一、宁夏煤矿绿色开发总体布局

　　（一）发展思想

　　深入贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想，坚持以人为本的发展理念，遵循并坚持全面规划、科学部署、集约化开采、可持续化开发、高效清洁的绿色发展方针。以政府指导，企业导向，市场推进，科技支撑，法律规范、全民参与为原则，积极推动自治区煤炭开发方式的转变，努力将煤炭资源综合开发利用水平提高到一个新的高度，最终实现宁夏煤炭产业生态友好型、资源节约型的高质量可持续发展。

　　（二）发展蓝图

　　在新时代背景下，矿山建设中一定要植入“绿色”的意识和理念，把生态文明建设作为煤炭行业发展的方向和要求，将生态矿业的理念贯穿于煤炭资源开发利用的全过程、全链条。

　　1.牢固树立“四个”理念，加强绿色矿山建设。

　　牢固树立绿色发展的理念。积极响应习近平主席“绿水青山就是金山银山”的环境建设的科学论断，把保护生态环境放在第一位，加快推进宁夏地区绿色矿山建设步伐，全方位、多层次地进行深化改革，并以绿色发展目标促进改革，进一步完善当地绿色矿业政策体系建设内容。

　　牢固树立集约发展的理念。将自治区内煤矿储备充裕、开采条件便利、采矿技术先进的矿区逐步打造成矿地一体化、共建石材开发基地等不同主题的绿色矿业开发示范区及特色矿产综合利用与生态保护示范区。坚持“节约利用、循环利用”的原则，进一步强化资源节约标准，合理回收利用矿山各类废弃资源，提高矿山资源利用率，促进自治区矿山绿色低碳循环发展。

　　牢固树立遵法守规的理念。自治区各矿山企业需严格遵守国家和自治区绿色矿山建设相关的法律法规和规章制度，矿山开采运营期间需持证上岗，对不符合国家规范的开采工艺与设备进行淘汰整改，全面贯彻落实环境保护和安全生产管理制度。

　　牢固树立科技创新的理念。科学技术是第一生产力，加强科技研发与创新工作是绿色矿山建设的关键内涵。矿山企业需设立工程技术研发中心、实验室等创新型平台，从基础理论、关键技术、支撑体系和技术应用四个层面推进平台建设，并加大科技投入，从而提高矿山企业的自主创新能力和管理水平。同时，坚持利益共享、成果共享，形成政府、部门、企业、社会共同促进自治区矿业绿色、和谐发展的良好局面。

　　2.实现煤矿绿色开发“五化”。

　　按照“清洁生产、绿色发展”的生态环保理念，实现自治区煤矿绿色开发的“五化”，即实现煤炭资源综合利用高效化、矿山固废处置无害化、矿产资源加工与运输清洁化、矿山生态环境治理与修复科学化、矿业经济发展与生态环境保护协调可持续化。

　　3.煤矿绿色开发战略蓝图。

　　按照煤矿绿色开发“五化”的要求，需构建自治区面向未来的煤炭开采、加工、利用消费全过程的煤炭行业高质量绿色可持续发展新蓝图。届时，绿色矿山建设项目将取得阶段性进展，矿区生态文明建设朝着环境友好型和资源节约型方向快速发展，让生态效益更好地转化为经济效益与社会效益，进而推动自治区矿业经济高质量、高效率、高水平发展；绿色采矿工艺和先进复垦绿化技术将得到广泛应用，矿区煤、电、水、灰、土等资源高效循环利用水平显著提高；各类煤矿资源的二次开发利用研究将取得显著成效，其中燃煤发电技术和单位供电煤耗量有望跻身世界先进行列水平。

　　（三）发展目标

　　在当前国家能源战略背景条件下，结合宁夏地区煤矿开采现实情况，经过凝练总结，初步提出了宁夏煤炭资源绿色开发的总体目标：树立绿色发展理念，积极实施绿色矿业，以科技创新引领绿色开采，煤炭资源勘探开发与生态环境保护和恢复并重，促进生态环境和生态文明建设迈上新的台阶；积极发展矿业循环经济，依靠科技进步和科学管理手段，着力提高煤炭资源综合利用率，从而促进煤炭产业结构、方式的良性转变；多举措并进，逐步实现近零生态损害的绿色开采、近零排放的煤炭清洁高效循环利用；构建绿色、高效、安全、清洁、低碳、稳定可持续的煤炭资源供应体系，最终实现宁夏煤炭产业的高质量可持续发展。据此，初步提出了宁夏地区煤炭绿色开发战略目标路线图。

　　宁夏煤矿绿色开发目标路线图

　　二、 宁夏煤矿绿色开发技术路径

　　通过对宁夏煤矿绿色开发现状的调研和系统研究，并结合宁夏地区煤矿未来发展战略布局的实际要求，在广泛听取当地政府、矿山企业以及业内专家学者意见的基础上，初步提出了宁夏煤矿未来绿色开发的技术路径，如图2所示。需要说明的是，该技术路径是大的战略技术框架，可根据未来国家能源发展战略、自治区政府矿业经济发展的实际要求等进行相应调整。

　　宁夏煤矿绿色开发技术体系示意图

　　（一）煤炭开采中水资源保护技术

　　宁夏地处我国西北干旱地区，常年降雨量少，水资源十分匮乏，与煤炭资源呈逆向分布。自治区煤炭产业的发展深受当地水资源稀缺的制约，如何节约用水，提高水的利用率与经济效益已成为宁夏煤矿企业亟待突破的瓶颈难题。结合国内外矿山开采中水资源保护策略与技术，认为现阶段宁夏矿区水资源保护技术可以从以下几个方面来开展：

　　1.编制和完善宁夏煤矿产业水资源综合利用规划。煤炭的生产加工需消耗大量的水资源，属于高耗水产业，其发展的同时也加速了自治区水资源的消耗与生态平衡破坏。水资源的循环综合利用是实现宁夏煤矿可持续发展的重要保障，需进一步加强矿区水资源管理制度，制定合理的水价调节机制和政策，优化用水结构，实行多元化供水，合理利用矿井疏干水等非常规水源，综合提高矿区水资源利用率，提高矿山企业经济效益。

　　2.加快宁夏煤矿污水处理系统建设，提高污水处理水平和利用率。煤炭工业不仅是耗水量大，还会产生大量的污水，如果污水不经处理随意排放会污染地表土壤植被和附近干净水源[16]。因此，应根据污水种类设计深度污水处理方案，对污水进行分类处理，系统控制，回收利用处理后的再生水，推进宁夏煤矿工业污水处理项目和生活污水集污管网建设。

　　3.积极推广保水采煤技术。在煤炭开采过程中，会有大量的地下水顺着煤层流失，造成地下水位下降，地表生态退化。为保障宁夏水资源的集约综合利用，合理科学运用保水采煤技术已是势在必行，该技术的有效应用能大幅度降低地下水资源的损耗，保护宁夏地区的生态环境。

　　（二）矿井水处理技术

　　矿井水是指矿区所采煤层及巷道附近的地下水，按水质类型可分为5类：洁净矿井水、含悬浮物矿井水、含有害元素矿井水、酸性矿井水、高矿化矿井水。矿井水在流经煤层开采工作面时会带入大量的煤粉、砂土和岩粉等悬浮物，感官性较差。此类悬浮物粒径较小、密度低、难以自然沉淀，常规的混凝沉降不能高效快速去除矿井水中的悬浮物。目前常用的井下高效处理方式主要有高密度沉降技术、超磁分离技术、采空区过滤技术及膜蒸馏技术等[18-22]。

　　1.高密度沉降技术也称载体絮状技术，是一种快速沉淀技术[18]。其工作原理是在含悬浮物矿井水中加入高密度的不溶介质，悬浮物在高密度介质作用下形成具有较大半径和密度的絮凝体，进而大大提高了悬浮物的沉降速度，相同处理量下沉淀池体积也大为减小。与传统常规的絮凝技术相比，高密度沉降技术占地面积较小，处理效率更高。

　　2.由于矿井水中的悬浮物主要是非磁性或弱磁性物质，直接采用磁分离技术很难将其有效分离。超磁分离技术是在待处理的矿井水中加入磁种，非磁性悬浮物在混凝剂与助凝剂的联合作用下与磁种结合，使本身无磁性的悬浮物形成带磁性的絮凝体。含有磁性絮凝体颗粒可以被高梯度磁滤网或磁盘吸附，实现矿井水的净化。

　　3.不同于高密度沉降技术和超磁分离技术，采空区过滤技术处理矿井水过程中不涉及特定的仪器和试剂，在煤炭开采过程形成的采空区即可完成矿井水悬浮物的过滤去除[20]。该技术是通过采空区中的填充物对矿井水中的污染物进行吸附、沉淀和过滤，具有处理成本低、不会造成二次污染等方面的优点。

　　4.膜蒸馏技术。上述3种方法主要是对矿井废水中的悬浮物净化处理。除了悬浮物外，矿井水中还溶解了大量的可溶性盐类，矿井废水利用率低很大程度上是由其矿化度高造成的[21]。对于高矿化度矿井水，膜蒸馏技术能很好地实现脱盐处理。膜蒸馏技术起源于海水的淡化，是一种热驱动的分离过程，在这个过程中，只有蒸汽分子能够通过多孔的疏水膜，从而实现矿井水的脱盐处理[22]。与传统工艺相比，膜蒸馏技术操作温度较低，对膜特性要求也较低，是一种成本效益高的工艺。

　　（三）矿区地表生态减损和修复技术

　　矿区的生态系统主要有由土壤地质、地貌、植被、水及微生物等组成，在煤炭开采过程中应尽量减少对矿区地表生态的破坏。对于已损伤的矿区地表生态，应采取人工方法，按照自然规律，恢复其原有的生态系统。针对宁夏矿区的地表生态现状，总结出相应的减损和修复技术如下：

　　1.地貌重塑技术。宁夏各矿井产生的煤矸石均堆存在采煤塌陷区附近，首先需要清除表面杂草，实现表土剥离，然后开挖表层土，同时从矸石仓运输煤矸石进行填充，最后将表土覆盖在煤矸石上，实现破坏地貌的重塑。

　　2.土壤重构技术。对宁夏各矿区破坏的土壤采取相应的修复及重构技术，改善土壤的环境质量，提高土壤的蓄水能力，重新构造适宜农作物生产的优质土壤。重构土壤一般规划土壤培肥，参考有关农田建设标准，根据宁夏矿区规划以后的耕地规模施加相应的绿肥，提高重构后土壤的生产力。

　　3.植被重建技术。根据宁夏每个矿区的地块规模，在四周以及主要道路两边配置防护林网，种植沙柳等绿色植被，达到农田防护的需求。

　　4.微生物修复技术。微生物技术是目前国内外治理重金属污染土壤的一种重要方法。微生物能通过氧化还原等作用吸附沉淀土壤中的某些重金属离子，并影响其迁移能力和生物效应，如砷酸还原菌能将土壤中的As5+还原成毒性较低的As3+。同时微生物自身的新陈代谢作用能分解消化动植物尸骸，起到生物固氮作用，在土壤中引入合适的微生物能大大提高土壤质量。

　　5.灌溉管网设备配备技术。根据宁夏每个矿区的地块规模，配套和修建相应的灌溉管网和农田道路，对复垦造地进行均衡浇灌，水源可以为煤矿开采时的清洁矿井水或经处理后的矿井污水。

　　6.深翻蓄水保墒技术。宁夏矿区中存在大面积缺水农作物生产地，因而需“蓄天上水，保土中墒”，大力实施深翻蓄水保墒技术，最大限度地降低土壤中水分的无效消耗，提高水分利用率，在农作物增产中具有重要作用。

　　（四）“智能+绿色”开采技术

　　对新型煤矿产业而言，煤炭的智能化开采与煤矿产业的绿色可持续发展是息息相关的。所谓煤矿的智能化开采，就是在综采技术的基础上，实现矿区自动化、信息化、少人或无人化开采。智能化开采是实现采矿安全高效最大化的必由之路。要建成“智能+绿色”的新型煤矿产业，需坚持生态优先原则，明确绿色开采理念，将智能化开采技术融入到绿色矿山建设中，开发出一套新的发展模式。

　　现阶段矿山智能化开采面临的主要问题有智能控制硬件设备研发技术还不成熟，智能化方面研究人才欠缺以及井下条件的复杂性和不可预测性等。从实际出发，下一阶段宁夏煤矿智能化研究应至少包括以下几个方面：

　　1.矿山智能化总体设计思路。整理总结宁夏各煤矿现有的生产模式与智能化应用需求，分析当前各类智能化设备技术在现场应用的可行性，并根据具体的现场条件与生产工艺提出相应的改进方法[29]。改良传统的煤矿开采工艺与生产模式，将煤矿开采设备系统与智能化应用有机结合，淘汰落后开采工艺与产能设备，建立信息化智慧矿山开采技术标准体系与程序化管理规范。

　　2.虚拟现实与可视化技术。利用三维可视化仿真技术，实景动态模拟开采过程，检验和优化采矿设计方案，为无人采矿做准备。

　　3.先进传感及检测监控技术。用于实现井下环境要素采集、地形感知和三维空间识别、定位、导航及目标跟踪，是智能采矿设备运行及工艺过程控制的前提条件[30]。

　　4.采矿设备遥控及智能化技术。包括：采矿设备在采场的置位、定位、生产作业智能控制技术和设备故障诊断与预防技术等。

　　5.井下无轨导航与控制关键技术。包括：井下装备定位与导航控制技术、目标跟踪技术、运动控制技术、远程通讯技术等[31]。

　　6.高速数字通信网络技术。井下通信设施布设空间有限且存在无线通信屏障，需要研究适用井下的高速数字通信网络技术。

　　7.地下自动化采矿新工艺。适应采矿自动控制水平的提高，采矿模式、采矿技术及工艺都必须有创新的发展和变革。

　　为了实现上述技术，必须加大科技投入，首先在自动化采矿装备研制方面取得突破，争取早日实现大型自动化采矿装备国产化。此外，将5G、云计算、大数据、互联网、物联网等先进技术与现代煤矿开采技术进行深度融合，构建完整区域链的智能采矿系统，这可为加速自治区煤矿智能采矿技术的推广应用创造可靠的条件。

　　（五）洁净煤技术

　　洁净煤技术是指在煤炭的开采、加工和利用等环节中，实现污染物较低排放和煤炭高效利用的绿色新兴技术。洁净煤技术主要可以分为3大类：煤矿开采与加工的净化技术，煤炭运输、燃烧与利用过程中的净化技术以及后期废渣的处理循环利用技术[34-36]。目前宁夏地区洁净煤技术尚不成熟，具有较大的发展空间，下一步的主要发展方向可以概括为以下几个方面：

　　1.优化宁夏地区燃煤发电技术，逐步提高煤炭利用率，降低燃煤污染物的排放。全面升级改造燃煤电厂洁净燃煤发电设备，淘汰落后及不合规范的产能机组，杜绝个别散煤的使用，实现电厂污染物的超低排放与煤炭的清洁化利用[34]。

　　2.完善煤炭加工产业链，推动自治区煤炭燃料向低成本、高效率方向转化。除了燃煤发电技术，煤炭的深加工技术能最大限度地实现其综合利用[35]。积极推广煤干馏、气化和液化技术，深入开展煤制氢气、煤制甲烷、煤制液态烃等化学品研发工作，实现煤炭二次产物的清洁化利用与工业化应用。

　　3.制定洁净煤技术相关标准与规范。针对自治区煤炭加工与利用效率，硫化物、废渣等污染物排放情况，建立高效清洁用煤的行业标准[36]。整顿处理个别不正规用煤机构，加强自治区洁净煤技术相关政策的有效性与连续性。通过实施规范化、标准化管理手段，实现宁夏地区煤炭产业的洁净、安全、低碳、经济、可持续发展。

　　三、宁夏煤矿绿色发展建议

　　通过科技进步和政策法规实施实现煤炭安全、高效、绿色开发是宁夏煤炭工业高质量发展的主要方向。依靠科技进步和科学管理，促进矿业领域调结构、转方式，实现煤炭工业绿色发展。综合上述分析，进一步提出相关建议如下：

　　1.组织开展煤矿绿色开发基础理论和技术瓶颈专项攻关。组织设立国家级、自治区自然科学基金基础研究重大专项、科学仪器重大专项、重点研发计划等，深入开展采空区回填矸石技术、深部煤层瓦斯富集及抽采流动理论、矿井污水净化方法、煤化工技术、矿区生态环境损毁的调查诊断技术、土地清洁和污染治理技术、废弃地和地下空间的可持续利用、地貌重塑技术和植被恢复技术等基础技术理论研究，并对瓦斯抽采装备、水净化处理装备、煤气化炉等短板技术进行攻关，解决制约复杂条件煤矿绿色开发的理论与技术瓶颈。

　　2.逐步完善宁夏煤矿绿色开发的相关政策法规制度。要深入解决煤矿开采中暴露的环境破坏问题，需要以可持续发展的观念去重新审查当前涉及煤矿开发利用的环境保护法律法规，及时修订、完善和健全自治区煤炭绿色发展和清洁利用的法规体制。进一步开展煤炭普法工作，培养全民的法制意识。建立多部门联合生态环境治理监管制度，加大对自治区煤炭产业机构环境保护的监督及执法力度，严格执行环境保护和水土保持方面的相关政策法规和业内标准要求，及时查处违规生产、污染物排放超标等不合法行为，为矿区的生态文明建设保驾护航。

　　3.改革煤炭绿色开发技术，完善煤炭科技创新体系。研究制定自治区中长期的绿色科技发展战略，设立专项计划大力支持煤炭绿色革命转化技术和面向未来的颠覆性技术研发，推动煤炭科技创新的绿色发展。突破矿山绿色安全智能化开采、煤炭二次开发利用、矿井水大规模低成本安全排放等关键性技术的瓶颈，推广并应用煤矿高精度探测、中低浓度瓦斯与煤共采、保水采煤、干法选煤等先进工艺技术。落实煤炭科技人才培养引进计划，加快煤炭集成创新、科学研究探索进度，建立煤炭科技协同创新共同体，推动5G、大数据、物联网、云计算等现代信息技术在自治区煤炭行业的高效应用。

　　4.加大矿区绿色发展的金融扶持力度，强化资金政策保障。针对自治区各煤炭产业机构绿色发展的具体情况，坚持“有控有扶”的原则，研制促进煤炭绿色发展的财税激励政策。加大对矿区的采煤机组升级改造、采煤沉陷区综合治理、废弃矿井再利用、后期废渣处理循环利用等绿色开采技术的财政支持与补贴，促进自治区煤炭产业的降本增效。优化自治区煤炭产业的环境税收制度，减少不合理的重复收税，加强纳税评估，根据具体情况使用多种评估模型以提高纳税评估的准确性。设立宁夏煤矿绿色发展专项开发资金，引进国内外先进的矿山绿色开发模式、先进技术装备和科学化管理措施等，结合自身情况消化吸收再创新，建设一批国家级绿色矿山示范工程，并向自治区类似条件的矿井进行推广应用。

引用格式：蔡美峰,吴允权,李鹏,潘继良,洪伟,李军.宁夏地区煤炭资源绿色开发现状与思路[J/OL].工程科学学报:1-11[2021-10-29].