新形勢(shì)下我國(guó)能源與生態(tài)安全保障研究

趙 平，譚克龍，韓效忠，林中月，孫紅軍，謝志清，黃 勇，劉亞然，孫 杰

(1.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局，北京 100038； 2.中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040；3.中國(guó)煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039)

能源與生態(tài)安全是關(guān)系國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性和戰(zhàn)略性問題，是國(guó)家安全體系中極其重要的組成部分，受到世界各國(guó)的高度關(guān)注。作為世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)，能源與生態(tài)安全更是我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)。2020年以來，面對(duì)嚴(yán)峻復(fù)雜的國(guó)際疫情和世界經(jīng)濟(jì)形勢(shì)，全球產(chǎn)業(yè)鏈斷裂、傳統(tǒng)能源供給通道中斷等極端事件發(fā)生的可能性激增，作為能源消費(fèi)大國(guó)和最大的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)能源保障和生態(tài)安全問題顯得更加突出。我們必須審時(shí)度勢(shì)、未雨綢繆、順勢(shì)而為、化危為機(jī)，必須堅(jiān)持底線思維，增強(qiáng)憂患意識(shí)，從總體國(guó)家安全觀出發(fā)，以習(xí)近平總書記提出的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”的能源安全戰(zhàn)略和建設(shè)美麗中國(guó)的生態(tài)文明建設(shè)思想為指導(dǎo)，立足我國(guó)能源基礎(chǔ)條件和生態(tài)發(fā)展目標(biāo)，充分發(fā)揮中央地勘企業(yè)的主力軍作用和擔(dān)當(dāng)精神，居安思危，超前謀劃，加強(qiáng)新形勢(shì)下我國(guó)能源與生態(tài)安全保障研究，為實(shí)現(xiàn)國(guó)家能源和生態(tài)安全的有效保障貢獻(xiàn)力量。

當(dāng)今世界能源結(jié)構(gòu)中，煤炭、石油和天然氣仍然是一次能源的消費(fèi)主體，而我國(guó)受資源稟賦和發(fā)展階段的影響，能源結(jié)構(gòu)與生態(tài)發(fā)展基礎(chǔ)大大落后于世界先進(jìn)水平。我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中煤炭作為主體能源的現(xiàn)實(shí)仍將長(zhǎng)期存在，煤炭是極端情況下最可靠的能源安全保障。隨著經(jīng)濟(jì)體量的不斷增大和高質(zhì)量發(fā)展的要求更高，能源和生態(tài)安全保障問題更加成為制約經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的瓶頸問題。一方面，我國(guó)石油和天然氣對(duì)外依存度持續(xù)增加。隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，石油和天然氣需求上漲，而產(chǎn)量很難進(jìn)一步增幅，石油天然氣對(duì)外依存度持續(xù)增加。近來日益復(fù)雜的國(guó)際形勢(shì)為能源安全保障帶來了極大的不確定性，煤炭作為主體能源保障的重要性越發(fā)凸顯；另一方面，我國(guó)以往主體能源——煤炭長(zhǎng)期粗放式開采，引發(fā)了許多環(huán)境問題欠賬，生態(tài)安全問題與生態(tài)修復(fù)治理問題十分急迫。

1 煤炭作為主體能源安全保障問題

我國(guó)能源資源稟賦的顯著特點(diǎn)是“貧油、少氣、相對(duì)富煤”[1]，煤炭在一次能源中的消費(fèi)占比長(zhǎng)期保持在60%以上[2]，占主體能源的地位，在保障國(guó)家能源安全和經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展中承擔(dān)著“壓艙石”的作用。近年來，為了應(yīng)對(duì)國(guó)際碳排放和溫室氣體效應(yīng)的挑戰(zhàn)，國(guó)家加大了新能源的開發(fā)利用和石油天然氣的進(jìn)口，煤炭的消費(fèi)占比有所下降，但煤炭的生產(chǎn)量和消費(fèi)量在近三年是增加的。當(dāng)前面對(duì)中美摩擦加劇等國(guó)際形勢(shì)“百年未有之大變局”，石油天然氣進(jìn)口通道可能存在重大的不確定性，審視我國(guó)能源保障新形勢(shì)，進(jìn)一步做好煤炭安全保障工作更為緊迫。

1.1 國(guó)內(nèi)能源資源的格局分析

近十年來，煤炭產(chǎn)量占一次能源生產(chǎn)總量的70%左右(圖1)，煤炭自給率在90%以上。與此同時(shí)，我國(guó)油氣對(duì)外依存度持續(xù)攀升，2019年石油對(duì)外依存度為70.8%，天然氣對(duì)外依存度突破43%。水電、核電、風(fēng)電等清潔能源近十年來快速增長(zhǎng)，但總量有限，僅能起到補(bǔ)充作用。

圖1 2010～2019年能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)(數(shù)據(jù)來源：國(guó)家統(tǒng)計(jì)局)Figure 1 Energy production structure in China,2010～2019(data from the National Bureau of Statistics)

1.2 煤炭資源保障能力分析

1.2.1 煤炭資源分布特征

我國(guó)煤炭資源與大型含煤盆地分布受東西向展布的天山-陰山-燕山構(gòu)造帶、昆侖-秦嶺-大別山構(gòu)造帶和南北向展布的大興安嶺-太行山-雪峰山構(gòu)造帶、賀蘭山-六盤山-龍門山構(gòu)造帶控制，呈現(xiàn)“兩橫”和“兩縱”相區(qū)隔的“井”字形樣式。煤炭資源集中于“井”字形格架之間的方格區(qū)域內(nèi)，呈明顯的“九宮”棋盤式分布[3](圖2)?！熬艑m”東部自北向南為東北區(qū)、黃淮海區(qū)、東南區(qū)，中部為蒙東區(qū)、晉陜蒙(西)寧區(qū)、西南區(qū)，西部為北疆、甘青南疆區(qū)、西藏區(qū)?？偟膩碚f，我國(guó)煤炭資源的集中度以晉陜蒙(西)寧區(qū)、北疆區(qū)、蒙東區(qū)較高，其他分區(qū)資源集中度較低，以東南區(qū)最低。我國(guó)東部和中部地區(qū)是煤炭的主消費(fèi)區(qū)，消費(fèi)總量占全國(guó)70%左右，但近年來經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的迅速發(fā)展造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題，因此清潔能源和可再生能源開始逐漸被重視，在能源消費(fèi)比例中占比不斷提高，相應(yīng)的，煤炭占比不斷降低。西部和東北地區(qū)消費(fèi)量占比較少，隨著西部大開發(fā)和中部地區(qū)崛起，東北老工業(yè)基地振興，能源消費(fèi)不斷提高，促使這些地區(qū)的煤炭需求量呈上升趨勢(shì)[4]。

1.2.2 煤炭資源安全保障形勢(shì)與問題

目前我國(guó)煤炭理論礦井回采率約50%，扣除各種地質(zhì)因素，實(shí)際礦井平均回采率可能還要小一些。依據(jù)現(xiàn)有可采煤炭?jī)?chǔ)量估算[5]，我國(guó)煤炭資源的保障能力相對(duì)有限，且存在明顯的地區(qū)不均衡性，東部地區(qū)煤炭資源接近枯竭，保障能力有限，中部地區(qū)是我國(guó)煤炭保障的核心區(qū)，是煤炭安全保障的基石，西部地區(qū)為煤炭安全保障的戰(zhàn)略后備區(qū)，資源豐富，但開發(fā)強(qiáng)度低。具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

(1)可供建設(shè)大型礦井的煤炭資源勘查程度相對(duì)低，后續(xù)煤炭的供應(yīng)保障能力將受影響

我國(guó)已探明煤炭資源量中達(dá)到較高勘查程度的勘探、詳查資源量偏少，主要為預(yù)查、普查等較低級(jí)別資源量，梯級(jí)結(jié)構(gòu)不合理，且經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量和人均占有量少，不能滿足資源可持續(xù)開發(fā)的要求[6]。按照我國(guó)目前查明的可采煤炭資源儲(chǔ)量，我國(guó)整體平均儲(chǔ)采比僅為幾十年。近年來國(guó)際形勢(shì)比較復(fù)雜，若出現(xiàn)油氣資源無法正常進(jìn)口的極端情況，我國(guó)煤炭可采年限將更低。整體上， 現(xiàn)階段我國(guó)能夠滿足建設(shè)大型礦井的煤炭資源儲(chǔ)量不足，煤炭供應(yīng)可持續(xù)保障能力不容樂觀，亟待提高煤炭資源勘查程度。

圖2 “井”字形格架示意圖(據(jù)文獻(xiàn)[3])Figure 2 Schematic diagram of “tic-tack-toe” grid type coal resources distribution in China (after reference [3])

(2)東部地區(qū)煤炭淺部資源已近枯竭，深部煤炭資源安全開采難度巨大

我國(guó)東部地區(qū)現(xiàn)有煤礦產(chǎn)能約占全國(guó)煤炭產(chǎn)能的25%。東部地區(qū)煤炭資源開發(fā)峰值已過，1 000m以淺煤炭資源基本開發(fā)殆盡。當(dāng)前許多煤礦井轉(zhuǎn)向開發(fā)800m甚至1 000m以下煤炭資源。總體講資源質(zhì)量差，后備資源短缺，開采能力后勁不足，難以滿足現(xiàn)有煤礦接續(xù)，部分礦井進(jìn)入深部開采期，生產(chǎn)能力顯著下降[7]；同時(shí)由于深部煤巖體處于高地應(yīng)力、高瓦斯、高溫、高滲透性等條件下，安全隱患問題棘手。

(3)煤炭開發(fā)布局西部勢(shì)在必行，化解多重約束難題是關(guān)鍵

我國(guó)煤炭資源的分布特點(diǎn)決定了我國(guó)今后煤炭資源開發(fā)將向西部轉(zhuǎn)移。西北部地區(qū)(特別是新疆)煤炭資源占全國(guó)40%，煤層氣資源量占全國(guó)總量的30%，將成為我國(guó)后續(xù)能源開發(fā)的重要承接地。然而西北地區(qū)多為干旱—半干旱地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源極為匱乏，煤炭大規(guī)模高強(qiáng)度的開采與區(qū)域生態(tài)安全矛盾明顯，破解礦區(qū)水資源保護(hù)與生態(tài)環(huán)境治理雙重約束因素難題，將是確保未來我國(guó)西北部地區(qū)煤炭資源開發(fā)的關(guān)鍵所在。

(4)綠色煤炭資源保障程度低，資源儲(chǔ)量有限

綠色煤炭資源評(píng)價(jià)理論的提出與研究,是近年來煤炭地質(zhì)理論研究的重要突破，對(duì)我國(guó)綠色煤炭資源進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)，從新的角度審視了煤炭資源現(xiàn)狀，對(duì)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重大意義[8]。我國(guó)綠色煤炭資源總量基數(shù)較大，且區(qū)域分布比較集中，主要分布于晉陜蒙(西)寧和北疆地區(qū)，有利于規(guī)劃建設(shè)大型能源化工基地。目前己經(jīng)勘查評(píng)價(jià)的綠色保有資源量達(dá)9 733.65億t，占煤炭保有資源總量的69.5%。但綠色煤炭資源的勘查程度較低，基礎(chǔ)儲(chǔ)量?jī)H為855.77億t。在全部綠色資源保有量中，初步估計(jì)勘查程度高的占比29%，勘查程度較高(詳查)的占比10%，勘查程度較低(普查)的占比28%，勘查程度低(預(yù)查)的占比33%。因此，我國(guó)煤炭綠色資源的勘查評(píng)價(jià)與總體勘查程度仍處于較低水平，需要加強(qiáng)綠色資源的梯級(jí)進(jìn)補(bǔ)[8-11]。

1.3 煤系礦產(chǎn)地位新認(rèn)識(shí)

我國(guó)煤系共伴生礦物資源豐富，種類繁多，分布廣且品質(zhì)高，其中有些礦產(chǎn)甚至是我國(guó)重要的優(yōu)勢(shì)礦種[12]。

1.3.1 煤系氣

目前我國(guó)天然氣產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足消費(fèi)快速增長(zhǎng)的需要，供需矛盾日益突出。加之近期受新冠肺炎疫情的影響，我國(guó)油氣供應(yīng)安全形勢(shì)更加嚴(yán)峻，迫切需要加大非常規(guī)天然氣資源開發(fā)利用，使其成為新的重要增長(zhǎng)極，滿足我國(guó)天然氣資源需求，增加我國(guó)清潔能源供應(yīng)，提升國(guó)內(nèi)油氣保障能力。

煤系氣是煤系中的烴源巖母質(zhì)在生物化學(xué)及物理化學(xué)煤化作用過程中演化生產(chǎn)的全部天然氣，包括賦存在煤系泥/頁(yè)巖中的頁(yè)巖氣、煤層中的煤層氣、“煤型氣源”天然氣水合物和致密砂巖氣[13]。我國(guó)的煤系氣資源豐富，據(jù)《全國(guó)油氣資源動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)(2015)》[14]統(tǒng)計(jì)，埋深2 000m以淺煤層氣地質(zhì)資源量達(dá)30萬億m3，可采資源量12.5萬億m3，累計(jì)探明地質(zhì)儲(chǔ)量6 293億m3，探明率僅2.1%，煤層氣勘查工作大有可為。把煤系地層視作一個(gè)整體，利用已有煤田勘查資料，綜合勘探開發(fā)煤炭資源和煤系氣不僅可以減少成本，增大非常規(guī)天然氣總儲(chǔ)量和技術(shù)可采儲(chǔ)量，還可以提高氣井使用效率和單井利潤(rùn)，減少煤礦瓦斯事故的發(fā)生。

1.3.2 煤系鈾

砂巖型鈾礦是我國(guó)鈾資源量貢獻(xiàn)的主力類型[15]，其產(chǎn)出與煤系地層關(guān)系密切，在橫向上我國(guó)大型砂巖型鈾礦床主要分布在北方各中新生代陸相產(chǎn)煤盆地邊緣，在垂向上，鈾礦體或直接產(chǎn)出在煤層和煤系地層中，或定位于緊鄰煤系地層之上的沉積地層當(dāng)中。目前，我國(guó)北方主要砂巖型鈾礦的找礦線索幾乎均來自于煤田勘查發(fā)現(xiàn)的放射性信息[16]。如鄂爾多斯盆地皂火壕和納林溝大型砂巖型鈾礦床的發(fā)現(xiàn)是基于煤田資料的二次開發(fā)，大營(yíng)超大型砂巖型鈾礦床的發(fā)現(xiàn)更是煤田和核工業(yè)部門聯(lián)合攻關(guān)的結(jié)果，在提交煤資源量的同時(shí)提交了鈾資源量，是煤鈾協(xié)同勘查的典型范例。

受大營(yíng)鈾礦床發(fā)現(xiàn)的啟發(fā)，2013年初，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局牽頭，煤田部門作為主要參與單位開啟了“鈾煤兼探”這一新的找礦模式，開啟了非核工業(yè)部門鈾礦找礦的新嘗試。在短短8年當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)了多處大型砂巖型鈾礦產(chǎn)地，落實(shí)了多個(gè)經(jīng)鉆探驗(yàn)證的遠(yuǎn)景區(qū)，拓展了我國(guó)北方砂巖型鈾礦找礦的空間。“鈾煤兼探”方興未艾，大有可為，通過持續(xù)不斷的努力，煤系礦產(chǎn)協(xié)同勘查必將發(fā)揮更加重要的作用。

1.3.3 富油煤

我國(guó)富油煤中的油氣資源具有重要戰(zhàn)略價(jià)值，西北地區(qū)富油煤和油頁(yè)巖資源豐富，具備形成3～5個(gè)大型油田的資源潛力，對(duì)保障我國(guó)能源安全起到重要作用。同時(shí)，富油煤與油頁(yè)巖資源高效勘探開發(fā)符合我國(guó)協(xié)同勘探、綠色開發(fā)、智能開發(fā)、協(xié)同開發(fā)的總體要求。

富油煤不僅是煤，更是煤基的油氣資源。我國(guó)富油煤資源豐富，目前已發(fā)現(xiàn)的富油煤資源主要集中在陜西、新疆、甘肅、青海以及內(nèi)蒙古西部等地。據(jù)現(xiàn)有研究資料分析，保守估計(jì)我國(guó)西北的新疆、甘肅的隴東、青海、蒙西富油煤資源量超過8 000億t，焦油資源量不少于600億t，僅陜西省富油煤資源總量超過3 000億t，可提取焦油近300億t。目前陜西省已查明的1 700億t煤炭中，富油煤占比超過85%，達(dá)1 445億t，焦油資源量近150億t。如果按照目前陜西煤炭熱解和煤焦油輕質(zhì)化技術(shù)水平，每噸焦油可產(chǎn)出約0.76t清潔油品，僅我國(guó)西部地區(qū)豐富的煤炭資源就可代替1～2個(gè)大油田。因此，我國(guó)富油煤資源富集的地區(qū)“煤替油”前景令人期待。

1.3.4 油頁(yè)巖

油頁(yè)巖是一種高礦物質(zhì)的腐泥煤，是由藻類等低等浮游生物經(jīng)腐化作用和煤化作用而生成，是重要的非常規(guī)油氣資源，可以用來直接燃燒或者通過干餾得到油頁(yè)巖油及相關(guān)產(chǎn)品，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益[17]。近年來，剩余的常規(guī)油氣資源已經(jīng)日益減少，油頁(yè)巖、頁(yè)巖油氣等非常規(guī)油氣資源已經(jīng)興起。我國(guó)油頁(yè)巖資源豐富，但目前勘探程度低，資源家底不清。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國(guó)已評(píng)價(jià)的1 000m以淺的油頁(yè)巖資源量近7 200億t，按照6.6%的平均含油率計(jì)算，折合成油頁(yè)巖油約476億t。按照近年來年我國(guó)原油消費(fèi)量估算，這些油頁(yè)巖如果全部開采出來，可供我國(guó)消費(fèi)使用70a左右。

2 煤礦區(qū)生態(tài)安全問題

目前，我國(guó)煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)都約占全球的50%。礦產(chǎn)資源尤其是煤炭資源勘查開發(fā)利用對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，但同時(shí)也帶來了重大的生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)問題，引發(fā)了一系列生態(tài)安全問題[18]。在煤炭勘查與開采的不同階段中均會(huì)產(chǎn)生一定的生態(tài)安全問題，尤以開采階段產(chǎn)生的問題更多，引發(fā)了煤炭開采過程中地層挖損、塌陷、壓占、污染等土地與生態(tài)環(huán)境問題，并帶來崩塌、滑坡、泥石流、植被退化、區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化與村莊搬遷等系列影響，造成了我國(guó)生態(tài)環(huán)境問題及社會(huì)矛盾日益突出[19-21]。

2.1 煤炭勘查階段

在以往煤炭勘查活動(dòng)中，進(jìn)行槽探、鉆探、坑探等工程活動(dòng)會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不同程度的擾動(dòng)或破壞，主要包含土地占用破壞和廢棄物排放。更重要的是在煤炭勘探階段，目前針對(duì)的主要對(duì)象仍為煤炭等煤系礦產(chǎn)，而未將圍巖等重要關(guān)鍵層工程地質(zhì)條件、隱蔽地質(zhì)因素、地表生態(tài)系統(tǒng)的地質(zhì)條件以及環(huán)境治理參數(shù)等作為勘查對(duì)象，這恰恰是煤炭開采階段與生態(tài)安全保護(hù)與修復(fù)的關(guān)鍵所在，是后續(xù)煤炭建井開采規(guī)劃及設(shè)計(jì)制定的重要依據(jù)。這就要求我們?cè)诳碧交顒?dòng)過程中，對(duì)可能產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境影響因素進(jìn)行明確預(yù)判，一方面盡量采用以鉆代槽、環(huán)保泥漿、一孔多用、航空物探及高光譜遙感等綠色勘查技術(shù)方法，要及時(shí)進(jìn)行探中及探后的生態(tài)修復(fù)工作，最大限度的減少其對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。另一方面要建立我國(guó)煤炭綠色勘查理念，將生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)作為綠色勘查的一個(gè)重要內(nèi)容。

2.2 煤炭開采階段

由于煤炭開采規(guī)模大、占地面積大、開采影響范圍廣，對(duì)礦區(qū)地上地下生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能造成的干擾與破壞強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境因素相應(yīng)發(fā)生變化，引發(fā)的生態(tài)安全問題多樣，生態(tài)系統(tǒng)治理與修復(fù)困難，煤炭開采階段引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題已成為我國(guó)生態(tài)安全問題的“牛鼻子”。

2.2.1 土地資源破壞

據(jù)2017年全國(guó)礦山資源開發(fā)環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，全國(guó)礦產(chǎn)資源開發(fā)占用土地面積約5.4億畝，其中歷史遺留及責(zé)任人滅失的約3.45億畝，在建/生產(chǎn)礦山約1.95億畝。在各種礦山活動(dòng)中煤炭資源開采對(duì)土地占用和破壞最為突出，截至2017年底，我國(guó)僅井工開采引發(fā)的采煤沉陷土地面積約3.1億畝，在重點(diǎn)煤礦，平均采空塌陷面積約占礦區(qū)含煤面積的1/10，以目前我國(guó)煤炭開采量，每年預(yù)計(jì)新增采煤沉陷區(qū)達(dá)90萬畝。長(zhǎng)此以往，可能對(duì)我國(guó)18億畝耕地紅線造成威脅。

2.2.2 采煤沉陷

在我國(guó)大中型地下開采的煤礦中采煤塌陷普遍存在，其會(huì)造成地面建筑物、道路損毀，生態(tài)環(huán)境遭到破壞或退變，良田無法耕種，水資源環(huán)境改變或污染。煤炭開采造成覆巖結(jié)構(gòu)變化，引起煤層頂板巖層的變形和塌陷，從而導(dǎo)致上部含水層結(jié)構(gòu)的改變，并引發(fā)采煤沉陷。

2.2.3 固體廢棄物堆積

煤炭開采量過程中造成大量固體廢棄物產(chǎn)生并堆積。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤矸石堆存量約達(dá)50億t，形成煤矸石山2 600多座，且以每年2億至3億t的速率增加。高強(qiáng)度的開采加劇了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境影響程度。

2.2.4 水環(huán)境影響問題

煤炭勘探開發(fā)對(duì)水環(huán)境的影響主要為地下水位下降、地下水補(bǔ)排平衡狀態(tài)的破壞和水質(zhì)污染的問題。我國(guó)煤礦開采過程中，為確保井下安全生產(chǎn)，需要排出大量的礦井水，這部分礦井水受到粉塵和巖塵的污染，水質(zhì)成分復(fù)雜，經(jīng)礦井污染后排至地表對(duì)礦區(qū)周圍農(nóng)田及地表水系、地下水均存在巨大的污染隱患。此外，煤層開采后，覆巖失去支撐，引起采空區(qū)頂板巖層的變形和塌陷，導(dǎo)致上部含水層結(jié)構(gòu)的破壞，降低地下水位。煤層開采使上覆巖層不斷發(fā)生冒落，形成冒落帶及導(dǎo)水裂隙帶，并在地表產(chǎn)生裂隙和塌陷區(qū)，造成含水層結(jié)構(gòu)和地下水徑流、排泄條件發(fā)生變化。以上這些現(xiàn)象均會(huì)產(chǎn)生不同程度的生態(tài)安全問題，綜合規(guī)劃、合理利用就顯得勢(shì)在必行。

煤炭生產(chǎn)階段是礦山綠色建設(shè)與綠色開采的關(guān)鍵，但目前我國(guó)煤礦開采階段缺乏生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)方案，未將生態(tài)修復(fù)納入到生產(chǎn)階段計(jì)劃中來，礦山地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)修復(fù)往往與礦山開采不同步，對(duì)礦山開采可能引發(fā)的生態(tài)安全問題缺乏預(yù)判，更缺乏同步的生態(tài)保護(hù)與修復(fù)方案。因此不能做到固廢減排、礦井水處理與應(yīng)用、綠色開采、地表生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與修復(fù)等工作，也不能做到礦山“邊采邊復(fù)”。

2.3 煤礦采后生態(tài)修復(fù)與治理問題

我國(guó)煤炭資源分布廣，與耕地、生態(tài)敏感區(qū)高度重合，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤炭資源與耕地資源分布的復(fù)合區(qū)域面積占我國(guó)耕地總面積的42.7%，其中煤炭保有資源與耕地復(fù)合面積占全國(guó)耕地總面積的10.8%，有近2億畝耕地將受到采煤的影響。從某種意義上來講，解決了煤礦區(qū)的生態(tài)安全問題，也就在一定程度上解決了我國(guó)主要的生態(tài)安全問題。目前我國(guó)礦山(煤礦山)環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)存在的主要問題如下：

1)我國(guó)礦山生態(tài)修復(fù)與治理歷史欠賬多、問題積累多、現(xiàn)實(shí)矛盾多，面臨“舊賬”未還，又欠“新賬”問題。2016年度《全國(guó)礦山地質(zhì)環(huán)境調(diào)查報(bào)告》[22]中指出，截至2015年，復(fù)墾治理采礦損毀土地約1 290萬畝，仍有3 210萬畝未復(fù)墾。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量持續(xù)增長(zhǎng)，資源、能源的消耗也將隨之暴增，礦產(chǎn)開采量居高不下，礦山生態(tài)修復(fù)所面臨的壓力也越來越大，這也或?qū)⒊蔀槲覈?guó)全面建設(shè)小康社會(huì)的瓶頸。因此，礦區(qū)生態(tài)修復(fù)問題必須引起國(guó)家層面更高的重視，在礦區(qū)生態(tài)破壞與修復(fù)的賽跑中，加快礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理及修復(fù)的速度勢(shì)在必行。

2)礦山生態(tài)修復(fù)工作不夠深入。目前我國(guó)礦山生態(tài)修復(fù)和復(fù)墾方式還比較簡(jiǎn)單，一般以地貌重塑、景觀重現(xiàn)、植被重建為主，而對(duì)于煤炭開采引起的深層次的地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與地質(zhì)生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)的破壞考慮甚少，并未從生態(tài)安全問題產(chǎn)生的源頭進(jìn)行深度研究以及有針對(duì)性地修復(fù)，不能保證重塑后的生態(tài)系統(tǒng)與周邊地區(qū)自然環(huán)境是相互協(xié)調(diào)與可持續(xù)的。

3)科技支撐強(qiáng)度不夠。目前，我國(guó)礦山生態(tài)保護(hù)與修復(fù)治理標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)、新技術(shù)、新方法以及科研成果轉(zhuǎn)化等方面較欠缺，理論研究與修復(fù)工程實(shí)踐之間存在一定程度的脫節(jié)現(xiàn)象。礦山修復(fù)與治理產(chǎn)業(yè)仍處于初級(jí)階段，關(guān)鍵技術(shù)不成熟。支撐生態(tài)保護(hù)與修復(fù)治理的調(diào)查、監(jiān)測(cè)以及預(yù)警等能力有待提高。

與此同時(shí)，礦山關(guān)閉后對(duì)于剩余的礦產(chǎn)資源，如剩余煤炭、煤層氣(瓦斯)、礦井水以及其他煤系共伴生礦產(chǎn)的再利用，以及地下空間資源的開發(fā)利用，均未進(jìn)行充分考慮。

3 對(duì)策討論

3.1 創(chuàng)新煤炭資源高質(zhì)量勘查模式，提高我國(guó)煤炭資源勘查程度，應(yīng)對(duì)新時(shí)代文明建設(shè)對(duì)能源領(lǐng)域的新訴求

1)加大大型煤炭基地資源評(píng)價(jià)和勘查力度，2020年完成的國(guó)家“國(guó)家大型煤炭基地開發(fā)潛力研究”系統(tǒng)評(píng)價(jià)了我國(guó)大型煤炭基地綠色開發(fā)潛力和保障能力，提出的技術(shù)方法和評(píng)價(jià)理論對(duì)充分認(rèn)識(shí)我國(guó)能源資源家底，制定保障基礎(chǔ)能源安全的相關(guān)政策與措施意義重大。

2)加強(qiáng)煤炭資源精細(xì)勘查力度。基于我國(guó)目前不同地區(qū)煤炭資源勘查開發(fā)的程度，有針對(duì)性分區(qū)提高煤炭資源整體勘查程度，既要查明煤炭資源的儲(chǔ)量、質(zhì)量及賦存規(guī)律，又要查明覆巖關(guān)鍵層、含(隔)水層等重要關(guān)鍵層工程地質(zhì)條件、隱蔽地質(zhì)因素、地表生態(tài)系統(tǒng)的地質(zhì)條件以及環(huán)境治理參數(shù)等，做到煤炭資源精細(xì)勘查，為煤炭開采和清潔利用提供地質(zhì)依據(jù)。

3)加大深部煤炭資源勘查力度。隨著我國(guó)較淺部煤層勘探開發(fā)，部分地區(qū)淺部煤炭資源即將或者已經(jīng)枯竭，深部煤炭資源是未來中國(guó)煤炭資源接續(xù)利用的又一主要目標(biāo)，因此，建議加大深部煤炭資源勘查力度，將深部煤炭資源納入國(guó)家資源勘查及深地研究工作中統(tǒng)籌部署，不僅要對(duì)1 000～2 000m間的煤炭資源進(jìn)行勘查，還要對(duì)2 000m以下的煤炭資源稟賦進(jìn)行勘查與研究，查明深部煤炭資源地質(zhì)條件，特別是要注重深部瓦斯與地下水疊加地質(zhì)條件下的資源評(píng)價(jià)。

4)開展綠色、特殊及稀缺煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)，服務(wù)國(guó)家煤炭開發(fā)利用優(yōu)化布局。應(yīng)對(duì)國(guó)家能源安全穩(wěn)定發(fā)展，煤炭行業(yè)需要走“資源利用率高、安全有保障、經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境污染少”的可持續(xù)發(fā)展路徑，建立“穩(wěn)定、安全、高效、環(huán)?！钡默F(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)鏈體系，使煤炭成為確保國(guó)家能源安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)潔凈能源。因此，建議開展綠色煤炭資源勘查，對(duì)煤炭資源賦存地質(zhì)條件和資源量進(jìn)行評(píng)價(jià)的同時(shí)，將煤炭開發(fā)過程中安全高效、生態(tài)環(huán)境友好，清潔高效利用以及經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力等方面問題因素納入到勘查評(píng)價(jià)工作中。提高煤炭及煤系資源的開采和生態(tài)環(huán)境保護(hù)，加強(qiáng)綠色資源的梯級(jí)進(jìn)補(bǔ)，為大型煤炭基地建設(shè)提供資源保障，走清潔化高效利用之路。

3.2 煤盆地多種類礦產(chǎn)資源系統(tǒng)勘查、系統(tǒng)規(guī)劃

改變以往單純勘查煤炭資源的傳統(tǒng)模式，將煤系作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體研究、立體勘查、綜合評(píng)價(jià)、有序開發(fā)。根據(jù)不同時(shí)區(qū)含煤巖系發(fā)育規(guī)律、煤系礦產(chǎn)資源種類和組合類型以及資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境演變關(guān)系，因地制宜，綜合運(yùn)用各種勘查手段，選定不同目標(biāo)因素協(xié)同勘查模式，形成合理勘查開發(fā)順序與階梯關(guān)系，做好煤炭、煤系氣、煤系鈾等多種類能源礦產(chǎn)以及鍺、鋰和鎵等具有戰(zhàn)略價(jià)值的伴生礦產(chǎn)資源的協(xié)同勘查及合理開發(fā)布局規(guī)劃。相關(guān)部門需要針對(duì)煤系礦產(chǎn)的探礦與采礦系統(tǒng)管理問題出臺(tái)相關(guān)政策，實(shí)現(xiàn)煤系多目標(biāo)礦產(chǎn)綜合勘查、有序清潔化開采。

3.3 推進(jìn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，著力提高煤炭資源利用率，助力實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)

踐行中央提出的力爭(zhēng)于2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，要全力推進(jìn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，將煤炭清潔利用擴(kuò)展到全產(chǎn)業(yè)鏈范疇，讓煤炭成為生產(chǎn)清潔能源的重要組成部分。一是不斷降低煤炭作為燃料的比重、去除過剩產(chǎn)能及無效供給；二是科技創(chuàng)新突破發(fā)展瓶頸，探索碳封存與利用、煤炭化學(xué)開采、智能煤礦建設(shè)、煤炭高效清潔利用和二氧化碳減排等前沿技術(shù)[23]；三是優(yōu)化科技管理體系，推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化，構(gòu)建“經(jīng)濟(jì)、節(jié)約、清潔、安全”的綠色動(dòng)力體系，助力實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。

3.4 創(chuàng)新煤系礦產(chǎn)資源地質(zhì)保障技術(shù)

創(chuàng)新“空、天、地”一體化多方位綜合探測(cè)技術(shù)，包括將遙感技術(shù)、快速精準(zhǔn)鉆探技術(shù)、高精度地球物理勘探技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、地質(zhì)大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、生態(tài)地質(zhì)保護(hù)與修復(fù)技術(shù)等，積極推進(jìn)煤及共伴生資源透視化勘探開發(fā)，構(gòu)建煤及共伴生資源多源多相多場(chǎng)多維度全信息數(shù)據(jù)庫(kù)，打造具有資源賦存透明化，災(zāi)害信息可視化的透明礦山，實(shí)現(xiàn)煤、鈾、油氣共伴生資源精準(zhǔn)綠色勘探開發(fā)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。

4 結(jié)論

1)我國(guó)煤炭資源保障能力不足。主要原因：煤炭動(dòng)態(tài)信息更新滯后，勘查程度相對(duì)低，淺部資源已近枯竭，深部煤炭資源安全開采難度巨大、西部開發(fā)能力不強(qiáng)，綠色煤炭資源保障程度低、資源儲(chǔ)量有限，煤炭精準(zhǔn)勘查與智能化開采地質(zhì)保障能力較低。

2)我國(guó)煤系共伴生礦物資源豐富，潛力巨大。以往煤炭地質(zhì)勘查工作基本以找煤為主，主要限于對(duì)煤系地層中煤層的控制，忽略了煤盆地中其他共伴生礦產(chǎn)資源。煤系礦產(chǎn)資源立體化勘探開發(fā)，為煤炭資源綜合勘查、綜合開發(fā)提供了新方向，為煤炭綠色循環(huán)發(fā)展開辟了新道路，提高了我國(guó)戰(zhàn)略性能源礦產(chǎn)資源保障能力，從根本上降低了油、氣和鈾礦等戰(zhàn)略資源的對(duì)外依存度，可以在極端條件下，為我國(guó)能源安全提供有力保障。

3)礦產(chǎn)資源尤其是煤炭資源勘查開發(fā)利用對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，但在煤炭勘查與開采階段也引發(fā)了塌陷、崩塌、滑坡、泥石流、壓占、污染、植被退化、區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化等系列安全問題?，F(xiàn)階段，煤礦采后生態(tài)修復(fù)與治理面臨的主要問題包括歷史欠賬多、工作不夠深入、科技支撐強(qiáng)度不夠等。

4)基于當(dāng)前能源與生態(tài)安全保障問題，建議應(yīng)改變以往單純勘查煤炭資源的傳統(tǒng)模式，將煤系作為一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行整體研究、立體勘查、綜合評(píng)價(jià)、有序開發(fā)；創(chuàng)新煤炭資源高質(zhì)量勘查模式，提高我國(guó)煤炭資源勘查程度，加強(qiáng)煤炭資源精細(xì)勘查力度，特別是加大深部煤炭資源勘查力度，開展綠色、特殊及稀缺煤炭資源調(diào)查評(píng)價(jià)，服務(wù)國(guó)家煤炭開發(fā)利用優(yōu)化布局；創(chuàng)新煤系礦產(chǎn)資源透視化地質(zhì)保障技術(shù)；加強(qiáng)國(guó)家隊(duì)伍建設(shè)，打造國(guó)家級(jí)煤系礦產(chǎn)綜合探勘隊(duì)伍。