錢鳴高：煤炭產能擴張引發中西部環境隱憂

　　煤炭為國民經濟的發展作出了重要貢獻，但社會對煤炭了解少而責難多。實際上，煤炭不僅有安全問題，在不久的將來，隨著產量向中西部進一步擴張，在干旱缺水的地區集中大規模開采將會導致環境問題。

　　有關預測到“十二五”末煤炭需求可能突破40億噸/年。西部六省年產能可能達到30億噸,占75%，煤炭儲量占全國的65%，但其水資源總量僅占全國的8.3%，生態十分脆弱。這些問題若不及時采取對策，將來的后果將無法估計。

　　我國是產量占世界46%的煤炭大國，為國家提供了70%的能源，支撐了國民經濟高速發展。理應有世界上最優秀的科研隊伍去形成先進的開采理念和技術，理應建立最安全的生產環境和解決好開采對生態環境的影響，理應有最現代化的礦井和技術設備，理應有科學的管理體制和最精干的管理人員。行業理應得到社會的尊重。但現實的回答并不是肯定的。

　　近10年來，煤炭每年以近2億噸（相當于一個產煤大國的產量）的增量發展，雖然部分也依靠了先進的適應國情的技術和創建了世界一流的煤礦。但相當部分并不是依靠科技進步，而是市場的刺激。在這期間機械化水平低、不注意環境保護和安全控制能力低（死亡人數占70%）的鄉鎮煤礦產量一度達到40%以上。而且一些歷史老礦也在艱難的經濟環境下提高產能。

　　由于受賦存條件的影響，產能的實現是依靠大規模超能力生產，超越了對安全和環境的控制能力。煤炭行業形象不佳，受到了國內外社會巨大的責難，對行業造成了巨大的隱性社會成本。

　　顯然，為了適應如此大規模的區域性產能，行業要實現全面健康發展還需要在科技、管理和經濟各方面作出巨大努力。

　　科學產能改變煤炭工業形象

　　煤炭產業具有強烈的負外部性，主要表現在：賦存的煤質與沉積條件密切相關而與科技投入無關，物流成本決定于區位，企業無法選擇；煤炭是稀缺資源，但又由于易于取得而難以定價，導致無償、廉價使用、過度開發；產出地為環境付出巨大代價；煤炭開采是高危行業，煤礦工人工作環境惡劣，行業社會地位低下，人才難以聚集。另外，煤炭企業大部分在經濟不發達地區，經濟發展的沖動往往會不顧環境和安全開發資源。企業背負著沉重的勞動就業壓力，機械化進展緩慢。

　　煤炭產業的負外部性與科學發展觀相悖，難以由市場解決。由市場經濟形成的管理模式使企業以市場為導向、以追求利潤為目的，煤炭企業和地方就可能利用行業的負外部性形成不完全成本，就可能將相當的內部成本轉化為社會成本，導致安全投入嚴重不足；開采破壞環境；資源得不到珍惜；企業技術力量和裝備不足；企業間不公平競爭和以農民工為勞動力的鄉鎮煤礦大量開發。

　　顯然，煤炭行業在滿足經濟發展的同時，必須要解決行業負外部性帶來的一系列問題。由此，提出了科學采礦（Sustainable mining）理念。主要體現在:高效——機械化開采以減少井下人員；安全——保護人身作業安全；綠色——保護環境；高回收——提高資源采出率；經濟——采用先進科學技術以降低成本。由于產能巨大，這些問題的解決涉及在各類開采條件下采礦科學與技術的前沿問題。

　　由科學采礦進而提出了科學產能理念，科學產能應該是指：“在持續發展的儲量條件下，具有與環境容量相匹配、和相應的安全和環保標準相符合的技術，將資源最大限度高效采出的能力。”

　　煤炭未來需求與產能分布

　　根據預測，按照可再生能源發展的情況，若能形成低碳和強化低碳情況，則到2050年煤炭的需求將可以維持在25億~30億噸，仍然占能源總量的34%~38%。事實是2010年的實際產量已達到32億噸。在可再生能源未能形成相當規模前，能源相當部分仍然要依靠煤炭，除非降低經濟發展速度。有關預測到“十二五”末煤炭需求可能突破40億噸/年。

　　我國煤炭儲量分布是北方占90%，而且65%集中分布在晉陜蒙三省（區）；南方占10%：集中分布在貴州和云南省（占南方區的77%）；而東部由于歷史上高強度開發僅剩余799.94億噸（為全國資源量的7%）。

　　40億噸年產能若按照儲量分配，情況為：

　　晉、蒙、新、寧、陜、甘六省，年產能可能達到30億噸（75%），煤炭儲量占全國的65%，但其水資源總量僅占全國的8.3%，生態十分脆弱。其中：山西為10億噸；陜西5億噸（主要在榆林地區）；內蒙古10億噸（鄂爾多斯地區5億~6億噸）；寧甘青地區2億噸；新疆2.5億噸。

　　安全難以控制區域：如東部深井高應力開采：大部分采深達到千米，產能4.86億噸（12%）；南方地質復雜、高應力和高瓦斯地區：產能4.12億噸（10%）。

　　另外，東北的產能為1.6億噸。

　　由此，面對未來能源對晉陜蒙寧地區如此大規模的煤炭需求，要實現科學采能，環境容量如何？能否解決對生態脆弱區的環境保護？按目前的發展回答是否定的，以山西為例，每年的產量是全國的1/4，由于經濟和技術原因開采引起的環境日益惡化。其次是地質復雜、高應力和高瓦斯區域能否實現安全生產，而這兩方面都是技術難題，都沒有先例可以借鑒。

　　綠色開采技術

　　全國96個重點礦區中，缺水礦區占71%。發展綠色開采技術應得到特別關注。為此近期提出開采的技術原則：（環境損害/單位資源產量）=最小

　　1）充填（條帶）開采技術

　　充填開采技術對巖層擾動最小，是應該擴大使用的綠色開采重要技術。目前發展了矸石、膏體和超高水充填技術以置換煤炭。將來還可以在一些地區發展以沙漠的沙置換煤炭。

　　推廣的主要阻力是成本，因此應解決如何降低材料成本，同時應研究以最小的充填量達到巖層控制和保護地面環境的目的。

　　2）開采和地下水

　　采礦最大的破壞是地下水系和地面環境。在有些開采并不破壞地下水系的情況下，此時環境保護的原則應該是：村莊下和建筑物保護可依靠充填和條帶開采解決；大量破壞的農田則需依靠復墾解決，由此必須在礦區全面實現“開采—充填—復墾”體系。

　　在開采破壞地下水系的情況下，目前正在研究與實踐各種保護生態的開采技術。

　　例如：富煤的鄂爾多斯地區和陜北榆林地區，部分溝谷地區是長時期地質變動形成的生態區域。因此形成了該地區居民依賴的“潛水滲流補給的溝谷網水系”生態。開采引起的巖層松動和地貌改變，改變潛水流場，破壞了補給網，影響溝谷的水量，甚至枯竭，最終破壞該地區的生態。榆林地區張家峁井田內原來有115處泉水，采煤后102處干涸，總流量衰減95.8％；神木北部一帶湖淖數量由開發前的869處減少到2008年的79處。顯然在這些地區開采必須實行“無塌陷開采”，否則大規模開采形成的環境損失將無法彌補。

　　顯然，在無法實現保護水資源時應該限制大規模開采，或者采用避免沉降的條帶開采，而條帶則留待將來采用充填置換。

　　另外相當多的情況是開采影響水系，但經過一段時間有可能恢復，此時需要進行評估和決定改善措施。

　　在水資源貧乏地區，應該研究：開采后可能引起的上覆巖層水文地質變化；隔水層的破壞與重新恢復（充填等技術）的可能性以及再造隔水層的可能；在沒有隔水層或者無法修復的條件下，應該考慮避免地下水的全部流失，將其保存和再利用；在上述條件都不能滿足時應定為暫不可采資源。

　　顯然，在這些問題沒有得到成熟解決以前，大規模開采是不合適的。

　　3）抽采瓦斯

　　基于瓦斯是比二氧化碳高20倍的溫室氣體；治理不妥瓦斯又是開采煤炭過程中重大安全隱患；瓦斯是煤炭伴生的清潔能源，儲量31.46萬億m3，相當于天然氣儲量。近年來正在逐步形成相應的開采和利用技術。

　　高透氣性煤層可采用地面鉆井抽采瓦斯技術，如晉城煤業；而面對大量的低透氣性煤層，由于瓦斯是吸附在煤炭上，吸附量占90%，游離瓦斯不到10%。吸附瓦斯難于采集，只有降低應力才能使吸附變成游離瓦斯。因此，可以利用井下開采工程改變順序造成應力釋放以抽采瓦斯（例如保護層開采），為此形成了開采調控應力場的“煤與瓦斯共采”技術，這種技術在淮南礦業集團得到成功應用。但全面推廣還需進一步降低成本和形成規范與技術標準。

　　4）在綠色開采技術中還包括礦井地熱利用和煤炭地下氣化。

　　由上分析，完整的綠色開采技術框架及其可操作的評估標準和技術規范并未跟上實際產能的需要。

　　科技是保證煤炭安全開采的主題

　　由于管理上的努力，我國由2005年產量21億噸死亡近6000人，百萬噸死亡率為2.836，到2010年產量增至近32億噸，死亡降至2433人，百萬噸死亡率降至0.749。但與國際水平仍有較大差距，在各種事故中，瓦斯占31.7%，頂板占38%。而瓦斯事故由于一次性死亡量大，社會影響最為突出。

　　近期機械化裝備的進展使高產高效礦井發展迅速，但若按百萬噸死亡率0.04作為國際先進標準，從安全開采方面論，2007年僅有1/3的產能是科學的。

　　但機械化受煤層賦存條件限制，鄉鎮煤礦和復雜地質煤礦（如南方十多個省）生產方式落后，死亡率高的原因之一是沒有相應的機械化手段。高產高效礦井的產量90%集中在晉陜蒙寧和華東地區地質條件較好的地區。而華南地區極少，僅占0.49%。

　　據統計：全國現有生產煤礦中：綜采的煤礦715處僅占5.27%；高檔普采和普采363處占2.67%；而炮采11118處占到81.87%；手工采煤1384處占10.19%。由此必然導致兼并鄉鎮和小煤礦，進行大基地建設，為機械化開采奠定基礎。但要完成全部機械化開采由于煤層賦存條件限制還任重而道遠。

　　當前對由于地應力引起的動力現象（沖擊地壓、煤與瓦斯突出和突水等）的探測與預防技術可靠度仍然很低。深部開采高應力導致巷道難以維護；沖擊地壓頻繁；高瓦斯煤層的瓦斯由于應力得不到釋放難以抽采；井下突水常常與開采引起應力場改變有密切關系，難以控制。

　　南方煤層賦存地質條件差，而且很多地區是高地應力和高瓦斯。未來在東部地區向千米以下延伸，由高應力引起的動力災難使安全生產難以保證。由此，將是產能的主要約束因素。

　　影響安全的百萬噸死亡率的主要因素是：經濟上安全的投入是否到位；科技上機械化，瓦斯和地應力引起的動力事故等控制能力是否解決；管理上是否根據對礦井安全生產條件評估、科技對安全的控制能力和經濟發展需求達到最優配置，由此確定企業進入的門檻。

　　顯然，在控制百萬噸死亡率方面管理作用重大，但當能源需求產能的科技和經濟條件都不能到位時，管理并不是控制安全的萬能手段。

　　按照“十二五”規劃產能將大量向晉陜蒙地區集中，而南方與東部的產量比例進一步縮小。經過整合提高進入門檻和大基地的形成，有可能逐步形成高度機械化的特大型礦井群，開采安全生產條件進一步改善，按照近期這些地區的安全生產記錄，可使全國煤礦百萬噸死亡率進一步下降，到“十二五”末可期望降至0.5以下，甚至達到0.3。但與我國在世界的經濟地位仍然不相稱。

　　另外，由于高應力和高瓦斯引起的動力事故，近期在基礎理論與科技研究的資金和人力投入嚴重不足，進展緩慢，至今解決手段缺乏可靠性，必須加大研究形成具體的可靠的科技成果。

　　煤礦事故使行業與國家付出巨大的社會成本。近期雖然行業作出了巨大努力，但由于目前缺乏世界領先的科技能力使事故由難控轉變成易控。因此在大規模產能情況下百萬噸死亡率難以與國際水平相銜接。為此必須加強科技在人力與資金上的投入，而且必須形成專職隊伍進行研究并提出可靠的措施，才能滿足當前產能要求。

　　完全成本與經濟管理

　　由于采礦在環境與安全上的負外部性，導致形成不完全成本。其程度隨著開采條件和企業區位不同而存在很大差別，由此影響內部成本向社會成本轉化的數量。

　　實現完全成本的難度包括：

　　1）資源、安全（以人為本）、資源產出地環境損失（尤其是舒適型環境資源）難以量化評估。產出地環境損失得不到補償，導致產量（超過環境容量）越大，環境的隱形損失越大。

　　2）這類成本存在很大的彈性和相對性。

　　3）企業以贏利為目的，而面對的開采條件和區位優勢差異很大。行業內部不公平競爭缺乏協調管理，制約企業成本的合理投入。

　　完全成本是保護環境和安全生產的經濟基礎，也意味著科學采礦的實現。

　　市場經濟是利益的博弈，煤炭企業的經濟效益嚴重受開采條件、煤質和區位的影響，由于缺乏行業協調與管理形成不公平競爭，由此導致開采條件好的企業大量贏利，而開采條件差的企業必然以減少應有的投入彌補可能出現的虧損。煤礦工人要達到體面而又有尊嚴的勞動還需要作出巨大的投入和努力。負責任的企業在獲得經濟效益的同時對產出地造成的環境破壞加以修復，而且著力于改善礦工的勞動條件和提高礦工的安全生產可靠性和合理收入，幫助礦工生活的產出地由資源優勢變成經濟優勢。

　　一些具有區位優勢和良好開采條件的企業在獲得了經濟效益后，為了擴大更多利潤，在行業自身科技問題沒有解決的情況下延長產業鏈。但缺乏風險評估、技術與信息優勢和行業協調，幾乎很難贏利。

　　據報道，全國規模以上煤炭企業實現年利潤總額達到數千億元，造成行業經濟狀態的假象。這些利潤顯然與不完全成本和有些企業的區位和優越的開采條件有關，并不是整體行業的反映。而另一方面礦工的安全生產保證條件、勞動環境和收入在行業排行上仍然處于劣勢狀態。顯然，煤炭行業應該用科學發展觀研究資源經濟，以協調企業、需求、社會和地方經濟的關系，促進行業健康發展。

　　結論

　　第一，為了適應國民經濟需求，必須以科學發展觀審視煤炭工業，全社會必須在科技、經濟和管理上給予足夠的重視。

　　第二，煤炭開采業具有明顯的負外部性。因此產能的確定必須以滿足實現安全生產和環境容量為前提。

　　第三，不久的將來在有限的晉陜蒙寧生態十分脆弱區域內，將集中30億噸年產能。如此高的開發強度，若不能做到資源與環境協調開采，則造成的環境損失將難以估量。煤炭行業將再次受到社會進一步的責難。

　　第四，根據未來能源的需求，煤炭產能將進一步向晉陜蒙寧地區集中。由于向大型煤礦高度機械化發展，全國安全有望進一步好轉，但高應力引起的動力事故的預防仍然是科技的難點。

　　另外，必須不斷理順行業“經濟—科技—管理”的關系，使行業健康發展。

　　第五，煤炭行業科學發展，人才是關鍵。在爭取社會力量支持外，必須自身培養出一支強大的懂得科技、經濟和管理隊伍。由此，必須改變行業的形象，凝聚社會的人才來為我國的基礎能源——煤炭服務。

　　（作者系中國工程院院士 錢鳴高）