一、寧夏煤礦綠色開發總體布局

　　（一）發展思想

　　深入貫徹習近平新時代中國特色社會主義思想，堅持以人為本的發展理念，遵循并堅持全面規劃、科學部署、集約化開采、可持續化開發、高效清潔的綠色發展方針。以政府指導，企業導向，市場推進，科技支撐，法律規范、全民參與為原則，積極推動自治區煤炭開發方式的轉變，努力將煤炭資源綜合開發利用水平提高到一個新的高度，最終實現寧夏煤炭產業生態友好型、資源節約型的高質量可持續發展。

　　（二）發展藍圖

　　在新時代背景下，礦山建設中一定要植入“綠色”的意識和理念，把生態文明建設作為煤炭行業發展的方向和要求，將生態礦業的理念貫穿于煤炭資源開發利用的全過程、全鏈條。

　　1.牢固樹立“四個”理念，加強綠色礦山建設。

　　牢固樹立綠色發展的理念。積極響應習近平主席“綠水青山就是金山銀山”的環境建設的科學論斷，把保護生態環境放在第一位，加快推進寧夏地區綠色礦山建設步伐，全方位、多層次地進行深化改革，并以綠色發展目標促進改革，進一步完善當地綠色礦業政策體系建設內容。

　　牢固樹立集約發展的理念。將自治區內煤礦儲備充裕、開采條件便利、采礦技術先進的礦區逐步打造成礦地一體化、共建石材開發基地等不同主題的綠色礦業開發示范區及特色礦產綜合利用與生態保護示范區。堅持“節約利用、循環利用”的原則，進一步強化資源節約標準，合理回收利用礦山各類廢棄資源，提高礦山資源利用率，促進自治區礦山綠色低碳循環發展。

　　牢固樹立遵法守規的理念。自治區各礦山企業需嚴格遵守國家和自治區綠色礦山建設相關的法律法規和規章制度，礦山開采運營期間需持證上崗，對不符合國家規范的開采工藝與設備進行淘汰整改，全面貫徹落實環境保護和安全生產管理制度。

　　牢固樹立科技創新的理念?？茖W技術是第一生產力，加強科技研發與創新工作是綠色礦山建設的關鍵內涵。礦山企業需設立工程技術研發中心、實驗室等創新型平臺，從基礎理論、關鍵技術、支撐體系和技術應用四個層面推進平臺建設，并加大科技投入，從而提高礦山企業的自主創新能力和管理水平。同時，堅持利益共享、成果共享，形成政府、部門、企業、社會共同促進自治區礦業綠色、和諧發展的良好局面。

　　2.實現煤礦綠色開發“五化”。

　　按照“清潔生產、綠色發展”的生態環保理念，實現自治區煤礦綠色開發的“五化”，即實現煤炭資源綜合利用高效化、礦山固廢處置無害化、礦產資源加工與運輸清潔化、礦山生態環境治理與修復科學化、礦業經濟發展與生態環境保護協調可持續化。

　　3.煤礦綠色開發戰略藍圖。

　　按照煤礦綠色開發“五化”的要求，需構建自治區面向未來的煤炭開采、加工、利用消費全過程的煤炭行業高質量綠色可持續發展新藍圖。屆時，綠色礦山建設項目將取得階段性進展，礦區生態文明建設朝著環境友好型和資源節約型方向快速發展，讓生態效益更好地轉化為經濟效益與社會效益，進而推動自治區礦業經濟高質量、高效率、高水平發展；綠色采礦工藝和先進復墾綠化技術將得到廣泛應用，礦區煤、電、水、灰、土等資源高效循環利用水平顯著提高；各類煤礦資源的二次開發利用研究將取得顯著成效，其中燃煤發電技術和單位供電煤耗量有望躋身世界先進行列水平。

　?。ㄈ┌l展目標

　　在當前國家能源戰略背景條件下，結合寧夏地區煤礦開采現實情況，經過凝練總結，初步提出了寧夏煤炭資源綠色開發的總體目標：樹立綠色發展理念，積極實施綠色礦業，以科技創新引領綠色開采，煤炭資源勘探開發與生態環境保護和恢復并重，促進生態環境和生態文明建設邁上新的臺階；積極發展礦業循環經濟，依靠科技進步和科學管理手段，著力提高煤炭資源綜合利用率，從而促進煤炭產業結構、方式的良性轉變；多舉措并進，逐步實現近零生態損害的綠色開采、近零排放的煤炭清潔高效循環利用；構建綠色、高效、安全、清潔、低碳、穩定可持續的煤炭資源供應體系，最終實現寧夏煤炭產業的高質量可持續發展。據此，初步提出了寧夏地區煤炭綠色開發戰略目標路線圖。

　　寧夏煤礦綠色開發目標路線圖

　　二、 寧夏煤礦綠色開發技術路徑

　　通過對寧夏煤礦綠色開發現狀的調研和系統研究，并結合寧夏地區煤礦未來發展戰略布局的實際要求，在廣泛聽取當地政府、礦山企業以及業內專家學者意見的基礎上，初步提出了寧夏煤礦未來綠色開發的技術路徑，如圖2所示。需要說明的是，該技術路徑是大的戰略技術框架，可根據未來國家能源發展戰略、自治區政府礦業經濟發展的實際要求等進行相應調整。

　　寧夏煤礦綠色開發技術體系示意圖

　　（一）煤炭開采中水資源保護技術

　　寧夏地處我國西北干旱地區，常年降雨量少，水資源十分匱乏，與煤炭資源呈逆向分布。自治區煤炭產業的發展深受當地水資源稀缺的制約，如何節約用水，提高水的利用率與經濟效益已成為寧夏煤礦企業亟待突破的瓶頸難題。結合國內外礦山開采中水資源保護策略與技術，認為現階段寧夏礦區水資源保護技術可以從以下幾個方面來開展：

　　1.編制和完善寧夏煤礦產業水資源綜合利用規劃。煤炭的生產加工需消耗大量的水資源，屬于高耗水產業，其發展的同時也加速了自治區水資源的消耗與生態平衡破壞。水資源的循環綜合利用是實現寧夏煤礦可持續發展的重要保障，需進一步加強礦區水資源管理制度，制定合理的水價調節機制和政策，優化用水結構，實行多元化供水，合理利用礦井疏干水等非常規水源，綜合提高礦區水資源利用率，提高礦山企業經濟效益。

　　2.加快寧夏煤礦污水處理系統建設，提高污水處理水平和利用率。煤炭工業不僅是耗水量大，還會產生大量的污水，如果污水不經處理隨意排放會污染地表土壤植被和附近干凈水源[16]。因此，應根據污水種類設計深度污水處理方案，對污水進行分類處理，系統控制，回收利用處理后的再生水，推進寧夏煤礦工業污水處理項目和生活污水集污管網建設。

　　3.積極推廣保水采煤技術。在煤炭開采過程中，會有大量的地下水順著煤層流失，造成地下水位下降，地表生態退化。為保障寧夏水資源的集約綜合利用，合理科學運用保水采煤技術已是勢在必行，該技術的有效應用能大幅度降低地下水資源的損耗，保護寧夏地區的生態環境。

　　（二）礦井水處理技術

　　礦井水是指礦區所采煤層及巷道附近的地下水，按水質類型可分為5類：潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、含有害元素礦井水、酸性礦井水、高礦化礦井水。礦井水在流經煤層開采工作面時會帶入大量的煤粉、砂土和巖粉等懸浮物，感官性較差。此類懸浮物粒徑較小、密度低、難以自然沉淀，常規的混凝沉降不能高效快速去除礦井水中的懸浮物。目前常用的井下高效處理方式主要有高密度沉降技術、超磁分離技術、采空區過濾技術及膜蒸餾技術等[18-22]。

　　1.高密度沉降技術也稱載體絮狀技術，是一種快速沉淀技術[18]。其工作原理是在含懸浮物礦井水中加入高密度的不溶介質，懸浮物在高密度介質作用下形成具有較大半徑和密度的絮凝體，進而大大提高了懸浮物的沉降速度，相同處理量下沉淀池體積也大為減小。與傳統常規的絮凝技術相比，高密度沉降技術占地面積較小，處理效率更高。

　　2.由于礦井水中的懸浮物主要是非磁性或弱磁性物質，直接采用磁分離技術很難將其有效分離。超磁分離技術是在待處理的礦井水中加入磁種，非磁性懸浮物在混凝劑與助凝劑的聯合作用下與磁種結合，使本身無磁性的懸浮物形成帶磁性的絮凝體。含有磁性絮凝體顆?？梢员桓咛荻却艦V網或磁盤吸附，實現礦井水的凈化。

　　3.不同于高密度沉降技術和超磁分離技術，采空區過濾技術處理礦井水過程中不涉及特定的儀器和試劑，在煤炭開采過程形成的采空區即可完成礦井水懸浮物的過濾去除[20]。該技術是通過采空區中的填充物對礦井水中的污染物進行吸附、沉淀和過濾，具有處理成本低、不會造成二次污染等方面的優點。

　　4.膜蒸餾技術。上述3種方法主要是對礦井廢水中的懸浮物凈化處理。除了懸浮物外，礦井水中還溶解了大量的可溶性鹽類，礦井廢水利用率低很大程度上是由其礦化度高造成的[21]。對于高礦化度礦井水，膜蒸餾技術能很好地實現脫鹽處理。膜蒸餾技術起源于海水的淡化，是一種熱驅動的分離過程，在這個過程中，只有蒸汽分子能夠通過多孔的疏水膜，從而實現礦井水的脫鹽處理[22]。與傳統工藝相比，膜蒸餾技術操作溫度較低，對膜特性要求也較低，是一種成本效益高的工藝。

　　（三）礦區地表生態減損和修復技術

　　礦區的生態系統主要有由土壤地質、地貌、植被、水及微生物等組成，在煤炭開采過程中應盡量減少對礦區地表生態的破壞。對于已損傷的礦區地表生態，應采取人工方法，按照自然規律，恢復其原有的生態系統。針對寧夏礦區的地表生態現狀，總結出相應的減損和修復技術如下：

　　1.地貌重塑技術。寧夏各礦井產生的煤矸石均堆存在采煤塌陷區附近，首先需要清除表面雜草，實現表土剝離，然后開挖表層土，同時從矸石倉運輸煤矸石進行填充，最后將表土覆蓋在煤矸石上，實現破壞地貌的重塑。

　　2.土壤重構技術。對寧夏各礦區破壞的土壤采取相應的修復及重構技術，改善土壤的環境質量，提高土壤的蓄水能力，重新構造適宜農作物生產的優質土壤。重構土壤一般規劃土壤培肥，參考有關農田建設標準，根據寧夏礦區規劃以后的耕地規模施加相應的綠肥，提高重構后土壤的生產力。

　　3.植被重建技術。根據寧夏每個礦區的地塊規模，在四周以及主要道路兩邊配置防護林網，種植沙柳等綠色植被，達到農田防護的需求。

　　4.微生物修復技術。微生物技術是目前國內外治理重金屬污染土壤的一種重要方法。微生物能通過氧化還原等作用吸附沉淀土壤中的某些重金屬離子，并影響其遷移能力和生物效應，如砷酸還原菌能將土壤中的As5+還原成毒性較低的As3+。同時微生物自身的新陳代謝作用能分解消化動植物尸骸，起到生物固氮作用，在土壤中引入合適的微生物能大大提高土壤質量。

　　5.灌溉管網設備配備技術。根據寧夏每個礦區的地塊規模，配套和修建相應的灌溉管網和農田道路，對復墾造地進行均衡澆灌，水源可以為煤礦開采時的清潔礦井水或經處理后的礦井污水。

　　6.深翻蓄水保墑技術。寧夏礦區中存在大面積缺水農作物生產地，因而需“蓄天上水，保土中墑”，大力實施深翻蓄水保墑技術，最大限度地降低土壤中水分的無效消耗，提高水分利用率，在農作物增產中具有重要作用。

　　（四）“智能+綠色”開采技術

　　對新型煤礦產業而言，煤炭的智能化開采與煤礦產業的綠色可持續發展是息息相關的。所謂煤礦的智能化開采，就是在綜采技術的基礎上，實現礦區自動化、信息化、少人或無人化開采。智能化開采是實現采礦安全高效最大化的必由之路。要建成“智能+綠色”的新型煤礦產業，需堅持生態優先原則，明確綠色開采理念，將智能化開采技術融入到綠色礦山建設中，開發出一套新的發展模式。

　　現階段礦山智能化開采面臨的主要問題有智能控制硬件設備研發技術還不成熟，智能化方面研究人才欠缺以及井下條件的復雜性和不可預測性等。從實際出發，下一階段寧夏煤礦智能化研究應至少包括以下幾個方面：

　　1.礦山智能化總體設計思路。整理總結寧夏各煤礦現有的生產模式與智能化應用需求，分析當前各類智能化設備技術在現場應用的可行性，并根據具體的現場條件與生產工藝提出相應的改進方法[29]。改良傳統的煤礦開采工藝與生產模式，將煤礦開采設備系統與智能化應用有機結合，淘汰落后開采工藝與產能設備，建立信息化智慧礦山開采技術標準體系與程序化管理規范。

　　2.虛擬現實與可視化技術。利用三維可視化仿真技術，實景動態模擬開采過程，檢驗和優化采礦設計方案，為無人采礦做準備。

　　3.先進傳感及檢測監控技術。用于實現井下環境要素采集、地形感知和三維空間識別、定位、導航及目標跟蹤，是智能采礦設備運行及工藝過程控制的前提條件[30]。

　　4.采礦設備遙控及智能化技術。包括：采礦設備在采場的置位、定位、生產作業智能控制技術和設備故障診斷與預防技術等。

　　5.井下無軌導航與控制關鍵技術。包括：井下裝備定位與導航控制技術、目標跟蹤技術、運動控制技術、遠程通訊技術等[31]。

　　6.高速數字通信網絡技術。井下通信設施布設空間有限且存在無線通信屏障，需要研究適用井下的高速數字通信網絡技術。

　　7.地下自動化采礦新工藝。適應采礦自動控制水平的提高，采礦模式、采礦技術及工藝都必須有創新的發展和變革。

　　為了實現上述技術，必須加大科技投入，首先在自動化采礦裝備研制方面取得突破，爭取早日實現大型自動化采礦裝備國產化。此外，將5G、云計算、大數據、互聯網、物聯網等先進技術與現代煤礦開采技術進行深度融合，構建完整區域鏈的智能采礦系統，這可為加速自治區煤礦智能采礦技術的推廣應用創造可靠的條件。

　　（五）潔凈煤技術

　　潔凈煤技術是指在煤炭的開采、加工和利用等環節中，實現污染物較低排放和煤炭高效利用的綠色新興技術。潔凈煤技術主要可以分為3大類：煤礦開采與加工的凈化技術，煤炭運輸、燃燒與利用過程中的凈化技術以及后期廢渣的處理循環利用技術[34-36]。目前寧夏地區潔凈煤技術尚不成熟，具有較大的發展空間，下一步的主要發展方向可以概括為以下幾個方面：

　　1.優化寧夏地區燃煤發電技術，逐步提高煤炭利用率，降低燃煤污染物的排放。全面升級改造燃煤電廠潔凈燃煤發電設備，淘汰落后及不合規范的產能機組，杜絕個別散煤的使用，實現電廠污染物的超低排放與煤炭的清潔化利用[34]。

　　2.完善煤炭加工產業鏈，推動自治區煤炭燃料向低成本、高效率方向轉化。除了燃煤發電技術，煤炭的深加工技術能最大限度地實現其綜合利用[35]。積極推廣煤干餾、氣化和液化技術，深入開展煤制氫氣、煤制甲烷、煤制液態烴等化學品研發工作，實現煤炭二次產物的清潔化利用與工業化應用。

　　3.制定潔凈煤技術相關標準與規范。針對自治區煤炭加工與利用效率，硫化物、廢渣等污染物排放情況，建立高效清潔用煤的行業標準[36]。整頓處理個別不正規用煤機構，加強自治區潔凈煤技術相關政策的有效性與連續性。通過實施規范化、標準化管理手段，實現寧夏地區煤炭產業的潔凈、安全、低碳、經濟、可持續發展。

　　三、寧夏煤礦綠色發展建議

　　通過科技進步和政策法規實施實現煤炭安全、高效、綠色開發是寧夏煤炭工業高質量發展的主要方向。依靠科技進步和科學管理，促進礦業領域調結構、轉方式，實現煤炭工業綠色發展。綜合上述分析，進一步提出相關建議如下：

　　1.組織開展煤礦綠色開發基礎理論和技術瓶頸專項攻關。組織設立國家級、自治區自然科學基金基礎研究重大專項、科學儀器重大專項、重點研發計劃等，深入開展采空區回填矸石技術、深部煤層瓦斯富集及抽采流動理論、礦井污水凈化方法、煤化工技術、礦區生態環境損毀的調查診斷技術、土地清潔和污染治理技術、廢棄地和地下空間的可持續利用、地貌重塑技術和植被恢復技術等基礎技術理論研究，并對瓦斯抽采裝備、水凈化處理裝備、煤氣化爐等短板技術進行攻關，解決制約復雜條件煤礦綠色開發的理論與技術瓶頸。

　　2.逐步完善寧夏煤礦綠色開發的相關政策法規制度。要深入解決煤礦開采中暴露的環境破壞問題，需要以可持續發展的觀念去重新審查當前涉及煤礦開發利用的環境保護法律法規，及時修訂、完善和健全自治區煤炭綠色發展和清潔利用的法規體制。進一步開展煤炭普法工作，培養全民的法制意識。建立多部門聯合生態環境治理監管制度，加大對自治區煤炭產業機構環境保護的監督及執法力度，嚴格執行環境保護和水土保持方面的相關政策法規和業內標準要求，及時查處違規生產、污染物排放超標等不合法行為，為礦區的生態文明建設保駕護航。

　　3.改革煤炭綠色開發技術，完善煤炭科技創新體系。研究制定自治區中長期的綠色科技發展戰略，設立專項計劃大力支持煤炭綠色革命轉化技術和面向未來的顛覆性技術研發，推動煤炭科技創新的綠色發展。突破礦山綠色安全智能化開采、煤炭二次開發利用、礦井水大規模低成本安全排放等關鍵性技術的瓶頸，推廣并應用煤礦高精度探測、中低濃度瓦斯與煤共采、保水采煤、干法選煤等先進工藝技術。落實煤炭科技人才培養引進計劃，加快煤炭集成創新、科學研究探索進度，建立煤炭科技協同創新共同體，推動5G、大數據、物聯網、云計算等現代信息技術在自治區煤炭行業的高效應用。

　　4.加大礦區綠色發展的金融扶持力度，強化資金政策保障。針對自治區各煤炭產業機構綠色發展的具體情況，堅持“有控有扶”的原則，研制促進煤炭綠色發展的財稅激勵政策。加大對礦區的采煤機組升級改造、采煤沉陷區綜合治理、廢棄礦井再利用、后期廢渣處理循環利用等綠色開采技術的財政支持與補貼，促進自治區煤炭產業的降本增效。優化自治區煤炭產業的環境稅收制度，減少不合理的重復收稅，加強納稅評估，根據具體情況使用多種評估模型以提高納稅評估的準確性。設立寧夏煤礦綠色發展專項開發資金，引進國內外先進的礦山綠色開發模式、先進技術裝備和科學化管理措施等，結合自身情況消化吸收再創新，建設一批國家級綠色礦山示范工程，并向自治區類似條件的礦井進行推廣應用。

引用格式：蔡美峰,吳允權,李鵬,潘繼良,洪偉,李軍.寧夏地區煤炭資源綠色開發現狀與思路[J/OL].工程科學學報:1-11[2021-10-29].