南非煤炭工業(yè)發(fā)展趨勢

畢 瑩

(應(yīng)急管理部信息研究院，北京市朝陽區(qū)，100029)

南非煤炭資源儲量豐富，英國石油公司(BP)2020年《世界能源統(tǒng)計》顯示，截至2019年底，南非煤炭資源可探明儲量為9 893 Mt，占世界煤炭總儲量的0.9%。在2019年列出的25個煤炭主要生產(chǎn)國中，儲量排在第12位，按照目前的開采速度，足以支撐該國未來39年的煤炭產(chǎn)量。南非是世界第七大煤炭生產(chǎn)國和第五大煤炭消費國和出口國，2019年南非煤炭產(chǎn)量為254.3 Mt，占世界煤炭總產(chǎn)量的3.1%；煤炭消費量為3.81 Ej(約為185.76 Mt)，占世界煤炭總消費量的2.4%；出口量為2.20 Ej(約為107.26 Mt)，占世界總出口量的6.2%[1]。

目前，南非政府正努力實現(xiàn)能源多樣化，但煤炭仍然是南非主要的初級能源，提供了該國約72%的一次能源需求。因此，在可預(yù)見的未來，煤炭仍將在南非國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

1 煤炭資源分布

南非煤炭資源分布極不均衡。盡管共有19個煤田，但煤炭開發(fā)活動主要集中在4個煤田，分別為威特班克煤田、弗里尼欣-薩索爾堡煤田、海維爾德煤田和埃利斯拉斯煤田，其煤炭產(chǎn)量分別占到全國煤炭產(chǎn)量的55.12%、19.11%、15.41%、8.46%。其余15個煤田產(chǎn)量之和占全國總產(chǎn)量的1.91%，各煤田的產(chǎn)量均不足全國總產(chǎn)量的1%。與其他國家相比，南非的煤炭礦床相對較淺，煤層較厚，適合較淺的地下和露天開采作業(yè)[2]。南非煤炭的發(fā)熱量為3 872～7 481 kcal/kg，平均值為6 053 kcal/kg；灰分為11%～40%，平均值為18.5%；水分為0.9%～11.4%，平均值為4.08%；硫分為0.5%～1.99%，平均值為1.09%。

由于南非在產(chǎn)煤礦的開發(fā)時間較早，礦業(yè)公司占有的煤炭資源較為優(yōu)良。未來開發(fā)的煤炭資源的煤質(zhì)會有所下降，且受限于基礎(chǔ)設(shè)施，其開發(fā)難度也會相應(yīng)增加。

2 煤炭在能源消費中的地位和作用

2.1 煤炭在一次能源消費中占有重要地位

南非的能源以煤炭為主，煤炭儲量豐富，價格低廉，是世界上能源開采成本較低的國家之一。近40年來，煤炭一直在南非能源結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，如圖1所示。煤炭對南非能源經(jīng)濟(jì)的重要性，主要歸因于其豐富且低成本資源的可得性以及國家對低成本電力生產(chǎn)和能源密集型采礦業(yè)的支持。

數(shù)據(jù)來源：BP世界能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計2020

近年來，南非越來越重視應(yīng)對氣候變化的義務(wù)，正逐步改善其能源結(jié)構(gòu)，逐漸從傳統(tǒng)能源轉(zhuǎn)向可再生能源，計劃到2025年清潔能源占比達(dá)到30%。南非能源部2010年版的《綜合電力資源規(guī)劃》要求，到2030年，南非火力發(fā)電裝機(jī)容量比例將下降到48%，可再生能源發(fā)電(不包括水力發(fā)電)比例上升到14.5%，而排名第3的核電比例達(dá)到13.4%。但是由于煤炭的合適替代品相對缺乏，以煤炭為主要能源的情況在南非未來20年內(nèi)不太可能發(fā)生變化[3]。

2.2 煤炭開采業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重大貢獻(xiàn)

南非煤炭生產(chǎn)支持了該國的各種行業(yè)。2019年南非的煤炭在各個行業(yè)消費占比如圖2所示。發(fā)電占62%；其次是石化行業(yè)，占23%；再次是一般工業(yè)，占8%。

圖2 2019年南非煤炭在各個行業(yè)消費占比

2018年，南非煤炭開采業(yè)對其國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的貢獻(xiàn)為3 560億蘭特(約為213.81億美元)，高于2017年的3 350億蘭特(約為201.2億美元)。煤炭行業(yè)就業(yè)人數(shù)為86 919人，占礦業(yè)就業(yè)總?cè)藬?shù)的19%。煤炭工業(yè)間接創(chuàng)造了16萬個工作崗位，主要是在運輸和倉儲部門?？紤]到整個地區(qū)的依存度，南非大約有240萬人依靠煤炭行業(yè)謀生[4]。

2.3 未來20年南非逐漸降低煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比重

國際能源署(IEA)發(fā)布的2019年《非洲能源展望》報告指出，南非將關(guān)停發(fā)電廠約為35 GW(目前運行的42 GW)燃煤發(fā)電廠，并在2030年之前降低煤炭在南非工業(yè)和發(fā)電中的地位，提高可再生能源和天然氣在能源結(jié)構(gòu)中的比重，計劃在2030年之前由可再生能源和天然氣提供至少20 GW的額外電力[5]。

南非《國際核應(yīng)急規(guī)劃2010-2030》(IRP)預(yù)計，到2030年，新增核電裝機(jī)容量將達(dá)到9 600 MW。該規(guī)劃旨在減少南非對煤炭和柴油等化石燃料的主要依賴，并在20年內(nèi)實現(xiàn)國家能源結(jié)構(gòu)的多元化，使可再生能源產(chǎn)量達(dá)到41.8%，水力發(fā)電產(chǎn)量達(dá)到6.1%。

到2040年南非將逐步降低煤炭的能源需求量，預(yù)計需求量降到60 Mtoe，如圖3所示，并逐步提高石油、天然氣、水力、生物質(zhì)能及其他低碳能源的需求量[6]。

圖3 南非一次能源需求和GDP預(yù)測

3 煤炭生產(chǎn)

南非煤炭資源賦存條件極好，地質(zhì)條件簡單，斷層、褶曲、陷落柱等構(gòu)造少，煤層埋藏淺且大多呈近水平、賦存穩(wěn)定，煤炭儲量中有96%埋藏深度不到200 m，煤層厚度超過2 m的儲量約占80%，因此南非煤炭礦床相對較淺，煤層較厚，適合較淺的井工和露天開采作業(yè)。但是近幾年南非優(yōu)質(zhì)資源枯竭的問題日益突出，煤炭儲量遞減、煤炭品質(zhì)下降以及開采成本增加。礦業(yè)公司需要尋找其他更經(jīng)濟(jì)有效的方法來開采盆地中更深、質(zhì)量較差的煤層。

南非井工煤礦主要采用房柱式采煤方法和長壁采煤法，生產(chǎn)系統(tǒng)簡單，主運輸采用帶式輸送機(jī)，輔助運輸采用無軌膠輪車。煤礦使用安全監(jiān)控設(shè)備，對瓦斯、設(shè)備狀況等進(jìn)行監(jiān)控，但由于災(zāi)害威脅較小，安全監(jiān)控系統(tǒng)比較簡單。南非煤礦用人少，采煤機(jī)械化程度高，接近100%。

1991-2019年，南非的煤炭產(chǎn)量走勢和煤礦全員工效如圖4所示。近30年來，南非煤炭產(chǎn)量除2005年出現(xiàn)降低，僅為2.24億t外，總體走勢為穩(wěn)步上升到趨于平穩(wěn)，保持在2.5億t左右。

數(shù)據(jù)來源：南非礦業(yè)委員會、南非礦產(chǎn)能源部、歷年IEA煤炭信息報告

21世紀(jì)90年代初，南非煤礦的人員工效大幅增加，尤其是1991-1993年增加了近128%。勞動生產(chǎn)率的大幅提高主要是由于當(dāng)時煤礦大量裁員和采煤機(jī)械化率提高，之后隨著南非煤礦采煤機(jī)械化率的提高和煤礦雇傭人數(shù)的緩慢上升，煤礦人員工效逐年下降，到2019年為2 743 t/人。

4 煤炭進(jìn)出口

4.1 出口業(yè)面臨長期的、永久性衰退

南非是世界第七大煤炭出口國，煤炭是南非排在鉑、金之后第三大外匯來源。從2006年的6 870萬t增長到2015年的7 690萬t，南非煤炭出口年均增長2.6%。2006-2009年，全球金融危機(jī)影響下對歐洲市場的出口下降，南非煤炭出口量出現(xiàn)下滑。2010年，在亞洲市場需求增長和歐洲經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的推動下，南非煤炭出口恢復(fù)了45%。南非2017年和2018年煤炭出口量分別為7 350萬t和7 650萬t，2019年煤炭出口量下降到7 568.6萬t。

2000-2019年，南非煤炭出口量占世界煤炭出口總量的百分比如圖5所示，2000年該比率為11%，是近20年的最高點，之后逐年降低，到2019年該比率為6.2%，是歷年來最低點。可見南非煤炭出口行業(yè)正面臨長期的、永久性的衰退。

數(shù)據(jù)來源：BP世界能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計2020

南非主要向印度、巴基斯坦、韓國、斯里蘭卡、荷蘭等國家出口動力煤。2018年，南非煤炭出口國仍以印度為主，印度占全部出口的48%，導(dǎo)致南非的出口行業(yè)高度依賴于一個國家。在2019年上半年，這個數(shù)字上升到了60%。繼印度之后，巴基斯坦和韓國是2018年南非煤炭出口的第2和第3大出口目的地國。預(yù)計南非將在為亞洲提供煤炭方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，到2020年共向亞洲出口動力煤5 600萬t，到2040年將穩(wěn)步增加。

4.2 進(jìn)口量逐年提高

依賴于該國的鋼鐵行業(yè)，南非的煤炭進(jìn)口主要是煉焦煤。由于鋼鐵生產(chǎn)取決于國家的經(jīng)濟(jì)表現(xiàn)，其煤炭進(jìn)口的趨勢與該國鋼鐵生產(chǎn)的趨勢相似，因2009年經(jīng)濟(jì)危機(jī)，煤炭進(jìn)口量下降17.8%；隨后煤炭進(jìn)口量一直保持在較低水平，直到2013年有所回升；2015年由于鋼鐵產(chǎn)量下降，煤炭進(jìn)口量下降了16%；2019年煙煤和無煙煤進(jìn)口量下降，其他煤炭進(jìn)口量增速加快，致煤炭進(jìn)口總量逐年提高，如圖6所示。

圖6 1992-2019年南非煤炭進(jìn)口量

5 煤礦安全與職業(yè)健康

5.1 煤礦安全生產(chǎn)

南非的煤礦是世界上最安全的煤礦之一。目前，南非煤礦安全生產(chǎn)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，正努力實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)零傷亡的目標(biāo)。

南非煤礦行業(yè)提升其安全生產(chǎn)水平的核心方法是將礦工從危險的及具有潛在健康危害的工作面中解脫出來。政府負(fù)責(zé)監(jiān)察和執(zhí)行礦山健康和安全措施，并進(jìn)行審查，以確保這些措施得到有效的遵守。嚴(yán)格的安全程序、健康和安全標(biāo)準(zhǔn)以及員工教育和培訓(xùn)方案使得南非井工和露天煤礦的安全生產(chǎn)情況得到顯著改善。

南非在20世紀(jì)末才基本遏制重特大事故的發(fā)生。1961年，南非成立了煤礦工會，加強(qiáng)了安全管理，不斷提高煤礦機(jī)械化程度，使煤礦安全生產(chǎn)狀況逐步好轉(zhuǎn)；1993年，南非頒布實施了《職業(yè)健康與安全法》；1996年，南非制定了《礦山健康與安全法》，形成了較為完善的礦山安全法規(guī)體系；2002年，南非通過《礦山與石油資源開發(fā)法》。

從1989年到2019年的30年間，南非煤炭行業(yè)的死亡人數(shù)下降了87%，受傷人數(shù)下降了53.7%，如圖7所示。2019年每百萬工時死亡率為0.04，比1989年的0.52降低了92.3%；2019年每百萬工時受傷率為1.42，比1989年的3.50降低了64%。1994年以后，南非每年煤礦事故死亡人數(shù)基本控制在30～50人。2001年以后，南非每年煤礦事故死亡人數(shù)更是減少到20人左右。2013年至今，南非煤礦每年事故死亡人數(shù)降至10人以下。

來源：南非礦產(chǎn)能源部、南非礦產(chǎn)資源部、南非礦物理事會

2003-2019年，南非煤礦出現(xiàn)的事故類型主要為巖石崩落(冒落)事故、機(jī)械事故、運輸和開采事故、一般事故、電力事故(未引發(fā)火災(zāi))、爆炸事故、雜項事故(指定)、運輸事故(立井、暗井)、職業(yè)病、火災(zāi)、塌陷(塌落)事故，如圖8和圖9所示。其中，受傷人數(shù)最多的事故是一般事故，其次是運輸和開采事故，巖石崩落(冒落)事故、機(jī)械事故、未引發(fā)火災(zāi)的電力事故等；發(fā)生死亡的事故主要為運輸和開采事故、巖石崩落(冒落)事故、一般事故和機(jī)械事故。

資料來源：南非礦產(chǎn)資源能源部

資料來源：南非礦產(chǎn)資源能源部

5.2 職業(yè)健康

在南非，與煤礦開采相關(guān)的主要職業(yè)健康問題是粉塵導(dǎo)致的職業(yè)性肺病和噪聲導(dǎo)致的聽力損失。南非煤礦行業(yè)主要關(guān)注工作場所內(nèi)外的員工整體健康和福祉。南非礦山健康與安全委員會提出了職業(yè)健康規(guī)劃方案，對健康風(fēng)險的暴露進(jìn)行分析、監(jiān)測和管理，并采取預(yù)防措施，該方案有助于預(yù)防和減輕職業(yè)健康風(fēng)險，提出員工之間關(guān)于風(fēng)險和預(yù)防的溝通至關(guān)重要，同時還給員工提供了康復(fù)和重返工作的計劃[7]。

5.2.1粉塵導(dǎo)致的職業(yè)性肺病

南非法律明確要求煤礦企業(yè)進(jìn)行粉塵采樣和使用抑塵技術(shù)。煤礦粉塵暴露是職業(yè)性肺疾病的危險因素，會慢性阻塞呼吸道，導(dǎo)致肺功能缺乏。幾十年來，南非煤炭行業(yè)的粉塵采樣一直是法律上一項強(qiáng)制性的要求。日常的防塵檢查在礦山運行中進(jìn)行，并向礦產(chǎn)資源部報告粉塵。抑塵系統(tǒng)對于防止員工接觸到高于正常水平的粉塵至關(guān)重要。自20世紀(jì)60年代以來，南非煤礦公司一直在使用抑塵技術(shù)，在開發(fā)新的抑塵設(shè)備和技術(shù)方面一直走在世界前列；其連續(xù)式采煤機(jī)等設(shè)備是遠(yuǎn)程控制的，包含高壓水噴霧系統(tǒng)和洗滌器等除塵技術(shù)。

南非煤礦職工配備個人防護(hù)裝備(PPE)。礦山作業(yè)采用連續(xù)通風(fēng)措施，大量清潔空氣進(jìn)入井下，稀釋了粉塵濃度，有利于改善工作環(huán)境。在2016年11月召開的南非職業(yè)健康與安全峰會上，南非礦業(yè)利益相關(guān)者一致同意，到2024年12月，其礦業(yè)作業(yè)環(huán)境95%的可吸入粉塵顆粒物暴露測量結(jié)果必須低于1.5 mg/m3(SiO2<5%)。

5.2.2噪聲

噪聲性聽力損失被認(rèn)為是南非采礦業(yè)的主要職業(yè)健康風(fēng)險。長時間暴露于超過85分貝的有害噪音中會逐步導(dǎo)致聽力喪失。聽力保護(hù)的重點是噪聲抑制(即在源頭處消聲)和心音保護(hù)。著重做到噪聲監(jiān)測，以防止聲源暴露，提供個人防護(hù)裝備，并堅持做常規(guī)聽力測試。2014年，南非礦山健康與安全委員會制定了職業(yè)健康與安全目標(biāo)，旨在消除聽力損失。

6 煤炭科技

6.1 煤炭科技體系健全

南非的煤層厚，埋藏相對較淺，更容易開采并且開采成本低。但由于近年來高質(zhì)量煤炭儲量的下降，南非政府加大了升級開采技術(shù)的力度，最終延長了主要煤礦的壽命?，F(xiàn)代煤礦開采技術(shù)的快速發(fā)展不但可以提高工人的安全生產(chǎn)環(huán)境，還可以讓煤礦規(guī)劃設(shè)計人員能夠有效地繪制礦井圖、監(jiān)測礦體、更準(zhǔn)確地跟蹤產(chǎn)量和生產(chǎn)率。

在20世紀(jì)50～80年代，南非礦山安全形勢非常嚴(yán)峻，每年礦井事故死亡人數(shù)都在千人以上。通過長期礦山隱患排查治理以及大力推廣應(yīng)用新技術(shù)、新產(chǎn)品，南非礦山安全水平不斷提高，如今南非在礦山安全管理、安全設(shè)備技術(shù)開發(fā)、礦井救援、瓦斯抑爆、百萬噸死亡率等方面均居世界領(lǐng)先地位。

南非南部的煤礦機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率都很高。提高礦山機(jī)械化程度有助于解決安全、成本和生產(chǎn)率等問題，如遠(yuǎn)程遙控連采機(jī)。同時，南非煤炭公司發(fā)現(xiàn)并使用無粘合劑型煤技術(shù)，使煤礦能夠?qū)U棄的熱煤粉改造成具有較高價值的可移動、可使用的壓實型煤。這項技術(shù)給南非的煤炭行業(yè)帶來重大的經(jīng)濟(jì)效益和改善環(huán)境的良好機(jī)遇。

6.2 煤炭科研體系

南非的科技體系主要由高等教育機(jī)構(gòu)(23家)、科學(xué)理事會(8家)、其他科技工程研究機(jī)構(gòu)與政府有關(guān)部門(35家)、商業(yè)研究機(jī)構(gòu)(45家)和研究性質(zhì)的非政府組織(約80余家)等構(gòu)成。其中前3類主要由政府資助。

南非有8家國家級科研機(jī)構(gòu)，其中涉及礦業(yè)領(lǐng)域的科研機(jī)構(gòu)主要為：科學(xué)與工業(yè)研究理事會(CSIR)、地學(xué)理事會(CGS)、礦冶技術(shù)理事會(Mintek)、南非標(biāo)準(zhǔn)局(SABS)[8]。

7 煤炭工業(yè)發(fā)展前景

南非是一個煤炭和能源高度密集的國家，其經(jīng)濟(jì)的特點是極度不平等和貧困。南非煤炭行業(yè)面臨著成本上升、能源安全風(fēng)險增加、出口需求降低風(fēng)險和本地需求增長緩慢等挑戰(zhàn)和危機(jī)。

未來南非煤炭開采仍有巨大的潛力，煤炭出口量預(yù)計增加35萬t，這可以增加約11 600人的就業(yè)機(jī)會，并使投資每年增加10%以上，達(dá)到200億蘭特(約為85.78億人民幣)。在南非國內(nèi)需求方面，根據(jù)最新的國家綜合資源計劃，南非國有電力公司到2023年每年購買的煤炭將增加到139 Mt，然后在2033年回落到目前的水平，到2050年將減少到90 Mt。新增就業(yè)崗位約6 500人，額外投資13億蘭特(約為5.57億人民幣)。

在未來的幾十年時間里，以煤為基礎(chǔ)的電力將仍然是南非電力結(jié)構(gòu)主要部分，如果能夠找到更清潔地開采、運輸和燃燒煤炭的解決方案，煤炭的作用仍然會繼續(xù)持續(xù)下去。如果煤炭行業(yè)采用先進(jìn)的技術(shù)，在減少煤礦的碳足跡方面也將發(fā)揮潛在的巨大作用。