從縱向來講，煤炭資源沒有得到深度加工，從橫向來看，與煤共伴生的礦體及礦產開發過程中形成的次級資源沒有得到科學處理，從而造成了資源浪費并給環境帶來污染，產業結構單一使得整個煤炭礦區的穩定性差，且給礦區的發展帶來了一定的風險。

實現煤炭礦區可持續發展的必由之路是發展基于循環經濟的生態工業園區模式，而發展生態工業園區模式的基礎即是生態產業鏈的構建。目前，我國關于礦區生態產業鏈構建的研究為數不多，張帥等［1］重點分析了煤炭資源在我國能源結構中的地位，詳細總結了我國煤炭資源利用中存在的問題，提出了構建基于循環經濟的煤炭礦區生態產業鏈。譚大鵬等［2］重點研究了煤系伴生資源生態產業鏈構建方式。肖芬等［3］從促進因素和阻礙因素兩方面對煤炭礦區產業鏈延伸的影響作用進行分析，建立了雙因素模型，并對其進行了實證研究。賀振偉等［4］以平朔礦區為例，從循環經濟角度，分析礦區工業—生態產業鏈結構設計的必要性和可行性。于成學等［5］從低碳經濟的視角分析了生態產業鏈的多元穩定因素。於世為等［6］以超化礦區為例，根據煤炭生產特點，對礦區生態產業鏈進行了延伸和優化，并對延伸后的產業鏈結構進行了效益分析。本文將依據循環經濟理論，構建基于煤、與煤共伴生礦體以及開發過程中的次級資源循環利用的煤炭礦區生態產業鏈網模型，并對其生產規模進行優化研究，使整個礦區生態產業鏈得以優化，以期為煤炭礦區的可持續發展及其生態工業園區的建設提供理論和實踐參考。

二、煤炭礦區生態產業鏈網模型構建

循環經濟模式的三大基本原則是資源減量化、產品再利用及廢棄物資源化，提倡“資源—產品—再生資源”閉路循環路線，實際上就是使得物質和能量得到最優化的利用，廢棄物得到最小化的排放，某企業的流出物(包括其產品、副產品或廢棄物)可以作為其他企業的原料進行供應，從而可以實現資源的合理利用。煤炭礦區生態產業鏈即是以整個礦區內部生產的各種資源(包括其產品、副產品及其廢棄物)為聯系紐帶，將各個不同的生產環節緊密聯系在一起，模擬自然生態系統中的食物鏈原理的一種鏈狀資源流動方式［7］。

(一)煤炭礦區生態產業鏈的鏈條類型

1.縱向生態產業鏈

礦區縱向生態產業鏈是以煤炭資源的開采為主線，以其加工產生的廢棄物重新利用，并不斷創造新的價值來進行拓展的。煤炭礦區生態產業鏈的縱向延伸路徑可以有以下幾種:煤炭—電力—養殖、建材、供熱、化工、肥料等;煤炭—氣化—柴油、石腦油、硫磺等;煤炭—焦化—化工產品等。這些縱向延伸的生態產業鏈都是單一的鏈狀結構，是我國目前煤炭礦區實踐過程中最原始、最簡單的生態產業鏈。

2.橫向生態產業鏈

礦區橫向生態產業鏈主要是以煤炭的伴生資源(如高嶺土、硅藻土、煤矸石、礦井水等)的有效利用為主線，橫向耦合多條生態產業鏈。在整個煤炭礦區生態產業鏈結構中，單一的鏈狀結構是不存在的，在實際工作中，在確定好鏈狀產業鏈耦合結構后，根據食物鏈的“加環”設計(生產環、增益環、減耗環、復合環)、食物鏈的“解鏈”設計、“加工環”設計等原理，使名種副產品、名種次級資源實現循環利用［8］。本文主要研究煤炭開采過程中的共伴生礦物、煤矸石和礦井水的生態產業鏈的設計思路。

(1)煤炭開采過程中的共伴生礦物

煤炭資源的開采和加工過程中伴隨著大量的煤共伴生礦產資源，如果不加以利用，則勢必會造成資源的浪費，同時也會給環境帶來污染，因此，構建合理的煤系共伴生礦物生態產業鏈，可以變廢為寶，進而提高煤炭資源的綜合利用水平。在我國煤炭礦區中的共伴生資源中，比較有利用價值的煤共伴生礦產主要有高嶺土、硅藻土、膨潤土、硫化鐵和石墨等。分別對其產業鏈進行橫向延伸可以得到:高嶺土—造紙、硅藻土—催化劑、膨潤土—吸附劑、硫化鐵—制取硫磺及工業硫酸、石墨—陶瓷。

(2)煤矸石

煤矸石是在煤炭資源開采及加工過程中排放出的廢棄物，約占煤炭產量的15% ～20%。目前，煤矸石已成為我國排放量最大的固體廢棄物之一，它給我國的生態環境帶來了嚴重的破壞，我們有必要在短時間內有效地提高煤矸石的綜合利用率。以煤矸石為源頭的生態產業鏈縱向延生路徑主要分為下面幾種:煤矸石—電力—建材、化工、肥料、礦業等;煤矸石—電力—煤化工;煤矸石—電力—電網;煤矸石—電力—供熱等。根據煤炭資源開采的外部環境、資源條件及所排放的廢物特征，煤矸石的橫向耦合共生生態產業鏈可以延伸為:煤矸石—電廠—粉煤廠—煤化工、電廠—煤矸石—建材廠—建材產品、煤矸石—充填復墾—土地資源—農業或旅游業等。

(3)礦井水

在煤炭資源的開采過程中，地下水與煤層、巖層接觸，加上人類活動的影響，水資源往往會遭到嚴重的破壞，造成礦井水污染。合理利用礦井水資源，構建礦井水生態產業鏈，對節能減排的開展具有重要的意義。本文以“礦井水處理—提取熱能—初級利用—循環利用”為設計思路，構建煤炭礦區礦井水生態產業鏈體系，以期實現資源的綜合利用。經過處理的礦井水可以用于農業灌溉、工業用水、生活用水及煤礦井下生產用水，而利用水源熱泵提取的礦井水中的熱量可以用于井口防凍、職工洗浴及工廠建筑供暖，在企業內部，通過合理的安置排水系統、處理凈化裝置及運輸管道，可以實現礦井水的多次循環利用。

(二)煤炭礦區生態產業鏈網構建

依據上述煤炭礦區縱向生態產業鏈和橫向耦合生態產業鏈的設計，將它們相互融合即可得出煤炭礦區的生態產業鏈網模型(如圖1)。

圖1 煤炭礦區生態產業鏈網模型

三、煤炭礦區生態產業鏈網優化研究

煤炭礦區生態產業鏈網中的各個企業單元在資源(包括產品、副產品及廢棄物)的鏈狀流動方面有著密切的聯系，而煤炭礦區內生態產業鏈的構建不僅不同程度地受到科學技術發展水平、企業生產政策、市場消費需求及資源利用效率等因素的影響［9］，各企業單元的生產規模及資源流入與流出也對其存在一定的影響，各個企業單元之間必然存在一種生產規模上的動態均衡機制，因此，我們需要設立相關的指標，并通過指標優化來進行生態產業鏈的優化。

(一)煤炭礦區生態產業鏈網中各個企業單元的最優生產規模分析

根據量本利模型進行分析，煤炭礦區生態產業鏈節點的每個企業單元都存在著最優的生產規模，某個企業單元是否可以成為這個礦區生態產業鏈的節點，在市場需求平衡的狀態下，一般是由這個企業的產量能否達到最優來決定的，可以用量本利模型分析法來確定其最優生產規模［10］。由圖2可知，當且僅當Q1＜Q＜Q2時，礦區生態產業鏈中某企業盈利;當Q=Q1或Q2時，企業盈虧平衡;當Q＜Q1或Q＞Q2時，企業虧損。

圖2 量本利模型分析

(二)煤炭礦區生態產業鏈網中各個企業單元的資源流入與流出分析

在整個煤炭礦區生態系統中存在著許多企業單元，每個橫向和縱向的耦合節點之間都存在著物質、能量和信息的流動，因而構成了上游企業單元和下游企業單元。一般來說，上游企業單元的資源(產品、副產品及廢棄物)供給能力并不受下游企業單元的影響，但下游企業單元的生產規模卻主要取決于對應的上游企業單元供給資源的吸收能力。假設在整個煤炭礦區生態產業鏈網體系中，各個企業單元都有可能會接受n-1個企業單元的資源供給，同時，它也可以向n-1個企業單元提供資源。

1.資源流入量分析

(1)在整個礦區生態產業鏈網體系內，第j個企業單元接受來自n-1個企業單元的資源流入總量可以用如下公式表示:

其中，Wij表示第i個企業單元流入第j個企業單元的資源量，Ri為第i個企業單元流入第j個企業單元的資源量修正系數，其具體計算和修正方法將在以后的研究中探討。

(2)在整個礦區生態產業鏈網體系外，第j個企業單元接受來自其他m個生產部門的資源流入總量可以用如下公式表示:

(3)第j企業單元的資源流入總量可以表示為:

2.資源流出量分析

(1)在整個礦區生態產業鏈網體系內，第j個企業單元流出到n-1個企業單元的資源總量可以用如下公式表示:

其中，Vij表示第i個企業單元接受的來自第j個企業單元的資源 量為第i個企業單元接受的來自第j個企業單元的資源量修正系數

(2)在整個礦區生態產業鏈網體系外，第j個企業單元流出到其他m個生產部門的資源總量可以用如下公式表示:

(3)第j企業單元的資源流出總量可以表示為:

(三)優化分析

礦區生態產業鏈網體系內各企業單元之間的流入及流出資源控制指標可以用來判斷整個生態體系中是否需要建立第j企業單元及其最優化生產規模，下面僅分析評價單一的企業單元的資源流入與流出，分別用流入第j企業單元的資源控制指標來作為流入資源量控制指標，第j企業單元流出到礦區生態產業鏈網系統中的資源控制指標來作為流出資源控制指標。

整個煤炭礦區生態系統的內部和外部共流進第j企業單元的資源控制指標表示為:

當S1=0或S1→0時，分兩種情況進行優化分析:①若S2=0，則表明礦區生態體系內外流入到第j企業單元的資源量(產品、副產品及廢棄物總量)恰好是最優生產規模，并且第j企業單元流出到礦區生態體系內的n-1個企業單元的資源量(產品、副產品及廢棄物總量)也恰好是其各自企業的最優的產業規模，消除了“資源過剩”及“剩余短缺”的發生，因而，成立第j企業單元，會使得整個礦區生態體系中的企業單元得到協調發展。②若S2≤0，則表明第j企業單元流出到礦區生態體系內的n-1個企業單元的資源量(產品、副產品及廢棄物總量)沒有達到各自的最優生產規模，至少比整個礦區生態體系中的某一個企業單元的最有生產規模要大，出現了“資源過剩”的現象，可以采取擴大第j企業單元的生產規模或者將過剩的資源運到礦區生態體系外處理的方法解決這一問題，以達到最優生產規模。

當S1＜0時，分3種情況進行優化分析:① 若S2=0或S2→0，則表明礦區生態體系內外流入到第j企業單元的資源量(產品、副產品及廢棄物總量)并不是最優生產規模，要比其小，出現“剩余短缺”的現象，可以采取縮減第j企業單元的生產規模或者從礦區生態體系外取得相關剩余資源的方法解決這個問題。② 若S2＞0，則不需要建立這個企業單元。③ 若S2＜0，也不需要設立這個企業單元。

當S1＞0時，可以分兩種情況進行優化分析:① 若S2＜0，則應該建立這一企業單元，但需要找到新的市場。② 若S2＞0，則也應該設立這個企業單元，并將其規模進一步擴大。

四、結語

隨著社會經濟的飛速發展，環境問題越來越嚴峻，低碳經濟也越發受到大眾的關注。煤炭作為我國的重要能源，走可持續發展道路是必然的選擇，構建并完善煤炭礦區生態產業鏈，深化煤炭資源利用率，既可以使企業節約成本，也可以減少其對環境的污染。對煤炭礦區各企業的生產規模進行優化，可以更好地完善其生態產業鏈網，從而實現企業、社會和環境的和諧發展。

［1］張帥，安棟，房英.基于資源綜合利用的煤炭礦區生態產業鏈構建［J］.煤炭經濟研究，2010，30(8):11-14.

［2］譚大鵬，夏訓峰.煤系伴生資源的生態產業鏈網構建研究［J］.工業技術經濟，2008，9(3):108-111.

［3］肖芬，劉西林，王軍.煤炭礦區產業鏈延伸影響因素的實證研究［J］.軟科學，2009(1):61-64.

［4］賀振偉，白中科.平朔礦區工業——生態產業鏈的結構設計與實證［J］.資源與產業，2012，1(5):51-56.

［5］于成學，武春友.基于低碳生態產業鏈多元穩定影響因素分析［J］.科技與經濟，2012，25(4):96-100.

［6］於世為，李如鑫.煤炭礦區生態產業鏈延伸極效益分析——以鄭煤集體超化礦區為例［J］.煤炭經濟研究，2011，31(8):12-16.

［7］席旭東.礦區生態產業鏈集成及其優化分析［J］.煤炭學報，2011，36(7):1237-1242.

［8］席旭東.礦區生態工業共生模式與發展演變研究［M］.北京:煤炭工業出版社，2008:134-137.

［9］呂濤，聶銳，劉鑰.煤炭產業鏈的區域效率評價及優化策略［J］.煤炭學報，2009，34(7):1003-1007.

［10］任一鑫，于喜展.煤炭與其他礦物共生伴生礦區循環經濟體系建立的探討［J］.煤炭學報，2004，29(5):635-640.