煤炭的科学开采及有关问题的讨论Word格式.docx

1、1.1 煤炭在我国能源体系中的地位根据我国能源资源状况 , 2005 年能源结构是:煤炭占 69.6 % , 石油和天然气占 23.8 % , 水电和核电为6.6 %。我国是富煤的国家 , 已查明煤炭资源储量达到 11598 亿 t , 其中可采储量1825.4 亿 t ,列世界第 3 位 , 解决能源问题还是要依靠煤炭。多年来煤炭一直是在超能力生产 （乡镇煤矿产量占40 %） , 2007 年 生 产 25.5 亿 t , 占 世 界 1/ 3（35.5 %） 强。据预测产量: 2010 年可能达到 27亿 t ; 2020 年 36 亿 t ; 2030 年 44 亿 t。2050 年煤炭

2、在能源中的比重仍要达到 50 % , 但主要将依靠生态脆弱、运输成本高的中西部地区来实现。1.2 存在的问题煤炭的储量和我国经济发展对能源的需求决定了我国煤炭主体能源的地位 , 但在客观上煤炭能否作为主体能源 , 首先取决于煤炭利用对环境的影响 , 从开采技术上取决于安全能否得到保障; 环境能否得到保护; 资源能否得到珍惜; 实现的经济环境如何 , 即在技术上是否已具备煤炭科学开采的条件及其利用的可能 , 在经济上社会能否承担为实现科学采矿及其利用付出的代价。然而现实是不令人满意的。（1） 安全状况。2006 年百万吨死亡率 2.81 ,其中国有重点 0.96 , 乡镇煤矿 5.53 （ 世界

3、平均水平 0.3 以下） 。（2） 煤炭资源回收率平均仅为30 % , 其中乡镇煤矿 10 %。（3） 环境保护。水资源和农田受到破坏 , 矸石和废气无序排放。减量化、资源化和再利用等循环经济刚刚开始。（4） 人均年产值。矿山从业人员人均年产值为14 万元/ a , 其中油气行业人均 46 万元/ a , 有色、黑色行业为 15 万元/ a , 而煤炭行业仅为 89 万元/ a。产值低必然平均工资低 , 人才难汇聚。（5） 目前状况下资源城市难以转化为经济城市。（6） 煤炭燃烧形成碳排放 , 以及如何科学利用煤炭资源等问题亟待解决。上述情况导致的结果是煤炭工业在为国民经济发展作出巨大贡献的同时

4、 , 社会对煤炭行业形成了安全和管理差、回收率低、环境破坏严重、技术水平低的行业偏见。1.3 国家对煤炭工业发展的要求2005 年 6 月 7 日发表的“国务院关于促进煤炭工业健康发展的若干意见”的指导思想提到: 煤炭工业要全面落实科学发展观 , 坚持依靠科技进步 , 走资源利用率高、安全有保障、经济效益好、环境污染少和可持续的煤炭工业发展道路。并提出再用 5 年左右时间 , 煤炭工业要形成以合理保护、强化节约为重点的资源开发监管体系; 以大型煤炭基地和大型煤炭企业集团为主体的煤炭供给体系;以强化管理和投入为重点 , 先进技术为支撑的安全生产保障体系; 以煤炭加工转化、资源综合利用和矿山环境治

5、理为核心的循环经济体系; 以中华人民共和国煤炭法和中华人民共和国矿产资源法为基础的法规政策调控体系。由于我国煤炭开采条件复杂 , 而产量和消费量已超过世界的 1/ 3 , 因此如何从科技、经济和管理上使煤炭行业走上科学发展道路 , 需要采矿工作者以创新的思维加以解决 !2 煤炭开采的特点及其负外部性2.1 煤炭产业不同于其他产业的特点（1） 一般产业的特点是通过技术对原料进行物理和化学的改变形成产品 , 因此科技水平直接与产品质量、数量和市场价格相关。而煤炭产品质量（发热量、灰分、含硫量等） 决定于几十亿年地质作用形成的沉积条件和变质过程 , 而不决定于开采技术。但煤炭赋存状况不同 , 所采用

6、的开采科技含量会有很大差别 , 开采技术与所开采对象的难度和数量有关 , 而与煤炭质量和与其相关的市场价格关系不大。（2） 煤炭企业大部分分布在经济不发达地区 ,经济结构单一 , 大部分要依靠煤炭开发来发展经济。由此 , 企业背负着解决地方沉重的劳动就业的压力。（3） 煤炭开采具有明显的负外部性。经济学提出“市场失灵”的一种表现是“外部性”, 指一种消费或生产对其他由于消费或生产产生不反映在市场价格中的直接效应。2.2 煤炭产品的形成特点、作业环境及其开采对环境的影响（1） 产品形成特点。煤炭是森林经过巨大的自然力 （物理化学过程） 和漫长的地质过程形成的自然资源 , 自然界只给一次 , 因此

7、应该属于宝贵的不可再生和耗竭性自然资源。显然煤炭因其具备的天赋性而难以对其定价 , 又由于其易于取得而被廉价使用 , 不被人类所珍惜。（2） 行业工作环境。我国煤炭赋存地质条件复杂 , 客观上容易发生严重事故。煤矿井下作业环境是人工开凿于地层的有限空间 , 开采形成的有害气体和粉尘 , 直接对工人的安全和健康形成影响。因此是属于本质不安全的高危行业 , 百万吨死亡率是衡量安全的重要指标。因此不应该将煤矿视为安置劳动力就业的场所。而机械化程度是开采业的重要指标。显然 , 安全费用在成本中应该占很大比例。（3） 开采对环境的影响。采矿将直接破坏亿万年来自然力作用形成的土地、水、植被、草原等环境要素

8、 , 以目前科学技术还无力复原被破坏的包含全部信息的环境资源。因此环境要付出巨大代价。由于各地区生态环境的差别 , 保护环境的费用也不同。由于以上煤炭产业的特点 , 难以对采矿进行有效和科学的管理。如企业技术力量和装备不足; 资源、保护环境和安全等各项费用的外部成本难以商品化 , 管理不善很易于形成不完全成本和低廉的价格。若矿区与地方挂钩 , 其经济环境促使其成为解决劳动就业的场所 , 因此机械化进程缓慢。如乡镇煤矿以人力劳动取得资源 , 对环境和安全投入不足（55 元/ t ） , 采取相应的低价销售换取暴利。经济状况差的国有煤矿为了生存投入也将严重不足。以上两种状况都将内部成本转化为社会成

9、本 , 再加上由矿区形成的城镇 , 其经济将随资源耗竭而衰落 ,这样就使资源输出地经济得不到发展 , 而成为“资源陷阱”。因此 , 从煤炭企业层面上就如何为自己求得一宽松的经济环境 , 以解决国家、社会对煤炭企业以及企业自身的经济和科学技术问题 , 已成为采矿业的现实。如何实现采矿业以人为本与科学和谐发展 ? 经济是发展科技的推动力 , 科学发展的主体是企业 , 如何使企业具有宽松的经济环境以实现采矿业的科学发展 ? 这些都成为当务之急。3 科学采矿的主要方面科学开采是开采过程与地质环境在相互协调状态 （保护环境） 下最大限度地获取自然资源 , 是在不断克服各类复杂地质和工程环境下带来的安全隐

10、患中进行安全开采。而且我国具备各类开采条件 , 因此在煤炭开采的科学与技术方面理应处在世界的前沿 , 即不仅要达到世界水平, 而且要解决世界上没有解决的问题。实现科学采矿是采矿者的责任。实现煤炭科学开采 , 在技术上主要体现在以下 5 个方面: 高效开采; 绿色开采以保护环境; 安全开采以保护人身作业安全; 高回收开采以提高资源采出率; 经济开采以降低成本。若不在这些方面进行管理 , 肯定不是科学采矿 , 而是在利益驱动下的野蛮采矿。3.1 高效开采技术3.1.1 国有重点煤矿的高效生产全国极少数矿井已建成世界一流的高产高效矿井 , 成为煤炭工业的榜样。（1） 神东矿区2005 年产量达1 亿

11、t , 职工总数7500 人 , 全员工效 119 t /工 , 是美国平均水平41.73 t /工的 2.5 倍 , 是国有重点煤矿 3.739 t /工的 31 倍 , 矿井控制系统实现了自动化。百万吨死亡率为0.0116。（2） 我国研发的放顶煤开采技术在很多矿井实现了高产高效。如兖州东滩煤矿年产原煤 800万 t , 而一井一放顶煤工作面 , 年产就达 600 万 t ,回采工效 300 t /工 , 原煤生产工效 1820 t /工 ,成为现代化矿井。潞安王庄煤矿 4326 放顶煤工作面 , 最高月产量达 35.3 万 t。（3） 薄煤层开采取得了一定的进展。辽宁铁法煤业集团使用的电

12、液控制系统的液压支架和刨煤机 , 在煤厚 1.5 m的煤层开采平均日产 3712t , 生产能力可达120150 万t / a。枣庄田陈煤矿用国产综采设备开采 1.1 m 的煤层 , 基本达到了年产百万吨的能力。新汶矿业集团公司对薄煤层进行了钻采法试验 , 取得一定成效。（4） 最近发展的短壁和房柱开采机械对提高矿井残留煤柱回收率有益。3.1.2 乡镇煤矿必须抛弃落后生产方式处在地方经济不发达的乡镇煤矿 , 在产权不清晰、管理不到位和利益驱动的情况下 , 大量使用工资低廉的农民工 , 从而阻碍其发展机械化。但随着乡镇煤矿的整顿和走上正规化 , 必然需要发展各种能力与形式的机械与复杂地质条件相匹

13、配。 由于能源需求 , 需要发展一定量的小煤矿 , 但必须有有效的管理办法 , 使其抛弃落后的生产方式。3.1.3 无人工作面开采技术高效开采的指标性技术我国是煤炭资源大国和煤炭生产大国 , 随着经济的快速发展和劳动力水平的提高 , 必然要用各种先进的煤炭机械以满足高度机械化矿井的需要。在薄煤层和煤与瓦斯突出厚煤层的本层采解放层等特定条件下 , 形成机电一体化 , 并利用先进的监测监控与智能化技术 , 最终实现安全高效无人工作面开采技术。3.1.4 认识煤炭开采业是直接获取资源的行业。由于地质条件复杂、工作环境恶劣 , 只有机械化可提高资源采出率及效率 , 降低百万吨死亡率 , 因此机械化程度

14、是企业健康发展的重要标志。在市场经济条件下 , 在同样效益情况下用机械代替人力 , 体现了人力的经济地位已经高于机械的投入成本。 另外 , 鉴于对机械产品产量的巨大需求和复杂多样的地质条件 , 必须有强大的煤炭机械制造企业相适应。3.2 绿色开采环境保护3.2.1 基础、认识和理念、原则（1） 基础。开采后的岩体运动造成岩体内应力场和裂隙场的改变 , 直接影响开采的安全 , 造成地下水流失、地面沉陷和瓦斯渗出 , 从而造成环境破坏 , 因此研究开采后岩层运动规律是解决部分安全问题和保护矿区环境的基础。（2） 认识。环境是一种稀缺资源,自然环境是大自然对人类的慷慨馈赠,是亿万年来自然力作用的结果

15、,具有惟一性、 不可复制性和破坏的不可逆性。矿产资源与土地、 水、 植被和草原等环境要素紧密相关,大规模地采矿将直接构成对环境的威胁和破坏。环境通过各种各样的过程转化人类生产和消费过程中产生废弃物的能力称为环境的自净能力。（3） 理念。根据矿产资源开发的正负价值两面性 , 应遵循自然规律 , 尊重自然意志 , 在人类向自然索取的同时 , 时刻不忘回馈自然和养护自然 , 从而在人类经济活动时使环境资源得到最优配置 , 与自然之间建立起复合的生态平衡机制。（4） 原则。采矿将为破坏亿万年来自然力作用形成的环境付出巨大代价。以目前科学技术还无力复原被破坏的包含全部信息的环境资源。为了保护环境 , 惟

16、一的办法就是充填 , 结果是环境成本很高。而且随着生活水平提高 , 保护环境的成本逐渐加大。因此 , 为了发展全局经济 , 开采的原则只能是在损害环境最小的状态下取得最大量的资源 , 即环境损害与单位资源之比最小。所以 , 必须形成各类矿区的环境容量和环境评价体系等计算方法。3.2.2 资源与环境协调的绿色开采技术（1） 实施以水资源保护为目的的保水开采技术。（2） 实施充填与条带开采技术以保护地表建筑物 , 同时实施塌陷区治理 , 即土地复垦。（3） 实施少出矸石技术 （煤层巷道支护 , 矸石井下充填） ; 或者实施矸石地面利用技术 （制砖 ,作复垦材料等） 。（4） 全面实施瓦斯抽采技术

17、, 实现煤与瓦斯共采。（5） 开展地下气化技术的广泛应用。3.2.3 总结我国开采条件的多样性导致了“绿色开采技术”的复杂性与前沿性 , 而且是永恒的主题。随着经济的发展 , 人们对环境要求越来越高 , 因此“绿色开采技术”将不断地完善。要达到完全消除开采对环境的影响所付出的高昂成本。因此应对开采可能对环境的损害和经济损失作出评估。3.3 煤矿安全生产3.3.1 情况分析根据近几年的统计 , 煤矿死亡情况如下。（1） 乡镇煤矿占总死亡人数的 70 % , 国有地方占 15 %, 国有重点占 15 %。这说明目前没有装备机械化技术和缺乏人才的乡镇煤矿 , 安全生产无法保障; 高产高效矿井百万吨死

18、亡率 0.06 , 达到世界先进水平 , 说明只要具备这类矿井的科技、装备和管理条件 , 安全就能够基本保障。（2） 顶板与瓦斯事故死亡人数约占总死亡人数的 70 %左右。死亡人数中由于乡镇煤矿生产规模小 , 因此乡镇煤矿顶板事故占冒顶事故的 70 % ,而瓦斯事故以国有煤矿为主。尽管我国有安全状况达到世界先进水平的高产高效矿井 , 但产量仅占1/ 4 强。显然 , 重要的治理对象是没有装备先进技术和人才的乡镇煤矿。我国产量已占世界 1/ 3 , 但死亡人数占 80 %, 所以应该从管理、经济和技术方面进行分析研究 , 使百万吨死亡率降低到适合于我国经济地位的程度。3.3.2 影响安全的经济等

19、因素2005年, 197处高产高效矿井安全费用30元/ t ,约占成本的12 %, 而有些条件复杂的矿井的安全费用高达52元/ t。据调查我国国有重点煤矿的安全欠账曾高达689亿元 （煤炭产业成本的外部性和安全投入的长期效应, 导致安全可以欠账! ）。安全为天以人为本 , 生命是无价的。但进入市场经济 , 客观上就有在当时当地经济条件下生命的量化价值 （赔偿） 和企业的成本 - 收益分析。乡镇煤矿地处经济不发达地区 , 造成企业大量使用廉价劳动力。有些乡镇煤矿安全费用吨煤不足 10 元。因此从管理方面 , 现实就存在如何客观确定符合当前经济条件下的百万吨死亡率问题 , 而且必须硬性地将适合经济

20、发展和矿井条件的安全费用进入成本。只有这样才有可能减少事故的发生。3.3.3 按控制难易性分类的影响因素（1） 易控制的不安全因素。目前大量的死亡事故是冒顶事故 , 从技术上讲 , 只要开展机械化开采和推广支护质量检测 , 这类事故就可以容易地得到控制。（2） 难控制的不安全因素。煤层的赋存条件决定了煤矿开采时对安全控制的难易程度 , 如采矿的动态过程导致应力场的不断变化 , 高应力及其形成的能量是发生动力的根源 , 若遇到地质变异及小构造等地质缺陷时就很容易发生事故。我国有很多高瓦斯矿并且煤层透气性低 , 难于抽采 , 因此对这类矿井必须开发有关的监测技术 , 了解工作面前方一定范围 （如

21、3050 m） 内应力、瓦斯、地下水和地质缺陷情况 , 对可能产生的动力现象进行预测。但这项科学技术是世界未解决的难题。3.3.4 认识安全是个系统工程 , 煤炭开采行业要从高危行业的名单中消除 , 就必须减少井下人员和提高劳动者素质 , 改善井下工作环境 , 加强对难控制的不安全因素进行研究。应该根据矿井安全生产条件分类管理 , 对每一个矿井的安全状态及应该完成的指标、安全投入和管理水平作出评估。在技术上力争做到禁止无法保证安全的矿井生产。显然 , 随着经济发展 , 矿工生命的量化价值将不断递增 , 对工作环境和员工素质的要求将更高 ,煤炭行业将不再是高危行业 , 安全费用在成本中所占比例将

22、会更高。3.4 提高资源回收率我国目前煤炭资源回收率平均仅为 30 % , 乡镇煤矿仅为 10 %. 共生、伴生矿的利用率只有20 %左右 。主要原因是资源的廉价甚至无偿占有 ,因此 , 提高煤炭资源回收应采取以下办法。（1） 资源有偿使用。资源应该有偿使用 , 其价格应该根据煤层的赋存条件、开采及安全控制的难易程度、对环境的影响和所在的区位而定。资源的廉价或无偿使用必然带来浪费和效率低下 , 矿产资开采粗放 , 鼓励了浪费资源的生产和消费方式。另一方面 , 资源资产化有利于因资源流失而得到的补偿 , 关键要形成比较实用的评价体系。（2） 要研制各种条件下的开采方法及机械装备 , 如薄煤层高效

23、开采技术。目前正规条件下采区回采率比较高 （75 %） , 但矿井回采率仅 50 %左右。因此要发展边角煤柱的回采技术 , 如房柱和短壁开采等。（3） 发展地下气化技术等回收残留煤炭。3.5 经济开采采用先进科学技术以降低成本在市场经济条件下 , 采用先进的科学技术以降低成本始终是科学采矿的主题。例如: 在循环经济、深部开采技术、安全技术、减沉技术和机械化等方面形成先进的和低成本技术 , 就可能提高市场竞争力 , 以扩大开采范围。由于煤炭科学发展遇到的问题对煤炭企业具有共性 , 因此应寻找一种机制对煤炭企业潜在的共性问题实行联合开发。4 煤炭开采与完全成本4.1 产能产能: 产能应该是指在具有

24、保证持续发展储量的前题下 , 用高效、安全和环保的方法将资源最大限度地采出的能力。因此, 产能意味着“资源、人、科学技术和装备”综合能力的体现。煤炭产量由 2000 年的 10 亿 t 到 2005 年的 20亿t （乡镇煤矿占38 %） , 5 年增加10 亿t , 若按照科学采矿 （安全生产、保护环境和保护资源） 要求 , 目前科技力量、干部配备和机械化要求的综合能力最多只能满足所需的 1/ 2。乡镇煤矿的“产能”在发达国家是不能实现的 , 它是以安全、资源和环境作为代价换取来的 , 只能作为补充。显然 ,这样的“产能”不仅不可持续 , 还直接影响到整个行业的形象、社会地位和煤炭应有的价格

25、。若要在510 年内实现科学采矿 , 除了资源量外 , 科学、技术、装备和人才都必须达到标准。目前制订的规划大部分仅考虑资源。4.2 开采成本实现科学采矿就是要解决煤炭开采中劳动保护、安全、环境和保护资源等问题。而科学采矿的各项技术 , 绝大部分将增加生产成本 , 由此提出了完全成本 （资源、环境、生态成本、转产成本再加上原有的“生产成本”） 。而完全成本的形成将随着对环境、安全等标准的提高和该地区对经开采后的环境与生态治理难度而变化。显然完全成本也意味着科学采矿的实现。目前一般条件下部分高产高效机械化矿井成本是由不完全成本构成 , 见表 1。表中矿区成本是平均数 , 各矿的成本为 17635

26、3 元/ t , 从成本中可以看出 , 安全费用占成本的 12 %。另外 , 在成本中缺少资源的有偿使用、转产和环境保护费等 , 而工资在成本中的比例高达 30 %。 表1某矿区煤炭生产成本构成 元/t 成本项目材料工资职工福利电力折旧井巷和维简安全新井建设修理塌补其他合计某矿区46.72841.872.5013.2814.2015.003386.9310.0038.38276.94某矿67.1057.0310.508.549.958.535.2012.0483.74280.6225.9130.084.216.364.618.502.2812.0058.01151.95根据上述有可能出现的完全成本 , 可以将煤矿分为 A , B , C 3 类 , 各类可能估计的完全成本为200400 元/ t , 如表 2 所示。 表2按生产成本的矿井分类 类型生产条件安全条件环境条件完全简单复杂成本A最低B1中等偏低或偏高BB2C