2014年以來我國煤礦新增地下空間資源研究

王行軍，寧樹正，劉亞然，王福國

(1.中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040；2.中國煤炭地質(zhì)總局，北京 100038)

煤炭是我國主體能源，經(jīng)過長(zhǎng)期大規(guī)模的開采，許多煤礦煤炭資源趨于枯竭，或已經(jīng)枯竭關(guān)閉，或因政策性關(guān)閉，從而形成待轉(zhuǎn)型煤礦。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自20世紀(jì)90年代末至2014年期間，全國累計(jì)關(guān)閉煤礦約7萬處[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2014～2018年，全國共關(guān)閉煤礦井7 516處。

煤礦在建設(shè)和生產(chǎn)過程中必然會(huì)產(chǎn)生大量的空間，如井筒、井底車場(chǎng)、中央變電所、泵房、巷道與硐室及采空區(qū)等。采礦所產(chǎn)生的地下空間用途廣泛，主要用于礦山公園和礦山博物館、地下儲(chǔ)油庫、地下儲(chǔ)氣庫、地下醫(yī)院、地下實(shí)驗(yàn)室、地下水庫、地下抽水蓄能發(fā)電站、壓縮空氣蓄能發(fā)電站、地下小型核電站、地下車庫，井下農(nóng)業(yè)、存儲(chǔ)廢物、存儲(chǔ)環(huán)境有特殊要求的物品等方面[2-7]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2016年底，我國重點(diǎn)煤礦掘進(jìn)總進(jìn)尺約8 338 km[8-9]；井下除工作面回采巷道外，開拓巷道和準(zhǔn)備巷道支護(hù)條件好，較為穩(wěn)定，礦井關(guān)閉后，若直接封井必然會(huì)造成巨大的井下空間資源浪費(fèi)[10]。謝和平等研究表明，到2030年煤礦采區(qū)地下空間約為234.52億m3[5]。

本文對(duì)2014～2018年6月關(guān)閉煤礦井的地下空間資源進(jìn)行了估算，并對(duì)其空間分布進(jìn)行了分析研究。

1 2014～2018年6月全國關(guān)閉煤礦井概況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2005～2018年6月全國關(guān)閉煤礦井15 192處，2014～2018年6月全國關(guān)閉煤礦井7 516處，其中關(guān)閉煤礦井?dāng)?shù)前5位的省(區(qū)、市)分別為重慶市、湖南省、黑龍江省、貴州省、云南省，分別關(guān)閉了906處、766處、736處、642處、613處，分別占全國關(guān)閉煤礦井的11.58%、9.79%、9.41%、8.21%、7.84%，5省(區(qū)、市)關(guān)閉煤礦井約占全國關(guān)閉煤礦井的46.83%(圖1)。

圖1 2014～2018年6月關(guān)閉煤礦井?dāng)?shù)量統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistical chart of the number of closed coal mine from 2014 to the first half of 2018

2 煤礦可利用地下空間資源量及其空間分布

2.1 關(guān)閉煤礦井巷地下空間資源及其空間分布

據(jù)項(xiàng)目組不完全統(tǒng)計(jì)，“十二五”以來，我國關(guān)閉煤礦淘汰落后產(chǎn)能91 398萬t；2014～2018年6月，我國關(guān)閉煤礦淘汰落后產(chǎn)能87 112萬t；其中,四川省、貴州省、黑龍江省、山西省、重慶市、河南省、湖南省7省(區(qū)、市)，2014～2018年6月關(guān)閉煤礦淘汰落后產(chǎn)能超過5 000萬t，分別為9 401萬t、8 366萬t、6 566萬t、6 305萬t、6 211萬t、5 470萬t、5 027萬t，分別占全國關(guān)閉煤礦總規(guī)模的10.79%、9.60%、7.54%、7.24%、7.13%、6.28%、5.77%(圖2)，7省(區(qū)、市)關(guān)閉煤礦淘汰落后產(chǎn)能約占全國關(guān)閉煤礦總規(guī)模的54.35%。

中國通常劃分為七大地理區(qū)，分別華東地區(qū)、華南地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、西南地區(qū)、西北地區(qū)、東北地區(qū)。本次研究統(tǒng)計(jì)工作，只精確到省(區(qū)、市)，故將陜西省全部歸至西北地區(qū)統(tǒng)計(jì)、內(nèi)蒙古自治區(qū)全部統(tǒng)計(jì)到東北地區(qū)。

根據(jù)我國七大地理分區(qū)，對(duì)關(guān)閉煤礦淘汰產(chǎn)能進(jìn)行了分析統(tǒng)計(jì)。按地域，2014～2018年6月關(guān)閉煤礦淘汰產(chǎn)能依次為西南地區(qū)、東北地區(qū)、華東地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、西北地區(qū)、華南地區(qū)，淘汰產(chǎn)能分別為28 179萬t、13 905萬t、12 673萬t、11 904萬t、11 013萬t、8 177萬t、1 261萬t，分別約占全國關(guān)閉煤礦淘汰產(chǎn)能的32.35%、15.96%、14.55%、13.67%、12.64%、9.39%、1.45%(表1)。

井巷可利用地下空間體積=煤礦規(guī)?！撩旱V規(guī)模與其井巷可利用地下空間量的比例系數(shù)[5]。本次研究工作，煤礦規(guī)模與其井巷可利用地下空間量的比例系數(shù)為0.15。

根據(jù)謝和平等井巷可利用地下空間的計(jì)算公式[5]，2014～2018年6月關(guān)閉煤礦井巷可利用地下空間為13 066.80萬m3；其中關(guān)閉煤礦井巷可利用地下空間超過500萬m3的省(區(qū)、市)有四川省、 貴州省、黑龍江省、山西省、重慶市、河南省、湖南省、陜西省、云南省、河北省、山東省等11個(gè)，關(guān)閉煤礦井巷可利用地下空間分別為1 410.15萬m3、1 254.90萬m3、984.90萬m3、945.75萬m3、931.65萬m3、820.50萬m3、754.05萬m3、670.05萬m3、630.15萬m3、619.20萬m3、550.65萬m3(表1)。

圖2 2014～2018年6月各省煤炭產(chǎn)量圖Fig.2 Schematic diagram of coal production in each province from 2014 to the first half of 2018

表1 2014～2018年6月各省(區(qū)、市)關(guān)閉煤礦地下空間統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of underground space of closed coal mine from 2014 to the first half of 2018

項(xiàng)目組分地域?qū)﹃P(guān)閉煤礦井巷地下空間進(jìn)行了分析統(tǒng)計(jì)。按地域，關(guān)閉煤礦可利用井巷地下空間依次為西南地區(qū)、東北地區(qū)、華中地區(qū)、華東地區(qū)、華北地區(qū)、西北地區(qū)、華南地區(qū)，分別為4 226.85萬m3、2 085.75萬m3、1 900.95萬m3、1 785.60萬m3、1 651.95萬m3、1 226.55萬m3、189.15萬m3(表1)。

2.2 煤礦工作面采空區(qū)地下空間資源及其空間分布

據(jù)國家能源局官網(wǎng)公布的數(shù)據(jù)顯示，我國2014～2018年6月煤炭產(chǎn)量分別為38.90億t、37.13億t、33.64億t、34.45億t、16.11億t，共消費(fèi)煤炭160.23億t(表1)[11-14]；其中內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西省、陜西省的煤炭產(chǎn)量分別為405 618.4萬t、402 489.2萬t、241 026.4萬t(圖2)；三省(區(qū))煤炭產(chǎn)量約占全國煤炭產(chǎn)量的25.18%、24.99%、14.96%，三省(區(qū))煤炭產(chǎn)量約占全國煤炭產(chǎn)量的65.13%。

筆者分地區(qū)對(duì)2014～2018年6月各省(區(qū)、市)煤炭產(chǎn)量進(jìn)行了分析統(tǒng)計(jì)。按地域，2014～2018年6月煤炭產(chǎn)量依次為東北地區(qū)、華北地區(qū)、西北地區(qū)、華東地區(qū)、西南地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)，煤炭產(chǎn)量分別為464 169.6萬t、435 518.1萬t、366 294.9萬t、138 591.2萬t、131 325.4萬t、73 512.5萬t、1 508.0萬t。

煤礦工作面采空區(qū)地下空間計(jì)算公式為：V3=V×(1-η)/(1+K)[5]。地表下沉系數(shù)η采用0.70;膨脹系數(shù)K采用0.1;煤炭的密度為1.35 t/m3。

計(jì)算結(jié)果表明，2014～2018年6月我國因采煤新產(chǎn)生可利用地下空間為325 438.3萬m3，其中新產(chǎn)生的可利用地下空間超過1 000萬m3為內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西省、陜西省、貴州省、山東省、河南省等8個(gè)省(區(qū))，其可利用地下空間分別為81 943.11萬m3、81 310.95萬m3、48 692.20萬m3、15 330.81萬m3、14 155.84萬m3、12 415.70萬m3、11 422.16萬m3、11 323.66萬m3(表1)。

按地域，2014～2018年6月我國煤炭生產(chǎn)企業(yè)因采煤新產(chǎn)生采煤工作面可利用地下空間依次為華北地區(qū)、東北地區(qū)、西北地區(qū)、華東地區(qū)、西南地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)，新產(chǎn)生的工作面可利用地下空間分別為93 771.64萬m3、87 983.45萬m3、73 998.97萬m3、2 798.22萬m3、2 653.38萬m3、14 851.01萬m3、304.65萬m3，工作面可利用下空間較多的地區(qū)為東北地區(qū)、華北地區(qū)和西北地區(qū)(表1)。

按照謝和平等計(jì)算公式[5]進(jìn)行推算，2014～2018年6月采煤新產(chǎn)生可利用地下空間32.54億m3。

2.3 煤礦新增地下空間資源及其空間分布

2017～2030年煤炭產(chǎn)量按每年平均34億t估算，則14年合計(jì)采煤476億t，預(yù)計(jì)新生成采煤地下空間96.16億m3；到2030年我國將形成煤礦采空區(qū)地下空間約234.53億m3，煤礦井下空間資源巨大，開發(fā)利用前景廣闊[5]。

筆者統(tǒng)計(jì)了2014～2018年6月的全國主要產(chǎn)煤省份的關(guān)閉煤礦數(shù)量、去產(chǎn)能規(guī)模、煤炭產(chǎn)量，在大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，根據(jù)謝和平等的估算方法[5]，對(duì)我國近五年來去產(chǎn)能關(guān)閉煤礦井的井巷可利用地下空間和采煤新產(chǎn)生的工作面可利用地下空間進(jìn)行了估算。

估算結(jié)果表明，2014～2018年6月，我國新形成可利用地下空間為33.85億m3，其中關(guān)閉煤礦井井巷可利用地下空間為1.31億m3，因采煤形成的工作面可利用地下空間為32.54億m3(表1)。

2014～2018年6月，因煤礦山關(guān)閉和采煤新形成的可利用地下空間大于1億m3的省(區(qū))有8個(gè)，為山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、貴州省、新疆維吾爾自治區(qū)、山東省、河南省、安徽省，新形成的地下空間分別為8.23億m3、8.22億m3、4.94億m3、1.66億m3、1.44億m3、1.30億m3、1.21億m3、1.19億m3(表1)。

按地域，2014～2018年6月新形成可利用地下空間依次為東北地區(qū)、華北地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)、華東地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)，可利用地下空間分別為9.59億m3、8.96億m3、7.52億m3、3.08億m3、2.98億m3、1.68億m3、0.05億m3(表1、圖3)。

圖3 2014～2018年6月可利用地下空間統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 Statistical map of available underground space of closed coal mine from 2014 to the first half of 2018

3 結(jié) 論

1) 2014～2018年6月，我國煤礦新形成可利用地下空間資源為33.85億m3，其中關(guān)閉煤礦井井巷可利用地下空間資源為1.31億m3，因采煤形成的工作面可利用地下空間資源為32.54億m3。

2) 2014～2018年6月，因煤礦山關(guān)閉和采煤新形成的可利用地下空間資源較多的省(區(qū))有山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)、陜西省、貴州省、新疆維吾爾自治區(qū)、山東省、河南省、安徽省。

3) 按地域，2014～2018年6月煤礦新形成可利用地下空間資源依次為東北地區(qū)、華北地區(qū)、西北地區(qū)、西南地區(qū)、華東地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)，可利用地下空間分別為9.59億m3、8.96億m3、7.52億m3、3.08億m3、2.98億m3、1.68億m3、0.05億m3。