陜西省煤炭產業發展現狀和存在問題及對策

秦鵬魁,雷 羽,付有全

(1.中陜核工業集團有限公司,陜西 西安 710100;2.陜西省煤田地質集團有限公司,陜西 西安 710021;3.中國石油天然氣股份有限公司長慶油田蘇里格氣田開發分公司,內蒙古 鄂爾多斯 017000)

0 引言

“雙碳”目標的提出,給煤炭產業發展帶來了新的挑戰,我國能源資源“貧油、少氣、富煤”,煤炭資源作為保障我國能源安全的戰略壓艙石,將長期居于我國能源消費結構的主體地位[1-2]。2022年3月5日,習近平總書記參加十三屆全國人大五次會議內蒙古代表團審議時強調,要積極穩妥推進碳達峰、碳中和工作,立足富煤貧油少氣的基本國情,按照國家“雙碳”工作規劃部署,增強系統觀念,堅持穩中求進、逐步實現,堅持降碳、減污、擴綠、增長協同推進,在降碳的同時確保能源安全、產業鏈供應鏈安全、糧食安全,保障群眾正常生活,不能脫離實際、急于求成。

陜西省煤炭資源儲量位居全國第4,產量位居全國第3,是我國重要的煤炭資源儲、產基地,深入分析陜西省煤炭產業發展現狀,對研究新時期我國煤炭產業發展面臨的問題、探索我國煤炭產業未來發展方向,具有重要的借鑒意義。

1 陜西省煤炭資源勘探開發及利用情況

1.1 儲量及分布概況

截至2016年底,陜西全省現已探明煤層埋藏2 000 m以淺的總含煤面積5.74萬km2,主要分布在渭北石炭二疊紀煤田、陜北石炭二疊紀煤田、陜北三疊紀煤田、陜北侏羅紀煤田以及黃隴侏羅紀煤田。已完成勘查的面積為3.97萬km2,累計探獲資源量2 555億t,占全省資源總量的61.4%,查明資源量1 793億t,保有資源量1 722億t。陜西省煤炭儲量豐富,煤質優良,為國家煤炭產業戰略西移提供了重要的資源保障,在全國煤炭產業布局中具有重要的戰略地位[3]。

1.2 煤炭資源開發及產能建設

截至2018年底,全省各類煤礦開采和建設中已占用的探獲資源量1 150.72億t,占累計探獲資源量的43.1%?！笆濉币詠?通過資源整合和兼并重組,陜西省煤礦數量由2015年底的503處減少到2020年底的370處,平均單井年產能達186萬t以上,全省煤炭產量以年均增長3 000萬t以上的速度,由2015年的5.23億t增加到2020年的6.79億t。

1.3 煤炭利用與轉化情況

現代煤化工技術的高速發展,有力地促進我國富煤地區由傳統煤炭輸出地向現代煤化工產業基地轉型,先后建成一批高質量的煤化工項目,形成以陜西榆林為代表的多個現代煤化工產業示范區。陜西省充分發揮自身資源及技術優勢,積極推動“三個轉化”[4],不斷延伸煤炭產業鏈。近年來,陜北能源化工基地煤電裝機規模持續攀升(煤向電力轉化),并成為世界上最大的蘭炭生產基地、國內最大的甲醇生產基地(煤電向載能工業品轉化)、國內重要的氯堿產業基地(煤氣油鹽向化工產品轉化)。

截至2020年底,全省煤制甲醇、烯烴產能分別為485萬t/a、442萬t/a。2019年底,全省煤電裝機容量達到4 307萬kW,榆橫至濰坊特高壓輸電工程建成投產,送電規模達到400萬kW;陜北至湖北輸電工程已獲審核批準并開工建設,配套電源方案796萬kW也在加快推進建設。

2 陜西省煤炭產業發展主要問題

2.1 地質勘探問題

煤田地質勘探工作是做好煤炭資源開發利用的先決條件,近年來,隨著煤炭資源開發及綜合利用技術的不斷進步[5],早期煤田勘探成果在部分礦區已經不足以支撐當前煤炭綠色開發利用的客觀需求。

首先,早期煤田地質勘探大多重點關注煤炭資源賦存情況,而忽略了與煤炭開發密切相關的礦區生態環境、地下水、地質災害等方面內容。煤炭資源開發所造成的粉塵、煤矸石、瓦斯等一系列礦區生態環境惡化問題早有詬病;對地下水的污染和破壞廣泛存在;引起的地面沉降、煤層水害等次生災害,直接威脅礦井生產安全[6]。

其次,早期煤田地質勘探雖然在煤質特征分析方面已有一定的研究,但是在現階段煤炭資源綠色高效利用越來越精細的要求下仍顯不足。根據煤質特征的不同,煤炭資源可以作為氣化、煉油、發電或動力用煤及制備水煤漿和配焦用煤等諸多不同用途的原料。以煤制焦油用煤為例,要求煤炭資源具有高揮發分和低灰分,同時揮發分中要富含煤焦油成分[7]。因為前期勘探工作對該類煤炭資源的控制程度較差,大量的煤炭資源已經被開發作為動力用煤直接燃燒,能夠帶來高附加值的提取煤焦油用煤被大量浪費[8]。因此,已有的勘探工作對煤質的控制程度已經不足以支撐現代煤化工等產業對煤質特征的高要求[9]。

2.2 開發造成環境問題

陜西煤炭資源豐富,類型多樣,但大多聚集于陜北生態脆弱區。大規模的煤炭開發建設,使原本就十分脆弱的生態環境進一步惡化,帶來了諸如地下水污染、地表沉陷、自然植被毀壞、土地沙化、動植物生境破壞等一系列生態環境問題[6,10]。

對于露天開采煤礦而言,由于開采過程是直接揭露覆蓋于煤層之上的巖土層而采出煤炭的方法,因而會造成表土剝離和礦產采出的地質問題[11]。煤礦井工開采的地質環境問題主要由于地下開采活動引起,我國95%以上的煤炭生產采用井工開采方式。井工開采使得煤層上部巖層失去有效支撐,進而導致上覆巖層發生復雜的移動變形,尤其是在上覆巖層發生冒落、塌陷,造成上部隔水層破壞,會造成區域地下水系的嚴重擾動,進而帶來一系列生態環境問題[12-13]。煤層厚度、上覆巖層類型及其力學性質、水文地質條件等都會直接影響到井工開采后的生態環境破壞程度。

此外,煤礦開采前期的配套地面工程建設占地面積較大,會在破壞地形地貌的同時對礦區原有地表植被造成不可逆轉的破壞。煤礦生產過程中產生的煤矸石堆積,不僅壓占大面積土地,破壞、占壓原有植被,同時由于矸石本身含碳量較高,長時間堆放在地面與空氣接觸,容易發生矸石山自燃并釋放氮硫氧化物,在雨水淋濾作用下使土壤酸化,還可能使其中蘊藏的重金屬發生遷移,造成嚴重的土壤和水體污染問題[14-15]。

2.3 煤炭資源綜合利用問題

目前,煤炭資源的燃燒利用依然是其最主要的利用方式,尤其是基于燃煤發電技術的煤炭資源利用,該利用方式產生的煤灰以及二氧化碳是引起環境問題的首要因素。通過煤炭資源轉化,形成高效清潔的合成氣、煤焦油,并進一步加工形成高附加值油品、化工品或綠色發電及供熱[9],從而構建新型的煤基原料清潔高效利用產業鏈,實現煤炭分質分級利用,最大限度地兼顧煤炭的原料屬性及燃料屬性,是改變這一現狀的最優途徑,但目前部分關鍵技術尚未取得突破。國內外已實現產業化的煤熱解多聯產技術大多存在熱解反應系統能源利用率偏低、半焦產量高而轉化利用率低且附加值不高、焦油回收率偏低、焦油攜帶粉塵難分離、廢氣廢水處理成本高等問題[16-18]。

另外,通常情況下煤炭資源還存在包括鋁土礦、貴金屬、稀有元素、煤層氣、地熱等豐富的其他伴生資源,常規煤炭開采主要完成了煤炭單一資源的開采,而與煤炭共伴生的其他資源卻沒有得到有效利用[19]。煤炭開采過程中煤層氣、礦井水、煤矸石、粉煤灰等多種資源并存,煤系地層往往富含稀土元素以及鎵、鋰、鈾、硒等高附加值元素[20]。常規煤炭開采過程中往往將煤層氣以及礦井水作為致災因素考慮,將煤矸石作為廢棄礦渣處理,將諸多可利用的元素隨煤灰一同廢棄。目前正在發展的綜合利用技術產生的附加值并不能真正體現其應有價值,未來產業發展還存在諸多短板亟待補齊[21]。

3 陜西省煤炭產業發展相關建議

3.1 進一步落實和完善煤炭資源勘查工作

著力實施更加系統全面的煤炭資源地質勘查工作,從早期落實煤炭資源量的角度調整為煤炭資源系統勘查。具體包括:①資源賦存地質特征方面,重點就煤炭資源的聚集規律、沉積構造地質條件、水文地質條件、工程地質條件進行全面的勘查工作。②生態環境特征方面,重點就礦區生態系統進行全面的認識,主要包括礦區生物群落構成、物質循環及能量循環過程、依存環境特征等等。要全面調查礦區物種類型、數量、空間分布特征,系統分析無機環境與生態環境的相互作用關系。③煤質特征方面,要對礦區煤炭資源進行全面系統地煤質特征化驗分析和煤類劃分,具體要求對其灰分、工業組分、低溫干餾、伴生礦產、煤層氣、有害元素、發熱量等做出高質量的分析[22]。

3.2 全面落實煤炭資源開發與生態環境保護責任

能源革命的最終目的是實現綠色發展,煤炭資源開采過程的生態環境保護工作是煤炭產業健康發展的第一要務。落實煤炭資源開發與生態環境保護責任,不僅要建立健全相關政策法規,同時還要著力開展新方法新技術的研發和推廣應用。①要做到生態環境問題一票否決制,堅持做到煤炭開發“事前防范、過程控制、事后處置”的全過程監管,不斷完善煤炭開發的生態環境補償機制,有效限制資源開發過程中的環境污染問題[23]。②要重點關注生態環境脆弱區煤與水賦存情況以及煤礦開采的擾動規律,關注“煤-水協調開發”的水資源保護理論與方法[24]。③要科學認識礦區生態環境問題的誘發根源,正確對待礦區資源開發的伴生資源,積極探索共伴生資源的綜合利用途徑,進而實現治理污染的目的,同時最大程度的創造經濟價值[7]。

3.3 著力發展煤炭資源的“原料化”綜合利用產業

首先,以保障國家能源安全、確?！半p碳”目標實現為基本前提,統籌規劃煤炭資源的“燃料化”和“原料化”利用[25]。煤炭資源“原料化”綜合高效利用是“煤炭革命”的唯一出路,必須將這一理念進一步深入到煤炭產業發展當中[26]。要分別從煤炭礦區和煤炭加工企業2個方面具體實施。煤炭礦區方面,要開發適合本礦區開采的具體工藝,提高生產效率,著重發展煤系伴生資源協同開發技術、煤炭安全綠色開發技術、煤層氣賦存規律及高效開發技術。在煤炭加工企業方面,要繼續堅持煤炭綠色高效利用技術研究,組織已有技術的合理快速推廣[27]。從審批、財稅、土地、資源等方面,加大對應用目標明確、推廣前景廣闊、綜合效益優良的資源節約與綜合利用技術的支持力度,積極組織實施工程示范,鼓勵相關技術高質量發展。

4 結語

必須清醒的認識到,“煤炭革命”并非“革煤炭命”,而是要推進煤炭“勘探、開發、利用”全產業鏈的革命性改變,陜西省作為我國煤炭資源大省,在煤炭資源勘探、開發及利用中存在的問題主要體現在:①地質勘探工作系統性低、存在一定的滯后,難以滿足現代煤化工產業的發展需求;②煤炭資源開發引起的地下水體和地表景觀破壞,地表裂陷,自然植被毀壞,地表裸露和土壤侵蝕等生態系統破壞問題依然嚴峻;③造成煤炭資源高碳排放的燃燒利用依然是其最主要的利用方式,“原料化”綜合利用存在不足。

未來煤炭產業的高質量發展要做到以下幾個方面:①要基于煤炭資源綠色開發和高效利用的需求,著力實施更加系統全面的煤炭資源地質勘查工作;②要不斷建立健全煤炭資源綠色開發相關政策法規,著力開展新方法新技術的研發、推廣與應用;③要以保障國家能源安全、確?！半p碳”目標實現為基本前提,從技術與政策兩方面,著力發展煤炭資源的“原料化”綜合利用產業。