循環經濟礦山一體化模式的思考與實踐

文 / 唐 勇

我國的能源分布特點是富煤、貧油、少氣，煤炭資源相對豐富，在能源資源儲量中煤炭占90%，致使煤炭消費在我國一次能源消費中占主導地位。據統計，2016年我國原煤產量34.1億噸，煤炭消費占一次能源消費的62.3%，其中火力發電消費占煤炭消費的72.2%。為了維護國家的能源安全，必須大量開采煤炭資源，這勢必會污染環境和破壞生態，因此尋求安全、環保的煤炭開采利用方法迫在眉睫，以最大限度地減少煤炭開采利用帶給生態環境的擾動。

一、煤炭開采對生態的影響

煤炭在開采過程中會給環境帶來巨大的壓力。目前，主要的地下開采和露天開采這兩種方式，都會有大量巖土和矸石堆放、水體外排、瓦斯氣體排放，造成地下水位下降，地下水和地表水污染、粉塵和廢氣污染、固體廢棄物污染，形成的采空區引發地表塌陷、裂縫、滑坡等一系列的危害。歸納起來對環境造成的影響主要有大氣污染、土地資源破壞、水體污染、地表植被和景觀破壞、噪聲污染等方面。

二、煤炭利用對環境的影響

在我國，煤炭最主要的消費對象為火力發電，其次是煤化工、建材等。無論哪種利用方式，都會產生大量的固體廢渣、廢水以及廢氣排放。尤其是現代煤化工，需要消耗大量的水資源，同時產生大量的難處理污水。以煤制油為例，每生產1t的油產品需要10t以上的水參加反應。煤制油所產生的污水具有較高的乳化度、較大的色度，并且其可生化性不佳，含有濃度較高的有機物且成分較為復雜，是一種難以進行處理的典型煤化工污水。如大唐國際克什克騰40億/年煤制天然氣項目，每天排放的濃鹽水就接近4.8萬噸，相當于一個30～40萬人口城市一天的用水量；陜西榆林某年產60萬噸/年甲醇的煤化工企業，污水回用工程采用一級三段式反滲透裝置，污水回收率達到85%，但是仍然還有15%的廢水需排放掉，這15%的廢水等于濃縮了六七倍。

三、煤炭綠色開采主要技術

煤炭綠色開采技術主要有保水開采、煤與瓦斯共采、充填開采等，技術比較成熟可靠，國內已有成功應用的經驗。

保水開采技術是在采煤活動中對水資源進行保護和對礦井水進行資源化利用，特別是陜西、甘肅、內蒙古以及山西等缺水地區要注重對水資源的保護和利用，對于水資源豐富的地區要減少對水資源破壞的透水事故的發生，將保水開采技術作為綠色開采的重點。

充分利用采煤過程中巖層移動以及破壞對瓦斯的卸壓作用，提高瓦斯的抽采率，在煤層開采時形成采煤和抽采瓦斯兩個完整的開采系統，即“煤與瓦斯共采”技術。

充填開采技術是解決“三下”壓煤問題、矸石山問題、地面沉降問題以及采空區瓦斯問題的有效途徑。充填開采是將煤矸石、粉煤灰、河砂以及建筑垃圾等充填材料用于充填采空區，從而提高資源的利用率、控制地面沉降與塌陷；同時還可以消耗地面的固體廢棄物、建筑垃圾，降低對環境的污染。目前按照充填材料的不同，主要的充填方法可分為水砂充填、矸石充填和膏體充填。

四、循環經濟綠色礦山一體化模式的應用

煤炭開采、利用過程中消耗大量資源的同時，也會產生大量的廢棄污染物。在全國環境保護的高壓態勢下，必須環保先行，實現煤炭開采利用的可持續發展與生態環境的平衡發展。尤其是黨的“十九大”報告中，再次強調“綠水青山就是金山銀山”的生態意識，建設生態文明社會，這就要求煤礦在建設、開采以及煤炭的利用過程中，堅持以循環經濟理論為基礎，通過循環產業鏈，把資源、能源分級利用，變廢為寶，最大限度地降低煤炭開采利用對生態環境的擾動。

以煤炭綠色開采技術為依托，從源頭做起，通過在大型煤礦或煤炭生產基地建設煤炭分級利用大型裝置，如低熱質火力發電、煤化工、建材、余熱利用、瓦斯抽采利用、大型污水處理循環利用、二氧化碳利用等，最大限度地減少排放量，把“黑色”煤炭變成綠色能源，實現綠色礦山一體化模式。

采用綠色開采技術，尤其是充填開采，可以將煤礦建設過程中的巖土、矸石等充填到井下，也可以將電廠等產生的灰渣、地面建筑垃圾、污水處理產生的膏狀廢棄物，以及高濃度難處理污水進行無害固化處理后再作為膏體充填物，充填到井下。充填開采不僅可以提高煤炭資源回采率，還能處理大量煤矸石等固體廢棄物，減少固體廢棄物堆放土地及地表水污染和粉塵污染，同時有效解決或降低地面沉降和塌陷。

對煤炭開采過程中抽采出的瓦斯進行充分利用，低濃度的瓦斯進行低濃度瓦斯發電，瓦斯濃度達到30%以上的，可濃縮提純生產CNG、LNG產品，以提高產品的附加值。同時對低濃度瓦斯發電機組的高溫煙氣及二氧化碳進行利用，如對煙氣、缸套高溫熱水進行集中余熱利用，采用蒸汽透平與ORC透平發電技術相結合，提高瓦斯發電站的發電量；發電后的低溫熱源進行熱水供應，形成能源的分級循環利用；而二氧化碳提純可生產食品級二氧化碳，或生產可降解塑料產品。

據統計，貴州省2017年煤炭產量16551.4萬噸，瓦斯抽采量為227223.7萬Nm3，利用量為85290.25萬Nm3，其中瓦斯發電利用量為77915.7萬Nm3，占總利用量的91.4%。因此瓦斯利用主要以發電為主，絕大部分瓦斯濃度低，無法利用，只能向大氣排氣，即乏風，對環境污染較大。到2016年底，貴州省已建成瓦斯發電機組達570余臺，裝機總量達34.37萬KW，開采出的煤炭進行洗選加工，產生的低熱質燃料作為低熱質電廠燃料進行火力發電，產生的灰渣以及無法利用的矸石等固體物生產灰渣磚等建筑材料，或者作為充填開采的充填物回填到井下；洗出的精煤進行焦化、氣化等，發展煤化工下游精細化工產品。煤化工所需水資源優先選用處理后的礦井水，以及污水處理廠處理后的水資源，實現閉路大循環利用，達到“零”排放。近年來，貴州省加快循環經濟礦山一體化步伐，在煤炭產能集中區，積極建設大型坑口電廠和煤化工產業園。按照“減量化、再利用、循環化”的原則，變廢為寶、變害為利，延伸循環經濟產業鏈，形成煤炭開采、洗選、電力、化工、建材等循環經濟產業園，實現煤與煤伴生資源的綜合開發、產品深加工、高效利用，提高煤炭資源綜合利用度。

五、結論

煤炭行業要采用礦山一體化開采利用技術，以循環經濟理念為原則，實現資源、熱能的循環利用，達到節能減排、生態和諧的煤炭開采—洗選—綜合利用的煤炭經濟綜合產業。要以煤炭綠色開采為核心，煤炭循環利用為手段，形成煤化工、電力、建材、化工產品精加工等循環經濟產業集群，采用大型化、模塊化等高效工藝技術，實現污水集中處理利用、資源高效利用、生態環境和諧的可持續發展。要通過綠色開采技術和循環利用手段，最大限度地減少煤炭開采利用過程中對生態環境的擾動，形成循環經濟礦山一體化模式，達到煤炭工業可持續發展的目的，實現人與自然和諧共處的生態環境和文明社會。