双碳目标下 如何破解煤炭减与保两难问题

 

　　任世华（煤炭科学研究总院科技支持中心主任）：安全绿色高效开发是煤炭稳定供应的基础，近年来取得跨越式发展。我国煤炭科技创新由跟踪、模仿逐步升级到并跑、领跑，大型矿井建设、特厚煤层综放开采、煤矿智能化开采等技术已达到国际先进甚至领先水平，推动了我国煤炭安全高效清洁开采。

 

　　煤矿安全根本性好转。我国煤炭资源普遍埋藏较深，煤炭开采以井工煤矿为主。井下环境复杂，灾害风险因素较多，煤矿安全生产面临巨大挑战。煤炭安全生产水平通常用原煤生产百万吨死亡率表示，即平均每生产100万吨原煤因事故死亡的人数。该指标2000年高达5.77，2010年仍为0.749。随着煤矿瓦斯、冲击地压、水害、火灾等防治体系不断完善，先进技术装备取得重大突破并大规模推广应用，2021年我国原煤生产百万吨死亡率下降到0.044，较2010年下降94.1%，年均下降超22%。一些现代化大型煤矿安全生产水平已基本与发达国家同等开采条件煤矿持平。

 

　　生产效率大幅提高。煤炭生产效率也称生产工效，即平均一个工作人员工作一天的煤炭产量。技术进步推动我国煤矿机械化水平、单井产量规模逐步提高，带动煤炭生产工效快速提升。2021年，大型煤炭企业采煤机械化程度提高到98.95%，煤矿单井产量规模提高到约92万吨/年，大型煤炭企业原煤生产工效提高到8.79吨/工，较2012年6.43吨/工提高了36.7%。一些现代化大型煤矿，如国家能源集团神东煤炭补连塔煤矿，煤炭生产工效达到国际同类条件煤矿领先水平。

 

　　清洁生产水平显著提升。随着煤矿机械化、信息化、智能化水平持续提高，煤矿生产能耗逐年降低，加上煤矿“电代煤”“气代煤”等改造升级，用能结构发生较大变化，煤炭生产用能逐年降低。2021年，我国大型煤矿原煤生产综合能耗、综合电耗分别下降到10.4千克标煤/吨、20.7千瓦时/吨。同时，由于煤矿瓦斯抽采利用率逐步提高，煤炭开发过程排放到空气中的甲烷大幅度减少，煤炭开发过程温室气体排放呈下降趋势。据测算，从2010年到2020年，平均生产1吨煤炭的温室气体排放量由226.7千克下降到151.1千克，10内年下降了三分之一。

 

　　技术进步、从业人员减少、生态环境保护等因素，决定了煤炭开发不能延续高劳动强度、高生态损害的传统方式，走智能绿色之路是必然要求。近年来，在各级政府部门、煤炭企业等高度重视和快速推进下，煤炭智能化、绿色化开采取得初步成效。

 

　　在煤炭智能化开采方面，自2014年建成首个智能化开采工作面以来，智能地质保障系统、智能掘进系统、智能采煤系统、智能主运输系统等10多个环节关键核心系统取得突破，形成智能化煤矿一体化解决方案，探索出适合不同区域、不同煤层条件的煤矿智能化建设模式。截至2021年年底，400多处煤矿开展智能化建设，建成813个智能化采掘工作面，一些煤矿实现“有人巡视、无人操作”智能化开采。当前，煤矿智能化逐步由试点示范转向大范围推广应用。

 

　　在煤炭绿色化开采方面，煤炭行业持续推进绿色矿山建设。保水开采、充填开采等煤炭开采与生态环境保护相融合的技术取得突破并实现推广应用，有效降低煤炭开采对地下水的影响，减少了煤矿区地表沉陷。2021年煤矿区土地复垦率达57%，矿区生态环境质量稳定向好。截至2021年年底，纳入全国绿色矿山名录的煤炭企业共284家。一些煤矿实现了矿区生态环境正效益，不仅没有破坏环境，而且优化了环境。

 

　　适应新时代发挥能源兜底保障作用的新定位、碳达峰碳中和等新要求，我国煤炭行业将呈现以下趋势。

 

　　一方面，智能柔性矿井将成为煤矿建设新形式。“双碳”目标下，风、光等可再生能源发电并网比例将逐步增高，电力调峰需求增加，加大了煤炭需求波动。同时，油气对外依存度持续攀升且地缘政治复杂多变，我国油气供应安全面临严峻挑战，将进一步加大煤炭需求波动。长期看，煤炭生产不是越多越好，而是需要时可快速启动生产，不需要时可低成本保持生产能力，实现柔性供应，产能可低成本宽负荷调节的智能柔性矿井将替代当前高产高效矿井成为未来煤矿建设新形式。

 

　　另一方面，煤矿区将发展成为碳封存基地。煤矿区不仅有煤炭资源，还有充足的地下空间和土地资源，具有巨大的储碳能力。有关研究表明，500米深的煤矿地下空间储存二氧化碳具有较好的稳定性。同时，煤矿地下空间的残煤、岩层和地下水对二氧化碳有一定的吸附、溶解和运移作用，经过长时间物理化学反应和地质变迁，可生成碳酸盐矿，固化二氧化碳。利用矿区土地，种植具有利用价值的快速生长植物，可以形成碳汇。煤矿开采出煤炭，地下空间将煤炭利用产生的二氧化碳封存，地表植被形成碳汇，煤矿区有潜力实现碳自循环。

 

　　技术创新促煤电节能减排