中國殘留煤資源分布特征研究

黃溫鋼，王作棠，許 豫

(1.東華理工大學地球科學學院，江西 南昌 330013；2.中國礦業大學 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

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中國殘留煤資源分布特征研究

黃溫鋼1，王作棠2，許 豫2

(1.東華理工大學地球科學學院，江西 南昌 330013；2.中國礦業大學 煤炭資源與安全開采國家重點實驗室，江蘇 徐州 221116)

受限于資源條件和技術水平等因素，長期以來我國形成了大量殘留煤資源。對1949～2014年期間國內殘留煤的資源量進行了估算，并對其分布情況、賦存條件和煤質等進行了預測。根據成因和特點，將我國殘留煤資源可劃分為“三下”殘留煤資源、薄煤層殘留煤資源、保護性煤柱殘留煤資源、因條件復雜而無法開采的殘留煤資源和采空區殘留煤資源等五種類型。1949～2014年期間，我國累計生產煤炭666.19億t(不含港、澳、臺)，露天和井工開采分別占6.47%和93.53%。經估算，我國當前的殘留煤資源總量達1390.80億t，其中99.45%(1383.19億t)由井工開采形成，各類煤礦的資源平均采出率僅為32.39%。我國殘留煤資源在華北地區分布最多(38.86%)，主要位于800 m以淺區域(85.50%)，且以煙煤為主(76.23%)。

殘留煤；特征；資源量；分布情況；賦存條件；煤質

我國煤炭產量大、開采區域廣，受限于資源條件和技術管理水平等因素，長期以來我國煤炭資源的采出率一直維持在較低水平，從而形成了量大、面廣的殘留煤資源。現有文獻對我國殘留煤資源特點的研究較少且不全面，其研究僅涉及殘留煤的定義、成因和分類等方面[1-3]，范圍也僅限江蘇省、山西省以及各大礦區等局部區域，而絕大部分文獻僅提及我國各類的煤礦資源采出率[4- 7]。

1 殘留煤資源的定義

本文中的殘留煤資源是指礦井中常規采煤方法所難以或無法進行開采的煤量，包括“三下”壓煤損失量、薄煤層損失量、保護煤柱損失量、因條件復雜而無法開采的損失量、采區開采損失量等。

礦井殘留煤賦存條件復雜，主要特點：一是塊段形狀不規則，難以布置大型綜采設備；二是受地質構造或采動破壞等因素的影響，煤厚變化大，限定了回采工藝的選擇范圍；三是周邊受地質構造或采空區等因素影響，開采壓力大，頂板破碎，水、火、瓦斯等自然災害威脅性大，開采條件復雜[1]。

2 殘留煤資源的成因與分類

我國煤炭資源豐富，分布廣泛，開采歷史悠久，在長期的開采過程中以及不同條件下形成了形式多樣、成因不一的殘留煤資源。這些資源的形成原因主要有：地質構造復雜、水文地質條件復雜、開采技術條件復雜、礦井規劃需要以及保護地面相關設施。根據殘留煤資源的成因和特點，將其分為：“三下”殘留煤資源、薄煤層殘留煤資源、保護性煤柱殘留煤資源、因條件復雜而無法開采的殘留煤資源和采空區殘留煤資源等五種類型。

2.1 “三下”殘留煤資源

在煤礦生產和建設中，經常遇到各種類型的水體、建筑物和鐵路等“三下”壓煤的問題，為了保護這些水體、建筑物和鐵路的安全，其壓覆資源一般不進行開采，從而造成了地下資源的積壓。我國“三下”壓煤十分普遍，據國有重點煤礦的統計分析[8]，全國“三下”壓煤約137.9億t。隨著工農業生產的發展，建筑下壓煤有增大趨勢，很多礦區建筑下壓煤占到礦區可采儲量的60%，嚴重制約著礦區的生產和可持續發展。

2.2 薄煤層殘留煤資源

根據我國煤層厚度劃分，小于1.3 m屬于薄煤層，小于0.8 m屬于極薄煤層。據統計[9]，我國薄煤層共賦存670億t，我國統配煤礦現有礦井薄煤層可采儲量占全部煤層可采儲量的20.85%。薄煤層由其地質賦存條件的限制，并不為煤礦企業所重視，開采中常被作為殘留煤資源來處理。

2.3 保護性煤柱殘留煤資源

由于礦井安全生產的需要，在生產過程中留設了隔離煤柱和護巷煤柱，這類殘留煤資源主要包括設計規定不回收的工業廣場煤柱、井筒保護煤柱、大巷保護煤柱、井田邊界安全隔離煤柱、采區煤柱、三角煤、含水層或積水老窯防水煤柱、斷層附近的防水煤柱等。煤柱一般只能回收40%～50%，部分全部損失。

2.4 因條件復雜而無法開采的殘留煤資源

條件復雜是指水文地質條件極復雜、地質構造極為復雜、煤質差、開采技術條件復雜。這類資源具體包括：受頂底板含水層或采空區積水威脅而無法安全開采的煤層；由于巖漿巖侵入、古河床沖蝕、陷落柱、自然燒變區等影響受到破壞或煤質變差的煤層；斷層密集帶、斷層間的狹小塊段；頂板破碎，管理困難的煤層；開采后經洗選仍無法銷售的煤層或塊段(灰分或硫分超標)；采空范圍內無法回收的孤立塊段；風氧化帶至回風水平之間無法采出的煤層；近距離煤層，因采動破壞而無法再開采的煤層。

2.5 采空區殘留煤資源

采空區殘留煤資源主要是由于厚煤層分層開采或放頂煤開采、中厚煤層開采、落后采煤方法開采過程中遺留在采空區的頂底板煤或工作面浮煤。

3 殘留煤資源量估算

3.1 煤炭產量與構成

自建國以來，由于中國經濟發展的需求，加上國內煤炭工業技術和裝備水平的提升，煤炭產量持續增長。資料統計表明[10-15]，中國煤炭產量由1949年的3243萬t，增加至2014年的38.70億t，66年間累計生產煤炭666.19億t(不含港、澳、臺)，其中露天開采43.10億t，井工開采623.09億t，分別占總量的6.47%和93.53%；井工開采中，國有重點煤礦共生產298.23億t，地方國營煤礦共生產120.64億t，鄉鎮及個體煤礦共生產201.45億t，占總產量比例分別為44.77%、18.11%和30.24%，1949年至2014年我國煤炭產量及構成分別見圖1、圖2。

圖1 1949～2014年我國煤炭產量統計圖[10-15]

圖2 1949～2014年我國煤炭產量構成[10-15]

由圖1可知，我國煤炭產量變化趨勢可以2000年為界，2000年以前產量增速緩慢，甚至在1996～2000年期間煤炭產量一度出現了下降趨勢；2000年以后，我國煤炭產量呈現陡增趨勢，這與我國2000年后經濟快速發展密切相關，但2011年來煤炭產量的上升趨勢有所放緩。露天煤礦和國有重點煤礦產量一直保持快速增長，而地方國營煤礦增長緩慢，鄉鎮及個體煤礦產量在經歷一段上升階段后，近年來產量急劇下降。這說明我國近年來的煤炭資源整合戰略初見成效，有助于提高我國煤炭工業的整體水平，并改善煤礦的安全生產形勢。

由圖2可知，各類煤礦中，露天煤礦在2000年之前，其產量所占比例一直維持在較低水平(平均為3.42%)，2000年之后由4.06%快速增長至2014年的13.44%。井工開采方面，國有重點煤礦產量所產比例在建國初期為66.3.%，隨后一直下降，1995年降至最低點34.83%，之后逐漸升高，2014年為46.77%；地方國營煤礦產量所占比例的波動相對平穩，但總體呈下降趨勢，最高占33.96%(1960年)，最低占12.72%(2007年)；鄉鎮及個體煤礦產量受市場的影響明顯，波動較大，總體呈先上升后下降趨勢，20世紀50年代所占比例不足5%，70年代之后明顯上升，至1995年達到最高，占45.89%，2000年左右出現谷底，之后又迅速增加，近年來產量急劇下降。

3.2 資源采出率

調研了不同時期各類井工開采煤礦的采出率情況，詳見表1。

受資源條件、技術裝備和管理水平等因素的影響，露天開采和井工開采之間，國有重點煤礦、地方國營煤礦和鄉鎮及個體煤礦之間，其資源回采率均存在較大差異，一般露天開采資源采出率高于井工開采的，而井工開采的大型煤礦資源采出率要高于中小型煤礦。這點從表1可以看出，國有重點煤礦的采出率為44.90%～56.00%，地方國營煤礦為30.00%～49.60%，鄉鎮及個體煤礦則小于38.00%。理論上，隨著我國煤礦技術、裝備和管理水平地不斷發展，各類煤礦的資源采出率會隨之提高，即各個時期各類煤礦的資源采出率不是一個定值。考慮到表中的數據點較少，若采用表1中的年份及其對應的采出率擬合曲線，其相關性較弱，結果可信度較差，故取各類井工煤礦歷年采出率均值作為不同煤礦的采出率，見表1。露天煤礦的采出率一般要求大于70%[19]，本文取85%。

表1 不同時期各類井工開采煤礦的采出率

3.3 殘留煤資源量估算

已知我國歷年煤炭產量和資源采出率后，即可計算得殘留煤資源量，見式(1)。

(1)

式中：Qr為殘留煤量，億t；Qit為歷年各類煤礦的采出煤量，億t；Ci為歷年各類煤礦的資源采出率，%。

將各年不同類型煤礦的煤炭產量和采出率帶入式(1)，可估算得相對應的殘留煤量。計算結果表明，1949～2014年間我國各類煤礦形成的殘留煤資源總量為1390.80億t，以井工開采為主，占總量的99.45%(1383.19億t)，其中國有重點、地方國營和鄉鎮及個體煤礦形成的殘留煤資源量分別為283.44億t、209.75億t和890.01億t，分別占20.38%、15.08%和63.99%。可進一步計算得我國煤炭資源的平均采出率為32.39%。我國歷年三類煤礦所形成的殘留煤資源量以及平均采出率如圖3所示。

由圖3可知，我國歷年殘留煤資源量變化趨勢與原煤產量基本相同，各類煤礦中，露天煤礦由于產量相對較低，且采出率最高，所形成的殘留煤量最少；國有重點煤礦的產量最大，但采出率較高，故所形成的殘留煤資源量也遠低于鄉鎮及個體煤礦；鄉鎮及個體煤礦產量比例較大，且采出率最低，故形成的殘留煤資源量最大；地方國營煤礦的產量最小，采出率較低，所以形成的殘留煤資源量介于國有重點煤礦和露天煤礦之間。歷年的平均采出率總體呈現先下降后上升的趨勢，這主要是由于鄉鎮及個體煤礦的煤炭產量先增加后減少引起的。

4 殘留煤資源分布特征

4.1 殘留煤資源分布情況

調研了1949～2011年國內各省市(不含港、澳、臺)的原煤產量情況[10-20]，以及1980～2009年各省市不同煤種的產量情況[10]，分別見圖4、圖5。

圖3 1949～2014年我國殘留煤資源量及平均采出率

圖4 1949～2011年我國各省市煤炭產量[10-20]

圖5 1980～2009年我國各省市的不同煤種產量[10]

結果表明，各地理區域中，華北地區產量最大，占38.86%，其它各區域煤炭產量基本相當，所占比例介于10%～14%之間。各省市中，除了天津市外，其余各省市均有煤炭產出，但產量差異較大。山西省產煤量最大，為127.12億t，占1949～2011年期間全國煤炭產量的22.92%，其次是內蒙古，產量為53.59億t，占全國的9.66%，其他產煤量較大(比例大于5%)的省市還有河南省、山東省、黑龍江省、河北省和陜西省，上述7省的煤炭產量總計占全國的62.61%。

各省市不同煤種的產量統計結果表明，我國的煤炭產量以煙煤為主，幾乎各產煤省市均有生產；其次是無煙煤，主要產地為山西省、河南省、湖南省、貴州省、四川省和湖北省等，上述各省無煙煤產量之和占我國的71.37%；褐煤的產量最少，產地以內蒙古為主，其褐煤產量占全國的53.32%，此外，山西省、云南省和陜西省也生產部分褐煤，見圖5。

忽略各地區煤礦和不同煤種資源采出率的差異，可推算出我國各省市1949～2014年期間所形成的不同煤種的殘留煤量，如圖6所示。計算結果表明，殘留煤資源量的分布情況與各地煤炭產量密切關系，我國華北地區殘留煤資源量最大，達540.50億t，占總量的38.86%，主要是由于該區域內的山西省、內蒙古和河北省一直是中國的產煤大省，其殘留煤資源量依次為318.80億t、134.39億t和76.37億t，分別占全國的22.92%、9.66%和5.49%，在各省市中排名分別為第一、第二和第六。其它殘留煤資源量較大的地區有：河南、山東、黑龍江、陜西、四川、遼寧、安徽和貴州，殘留煤資源量依次為105.80億t、85.36億t、76.87億t、73.20億t、66.39億t、65.54億t、53.14億t和52.60億t，所占比例分別為7.61%、6.14%、5.53%、5.26%、4.77%、4.71%、3.82%和3.78%。上述11個省的殘留煤資源總量達1108.46億t，占全國的79.70%。

4.2 殘留煤資源賦存條件

圖6 1949～2014年我國各省市殘留煤資源量
(按不同煤種)

根據第三次全國煤田預測[21]，我國共劃分有華北、西北、東北、華南、滇藏等五大賦煤區，煤炭資源儲量分別占全國的50.48%、35.52%、7.06%、6.79%和0.14%，煤層賦存條件普遍比較復雜。華北區煤田分布范圍最廣、煤層連續性最好，以中厚～厚(1.3～8m)煤層為主，煤層賦存穩定，局部區域褶曲和斷層較為發育；西北區煤層分布于80余個不同規模的內陸坳陷盆地，以中厚～厚煤層為主，最大可達120m(吐魯番-七克臺)，煤層穩定，天山南北的含煤盆地中發育逆沖推覆構造；東北區由40余個規模不等的聚煤盆地組成，含煤性較好，常有巨厚煤層賦存，在撫順、沈北等盆地煤層最厚可達90m，成煤時代晚，構造變形弱；華南區煤田分布范圍廣、煤層連續性好，但煤層單層厚度一般小于2m，褶皺和斷裂等構造發育，煤層破壞嚴重，穩定性差；滇藏區煤層分布廣、層數多，但厚度薄(≤1m)，且穩定性差。整體而言，華北和西北賦煤區的賦存條件優于其它三個區域。

研究表明[22-23]，我國煤礦的開采深度整體向深部延伸，根據相關數據，可擬合出煤礦開采深度與年份的關系曲線，如圖7所示。由圖7中的擬合公式，可獲得歷年不同采深的煤炭產量比例，與歷年滯留煤資源量相乘，即可得出歷年不同埋深的殘留煤資源量。計算過程中，當采用擬合公式計算某個埋深范圍內煤炭產出比例為負數時，直接取零，表示該埋深區域在某時間段內沒有煤炭產出。此外，考慮到埋深400～800 m的煤炭產出比例與時間的相關性較弱(R2=0.6881<0.9)，該埋深區產量比例可通過100%減去其他三個埋深區產量比例之和獲得。

結果表明，我國殘留煤資源的主要分布于800m以淺的區域，占總量的85.50%，位于0～400m、400～800m、800～1200m和1200～1600m埋深的殘留煤資源量分別為706.84億t、482.31億t、164.32億t和37.34億t，所占比例依次為50.82%、34.68%、11.81%和2.68%，見圖8。

4.3 殘留煤資源煤質

調研了我國1949～2009年期間不同煤種的生產情況[10]，忽略各煤種之間的采出率差異，可估算出1949～2014年期間所形成的不同煤種殘留煤資源量，見圖9。

圖7 煤礦開采深度與年份關系曲線圖[22- 23]

圖8 1949～2014年我國不同埋深的殘留煤資源量

圖9 我國不同煤種的煤炭產量和殘留煤資源量[14]

由圖9可知，不同煤類中，煙煤的產量最大，為365.64億t，占總產量比例達76.23%，其次為無煙煤和褐煤，產量依次為90.32億t和21.71億t，比例分別為18.83%和4.53%。而煙煤中又以氣煤、焦煤、長焰煤和肥煤產量較大，分別為62.07億t、44.15億t、32.55億t和30.33億t，所占比例(總產量)依次為12.94%、9.20%、6.79%和6.32%。這主要有兩方面原因，一方面是由于在我國現有探明儲量中，煙煤、無煙煤和褐煤分別占75%、12%和13%[24]，儲量決定著產量；另一方面，煙煤中氣煤、焦煤、長焰煤和肥煤可作為動力煤、煉焦煤和化工原料，用途廣泛，市場需求量大，而無煙煤常作為動力煤，褐煤水分高、熱值低，一般作為氣化原料，兩者的市場需求量較小。

受產量影響，各類煤種中，煙煤的殘留煤資源量最大，其次為無煙煤和褐煤，分別達1060.27億t、261.90億t和62.95億t，而煙煤中氣煤、焦煤、長焰煤和肥煤的殘留煤資源量依次為179.97億t、128.02億t、94.39億t和87.96億t。不同煤種的殘留煤分布方面，煙煤幾乎在各產煤省市均有分布；無煙煤主要分布于山西省、河南省、湖南省、貴州省、四川省和湖北省等地，共占71.37%；褐煤則以內蒙古為主，占53.32%，此外，山西省、云南省和陜西省也有分布。不同煤種的殘留煤資源在各省市的分布詳細情況如圖6所示。

5 結 論

1)根據成因和特點，我國殘留煤資源可劃分為“三下”殘留煤資源、薄煤層殘留煤資源、保護性煤柱殘留煤資源、因條件復雜而無法開采的殘留煤資源和采空區殘留煤資源等五種類型。

2)1949～2014年期間，我國累計生產煤炭666.19億t(不含港澳臺)，其中露天開采43.10億t，井工開采623.09億t，分別占總量的6.47%和93.53%，井工開采部分中，國有重點、地方國營和鄉鎮及個體煤礦產量分別為298.23億t、120.64億t和201.45億t。估算得我國當前的殘留煤資源總量為1390.80億t，以井工開采為主，占總量的99.45%(1383.19億t)，其中國有重點、地方國營和鄉鎮及個體煤礦形成的殘留煤資源量分別為283.44億t、209.75億t和890.01億t。我國各類煤礦的資源平均采出率為32.39%。

3)我國殘留煤資源主要分布在華北地區，占總量的38.86%，各省市中，山西省、內蒙古和河南省的殘留煤資源量最大，分別為318.80億t、134.39億t和105.80億t，依次占總量的22.92%、9.66%和7.61%。殘留煤資源主要位于800m以淺的區域，占總量的85.50%。不同煤類中，煙煤的殘留煤資源量最大，其次為無煙煤和褐煤，資源量分別為1060.27億t、261.90億t和62.95億t，依次占總量的76.23%、18.83%和4.53%。而煙煤中又以氣煤、焦煤、長焰煤和肥煤的殘留煤資源量較大，分別為179.97億t、128.02億t、94.39億t和87.96億t。

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Study on the characteristics of residual coal resources in China

HUANG Wen-gang1，WANG zuo-tang2，XU Yu2
(1.College of Earth Sciences，East China Institute of Technology，Nanchang 330013，China;2.State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China)

Due to the factors of resource conditions and technical level，a large number of residual coal resources have been remained during the past several decades in China.We estimated the residual coal reserves which had been detained from 1949 to 2014 in China，and predicted the distribution，occurrence conditions and coal properties of these resources.According to the causes and characteristics，residual coal resources are divided into five types：“under three” resources，thin seam，protective coal pillar，resources unable to be exploited with complex conditions，goaf.Between 1949 and 2014，Chinese had cumulatively produced 66.62 billion tons of coal，not including Hong Kong，Macao and Taiwan，in which the output of open-pit and underground mining occupy 6.47% and 93.53%，respectively.Furthermore，We estimated the current residual coal reserves of China，which had achieved 139.08 billion tons，whose 99.45% (138.32 billion tons) were formed from the remains of underground mining，and the average recovery rate of resources for all types of coal mines was only 32.39%.The residual coal resources are most distributed in north China (38.86%)，mainly located in the buried depth area less than 800 m (85.50%)，and primarily bituminous (76.23%).

residual coal；characteristics；reserves；distribution；occurrence conditions；coal properties

2015-04-21

江蘇高校優勢學科建設工程項目資助(編號：SZBF2011-6-B35)；中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點實驗室自主研究課題項目資助(編號：SKLCRSM10X04)

黃溫鋼(1986-)，男，漢族，江西上饒人，博士，2014年畢業于中國礦業大學采礦工程專業，現任東華理工大學講師，主要從事采礦工程方面的教學與研究工作。E-mail：wengang-huang@ecit.cn。

王作棠(1958-)，男，博士，1992年畢業于中國礦業大學采礦工程專業，現任教授、博士生導師，主要從事礦山壓力與煤炭地下氣化的研究工作。E-mail：ucgwangzt@163.com。

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1004-4051(2015)10-0004-06