“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)西部煤炭分階控碳減熵增效與協(xié)同發(fā)展路徑

來興平 方賢威

摘 要：西部是中國煤炭富集及主產(chǎn)區(qū)，碳中和目標(biāo)下中國西部煤炭從開發(fā)、利用等環(huán)節(jié)向綠色低碳轉(zhuǎn)型面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?；谙到y(tǒng)熵增和物理與礦山工程力學(xué)系統(tǒng)視角，從微觀和宏觀兩方面分析了西部煤炭行業(yè)分階控碳動(dòng)力學(xué)特征，提出了西部煤炭開發(fā)和利用過程的減熵增效、綠色低碳協(xié)同發(fā)展舉措。結(jié)果表明：西部煤炭碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程實(shí)質(zhì)是一個(gè)典型的減熵增效動(dòng)力學(xué)過程。減排控碳將經(jīng)歷預(yù)控碳、達(dá)峰減碳、低碳綠色、中和實(shí)現(xiàn)4個(gè)階段。“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)西部煤炭減排控碳、綠色低碳轉(zhuǎn)型需從生產(chǎn)和利用2個(gè)環(huán)節(jié)著手。煤炭利用環(huán)節(jié)可從開展碳捕集利用與封存等措施達(dá)到減排控碳目的；煤炭開發(fā)環(huán)節(jié)可建立西部煤炭開發(fā)綠色低碳協(xié)同的地面與地下立體化開發(fā)建設(shè)與利用模式，采取推進(jìn)生產(chǎn)智能和綠色化等措施進(jìn)行綠色低碳轉(zhuǎn)型。研究結(jié)果對(duì)“雙碳”目標(biāo)約束下中國煤炭行業(yè)的綠色低碳轉(zhuǎn)型、高質(zhì)量發(fā)展，助力碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有參考和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：雙碳目標(biāo)；煤炭行業(yè)；西部煤炭；減排控碳；動(dòng)力學(xué)

中圖分類號(hào)：TD 821

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672-9315（2022）05-0841-08

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2022.0501開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Exploration of? carbon control，entropy reduction，efficiency increase and their coordinated development for coal in Western China under“Dual Carbon”target

LAI Xingping^{1，2，3}，F(xiàn)ANG Xianwei¹

（1.College of Energy Science and Engineering，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China；2.State Key Laboratory of Green and Low Carbon Development of Oil Rich Coal in Western China，Xian 710054，China；3.Key Laboratory of Western Mine Exploitation and Hazard Prevention，Ministry of Education，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China）

Abstract：The western region is Chinas coal enrichment and main production area.The coal industry in Western China is facing severe challenges in realizing green and low-carbon transformation in development and utilization under the goal of carbon neutrality.Based on the system entropy increase and the system perspective of physics and mining engineering mechanics，this paper analyzes the dynamic characteristics of hierarchical carbon control in the coal industry in Western China from the micro and macro aspects，and puts forward the measures of entropy reduction and efficiency increase，green and low-carbon coordinated development in the process of western coal development and utilization.The results show that the process of realizing the goal of carbon neutrality in western coal is a typical dynamic process of entropy reduction and efficiency increase.Emission reduction and carbon control will go through four stages：pre control carbon，peak carbon reduction，green low-carbon and carbon neutralization.The transformation of coal emission reduction，carbon control and green low-carbon in coal industry in Western China driven by “dual carbon” target needs to start from two links：in the process of coal utilization，measures such as carbon capture，utilization and storage can be taken to achieve the purposes of emission reduction and carbon control;in the coal innovative development? a three-dimensional development model can be established，construction and utilization mode of green and low-carbon cooperation between ground and underground coal development in the west，and take measures to promote production intelligence and greening for green and low-carbon transition.The research results have reference? significance for the green，low-carbon transformation and high-quality development of Chinas coal industry under the constraints of “dual carbon” target，with the goal of carbon neutrality achieved.

Key words：“Dual Carbon” target；coal industry；Western coal；emission reduction and carbon control；dynamics

0 引 言碳達(dá)峰碳中和（“雙碳”）戰(zhàn)略是中國高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需求。中國能源消費(fèi)在未來較長時(shí)期將呈增長態(tài)勢(shì)，但替煤新能源規(guī)模發(fā)展、儲(chǔ)能等技術(shù)因素制約和中國“富煤貧油少氣”的能源現(xiàn)狀決定了煤炭依然是中國主體能源^[1-3]。西部煤炭行業(yè)在保障國家能源安全中貢獻(xiàn)巨大。雙碳目標(biāo)下西部煤炭從開發(fā)利用向綠色低碳轉(zhuǎn)型面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)^[4-6]。聚焦雙碳目標(biāo)下煤炭行業(yè)發(fā)展，謝和平等全面分析了美國碳達(dá)峰前后現(xiàn)代化進(jìn)程、能源消費(fèi)、碳排強(qiáng)度等基本特征和變化規(guī)律，提出中國能源優(yōu)化發(fā)展的3大路徑，研判中國能源消費(fèi)格局演變趨勢(shì)及不同時(shí)段煤炭消費(fèi)規(guī)模與碳中和目標(biāo)下中國煤炭行業(yè)3大發(fā)展機(jī)遇^[7-8]。劉峰等提出中國煤炭安全區(qū)間與綠色低碳技術(shù)路徑^[9-10]。王雙明等探索煤炭開采擾動(dòng)空間CO₂地下封存途徑與技術(shù)難題^[11-13]?？导t普等系統(tǒng)分析了煤炭行業(yè)發(fā)展面臨的3個(gè)不平衡、6個(gè)不充分問題，構(gòu)建了三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，提出了煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)^[14]。王國法等提出煤炭工業(yè)雙碳目標(biāo)實(shí)施路徑^[15-17]。卞正富等分析礦山生態(tài)修復(fù)的路徑與煤炭變革的技術(shù)路徑^[18-21]。這些研究

較少聚焦雙碳背景下西部煤炭綠色開發(fā)中的挑戰(zhàn)。研究基于西部煤炭行業(yè)和碳排放時(shí)程特點(diǎn)，從微觀與宏觀角度分析了雙碳目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下西部煤炭行業(yè)分階控碳過程?；谙到y(tǒng)熵增角度構(gòu)建了分階控碳減熵增效模型，給出了西部煤炭開發(fā)利用過程的減熵增效協(xié)同發(fā)展措施。這對(duì)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)不同階段西部煤炭行業(yè)綠色低碳轉(zhuǎn)型具有現(xiàn)實(shí)必要性。

1 西部煤炭行業(yè)分階控碳動(dòng)力學(xué)特征西部地區(qū)在中國煤炭開發(fā)過程中占重要地位。2016—2021年中國西部地區(qū)原煤產(chǎn)量如圖1所示。2016年開始，中國煤炭行業(yè)開始進(jìn)行供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，化解過剩產(chǎn)能、淘汰落后產(chǎn)能、建設(shè)先進(jìn)產(chǎn)能。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2016年全國原煤產(chǎn)量34.1億t，繼而逐年增加；2021年原煤產(chǎn)量達(dá)到40.71億t。西部地區(qū)是中國煤炭富集區(qū)及重要產(chǎn)地，2016年西部地區(qū)的原煤產(chǎn)量達(dá)到27.4億t，占到全國煤炭產(chǎn)量的80%。2021年西部地區(qū)原煤產(chǎn)量達(dá)到36.02億t，占全國原煤產(chǎn)量的88%。

1.1 基于熵增定律碳排放過程微觀特征熱力學(xué)熵增定律表明：在一個(gè)孤立系統(tǒng)，若無外力做功，其總混亂度（熵）會(huì)不斷增大。衡量系統(tǒng)中溫室氣體混亂程度為碳熵（S_C），碳熵和熱力學(xué)熵緊密相關(guān)。在孤立系統(tǒng)中，可逆過程碳熵不變；不可逆過程碳熵增加。在孤立系統(tǒng)中

熵代表“無序”，負(fù)熵代表“有序”，系統(tǒng)從外界吸收物質(zhì)或者能量之后，使系統(tǒng)的碳熵降低，變得更加有序。減熵也可以通過打破系統(tǒng)的封閉，通過開放系統(tǒng)與其他系統(tǒng)連接等方式從外界給系統(tǒng)供應(yīng)負(fù)熵。提升系統(tǒng)智能也是一種減熵手段，通過消耗更少能量獲取更多的物質(zhì)和能量，減少系統(tǒng)的碳熵。從物理與礦山工程力學(xué)系統(tǒng)視角出發(fā)，封閉系統(tǒng)的碳熵增加是一個(gè)從非平衡態(tài)向平衡態(tài)演化的動(dòng)力學(xué)過程，系統(tǒng)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程其實(shí)質(zhì)是一個(gè)典型的與減排總量壓力—時(shí)間—空間密切關(guān)聯(lián)的減熵（減少混亂度或無序性）增效的動(dòng)力學(xué)過程。因此要有序推進(jìn)雙碳工作。

1.2 基于碳排放量—壓力—時(shí)間的宏觀特征遵照碳達(dá)峰目標(biāo)，2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右。相比之下，實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，煤炭行業(yè)的時(shí)間更短、任務(wù)更重、碳排放下降的斜率更大。綜合溯源梳理發(fā)現(xiàn)，碳中和目標(biāo)（指標(biāo)）壓力約束下，碳排放量（Q）隨時(shí)間（T）變化趨勢(shì)如圖2所示，碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程包括達(dá)峰前階段和達(dá)峰后階段，峰前階段為碳排放增長階段，增長期碳排放增長迅速或平緩。峰后階段為碳排放穩(wěn)定和下降階段。分為平臺(tái)期和下降期，平臺(tái)期或長或短，下降期快速或緩慢。

為了更好更快穩(wěn)妥實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，需要聚焦確定具有可考核性定量指標(biāo)，從而開展技術(shù)突破。

1.2.1 碳排峰值本指標(biāo)可預(yù)判未來碳排放趨勢(shì)以及與低碳路徑選擇。煤炭行業(yè)的碳排放峰值受煤炭產(chǎn)量、綠色低碳開發(fā)、清潔高效利用水平、低碳負(fù)碳技術(shù)實(shí)施等因素影響，當(dāng)前煤炭行業(yè)的碳排放水平處于碳排放時(shí)程的峰前階段，碳排放峰值可通過低碳、負(fù)碳等技術(shù)措施的實(shí)施進(jìn)行碳排放峰值弱化。碳中和目標(biāo)壓力約束下，碳達(dá)峰是碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程中典型時(shí)間節(jié)點(diǎn)，是碳排放量由增轉(zhuǎn)降的歷史拐點(diǎn)，碳達(dá)峰的內(nèi)在邏輯是在碳排放總量繼續(xù)增長的情況下，系統(tǒng)中的任何微觀主體開展峰值弱化措施，開展碳減排、零碳和負(fù)碳實(shí)現(xiàn)，峰前階段是圍繞如何以合理的方法與技術(shù)路徑降低碳排放水平、最大化弱化碳排放峰值目標(biāo)展開。目前，煤炭行業(yè)綠色低碳、清潔高效利用，煤化工與燃煤發(fā)電領(lǐng)域碳捕獲、利用與封存技術(shù)都要聚焦弱化碳排放峰值。

1.2.2 雙碳模量（M）1）碳達(dá)峰模量：綜合比照研究發(fā)現(xiàn)：碳排放量與時(shí)間存在唯一的關(guān)系。約定達(dá)峰時(shí)刻對(duì)應(yīng)的碳排放量的割線OP的斜率為達(dá)峰模量，如圖2所示。該指標(biāo)反映了峰前階段碳排放增長的總體趨勢(shì)，達(dá)峰模量越高，峰前階段總體碳排放量增長越快。對(duì)于給定達(dá)峰時(shí)間，達(dá)峰模量越大，碳排放峰值越高。達(dá)峰模量越大，對(duì)應(yīng)的碳減排壓力與碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)面臨的壓力也就越大。2）碳中和模量：將碳排放峰值和碳中和時(shí)間點(diǎn)連線的斜率的絕對(duì)值定為碳中和模量，其反映碳排放從峰值到中和的快慢與中和能力。模量越大，中和能力越強(qiáng)，越易實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

1.2.3 碳排放總量（Q）以排放峰值點(diǎn)P為界，碳排放量與時(shí)間曲線所圍區(qū)域（圖2）包括2個(gè)部分。OPE面積（S_A）代表碳達(dá)峰時(shí)系統(tǒng)的碳排放量；PEN（S_B）代表系統(tǒng)從碳達(dá)峰到實(shí)現(xiàn)碳中和過程系統(tǒng)的碳排放量。碳排放量與時(shí)間曲線所圍區(qū)域面積（S_A+B）為系統(tǒng)的碳排放總量?？刂铺歼_(dá)峰實(shí)現(xiàn)碳中和最有效措施是降低各個(gè)碳排放系統(tǒng)的碳排放總量。

2 西部煤炭的減熵增效分析

2.1 煤炭全生命周期下碳排放溯源厘清煤炭開發(fā)利用全生命周期過程中的碳排放特征是推動(dòng)煤炭行業(yè)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)。中國約90%的煤炭產(chǎn)量為井工開采方式貢獻(xiàn)。煤炭的全生命過程，主要分為開發(fā)和利用2個(gè)階段，煤炭開發(fā)利用全生命周期過程如圖3所示。煤炭在開發(fā)和利用過程伴隨著溫室氣體的排放，其中煤炭利用過程的碳排放量占比近90%，煤炭開發(fā)過程的碳排放量占比約10%。煤炭開發(fā)過程的碳排放主要是生產(chǎn)用能、瓦斯排放與礦后活動(dòng)3大部分組成^[22-23]。

2.2 煤炭利用過程的減熵增效分析煤炭利用子系統(tǒng)貢獻(xiàn)了整個(gè)煤炭行業(yè)系統(tǒng)90%的碳排放量。在煤炭開發(fā)利用過程中，碳排放主要集中在煤炭利用環(huán)節(jié)。煤炭行業(yè)碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)煤炭利用的清潔高效低碳化。

2.2.1 煤炭消費(fèi)量的科學(xué)合理從系統(tǒng)工程角度出發(fā)，要減少碳排放，首先可以減少煤炭消費(fèi)總量。對(duì)于煤炭行業(yè)系統(tǒng)，煤炭的生產(chǎn)消費(fèi)量直接決定了系統(tǒng)的碳排放量，這是由煤炭的高碳屬性直接決定的，目前在整個(gè)能源系統(tǒng)開展節(jié)能提效，控制化石能源消費(fèi)總量，實(shí)施可再生能源替代，建立以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系就是在保障能源安全的基礎(chǔ)上，降低煤炭消費(fèi)總量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碳減排目的。煤炭消費(fèi)少了，對(duì)應(yīng)煤炭生產(chǎn)就會(huì)減少，面臨的碳中和壓力也會(huì)減小。但是，目前仍需要煤炭發(fā)揮基礎(chǔ)能源作用，做好經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的能源兜底保障。

2.2.2 提高燃煤發(fā)電效率國家在推動(dòng)煤炭開發(fā)戰(zhàn)略西移的同時(shí)倡導(dǎo)推進(jìn)大型煤電基地建設(shè)。西部地區(qū)是中國重要的大型煤電基地。煤炭發(fā)電過程中，通過采用先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)提高發(fā)電效率，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)相同電力保障的同時(shí)，減少了煤炭資源消耗，減少了碳排放量。目前中國采用的超臨界發(fā)電技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了超低排放。

2.2.3 煤炭轉(zhuǎn)化的清潔高效中國規(guī)劃布局的內(nèi)蒙古鄂爾多斯、陜西榆林、寧夏寧東、新疆準(zhǔn)東4個(gè)大型現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)示范區(qū)全部位于西部地區(qū)。煤炭轉(zhuǎn)化比煤炭發(fā)電碳排放低40％左右，這是由于煤炭轉(zhuǎn)化過程中有部分碳進(jìn)入到產(chǎn)品中。與煤炭發(fā)電相比（全國平均水平），先進(jìn)煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)碳排放系數(shù)更低，推進(jìn)煤炭轉(zhuǎn)化將減少煤炭開發(fā)利用的碳排放。煤炭轉(zhuǎn)化的利用環(huán)節(jié)效率越高，碳排放越低。推動(dòng)煤制甲醇、煤制油、煤制天然氣等項(xiàng)目有利于降低煤炭行業(yè)的碳排放。

2.2.4 開展碳捕集、利用與封存西部地區(qū)開采出來的煤炭主要用于燃煤發(fā)電和化工原料。將CO₂捕集過程是將低濃度狀態(tài)的CO₂捕集成高濃度狀態(tài)，這是一個(gè)減熵過程，必定伴隨著能量消耗。煤炭利用發(fā)電與轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)是碳排放濃度較高的環(huán)節(jié)，相對(duì)更低濃度的碳捕集，這一捕集過程消耗的能量更少，意味著成本更低。將系統(tǒng)減排剩余的CO₂與CH₄等溫室氣體經(jīng)過捕集進(jìn)行利用以及封存，從而實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)^[24-26]。減排只能減少系統(tǒng)的碳排放量，不能實(shí)現(xiàn)碳中和，利用碳捕集、利用與封存的負(fù)排放技術(shù)可大幅提高系統(tǒng)碳排放處理水平。目前開展的電廠捕集的二氧化碳進(jìn)行驅(qū)油，以及進(jìn)行深部咸水層地質(zhì)封存等項(xiàng)目就是通過開放系統(tǒng)，與其他系統(tǒng)進(jìn)行連接達(dá)到減熵目的。

3 西部煤炭行業(yè)分階控碳時(shí)程溯源西部煤炭行業(yè)控碳時(shí)程須遵循穩(wěn)健性、微調(diào)性、震蕩性、躍遷性4個(gè)典型動(dòng)力學(xué)過程。需要根據(jù)不同階段碳排放水平制定分階控碳規(guī)劃。碳減排將經(jīng)歷達(dá)峰前的預(yù)控碳階段，峰后減碳、低碳綠色和中和實(shí)現(xiàn)階段。

3.1 預(yù)控碳

預(yù)控碳階段也是達(dá)峰前階段，碳排放量還在繼續(xù)增加。但是必須保持戰(zhàn)略定力，夯實(shí)煤炭的基礎(chǔ)重要地位，切忌運(yùn)動(dòng)式控碳。通過各種技術(shù)措施，減緩碳排放量的增長速率，盡可能弱化煤炭行業(yè)碳排放峰值。本階段煤炭消費(fèi)量保持平穩(wěn)或略有增長，消費(fèi)中的占比逐步下降。通過智能化開采等先進(jìn)技術(shù)減少碳排放。另外，本階段還可有效緩解達(dá)峰時(shí)限、緩解壓力，為后續(xù)措施與技術(shù)創(chuàng)新贏得時(shí)間與空間，奠定能源安全供給基礎(chǔ)。

3.2 達(dá)峰減碳

本階段包含碳排放時(shí)程曲線的平臺(tái)期和快速下降期2個(gè)階段。通過各種低碳技術(shù)實(shí)施使碳排放量持續(xù)下降，減碳的目標(biāo)是使碳排放量處于較低水平。這一階段煤炭消費(fèi)逐漸被新能源替代，煤炭消費(fèi)量逐漸減少，在整個(gè)能源結(jié)構(gòu)中占比進(jìn)一步下降，擔(dān)負(fù)著電力調(diào)峰、保障能源供應(yīng)安全角色。煤炭行業(yè)節(jié)能降耗和清潔利用技術(shù)已達(dá)到較高水平。流態(tài)化、煤炭地下氣化等顛覆式技術(shù)取得突破^[27-30]。

3.3 低碳綠色

本階段零碳及負(fù)排放技術(shù)較為成熟，隨著低成本負(fù)排放技術(shù)普遍應(yīng)用，碳排放水平進(jìn)一步降低，初步實(shí)現(xiàn)綠色化。

3.4 中和實(shí)現(xiàn)

本階段負(fù)排放技術(shù)應(yīng)用普遍。煤炭消費(fèi)量繼續(xù)下降，聚焦電力調(diào)峰和保障能源供應(yīng)等不可替代的用途。煤炭生產(chǎn)利用過程高度智能化，基本實(shí)現(xiàn)碳中和。

4 西部煤炭開發(fā)綠色低碳協(xié)同措施煤炭開發(fā)對(duì)應(yīng)著煤炭生產(chǎn)環(huán)節(jié)，煤礦作為煤炭行業(yè)的重要生產(chǎn)單元，幾乎占據(jù)了整個(gè)煤炭開發(fā)系統(tǒng)。西部地區(qū)煤炭資源豐富、煤層埋藏淺、地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，開采條件好。同時(shí)西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱、水資源缺乏。煤炭大規(guī)模開發(fā)與生態(tài)脆弱的矛盾是制約西部地區(qū)煤炭開發(fā)的關(guān)鍵問題。碳中和目標(biāo)給煤炭開發(fā)提出了新要求與挑戰(zhàn)。因此，提出了建立西部煤炭開發(fā)綠色低碳協(xié)同的地面與地下立體化開發(fā)建設(shè)與利用模式思路。建設(shè)利用模式示意如圖4所示。

4.1 按需定產(chǎn)、按需生產(chǎn)能源結(jié)構(gòu)的逐漸調(diào)整，以及綠色低碳清潔高效的能源體系構(gòu)建，煤炭消費(fèi)的需求會(huì)逐漸減少，煤炭的消費(fèi)處于減量過程。西部地區(qū)作為中國重要的產(chǎn)煤地區(qū)，各個(gè)煤礦生產(chǎn)將并入全國煤炭生產(chǎn)消費(fèi)智能化管控平臺(tái)，處于供應(yīng)側(cè)的煤礦企業(yè)從追求高產(chǎn)回歸到按需定產(chǎn)、按需生產(chǎn)。例如，陜煤集團(tuán)主動(dòng)淘汰安全和環(huán)保不達(dá)標(biāo)及超能力形成的產(chǎn)能，放緩煤礦開發(fā)建設(shè)，停緩建部分在建礦井項(xiàng)目，控制產(chǎn)能增長速度，實(shí)質(zhì)性地加快推動(dòng)了西部煤炭綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。

4.2 煤炭生產(chǎn)智能化隨著人工智能技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，智慧礦山智能礦井的更新?lián)Q代。物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)控制、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人化裝備等與現(xiàn)代礦山開發(fā)技術(shù)深度融合，礦山全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的完整智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)礦井開拓、采掘、運(yùn)通、分選、生態(tài)保護(hù)、生產(chǎn)管理等全過程的智能化運(yùn)行。通過推進(jìn)煤礦生產(chǎn)智能化，實(shí)現(xiàn)智能化減人、增安提效。西部礦區(qū)具有煤層埋藏淺、地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單等獨(dú)特賦存特征，給智能化化開采提供了有利條件。陜西煤業(yè)化工集團(tuán)張家峁、小保當(dāng)和曹家灘煤礦在西部地區(qū)形成了示范。

4.3 礦區(qū)綠色化西部煤炭多處于生態(tài)脆弱區(qū)，地下水及生態(tài)環(huán)境容易受到開采擾動(dòng)影響。應(yīng)用煤炭綠色開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)最小，通過開展綠色礦山建設(shè)，積極推進(jìn)礦山地質(zhì)環(huán)境治理回復(fù)與土地復(fù)墾工作。實(shí)現(xiàn)煤炭開采，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，礦區(qū)環(huán)境協(xié)調(diào)治理與提升。同時(shí)，對(duì)礦區(qū)鄉(xiāng)村振興具有重要助推作用。

4.4 礦山二氧化碳封存煤炭開采會(huì)形成大量的廢棄空間。當(dāng)?shù)统杀咎疾都⒗貌煽諈^(qū)安全封存二氧化碳等成套技術(shù)取得突破，針對(duì)地質(zhì)條件允許的煤礦，實(shí)施煤礦采空區(qū)二氧化碳的封存項(xiàng)目，煤礦或成為二氧化碳封存重要場(chǎng)地，以期實(shí)現(xiàn)無害化、減量化和資源化。西部陜西榆神工業(yè)園就是典型案例。另外，目前陜西榆北礦區(qū)和內(nèi)蒙神東礦區(qū)地面矸石地下煤柱置換控頂工程就是典型示范。

4.5 煤炭開發(fā)新技術(shù)地下氣化、原位熱解與流態(tài)化開采等技術(shù)是煤炭清潔低碳的開采形式。隨著煤炭地下氣化、原位熱解以及流態(tài)化開采技術(shù)的愈加成熟，通過在合適地質(zhì)條件下開展煤炭開發(fā)新技術(shù)是有效實(shí)現(xiàn)固碳減碳與資源綜合利用最大化的關(guān)鍵。陜西陜北礦區(qū)富油煤開發(fā)利用就是很好舉措。

4.6 煤礦瓦斯的抽采利用瓦斯排放貢獻(xiàn)著煤炭開發(fā)過程的大部分碳排放，近年來中國瓦斯抽采利用率不斷提高，但仍有一半的瓦斯直接排空。使得煤礦瓦斯造成的碳排放占2020年煤炭開發(fā)過程碳排放的56.7%^[31-32]。對(duì)于條件允許礦井，加強(qiáng)煤礦瓦斯的抽采與全濃度利用，對(duì)降低碳排放具有重要意義。

4.7 多能互補(bǔ)的能源供應(yīng)地建設(shè)充分利用煤礦地勢(shì)，在地勢(shì)較高的地方布置風(fēng)能發(fā)電陣列，充分發(fā)掘工業(yè)場(chǎng)地及礦區(qū)建筑房頂空間布置太陽能發(fā)電陣列，太陽能和風(fēng)能的發(fā)電除了滿足工業(yè)運(yùn)行和生活的需求，多余的并入能源電網(wǎng)，使煤礦成為多能互補(bǔ)的能源供應(yīng)地。

4.8 加強(qiáng)雙碳基礎(chǔ)研究與探索加強(qiáng)引導(dǎo)類原創(chuàng)探索，尤其是加強(qiáng)基礎(chǔ)研究助推雙碳關(guān)鍵硬技術(shù)突破以及碳中和經(jīng)濟(jì)學(xué)研究探索等。同時(shí)，雙碳戰(zhàn)略的如期實(shí)現(xiàn)，需要專業(yè)化專門化領(lǐng)域人才，結(jié)合西部礦區(qū)煤炭企業(yè)實(shí)際，加大雙碳人才培養(yǎng)與能力提升力度，實(shí)現(xiàn)科教融合與協(xié)同，這為早日實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)和西部煤炭高質(zhì)量發(fā)展奠定人才保障基礎(chǔ)。

5 結(jié) 論

1）西部煤炭資源擔(dān)負(fù)著中國基礎(chǔ)能源自主供給的核心角色。從系統(tǒng)熵增的角度分析了西部煤炭碳排放特征?；谖锢砼c礦山工程力學(xué)系統(tǒng)視角出發(fā)，揭示了碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程是典型的與減排總量壓力—時(shí)間—空間密切關(guān)聯(lián)的減熵、減少混亂度或無序性和增效的動(dòng)力學(xué)過程。

2）西部煤炭行業(yè)分階控碳時(shí)程剖析表明，西部控碳時(shí)程需要根據(jù)不同階段，將碳減排分為預(yù)控碳階段，達(dá)峰減碳、低碳綠色和中和實(shí)現(xiàn)階段，這對(duì)有序推進(jìn)雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。3）提出建立西部煤炭開發(fā)綠色低碳協(xié)同的地面與地下立體化開發(fā)建設(shè)與利用模式思路和對(duì)應(yīng)措施。

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