“双碳”背景下煤矿绿色低碳发展路径探讨

实现碳达峰、碳中和,是以习近平同志为核心的党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策,是着力解决资源环境约束突出问题、实现中华民族永续发展的必然选择,是构建人类命运共同体的庄严承诺。煤炭长期以来作为我国能源消耗的必需品,支撑着国民经济的发展。2020年9月22日,在第75届联合国大会一般性辩论上我国向世界宣布中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值,努力争取在2060年前实现碳中和。在“十四五”规划和2035年远景目标纲要中,广泛形成绿色生产生活方式、碳排放达峰后稳中有降成为重要内容,“碳达峰”与“碳中和”成为国家未来三十年发展的重要战略目标。近年来,党中央国务院高度重视生态文明建设和煤炭清洁高效利用。碳达峰碳中和提出后,煤炭企业对节能环保和资源综合利用工作的重视程度进一步提高,生态文明思想也逐步贯穿企业发展的各个环节。通过严控用能指标、推进节能设备替代、利用余热余压、发展资源综合利用等方式,降低矿区生产用能。在推进矿区生态环境保护方面,企业也进一步加大了生态环境保护资金投入,所有煤矸石综合利用电厂均实现了超低排放,土地复垦工作有序推进,矿区主要污染源治理也取得积极成效,矿区环境显著改善。资源综合利用方面也有新的亮点,利用煤矸石、粉煤灰资源开展相变蓄热材料技术应用,解决矿区煤矸石和粉煤灰大规模堆存问题,利用油页岩炼油后的废渣生产土壤改良剂等,拓宽了固废利用的技术含量和附加值。1 煤炭企业发展现状

1.1 生产运行情况

煤炭企业是煤炭行业低碳转型的主力军,是应对和实现双碳目标的责任主体,在双碳目标及保供形势下,目前全国煤炭企业总体运行稳中有序。

2022年,全国规模以上煤炭企业营业收入4.02万亿元,同比增长19.5%,利润总额1.02万亿元,同比增长44.3%。煤炭供应方面,国内产量再创历史新高。2022年全国原煤产量45.6亿t,同比增长10.5%,见图1。

 

1.2 关闭退出产能和产业转移

煤炭行业关闭退出矿井衍生问题明显,产业转移存在压力。从关闭退出矿井情况来看,煤矿关闭退出后衍生的资产处置、人员转产安置和后续的生态保护问题依然非常突出。集中表现为:

(1)矿井政策性退出或关闭后,煤矿对应的资产和债务核销存在政策性障碍,煤矿完全退出配套机制仍有待健全。

(2)由于煤矿用工人数众多,矿井关闭退出后人员转产安置的压力巨大,产业转移可提供的就业岗位有限,通过再就业方式转移安置人员的途径相对有限,企业用于人员安置的资金压力较大,一旦煤炭价格下行或是煤炭主业经营发生变化,维稳压力必将大大提高。

(3)关闭退出煤矿产业转移的途径和方式技术含量不高,大部分与煤炭主业关联度密切,新转移的产业体量规模都较小,难以形成新产业的替代格局。

2 绿色低碳发展路径

双碳目标提出以来,煤炭企业积极探索新发展路径,绿色低碳理念贯穿煤矿生产的各个环节,在煤矸石、矿井水、瓦斯等处置利用方面有所成效。以某国有煤矿为例,就碳达峰碳中和背景下煤矿绿色低碳发展路径展开分析。

2.1 煤矸石处置利用

该矿区矸石自建矿生产以来作为固体废弃物开始堆存,矸石山高约60m,存储量约70万m³,占地面积4万多平方米,堆存高、存储量多、占地面积大,不仅对环境造成了污染,也制约了煤矿经济的发展。为此,企业一方面积极组织干部职工对矿区、矸石山及周边区域进行生态修复治理,移栽种植各类树木十余种,绿化面积达上万平方米,通过铺设洒水管道,多点安装喷头,实现矸石山喷淋管网全覆盖,定期开启喷淋降尘,有效降低了矸石山扬尘污染。另一方面,对未被植物覆盖的裸露地点用防尘网进行全面覆盖,通过日常矸石山巡查安排救护队管理,发现有破损防尘网及时进行覆盖。同时,企业也积极拓宽煤矸石处置利用渠道,通过销售周边建材厂、电厂用于制砖和发电,年消耗25万多吨,矸石山预计3~5a内基本消除,实现经济创效和固废堆积负增长双赢。

2.2 矿井水处理和综合利用

(1)作为大水矿区之一,矿内建有矿井水和生活污水处理站。近年来,为提升废水处理能力又新增矿井水高效旋流处理系统,经处理后的矿井水、生活污水均达标排放。同时,为节约地下淡水资源,根据矿区矿井水出水点和是否受采煤污染等因素影响,企业采取了“分类治理,提高综合利用率和利用价值,实现矿井水就地资源化利用”的综合利用,处理后的水分别用于供应水务、湿地公园、水厂、矿区生产生活自用及农业灌溉等。

(2)实施矿井水余热利用热泵系统项目。井工开采过程中,矿井排水的处理和矿井热害现象是普遍存在的问题。因此,为了保证井下人员和机械的正常工作,要对矿井水及时作出处理。在矿井排出的废水和矿井回风中蕴含着大量的热能,将煤矿开采中产生废热、余热能回收,与水源热泵系统结合,能将大量不能直接利用的低温热能变成有用的高温热能,用于矿区的冬季供热、井口防冻和夏季的空调系统,不仅能取代锅炉房、减轻环境污染的压力,还能降低企业的生产能耗,提高企业的经济效益,真正实现绿色环保(无燃烧,无排烟,无废弃物排放)、高效节能(1kW电耗,可得到4~6kW以上的热量或冷量)、一机多用(供暖、供冷以及生活热水)。

2.3 瓦斯抽采利用

煤矿瓦斯是矿井生产过程中的主要危害之一,浓度在5%~16%时遇明火爆炸,其主要成分是甲烷,温室气体效应是二氧化碳的21倍,甲烷排放对气候环境影响之大。如何变“废”为宝,是企业在追求高质量发展中需要解决的难题。该矿早于20世纪80年代建立了一座地面瓦斯抽采泵站,2011年对抽采泵站进行了改造,目前瓦斯泵站安装4台瓦斯抽采泵,能够实现2台工作,2台备用(参数详见表1)。矿井瓦斯抽采系统正常运行,瓦斯抽采泵站能力和备用泵能力、抽采管网能力能够满足矿井区域瓦斯治理的需要。

 

针对主要治理工作面部分区域煤质较硬的特点,矿井积极推广使用机械造穴装置,并创新提出穿层钻孔“松动爆破+机械扩孔造穴”的综合治理技术,通过实施爆、扩一体化卸压增透措施,提高煤层透气性;另通过矿井多层级管理机制,以“精打钻、强冲煤、严封孔、抽到位”四个关键环节为主要抓手点,多措并举,矿井瓦斯抽采利用达到大幅度提高。

矿井瓦斯发电量由2021年的334.64万kW·h提高到2022年的1236.34万kW·h,提高了3.69倍;按照0.71元/(kW·h)计算,2022年度瓦斯发电利用为矿井增效近877.80万元。2023年1—4月,矿井瓦斯发电量共计完成470.35万kW·h,已为矿井增效333.94万元,如图2所示。

 

目前抽采系统瓦斯浓度20%~30%,抽采瓦斯纯流量18m³/min,日平均发电量约4.5万kW·h,1m³瓦斯可发电1.95kW·h,每天可为矿井增效3.05万元。此外,根据地方煤矿瓦斯防治管理办法有关规定,矿井对现阶段的瓦斯抽采泵能力不符合相关要求的抽采泵进行更换。

3 政策建议

煤炭企业在推进绿色高质量发展过程中,一定时期内规模及经营指标可能会呈下降趋势,但生态修复、污染防治、安全生产的投入仍会越来越大,占成本比例越来越高,负担越来越重。建议在生态修复、瓦斯和矿井水综合利用补助、矸石山固废堆放税、煤矿安全改造资金扶持等方面能够给予相应的政策支持。

4 结论

总体来看,煤炭资源作为我国能源保障的压舱石、兜底石地位短期内不会发生改变。煤炭企业所面临的困境和机遇也是并存的。当前,各煤炭企业存在的问题大同小异,企业对3060目标影响缺乏深层次分析,准备也有所不足。新形势下煤炭企业在转型发展过程中可相互借鉴发挥,同时还应把握大局,坚持政策导向,结合企业自身实际进行动态调整,从而为实现碳达峰碳中和目标和推动企业高质量发展夯实根基。