王高皓，余飛龍，劉 爭，高小龍，王寧楊，馬永祥

(寧夏回族自治區(qū)煤炭地質(zhì)局，銀川 750002)

寧夏煤炭資源豐富，是我國富煤省區(qū)之一?！笆濉逼陂g，寧夏煤炭工業(yè)快速發(fā)展，同時也與生態(tài)環(huán)境關聯(lián)更加緊密，煤炭工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展與環(huán)境保護是中國高質(zhì)量發(fā)展的有機組成部分[1-2]，要以生態(tài)環(huán)境高水平保護推動經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展[3]。

近些年，寧東煤田多座大型煤礦山已建成并投入生產(chǎn)，寧東能源化工基地的建成大力推動了煤炭資源的高效清潔利用，可以預見今后大規(guī)模的煤炭開采勢必會對寧夏脆弱的生態(tài)環(huán)境繼續(xù)造成破壞，煤礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境保護工作是寧夏生態(tài)環(huán)境保護的重要工作[4]。寧夏煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展不但要提高煤炭的清潔利用，共伴生礦產(chǎn)的綜合利用水平，更要堅持“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”。

本文以最新編制的《寧夏回族自治區(qū)煤炭資源圖集》反應的煤炭資源分布、開發(fā)狀況為基礎，并結(jié)合“要堅持不懈推動高質(zhì)量發(fā)展，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加快新舊動能轉(zhuǎn)變，推動經(jīng)濟發(fā)展實現(xiàn)量的合理增長和質(zhì)的穩(wěn)步提升”的思想[5]，落實“在黃河流域生態(tài)保護中實現(xiàn)寧夏經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展[6]”的理念。通過梳理寧夏煤炭資源分布狀況與開發(fā)現(xiàn)狀與煤礦區(qū)環(huán)境保護關系，總結(jié)煤炭資源與礦區(qū)環(huán)境治理所面臨的問題，并提出建議。

1 寧夏煤炭資源分布及開發(fā)利用情況

1.1 煤炭資源賦存條件及分布現(xiàn)狀

寧夏含煤面積1.17萬km2，占全區(qū)總面積的17.6%[7]。寧夏地處華北聚煤區(qū)西部，鄂爾多斯盆地的西緣[8]，煤炭資源賦存范圍是以牛首山-羅山斷裂、香山南麓斷裂、賀蘭山東麓斷裂、黃河斷裂等賦煤構(gòu)造以及省界劃分為4個煤田：即北部的賀蘭山煤田、東部的寧東煤田、西部的香山煤田、東南部的寧南煤田。4大煤田是華北陸塊與北祁連早古生代造山帶兩大構(gòu)造單元長期活動所形成的裂陷與坳陷，為煤系地層沉積提供了有利場所，并控制了含煤地層的特征與分布(圖1)。

圖1 寧夏四大煤田賦煤構(gòu)造單元劃分及分布Figure 1 Coal hosting structural unit partitioning and distribution ranges of four large sized coalfields in Ningxia

全區(qū)煤炭資源量以及賦存面積大的賦煤構(gòu)造單元是鄂爾多斯地塊，蘊育賀蘭山、寧東、寧南3個煤田。賦煤構(gòu)造單元騰格里早古生代增生楔為小型煤產(chǎn)地，分布零星，蘊育香山煤田。含煤地層分別有：侏羅系延安組，可采煤層數(shù)7～13層，可采平均總厚6.21～13.78m；二疊系山西組，可采煤層數(shù)1～6層，可采平均總厚25.32m；石炭系太原組，可采煤層數(shù)2～13層，可采平均總厚3.67～18.15m；上石炭統(tǒng)羊虎溝組，可采煤層數(shù)11層，可采平均總厚12.10 m。寧夏煤種占全國14大煤類中的11類，其中無煙煤、主焦煤和長焰-不黏煤為寧夏優(yōu)勢煤種。

寧夏的煤炭資源空間分布不均勻，具有“東多西少”的分布格局[9]。寧夏地表2000 m以淺預測區(qū)潛在資源1248.95億t。截止2019年末，寧夏累計查明煤炭資源量343.11億t，其中：賀蘭山煤田33.18億t,占9.7%，寧東煤田279.76億t,占81.5%，香山煤田6.18億t,占1.8%，寧南煤田23.99億t,占7.0%。寧夏保有煤炭資源量329.32億t。寧夏煤炭資源探明程度較高，煤類齊全，煤質(zhì)優(yōu)良，而且埋藏條件好，潛在資源量大，具有廣闊的開發(fā)利用前景。

1.2 煤炭開發(fā)現(xiàn)狀

“十三五”期間寧夏煤炭工業(yè)快速發(fā)展，四大煤田的煤礦生產(chǎn)規(guī)模結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化，煤炭資源節(jié)約、高效清潔利用、綜合利用都有了進一步的提高。2019年末，全區(qū)煤炭在產(chǎn)礦井與在建礦井37處，按礦井設計能力劃分：大型礦井(設計年產(chǎn)90萬t以上)有24對，總設計能力為9 220萬t/a；中型礦井(設計45～90萬t/a)有8對，總設計能力為495萬t/a；小型礦井(設計45萬t/a以下)有5對，總設計能力為150萬t/a；大中型煤礦占在產(chǎn)煤礦總量的86.5%。

通過一系列政策引導及實施，寧夏四大煤田開發(fā)狀況如下：一是寧東煤田、寧南煤田重點集中開發(fā)，賀蘭山煤田自然保護區(qū)內(nèi)礦業(yè)權(quán)全部退出，外圍重點區(qū)域所有露天煤礦關閉退出，香山煤田部分中小型煤礦進行兼并重組，其余小礦按照化解煤炭過剩產(chǎn)能的相關政策進行關閉，整體達到了布局優(yōu)化的目標。二是通過礦產(chǎn)資源開發(fā)整合使礦山總數(shù)優(yōu)化減少，小型礦山數(shù)量銳減，大中型現(xiàn)代化礦井占比大幅提高，煤炭開發(fā)利用結(jié)構(gòu)得到了進一步優(yōu)化，尤其是賀蘭山煤田、香山煤田的露天煤礦大面積關閉退出極大的減輕了自然生態(tài)環(huán)境的承載壓力。

寧夏煤炭資源清潔生產(chǎn)與綜合利用已有一定成效，自治區(qū)政府持續(xù)推進寧東煤化工基地煤炭資源深度轉(zhuǎn)化，降低原煤銷售比例，提高煤炭高效清潔利用效率。2016年底神華寧煤400萬t煤間接液化項目投產(chǎn)，中國煤制油總產(chǎn)能增加了一倍以上，達到713萬t/a，也使得寧東基地成為國內(nèi)最大的煤制油生產(chǎn)基地。2017年，寧東基地煤基烯烴產(chǎn)能為260萬t/a，在建60萬t/a，以單個園區(qū)計，處于國內(nèi)第一位。

寧夏近些年的煤炭資源全面規(guī)劃與布局，為合理、有序、科學的開發(fā)煤炭資源具有重要的指導作用，促進了寧夏煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1.3 煤炭生產(chǎn)與消費

2019年末，寧夏原煤產(chǎn)量7472.7萬t，在2014年的基數(shù)上增產(chǎn)102.5萬t，“十三五”以來，寧夏每年煤炭消費總量在0.9～1.4億t左右，年均增長9.3%，增長率高于同期水電、風電及光伏發(fā)電的13.3%，而石油、天然氣消費比重逐年遞減。2019年，寧南煤田火電用煤360萬t，寧東煤田火電用煤5293萬t、煤化工用煤3 608萬t。隨著寧東—浙江外送電電源項目陸續(xù)建成，煤炭供需矛盾十分突出且較長時間難以逆轉(zhuǎn)。受此影響，寧夏煤炭價格競爭優(yōu)勢明顯，煤制油化工用煤特別是氣化原料用煤，也出現(xiàn)了階段性的供給緊張。

2015年寧夏首次由煤炭凈調(diào)出變成了凈調(diào)入省區(qū)，且需要凈調(diào)入煤炭量逐年持續(xù)增大，2018年和2019年分別需要凈調(diào)入煤炭4 710萬t和6 227萬t。隨著寧東化工基地相關項目的陸續(xù)建設投產(chǎn)，煤炭需求急劇增加，寧夏煤炭開始處于需大于供的現(xiàn)象。煤炭需求缺口已經(jīng)嚴重影響到煤化工、火電等項目的規(guī)劃建設，進而制約寧夏社會經(jīng)濟發(fā)展。

因此水電、風電及光伏發(fā)電等清潔能源在寧夏能源消費的比重雖然有所增加，但煤炭工業(yè)未來一段時期在寧夏國民經(jīng)濟發(fā)展中依然占有重要地位。

2 寧夏生態(tài)修復的意義

寧東煤田的寧東能源化工基地是我國十四個大型煤炭基地之一。地理上黃河流經(jīng)香山煤田，寧東煤田、賀蘭山煤田分布于黃河兩側(cè)，三大煤田地處黃河流域中游風積沙地區(qū)，自然生態(tài)環(huán)境比較脆弱，水資源匱乏，抗擾動能力差。煤炭開采成為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境最嚴重的人為干擾因素。

隨著寧東煤田更多的大型煤礦山的建成，煤炭產(chǎn)能會進一步增加，大規(guī)模煤炭開采會產(chǎn)生一系列的蝴蝶效應，會造成地下水位進一步下降，地表水系逐漸干涸，草場退化等問題，尤其寧東是寧夏煤炭資源開發(fā)程度較高，煤炭資源分布最大的煤田，其處于毛烏素沙漠東緣，未來的煤炭資源大規(guī)模開發(fā)直接加速了該地區(qū)的沙漠化程度。當前寧夏針對四大煤田不同的地質(zhì)構(gòu)造，地表環(huán)境研究程度不足，針對性的生態(tài)環(huán)境研究項目不多，相關技術人員對煤炭開采與地質(zhì)環(huán)境的技術結(jié)合不足，造成對煤礦區(qū)生態(tài)修復的指導性有所欠缺。而新建的大型煤炭企業(yè)忙于應對生產(chǎn)，對生態(tài)環(huán)境修復治理投入的經(jīng)費不足，缺少大量實踐的生態(tài)修復的實踐經(jīng)驗來做技術支撐。

“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展，以水而定、量水而行”。這是習總書記對黃河流域高質(zhì)量發(fā)展提出的要求。如何科學制定寧夏煤礦區(qū)生態(tài)修復解決方案，系統(tǒng)解決寧夏生態(tài)保護和煤礦資源開發(fā)問題，才能走出寧夏自己的"生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展"的高質(zhì)量之路。

3 寧夏生態(tài)環(huán)境修復與高質(zhì)量發(fā)展面臨的基本問題

3.1 煤礦區(qū)自然生態(tài)環(huán)境特點

寧夏位于我國內(nèi)陸腹地，北部是黃河灌溉區(qū)，地勢平坦，土壤肥沃；中部比較干旱，雨量少，風沙大，土地貧瘠，生存環(huán)境較差；南部山區(qū)，丘陵溝壑臨立，六盤山地區(qū)陰濕高寒。寧夏土地類型多樣，全區(qū)農(nóng)林牧土地共381.5萬hm2，占全區(qū)國土總面積的73.4%，但受水資源限制，全區(qū)土地質(zhì)量差異較大，優(yōu)質(zhì)耕地面積所占比例不到30%，且分布不均衡[10]。

寧夏煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，煤炭資源開發(fā)所產(chǎn)生的環(huán)境問題具有特殊性，四大煤田自然環(huán)境惡劣，干旱缺水，多屬于荒漠丘陵，植被稀缺，煤炭開采后對生態(tài)環(huán)境的恢復治理難度較大[11]。

3.2 水資源短缺對高質(zhì)量發(fā)展的影響

寧夏大氣降水、地表水和地下水都十分貧乏，人均水資源異常短缺，不足全國人均水平的1/3[12]。水是煤炭工業(yè)發(fā)展的大動脈，寧東煤田、寧南煤田礦井水大部分進行排放，礦井水外排無法及時利用更是造成嚴重的水質(zhì)型缺水[13]。

寧東能源化工基地相關項目的陸續(xù)建設投產(chǎn)，煤炭資源的深度轉(zhuǎn)化，降低原煤銷售比例，大力發(fā)展了煤炭高效清潔利用水平，推進了煤炭化工產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。比如建成并投運的85萬t/a煤制甲醇、50萬t/a煤制烯烴、400萬t/a煤炭間接液化等多個現(xiàn)代煤化工項目，2019年就需要轉(zhuǎn)化煤炭3 221萬t。

煤炭開采與煤化工都需要大量的水資源，2019年，寧東煤田13座礦井使用黃河水全年共計1 700萬t，煤化工使用黃河水7 310萬t。13座礦井實際排水量全年5 922萬t，礦井水復用量僅為1 105萬t，回收利用率僅僅為20%。由此可見，隨著寧夏煤炭需求急劇增加，對水資源的消耗較大，提高礦井水的利用率，可減緩對對黃河水的依賴程度，才能保證寧夏煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

3.3 煤礦區(qū)主要的生態(tài)環(huán)境問題

寧夏煤炭資源大規(guī)模高強度開發(fā)會造成地下水位下降和水體污染等問題。尤其是寧東煤田、寧南煤田在開發(fā)過程中，為保證礦井安全，會大量抽排地下水，這部分水體會通過地下煤塵、巖塵污染，再經(jīng)過礦井排放會對地表水系、田地存在著污染隱患。；

寧夏大中型煤礦開采不少已經(jīng)形成了不同程度的采煤塌陷區(qū)，伴生帶來的地面沉陷降低了土壤環(huán)境容量，對煤礦區(qū)及周邊地區(qū)生產(chǎn)生活帶來了安全隱患。采煤形成的地裂縫、塌陷坑在靈武礦區(qū)、鴛鴦湖礦區(qū)、馬家灘礦區(qū)、石溝驛礦區(qū)、汝箕溝礦區(qū)內(nèi)隨處可見，導致房屋倒塌、地表變形、公路路基破壞；礦井水排放導致含水層發(fā)生改變，引發(fā)采煤塌陷，這對生態(tài)環(huán)境造成較大的影響。

2019年，寧夏已查明采煤塌陷區(qū)面積達到185km2，損害各類道路總里程56.57km，治理已有采煤塌陷區(qū)面積103.56 km2，治理率56%。其中寧東煤田累計形成采煤塌陷區(qū)面積118.57 km2，治理面積55.17km2；賀蘭山煤田累計形成采煤塌陷區(qū)面積51.75 km2，治理面積45.02km2；寧南煤田累計形成采煤塌陷區(qū)面積14.68km2，治理面積2.89km2。根據(jù)現(xiàn)有礦井開采接續(xù)計劃、采用地表變形量預測法等研究方法預測未來五年內(nèi)寧東煤田、寧南煤田新增采煤塌陷區(qū)面積36.83km2，隨著礦區(qū)煤炭開采空間持續(xù)縱深推進，新的塌陷防控防控形勢更加嚴峻，制約寧夏煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，迫切需要引入新技術進行治理。

寧東煤田各礦山矸石產(chǎn)量大，是煤礦區(qū)最大的污染源[14]。截止到2019年末，寧東煤田煤炭產(chǎn)量5 800萬t。矸石產(chǎn)量187.6萬t，綜合利用95萬t，利用率約51%，主要用于礦區(qū)公路的路基材料，覆土綠化，個別礦井用于報廢巷道填充，大部分煤矸石只是堆積排放，礦山缺乏相對有效的回收利用方法，隨之產(chǎn)生了排矸場地緊缺和相應的環(huán)保問題。隨著寧夏多座大型煤礦山建成并投產(chǎn)，后期高強度的開采，更加劇了煤矸石的堆積，對礦區(qū)整體生態(tài)環(huán)境造成干擾與破壞更加嚴重。寧夏地理位置的特殊性與脆弱的生態(tài)環(huán)境屬性疊加，決定寧夏必須要走人工生態(tài)修復+自修復的路，而現(xiàn)有的技術難以支撐其高質(zhì)量發(fā)展。

3.4 寧夏當前煤礦區(qū)環(huán)境治理成效及不足

賀蘭山國家級自然保護區(qū)面積1 935km2，是珍貴稀有樹種和馬鹿、巖羊、馬麝等珍稀瀕危動物及其柄息地[15]。保護區(qū)內(nèi)就是賀蘭山煤田，含煤面積約為636km2，煤層厚度較大，頂?shù)谆鶐r較薄，煤礦大部分都為露天開采，因巖層土層被剝離造成原有地貌破壞。近年來，賀蘭山內(nèi)大量的露天煤礦關閉退出，自治區(qū)政府對保護區(qū)進行了綜合治理，治理修復面積達200余km2，使賀蘭山生態(tài)環(huán)境得到顯著改善，但煤礦區(qū)內(nèi)植被恢復速度較慢，生態(tài)系統(tǒng)有趨向于失衡。

2019年底，寧夏重點對資源枯竭型城市，寧東能源化工基地以及石炭井礦區(qū)、汝箕溝礦區(qū)、同心縣窯山地區(qū)、王洼礦區(qū)、炭山礦區(qū)等5個煤礦區(qū)進行治理。但隨著寧夏煤炭消費增長和歷史遺留下的大量的礦山地質(zhì)環(huán)境問題，理論和技術創(chuàng)新是寧夏生態(tài)環(huán)境修復的迫切需求，如何科學制定煤礦區(qū)生態(tài)修復解決方案，系統(tǒng)解決生態(tài)保護和煤礦資源開發(fā)的問題，無疑成為寧夏高質(zhì)量發(fā)展的重中之重。

4 寧夏煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的建議

“十三五”期間，寧夏已經(jīng)優(yōu)化了煤炭工業(yè)布局，但依然缺乏煤炭資源保護性開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護相關的研究，寧夏作為黃河流域的重點區(qū)域，要堅持“綠水青山就是金山銀山”的理念，大力推進生態(tài)保護修復工作,成為新時代我國高質(zhì)量發(fā)展的助推器[16]。為此，提出了以下方面的建議：

1)寧夏生態(tài)環(huán)境的特征，決定了其煤炭資源開發(fā)必須重視生態(tài)環(huán)境，煤炭資源高強度的開發(fā)早已經(jīng)對煤礦山的地表環(huán)境，水資源環(huán)境產(chǎn)生了破壞，現(xiàn)階段賀蘭山煤田、香山煤田煤礦關閉退出后的生態(tài)修復與治理還面臨著歷史欠賬問題，工作深度不夠。賀蘭山煤田生態(tài)修復和治理多以地貌恢復，植被重建為主，雖有成效，但對深層次的地下地質(zhì)體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)破壞程度、煤炭開采造成的裂隙與地表土層的風化分解等研究還不夠，不能保證重塑后的生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，需引起更高的重視。

2)煤炭開發(fā)對水環(huán)境生態(tài)的影響規(guī)律是生態(tài)保護研究的基礎，煤礦開采后水資源和生態(tài)系統(tǒng)具有一定自修復能力，但水環(huán)境的研究必不可少，可采用四維地球物理探測方法從含煤地層煤巖層結(jié)構(gòu)及采動裂隙演化規(guī)律分析入手，加強煤炭開采對各寧東、寧南煤田水資源分布格局的影響以及開發(fā)利用的研究，煤炭開發(fā)對地下水及生態(tài)環(huán)境的影響規(guī)律與機制研究，構(gòu)筑地面水庫，保護水資源。

3)寧夏煤礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理應從以前的被動防治到現(xiàn)在的主動治理，寧夏煤炭礦山的生態(tài)保護與修復治理還欠缺標準化體系，新技術方法比較欠缺，需加強生態(tài)環(huán)境修復工作，相關調(diào)查、監(jiān)測以及預警能力。特別是加強賀蘭山、香山煤田的歷史遺留礦山的生態(tài)環(huán)境治理和地質(zhì)環(huán)境恢復，對特種煤建立煤炭資源儲備基地進行保護。

4)礦山開采后對于煤層氣、礦井水、煤矸石以及其他煤系共伴生礦產(chǎn)的利用水平不高，大力發(fā)展其再利用水平并有序開發(fā)是保護礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的主要途徑。

寧南煤田煤炭主要為火電利用，需加強煤炭分質(zhì)分級，劃分煤炭清潔利用方向，助力當?shù)孛撠毠浴帠|煤田已經(jīng)提高了煤炭的高效清潔利用水平，但要繼續(xù)加強煤系礦產(chǎn)資源的綜合利用規(guī)劃，形成煤炭循環(huán)利用經(jīng)濟體系，支持建設矸石電廠，利用矸石發(fā)展新型墻體建筑材料，持續(xù)推進煤層氣開發(fā)利用，發(fā)展清潔能源利用，可提高煤炭工業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

5)加強礦區(qū)煤炭開采后的沉陷規(guī)律調(diào)查，分析礦區(qū)各類型地質(zhì)環(huán)境災害的形成原因，劃分開采所誘發(fā)的地質(zhì)環(huán)境類型，尤其以寧東煤田、寧南煤田為主，提出礦井開采方式的適用條件，寧東煤田處于毛烏素沙漠邊緣，如果將沙漠砂充填廢棄礦井，不但可實現(xiàn)煤炭綠色開采，也可減少對地下水系統(tǒng)以及地表環(huán)境的破壞，礦井水排放可增加沙漠水源，有效遏制土地沙化。但需要進行充填體量、成本與采礦效益之間的均衡研究。