如何测算中国残留煤资源？

     作者：武海虹

    现有文献对我国残留煤资源特点的研究较少且不全面，其研究仅涉及残留煤的定义、成因和分类等方面，范围也仅限江苏省、山西省以及各大矿区等局部区域，而绝大部分文献仅提及我国各类的煤矿资源采出率。

    1  残留煤资源的定义

    本文中的残留煤资源是指矿井中常规采煤方法所难以或无法进行开采的煤量，包括“三下”压煤损失量、薄煤层损失量、保护煤柱损失量、因条件复杂而无法开采的损失量、采区开采损失量等。

    矿井残留煤赋存条件复杂，主要特点：一是块段形状不规则，难以布置大型综采设备；二是受地质构造或采动破坏等因素的影响，煤厚变化大，限定了回采工艺的选择范围；三是周边受地质构造或采空区等因素影响，开采压力大，顶板破碎，水、火、瓦斯等自然灾害威胁性大，开采条件复杂。

    2残留煤资源的成因与分类

    我国煤炭资源丰富，分布广泛，开采历史悠久，在长期的开采过程中以及不同条件下形成了形式多样、成因不一的残留煤资源。这些资源的形成原因主要有：地质构造复杂、水文地质条件复杂、开采技术条件复杂、矿井规划需要以及保护地面相关设施。根据残留煤资源的成因和特点，将其分为：“三下”残留煤资源、薄煤层残留煤资源、保护性煤柱残留煤资源、因条件复杂而无法开采的残留煤资源和采空区残留煤资源等五种类型。

    2.1  “三下”残留煤资源

    在煤矿生产和建设中，经常遇到各种类型的水体、建筑物和铁路等“三下”压煤的问题，为了保护这些水体、建筑物和铁路的安全，其压覆资源一般不进行开采，从而造成了地下资源的积压。我国“三下”压煤十分普遍，据国有重点煤矿的统计分析，全国“三下”压煤约137.9亿t。随着工农业生产的发展，建筑下压煤有增大趋势，很多矿区建筑下压煤占到矿区可采储量的60%，严重制约着矿区的生产和可持续发展。

    2.2薄煤层残留煤资源

    根据我国煤层厚度划分，小于1.3 m属于薄煤层，小于0.8 m属于极薄煤层。据统计，我国薄煤层共赋存670亿t，我国统配煤矿现有矿井薄煤层可采储量占全部煤层可采储量的20. 85%。薄煤层由其地质赋存条件的限制，并不为煤矿企业所重视，开采中常被作为残留煤资源来处理。

    2.3保护性煤柱残留煤资源

    由于矿井安全生产的需要，在生产过程中留设了隔离煤柱和护巷煤柱，这类残留煤资源主要包括设计规定不回收的工业广场煤柱、井筒保护煤柱、大巷保护煤柱、井田边界安全隔离煤柱、采区煤柱、三角煤、含水层或积水老窑防水煤柱、断层附近的防水煤柱等。煤柱一般只能回收40%～50%，部分全部损失。

    2.4因条件复杂而无法开采的残留煤资源

    条件复杂是指水文地质条件极复杂、地质构造极为复杂、煤质差、开采技术条件复杂。这类资源具体包括：受顶底板含水层或采空区积水威胁而无法安全开采的煤层；由于岩浆岩侵入、古河床冲蚀、陷落柱、自然烧变区等影响受到破坏或煤质变差的煤层；断层密集带、断层间的狭小块段；顶板破碎，管理困难的煤层；开采后经洗选仍无法销售的煤层或块段（灰分或硫分超标）；采空范围内无法回收的孤立块段；风氧化带至回风水平之间无法采出的煤

层；近距离煤层，因采动破坏而无法再开采的煤层。

    2.5采空区残留煤资源

    采空区残留煤资源主要是由于厚煤层分层开采或放顶煤开采、中厚煤层开采、落后采煤方法开采过程中遗留在采空区的顶底板煤或工作面浮煤。

    3  残留煤资源量估算

    3.1煤炭产量与构成

    自建国以来，由于中一国经济发展的需求，加上国内煤炭工业技术和装备水平的提升，煤炭产量持续增长。资料统计表明，中国煤炭产量由1949年的3243万t，增加至2014年的38. 70亿t，66年间累计生产煤炭666. 19亿t（不含港、澳、台），其中露天开采43. 10亿t，井工开采623. 09亿t，分别占总量的6. 47%和93. 53%;井工开采中，国有重点煤矿共生产298. 23亿t，地方国营煤矿共生产120. 64亿t，乡镇及个体煤矿共生产201. 45亿t，占总产量比例分别为44. 77%、18. 11%和30. 24%，1949年至2014年我国煤炭产量及构成分别见图1、图2。

    由图1可知，我国煤炭产量变化趋势可以2000年为界，2000年以前产量增速缓慢，甚至在1996～2000年期间煤炭产量一度出现了下降趋势；2000年以后，我国煤炭产量呈现陡增趋势，这与我国2000年后经济快速发展密切相关，但2011年来煤炭产量的上升趋势有所放缓。露天煤矿和国有重点煤矿产量一直保持快速增长，而地方国营煤矿增长缓慢，乡镇及个体煤矿产量在经历一段上升阶段后，近年来产量急剧下降。这说明我国近年来的煤炭资源整合战略初见成效，有助于提高我国煤炭工业的整体水平，并改善煤矿的安全生产形势。

    由图2可知，各类煤矿中，露天煤矿在2000年之前，其产量所占比例一直维持在较低水平（平均为3. 42%），2000年之后由4.06%快速增长至2014年的13. 44%。井工开采方面，国有重点煤矿产量所产比例在建国初期为66.3%，随后一直下降，1995年降至最低点34.83%，之后逐渐升高，2014年为46. 77%;地方国营煤矿产量所占比例的波动相对平稳，但总体呈下降趋势，最高占33. 96%（1960年），最低占12. 72%（2007年）；乡镇及个体煤矿产量受市场的影响明显，波动较大，总体呈先上升后下降趋势，20世纪50年代所占比例不足5%，70年代之后明显上升，至1995年达到最高，占45. 89%，2000年左右出现谷底，之后又迅速增加，近年来产量急剧下降。

    3.2  资源采出率

    调研了不同时期各类井工开采煤矿的采出率情况，详见表1。

    受资源条件、技术装备和管理水平等因素的影响，露天开采和井工开采之间，国有重点煤矿、地方国营煤矿和乡镇及个体煤矿之间，其资源回采率均存在较大差异，一般露天开采资源采出率高于井工开采的，而井工开采的大型煤矿资源采出率要高于中小型煤矿。这点从表1可以看出，国有重点煤矿的采出率为44. 90%～56. 00%，地方国营煤矿为30. 00%～49. 60%，乡镇及个体煤矿则小于38. 00%。理论上，随着我国煤矿技术、装备和管理水平地不断发展，各类煤矿的资源采出率会随之提高，即各个时期各类煤矿的资源采出率不是一个定值。考虑到表中的数据点较少，若采用表1中的年份及其对应的采出率拟合曲线，其相关性较弱，结果可信度较差，故取各类井工煤矿历年采出率均值作为不同煤矿的采出率，见表1。露天煤矿的采出率一般要求大于70%，本文取85%。

    3.3残留煤资源量估算

    已知我国历年煤炭产量和资源采出率后，即可计算得残留煤资源量，见式(1)。

    将各年不同类型煤矿的煤炭产量和采出率带入式(l)，可估算得相对应的残留煤量。计算结果表明，1949～2014年间我国各类煤矿形成的残留煤资源总量为1390. 80亿t，以井工开采为主，占总量的99. 45%（1383. 19亿t），其中国有重点、地方国营和乡镇及个体煤矿形成的残留煤资源量分别为283. 44亿t、209. 75亿t和890. 01亿t，分别占20. 38%、15. 08%和63. 99%。可进一步计算得我国煤炭资源的平均采出率为32. 39%。我国历年三类煤矿所形成的残留煤资源量以及平均采出率如图3所示。

    由图3可知，我国历年残留煤资源量变化趋势与原煤产量基本相同，各类煤矿中，露天煤矿由于产量相对较低，且采出率最高，所形成的残留煤量最少；国有重点煤矿的产量最大，但采出率较高，故所形成的残留煤资源量也远低于乡镇及个体煤矿；乡镇及个体煤矿产量比例较大，且采出率最低，故形成的残留煤资源量最大；地方国营煤矿的产量最小，采出率较低，所以形成的残留煤资源量介于国有重点煤矿和露天煤矿之间。历年的平均采出率总体呈现先下降后上升的趋势，这主要是由于乡镇及个体煤矿的煤炭产量先增加后减少引起的。

    4残留煤资源分布特征

    4.1  残留煤资源分布情况

    调研了1949～2011年国内各省市（不含港、澳、台）的原煤产量情况，以及1980～2009年各省市不同煤种的产量情况，分别见图4、图5。

    结果表明，各地理区域中，华北地区产量最大，占38. 86%，其它各区域煤炭产量基本相当，所占比例介于10%～14%之间。各省市中，除了天津市外，其余各省市均有煤炭产出，但产量差异较大。山西省产煤量最大，为127. 12亿t，占1949～2011年期间全国煤炭产量的22. 92%，其次是内蒙古，产量为53. 59亿t，占全国的9.66%，其他产煤量较大（比例大于5%）的省市还有河南省、山东省、黑龙江省、河北省和陕西省，上述7省的煤炭产量总计占全国的62. 61%；

    各省市不同煤种的产量统计结果表明，我国的煤炭产量以烟煤为主，几乎各产煤省市均有生产；其次是无烟煤，主要产地为山西省、河南省、湖南省、贵州省、四川省和湖北省等，上述各省无烟煤产量之和占我国的71. 37%；褐煤的产量最少，产地以内蒙古为主，其褐煤产量占全国的53. 32%，此外，山西省、云南省和陕西省也生产部分褐煤，见图5。

    忽略各地区煤矿和不同煤种资源采出率的差异，可推算出我国各省市1949～2014年期间所形成的不同煤种的残留煤量，如图6所示。计算结果表明，残留煤资源量的分布情况与各地煤炭产量密切关系，我国华北地区残留煤资源量最大，达540. 50亿t，占总量的38. 86%，主要是由于该区域内的山西省、内蒙古和河北省一直是中国的产煤大省，其残留煤资源量依次为318. 80亿t、134. 39亿t和76. 37亿t，分别占全国的22. 92%、9.66%和5. 49%，在各省市中排名分别为第一、第二和第六。其它残留煤资源量较大的地区有：河南、山东、黑龙江、陕西、四川、辽宁、安徽和贵州，残留煤资源量依次为105. 80亿t、85. 36亿t、76. 87亿t、73. 20亿t、66. 39亿t、65. 54亿t，53. 14亿t和52. 60亿t，所占比例分别为7. 61%、6.14%、5.53%、5.26%、4.77%、4.71%、3. 82%和3.78%。上述11个省的残留煤资源总量达1108. 46亿t，占全国的79. 70%。

    4.2残留煤资源赋存条件

    根据第三次全国煤田预测，我国共划分有华北、西北、东北、华南、滇藏等五大赋煤区，煤炭资源储量分别占全国的50. 48%、35. 52%、7.06%、6. 79%和0.14%，煤层赋存条件普遍比较复杂。华北区煤田分布范围最广、煤层连续性最好，以中厚～厚(1.3～8m)煤层为主，煤层赋存稳定，局部区域褶曲和断层较为发育；西北区煤层分布于80余个不同规模的内陆坳陷盆地，以中厚～厚煤层为主，最大可达120m（吐鲁番一七克台），煤层稳定，天山南北的含煤盆地中发育逆冲推覆构造；东北区由40余个规模不等的聚煤盆地组成，含煤性较好，常有巨厚煤层赋存，在抚顺、沈北等盆地煤层最厚可达90m，成煤时代晚，构造变形弱；华南区煤田分布范围广、煤层连续性好，但煤层单层厚度一般小于2m，褶皱和断裂等构造发育，煤层破坏严重，稳定性差；滇藏区煤层分布广、层数多，但厚度薄(≤1m)，且稳定性差。整体而言，华北和西北赋煤区的赋存条件优于其它三个区域。

    研究表明，我国煤矿的开采深度整体向深部延伸，根据相关数据，可拟合出煤矿开采深度与年份的关系曲线，如图7所示。由图7中的拟合公式，可获得历年不同采深的煤炭产量比例，与历年滞留煤资源量相乘，即可得出历年不同埋深的残留煤资源量。计算过程中，当采用拟合公式计算某个埋深范围内煤炭产出比例为负数时，直接取零，表示该埋深区域在某时间段内没有煤炭产出。此外，考虑到埋深400～800 m的煤炭产出比例与时间的相关性较弱(R2 =0. 6881<0.9)，该埋深区产量比例可通过100%减去其他三个埋深区产量比例之和获得。

    结果表明，我国残留煤资源的主要分布于800m以浅的区域，占总量的85. 50%，位于0～400m、400～800m、800～1200m和1200～1600m堙深的残留煤资源量分别为706. 84亿t、482. 31亿t、164. 32亿t和37. 34亿t，所占比例依次为50. 82%、34. 68%、11. 81%和2.68%，见图8。

    4.3残留煤资源煤质

    调研了我国1949～2009年期间不同煤种的生产情况，忽略各煤种之间的采出率差异，可估算出1949～2014年期间所形成的不同煤种残留煤资源量，见图9。

    由图9可知，不同煤类中，烟煤的产量最大，为365. 64亿t，占总产量比例达76. 23%，其次为无烟煤和褐煤，产量依次为90. 32亿t和21. 71亿t，比例分别为18. 83%和4.53%。而烟煤中又以气煤、焦煤、长焰煤和肥煤产量较大，分别为62. 07亿t、44. 15亿t、32. 55亿t和30. 33亿t，所占比例（总产量）依次为12. 94%、9.20%、6.79%和6.32%。这主要有两方面原因，一方面是由于在我国现有探明储量中，烟煤、无烟煤和褐煤分别占75%、12%和13%，储量决定着产量；另一方面，烟煤中气煤、焦煤、长焰煤和肥煤可作为动力煤、炼焦煤和化工原料，用途广泛，市场需求量大，而无烟煤常作为动力煤，褐煤水分高、热值低，一般作为气化原料，两者的市场需求量较小。

    受产量影响，各类煤种中，烟煤的残留煤资源量最大，其次为无烟煤和褐煤，分别达1060. 27亿t、261. 90亿t和62. 95亿t，而烟煤中气煤、焦煤、长焰煤和肥煤的残留煤资源量依次为179. 97亿t、128. 02亿t、94. 39亿t和87. 96亿t。不同煤种的残留煤分布方面，烟煤几乎在各产煤省市均有分布；无烟煤主要分布于山西省、河南省、湖南省、贵州省、四川省和湖北省等地，共占71. 37%;褐煤则以内蒙古为主，占53. 32%，此外，山西省、云南省和陕西省也有分布。不同煤种的残留煤资源在各省市的分布详细情况如图6所示。

    5结  论

    1)根据成因和特点，我国残留煤资源可划分为“三下”残留煤资源、薄煤层残留煤资源、保护性煤柱残留煤资源、因条件复杂而无法开采的残留煤资源和采空区残留煤资源等五种类型。

    2) 1949～2014年期间，我国累计生产煤炭666. 19亿t（不含港澳台），其中露天开采43. 10亿t，井工开采623. 09亿t，分别占总量的6.47%和93. 53%，井工开采部分中，国有重点、地方国营和乡镇及个体煤矿产量分别为298. 23亿t、120. 64亿t和201. 45亿t。估算得我国当前的残留煤资源总量为1390. 80亿t，以井工开采为主，占总量的99. 45%（1383. 19亿t），其中国有重点、地方国营和乡镇及个体煤矿形成的残留煤资源量分别为283. 44亿t、209. 75亿t和890. 01亿t。我国各类煤矿的资源平均采出率为32. 39%。

    3)我国残留煤资源主要分布在华北地区，占总量的38. 86%，各省市中，山西省、内蒙古和河南省的残留煤资源量最大，分别为318. 80亿t、134. 39亿t和105. 80亿t，依次占总量的22. 92%、9.66%和7.61%。残留煤资源主要位于800m以浅的区域，占总量的85. 50%。不同煤类中，烟煤的残留煤资源量最大，其次为无烟煤和褐煤，资源量分别为1060. 27亿t、261. 90亿t和62. 95亿t，依次占总量的76. 23%、18. 83%和4.53%。而烟煤中又以气煤、

焦煤、长焰煤和肥煤的残留煤资源量较大，分别为179. 97亿t、128. 02亿t、94. 39亿t和87. 96亿t。

    6摘要：

    受限于资源条件和技术水平等因素，长期以来我国形成了大量残留煤资源。对1949～2014年期间国内残留煤的资源量进行了估算，并对其分布情况、赋存条件和煤质等进行了预测。根据成因和特点，将我国残留煤资源可划分为“三下”残留煤资源、薄煤层残留煤资源、保护性煤柱残留煤资源、因条件复杂而无法开采的残留煤资源和采空区残留煤资源等五种类型。1949～2014年期间，我国累计生产煤炭666. 19亿t（不含港、澳、台），露天和井工开采分别占6.47%和93. 53%。经估算，我国当前的残留煤资源总量达1390. 80亿t，其中99. 45%（1383. 19亿t）由井工开采形成，各类煤矿的资源平均采出率仅为32. 39%。我国残留煤资源在华北地区分布最多(38.86%)，主要位于800 m以浅区域(85.50%)，且以烟煤为主(76.23%)。