美澳煤炭資源高效回收研究

滕霄云 李瑞峰 任仰輝 聶立功 遲東訓(xùn)

(神華科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，北京市昌平區(qū)，102211)

★ 世界煤炭 ★

美澳煤炭資源高效回收研究

滕霄云 李瑞峰 任仰輝 聶立功 遲東訓(xùn)

(神華科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，北京市昌平區(qū)，102211)

通過對(duì)美國、澳大利亞煤炭資源稟賦、資源回收率、生產(chǎn)效率、機(jī)械化程度、開采技術(shù)、露天礦比例、百萬噸死亡率等反映煤炭資源高效回收水平的指標(biāo)進(jìn)行梳理及分析，總結(jié)提出兩國煤炭資源高效回收的總體特征，為我國推進(jìn)煤炭資源高效回收提供借鑒。

煤炭資源 高效回收 回收率 生產(chǎn)效率 百萬噸死亡率 美國 澳大利亞

我國煤炭資源總量排在世界前三位，但資源開采條件屬于中等偏下水平。初步估算，在保有查明資源儲(chǔ)量1.53萬億t中，符合“安全、技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)”四重效應(yīng)的綠色資源量約占1/3。2000年以后，我國煤炭行業(yè)的生產(chǎn)效率、資源回收率和安全水平都有了顯著的提高，但是與美國、澳大利亞等世界領(lǐng)先的產(chǎn)煤國家相比，整體上仍存在較大差距。在國際國內(nèi)煤炭產(chǎn)能嚴(yán)重過剩、市場競爭日益激烈的新形勢下，從煤炭資源高效回收角度入手，對(duì)美國和澳大利亞煤炭行業(yè)進(jìn)行客觀的分析，總結(jié)借鑒其煤炭資源高效回收的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國煤炭產(chǎn)業(yè)升級(jí)具有重大意義。

1 美國煤炭資源高效回收概況

1.1 資源概況

美國煤炭資源豐富且分布廣泛。美國1800 m以淺的煤炭資源總量約為3.34萬億t，截至2014年底，煤炭儲(chǔ)量(DRB)為4340億t，估計(jì)可采儲(chǔ)量為2321億t，生產(chǎn)礦井可采儲(chǔ)量為176億t。全美50個(gè)州中有38個(gè)州賦存煤炭，含煤面積占國土面積的13%。

美國煤層整體開采條件優(yōu)越。西部煤田煤層厚、埋藏淺、儲(chǔ)量大、傾角小、礦建投資和開采成本低；中部伊利諾伊盆地煤層結(jié)構(gòu)簡單，分布廣且穩(wěn)定，埋藏深度在100～300 m之間，煤質(zhì)較好；東部阿巴拉契亞煤田賦存穩(wěn)定，絕大多數(shù)是水平和近水平煤層，埋藏淺，礦井平均開采深度為90 m左右。

1.2 高效回收概況

1.2.1 資源回收率高，露天礦貢獻(xiàn)大

美國煤礦的總體資源回收水平較高。2014年，美國煤炭資源平均回收率為79.04%，其中，露天礦為90%以上，井工礦為61.52%?？傮w回收水平較高的原因包括：第一，露天礦開采比重大，資源回收率高。2014年，美國共有生產(chǎn)煤礦985座，其中，露天礦613座，煤炭產(chǎn)量占64.4%。第二，大型井工礦資源回收水平也較高。年產(chǎn)百萬噸以上的井工礦資源回收率約為64%，小煤礦得益于其優(yōu)越的開采條件，煤炭資源回收率也不低。第三，美國計(jì)算經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量時(shí)考慮因素較多，經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量占資源量的比例較小(美國的經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量=原始煤炭資源量-由于環(huán)境、社區(qū)、土地、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素造成的不可開發(fā)資源量-已采出部分損失量-已采出部分洗選過程中損失量)。據(jù)2009年美國地質(zhì)調(diào)查局評(píng)估，美國經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量約占原始煤炭資源量的4%～22%。煤礦的資源回收率為采出的煤量與經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量之比，由于經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量占總資源量比重較低，導(dǎo)致煤炭資源回收率相應(yīng)就高2014年美國不同規(guī)模井工礦和露天礦的回收率見表1。

表1 2014年美國不同規(guī)模井工礦和露天礦的回收率

1.2.2 機(jī)械化程度高，用工人數(shù)持續(xù)減少，生產(chǎn)效率持續(xù)提高

美國煤炭綜合機(jī)械化程度在20世紀(jì)90年代后就已經(jīng)接近100%，從業(yè)人員也從20世紀(jì)20年代最高峰的86萬人下降至12萬人左右，隨之生產(chǎn)效率成倍提高。1949年人均產(chǎn)量僅為0.69 t/h，到2000年達(dá)到歷史最高水平，為6.34 t/h，2014年人均產(chǎn)量為5.41 t/h，按每天工作8 h計(jì)算，原煤生產(chǎn)人員效率為43 t/工。露天礦的生產(chǎn)效率是井工礦的3倍，如圖1所示。

圖1 露天礦和井工礦生產(chǎn)效率

1.2.3 井工礦以長壁式和連續(xù)采煤機(jī)房柱式為主，長壁綜采多為一井一面

目前，美國井工開采主要采用連續(xù)采煤機(jī)房柱式和長壁綜采兩種開采方法。20世紀(jì)80年代中期以后，綜采技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)從增加工作面數(shù)量轉(zhuǎn)變?yōu)樘岣吖ぷ髅鎲萎a(chǎn)和效率，盡管工作面數(shù)量不斷減少，但是總產(chǎn)量比重不斷增加，單面平均產(chǎn)量也逐步提高。2014年，在美國345個(gè)井工煤礦中，有42個(gè)礦井裝備長壁綜采工作面，其中37個(gè)煤礦是一井一面，5個(gè)煤礦有兩個(gè)工作面，共計(jì)47個(gè)長壁工作面。2014年美國的長壁工作面產(chǎn)量為2.07億t，占其總產(chǎn)量的23%。

1.2.4 產(chǎn)業(yè)集中度高

2014年，以博地能源、阿奇煤炭、云峰能源和阿爾法自然資源為代表的前四大煤炭企業(yè)生產(chǎn)的商品煤總量占美國總產(chǎn)量的50.4%，前十大煤炭企業(yè)總產(chǎn)量占美國總產(chǎn)量的74.5%。

2 澳大利亞煤炭資源高效回收概況

2.1 資源概況

澳大利亞煤炭資源豐富，2015年，澳大利亞已探明黑煤儲(chǔ)量為760億t，占世界探明儲(chǔ)量的8.6%；褐煤探明儲(chǔ)量為490億t，約占世界探明儲(chǔ)量的19%。澳大利亞擁有21個(gè)主要的黑煤盆地和5個(gè)褐煤盆地，煤炭資源賦存淺，且以近水平煤層為主。露天礦開采深度一般為60～80 m，井工礦開采深度平均為250 m，傾角一般不超過10°，中厚煤層居多，瓦斯含量不高，適合房柱和長壁開采。

2.2 高效回收概況

2.2.1 井工礦以長壁式開采為主，單井產(chǎn)量迅速提升

澳大利亞井工礦在開采工藝上發(fā)生了很大變化，1981年房柱式產(chǎn)量占全部井工礦的98%，長壁僅占2%，到1992年，房柱式占45%，長壁提高到55%。2015年，32個(gè)正在生產(chǎn)的井工礦中，有25個(gè)長壁開采的礦井，共生產(chǎn)原煤1.18億t，占井工礦產(chǎn)量的90%。澳大利亞長壁工作面開采深度一般在200～400 m，最深約600 m，所采煤層厚度一般在2～3 m，最厚約7 m。

2.2.2 煤礦規(guī)模以大型化為主，平均規(guī)模世界第一

2.2.3 煤礦生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)水平世界領(lǐng)先

2013-2014年間，澳大利亞平均煤炭生產(chǎn)效率每人每小時(shí)生產(chǎn)5.88t原煤，按每天工作8小時(shí)計(jì)算，原煤生產(chǎn)人員效率為47 t/工。澳大利亞煤礦生產(chǎn)安全狀況良好，2014-2015年間，百萬噸死亡率是0.005，是世界最好水平。

2.2.4 產(chǎn)業(yè)集中度高

2015年，以嘉能可斯特拉塔、必和必拓、日本三菱公司、博地能源為代表的4家企業(yè)生產(chǎn)的商品煤總量占澳大利亞商品煤總產(chǎn)量的48.7%，澳大利亞前十大煤炭企業(yè)的產(chǎn)量占74.5%。澳大利亞前四家的煤炭產(chǎn)量占總產(chǎn)量最高值是2010年的57.5%。澳大利亞煤炭工業(yè)呈多頭壟斷格局，必和必拓、嘉能可、英美資源、力拓和MIM這5家公司控制了澳大利亞超過70%的煤礦。

3 美澳高效回收的總體特征

3.1 煤層埋藏較淺，開采條件簡單

美國、澳大利亞煤炭開發(fā)的主要原則之一是先開發(fā)優(yōu)勢資源，目前所采資源賦存條件均比較簡單。美國煤礦經(jīng)濟(jì)可采儲(chǔ)量平均只占資源量的12%左右，煤層賦存穩(wěn)定，多為傾角在6°以下的水平和近水平煤層。澳大利亞露天礦開采深度一般為60～80 m，井工礦開采深度平均為250 m，傾角一般不超過10°，中厚煤層居多，瓦斯含量不高。

但是，根據(jù)海關(guān)總署數(shù)據(jù)，2017年，中國累計(jì)出口白酒數(shù)量1.66萬千升，累計(jì)出口總額4.7億美元。中國白酒在國際烈酒市場中僅占0.76%?？傮w來看，我國白酒國際化仍處于初始階段，相比國外烈酒在我國的普及和接受程度，我國白酒真正融入全球烈酒市場、占據(jù)一席之地仍舊顯得“長路漫漫”。究其原因，主要是由于以下三點(diǎn)障礙。

3.2 以露天開采為主，礦井集約化程度高

美國、澳大利亞資源回收率和生產(chǎn)效率高的主要原因之一是以露天礦開采為主，其產(chǎn)量比重分別占64%和78%。美國、澳大利亞產(chǎn)量最高的前10個(gè)礦都是露天礦。2014年美國露天礦生產(chǎn)效率約是井工礦的3倍，露天礦資源回收率比井工礦高將近30個(gè)百分點(diǎn)。另外，美澳礦井生產(chǎn)集約化程度高，布置簡單，長壁綜采礦井多數(shù)為一礦一面。

3.3 采用機(jī)械化開采，生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)水平高

美國、澳大利亞已實(shí)現(xiàn)從普通機(jī)械化生產(chǎn)向高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的過渡。煤礦裝備向重型化、自動(dòng)化和信息化方向發(fā)展，用人少，生產(chǎn)效率高。第一，生產(chǎn)配套設(shè)備功率大，可靠性高。目前，美國、澳大利亞等國家大型綜采工作面已全部使用電牽引采煤機(jī)，采煤機(jī)總裝機(jī)功率達(dá)2000 kW以上；重型刮板輸送機(jī)中部槽寬度達(dá)到112 cm，運(yùn)輸能力最高達(dá)到6000 t/h；支架多采用電液控制系統(tǒng)，單架最寬達(dá)到210 cm，工作阻力達(dá)12 MN，移架速度達(dá)到8s/架。第二，井工礦工作面參數(shù)不斷增加。目前，美國工作面長度最高可以達(dá)到503 m，走向推進(jìn)長度可以達(dá)到6858 m，為精良可靠的設(shè)備提供了良好的發(fā)揮空間，開機(jī)率高，搬家倒面次數(shù)少，極大提高生產(chǎn)效率。第三，生產(chǎn)組織簡單，用人少。美澳煤礦管理層級(jí)和人員少；地面設(shè)施和工業(yè)廣場簡單實(shí)用，一般無生活廣場，工人居住在附近城鎮(zhèn)；煤礦輔助性工作一般由社會(huì)化服務(wù)提供。

3.4 煤炭生產(chǎn)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高

美國、澳大利亞煤炭工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的幾次調(diào)整對(duì)煤炭行業(yè)整體生產(chǎn)效率的提升起到積極的促進(jìn)作用，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，煤礦數(shù)量迅速減少，礦井規(guī)模不斷加大。美國1923年生產(chǎn)煤礦數(shù)量為9331個(gè)，產(chǎn)量僅為5.12億t，而到2014年僅有985個(gè)生產(chǎn)煤礦，比1923年減少了8346個(gè)，產(chǎn)量卻提高了將近1倍。2000年，美國煤炭產(chǎn)量最大的10個(gè)煤礦的煤炭產(chǎn)量約占美國總產(chǎn)量的29%，2014年這一比例提高到38.6%。第二，產(chǎn)業(yè)集中度不斷提高。美國、澳大利亞前四大煤炭企業(yè)控制著50%左右的煤炭產(chǎn)量。產(chǎn)業(yè)集中度高，以經(jīng)營規(guī)模大、經(jīng)濟(jì)實(shí)力強(qiáng)和科技含量高的大型企業(yè)為主，市場資源得到合理配置和利用，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)得以大規(guī)模使用，煤炭資源得以安全、高效地開發(fā)。

3.5 礦山環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)具體，在環(huán)境保護(hù)方面監(jiān)督嚴(yán)格

美國和澳大利亞不但有完善的法律法規(guī)，最主要的是其科學(xué)有效的監(jiān)管體系，實(shí)施嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜^程管理制度，從采前準(zhǔn)備、過程管理到末端的監(jiān)測三個(gè)方面約束煤炭企業(yè)按照規(guī)定保護(hù)環(huán)境。

美國的采前準(zhǔn)備主要是：要求提交采礦計(jì)劃和環(huán)境影響報(bào)告書，審查和取得民眾同意后，才有權(quán)利獲得許可證；復(fù)墾保證金制度，一般每公頃土地1500～4000美元不等，分三階段驗(yàn)收，經(jīng)驗(yàn)收合格，可得到余下15%的復(fù)墾保證金。過程管理主要包括：復(fù)墾基金制度，露天礦每噸交納35美分，井工礦每噸交納15美分或按煤炭售價(jià)的10%交納，按季度上交；設(shè)置專門的機(jī)構(gòu)和專門的環(huán)境監(jiān)督檢查員；公眾參與監(jiān)督和評(píng)價(jià)，末端監(jiān)測主要是嚴(yán)格的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，開采結(jié)束后經(jīng)過驗(yàn)收還要觀察5～10年，確認(rèn)復(fù)墾達(dá)標(biāo)后才返還保證金。

澳大利亞煤炭企業(yè)必須在每年規(guī)定的時(shí)間向主管部門提交年度環(huán)境執(zhí)行報(bào)告書；旅行獎(jiǎng)懲機(jī)制，復(fù)墾工作做得最好的企業(yè)只需繳納25%的復(fù)墾保證金，而其他企業(yè)須繳納100%，如發(fā)現(xiàn)礦山環(huán)境未治理好，口頭要求整改，如問題嚴(yán)重可向上級(jí)反映，勒令礦業(yè)公司停止工作，并可罰款、收回礦權(quán)。

4 借鑒與啟示

4.1 加強(qiáng)資源評(píng)估，選擇優(yōu)勢資源布局煤礦

美國和澳大利亞所采煤炭資源條件較好，傾角為6°左右，美國井工礦埋深平均為150 m，澳大利亞平均為250 m，美國露天礦埋深平均為40 m，澳大利亞平均為70 m，而我國井工礦埋深平均在500 m左右，露天礦埋深平均在100 m以上。另外，美國部分優(yōu)質(zhì)無煙煤資源，并未進(jìn)行商業(yè)化開發(fā)，而是作為戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源得以保護(hù)。因此，我國應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煤炭資源埋深、傾角、構(gòu)造、煤質(zhì)、運(yùn)距等多因素條件的綜合評(píng)估，新建煤礦應(yīng)選擇優(yōu)勢綠色資源布局，在產(chǎn)能過剩的背景下，應(yīng)主動(dòng)退出或者關(guān)閉一批開采條件差、經(jīng)濟(jì)效益差的煤礦，從根本上提高煤炭高效回收的條件和水平。采深、傾角過大、構(gòu)造較復(fù)雜以及優(yōu)質(zhì)稀缺資源，可以作為未來戰(zhàn)略儲(chǔ)備資源。

4.2 采用先進(jìn)技術(shù)，提高效率和機(jī)械化水平

美國、澳大利亞煤礦機(jī)械化水平基本全部達(dá)到100%，其原煤生產(chǎn)效率均超過了40 t/工，是中國目前平均水平的10倍以上。因此，對(duì)于新建和規(guī)劃煤礦，在選擇優(yōu)勢資源的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推廣先進(jìn)適用技術(shù)裝備，優(yōu)化開拓部署，簡化生產(chǎn)系統(tǒng)，減少工作面?zhèn)€數(shù)，提高生產(chǎn)效率；對(duì)于生產(chǎn)煤礦，積極推進(jìn)技術(shù)改造，提升機(jī)械化和集約化水平。

4.3 因地制宜分析，優(yōu)先建設(shè)露天煤礦

2014年美國露天礦產(chǎn)量比例約為64%，澳大利亞露天礦產(chǎn)量比例約為78%，而我國露天礦產(chǎn)量比例僅約為15%。由于露天礦具有成本低、安全性高、回收率高等優(yōu)點(diǎn)，新疆、內(nèi)蒙古等地區(qū)資源、環(huán)境等條件適宜時(shí)，應(yīng)優(yōu)先建設(shè)露天礦，提高高效回收水平。

4.4 推進(jìn)資源整合，建設(shè)行業(yè)龍頭企業(yè)

與澳大利亞和美國相比，我國的煤炭產(chǎn)業(yè)集中度水平依然處于較低水平，近10年來，中國前四大煤炭企業(yè)產(chǎn)量占比年增長率以不到5%的速度提升。美國前四大煤炭企業(yè)產(chǎn)量占全國的50%，前十大煤炭企業(yè)占75%；澳大利亞前四大煤炭企業(yè)占49%，前十大煤炭企業(yè)占75%；中國前四大煤炭企業(yè)占25%，前十大煤炭企業(yè)占44%。

我國煤炭行業(yè)應(yīng)結(jié)合供給側(cè)改革機(jī)遇，加快整合步伐，減少煤炭企業(yè)數(shù)量。按照市場原則，以資產(chǎn)為紐帶開展重組，形成幾個(gè)億噸級(jí)大能源集團(tuán)，進(jìn)一步提高產(chǎn)業(yè)集中度。

4.5 細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)劃，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)

美國出臺(tái)相關(guān)法律有《露天采礦管理與復(fù)墾法》、《國家環(huán)境政策法》、《環(huán)境責(zé)任法》等，澳大利亞出臺(tái)相關(guān)法律有《礦山環(huán)境管理規(guī)范》等，對(duì)礦山生態(tài)環(huán)境相關(guān)內(nèi)容均有單獨(dú)約定，且有明確的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可操作性強(qiáng)。

我國雖有《礦產(chǎn)資源法》、《礦山生態(tài)環(huán)境保護(hù)與污染防治技術(shù)政策》、《土地復(fù)墾條例》、《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》等，但多以條例或政策的形式約定，在《環(huán)境法》等基本法中相關(guān)條文較為分散，約束性不夠強(qiáng)，且其中的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不夠明確，操作性不強(qiáng)。

另外，政府及企業(yè)在開采前、開采過程中及開采后都要制定環(huán)境保護(hù)與治理規(guī)劃，結(jié)合資源的全壽命周期，統(tǒng)籌考慮環(huán)境保護(hù)問題。

[1] EIA.Annual Coal Report 2014[R]. 2016

[2] James A. Luppens, Timothy J, et al. Coal Resource Availability, Recoverability and Economic Evaluations in the United States[R]. U.S. Geological Survey Professional Paper 1625-F, 2009

[3] 《當(dāng)代世界煤炭工業(yè)》課題組. 當(dāng)代世界煤炭工業(yè)發(fā)展趨勢[J].中國煤炭，2011(3)

[4] 羅淦,鐘師，車勤健. 中美兩國煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的比較分析[J].中國煤炭，2010(11)

(責(zé)任編輯 張 夢)

Research on high recovery efficient of coal resource in USA and Australia

Teng Xiaoyun, Li Ruifeng, Ren Yanghui, Nie Ligong, Chi Dongxun

(Shenhua Science and Technology Research Institute Co.Ltd., Changping, Beijing 102211, China)

The authors analyzed factors that presenting high recovery efficient level of coal resource, such as resource endowment, resource recovery rate, productivity, level of mechanization, mining technology, proportion of open pit mine, the death rate per million tons (DRPMT) and so on, and summarized general characteristics of increasing the level of coal resource recovery efficiency and recovery rate in USA and Australia, which provided references to accelerate China's high recovery efficient of coal resource.

high recovery efficient, coal resource, recovery rate, productivity, DRPMT, USA, Australia

滕霄云，李瑞峰，任仰輝等.美澳煤炭資源高效回收研究[J].中國煤炭，2017，43(2):123-126. Teng Xiaoyun, Li Ruifeng, Ren Yanghui, et al.Research on high recovery efficient of coal resource in USA and Australia[J]. China Coal，2017，43(2):123-126.

TD-9

A

滕霄云(1980- )，女，遼寧人，工程師，戰(zhàn)略項(xiàng)目策劃專業(yè)碩士，現(xiàn)任職神華科學(xué)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，主要研究國際能源政策與法規(guī)，能源經(jīng)濟(jì)。