對新時代中國煤炭資源勘查工作發(fā)展思路的探討

侯慎健，王 佟，張 博，左明星，江 濤，馬國東

（1.中國煤炭地質(zhì)總局，北京100038；2.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）管理學(xué)院，北京100083；3.中國煤炭地質(zhì)總局第一勘探局，河北邯鄲056004）

0 引 言

中國能源結(jié)構(gòu)總體為“富煤、貧油、少氣”。能源資源稟賦和當前經(jīng)濟發(fā)展階段，決定了未來相當長時期內(nèi)煤炭仍將是中國的主體能源和重要工業(yè)原料［1-3］。雖然近幾年煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比例有所下降，但短期內(nèi)煤炭消費總量仍將保持在60%以上。中國煤炭資源較為豐富，資源潛力巨大，同時，煤炭資源生產(chǎn)開發(fā)規(guī)模也位居世界第一。中國東部地區(qū)特別是太行山以東諸煤田，經(jīng)過50多年的開發(fā)，淺部資源條件簡單煤質(zhì)優(yōu)良的山西組煤炭資源，經(jīng)多年高強度開發(fā)，資源也所剩無幾［4］，逐步轉(zhuǎn)為開發(fā)深部條件復(fù)雜的資源，面臨危機礦山局面，即便是西部的晉陜蒙寧甘和新疆北疆地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單、煤層厚、埋深淺，但區(qū)域內(nèi)水資源極度短缺，生態(tài)環(huán)境脆弱，煤炭資源勘查開發(fā)程度較低［5］。2015年，全國煤炭產(chǎn)量完成37.5億 t，2016年為 33.6億 t，2017年為 34.5億t，預(yù)計2020～2030年間中國煤炭需求將可能達到峰值，保持在45億t左右。目前中國可采煤炭資源儲量約1 500億t左右，按照年35億t的產(chǎn)能估算，已有儲量僅供開采40 a左右。如果考慮中國回采率的實際情況，綠色開發(fā)對開采條件、生態(tài)環(huán)境條件、水資源條件、安全和技術(shù)條件、區(qū)域社會經(jīng)濟條件等要求更高［6］，可采年限可能更低。基于中國煤炭資源賦存特征以及探明資源的構(gòu)成，分析了煤炭資源接續(xù)潛力和保障能力，認為中國煤炭資源勘探程度較低，優(yōu)質(zhì)綠色煤炭資源分布范圍和儲量小，據(jù)此對今后中國煤炭資源勘查工作的布局與任務(wù)進行討論。

1 煤炭資源特點與資源保障能力分析

1. 1 煤炭資源分布特征概述

中國煤炭資源分布極不均衡。從地理分布來看，中國含煤盆地和煤炭資源受“兩橫”“兩縱”呈“井”字形展布的構(gòu)造帶，即東西向展布的天山-陰山構(gòu)造帶、昆侖-秦嶺-大別山構(gòu)造帶和南北向展布的大興安嶺-太行山-雪峰山構(gòu)造帶、賀蘭山-六盤山-龍門山構(gòu)造帶控制。“井”字形［7-10］的區(qū)劃格局將全國劃分為三大地帶（東中西）和9大區(qū)，煤炭資源呈“九宮”分布［11-12］（圖1）。全國探獲煤炭資源總量約5.82萬億t，保有資源量9 455.89億t.按照“九宮”分布格局，東北區(qū)保有資源總量為325.08億 t，預(yù)測資源量為324.53億t；黃淮海區(qū)保有資源總量為1 604.76億t，預(yù)測資源量為2 045.52億t；東南區(qū)保有資源總量為103.29億t，預(yù)測資源量為214.77億t；蒙東區(qū)保有資源總量為3 146.47億t，預(yù)測資源量為1272.11億 t；晉陜蒙寧區(qū)保有資源總量為10 620.24億t，預(yù)測資源量為135 248.15億t；西南區(qū)保有資源總量為1 116 074億t，預(yù)測資源量為2 697.32億t；北疆區(qū)保有資源總量為2 097.85億t，預(yù)測資源量為15 857.84億t；南疆-甘青區(qū)保有資源總量為419.53億t，預(yù)測資源量為2 825.28億t；西藏保有資源總量為21.94億t，預(yù)測資源量為39.34億t.晉陜蒙寧區(qū)和新疆的北疆區(qū)是中國煤炭資源主要分布區(qū)。

1. 2 煤炭資源勘查情況

從資源勘查程度的地區(qū)分布來看，中國淺部煤炭資源勘查程度總體表現(xiàn)為東高西低、北高南低的特征，東部以東北和黃淮海2個分區(qū)的勘查程度較高，中部以蒙東和晉陜蒙（西）寧2個分區(qū)的勘查程度較高，西部以甘肅、南疆和川西地區(qū)的勘查程度較高。按照“九宮”分布格局，東北區(qū)資源探明程度為57%；黃淮海區(qū)資源探明程度為50%；東南區(qū)資源探明程度為42%；蒙東區(qū)資源探明程度為72%；晉陜蒙寧區(qū)資源探明程度為45%；西南區(qū)資源探明程度為31%；北疆區(qū)資源探明程度為12%；南疆—甘青區(qū)資源探明程度為14%；西藏資源探明程度為43%.

圖1 中國煤炭地質(zhì)“井”字型分區(qū)示意Fig.1 Schematic diagram of China’s coal resources octothorpe-shaped distribution characteristics

中部保有資源量主要分布在晉陜蒙（西）寧區(qū)，開發(fā)條件較好，后備資源比較充足。西南區(qū)煤炭資源也比較豐富，大部分分布在貴州省，其次為云南省，尚未利用資源儲量勘探程度適中。西部煤炭資源分布集中，蘊藏資源量巨大，絕大部分分布于新疆，但勘查程度普遍偏低，新疆北疆地區(qū)目前探明率僅12%，尚有近1.6億t資源未勘探。結(jié)合各省剩余煤炭資源量分布情況，可以得出如下結(jié)論：山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆4省區(qū)因煤炭資源高度集中，且剩余資源量占絕對優(yōu)勢，是未來煤炭資源勘探開發(fā)主力區(qū)域。大興安嶺-太行-雪峰山以東，即處于東北區(qū)、黃淮海區(qū)、東南區(qū)的相關(guān)省份，除河南、河北、山東、安徽4省區(qū)還有少量資源分布外，其他省份煤炭資源面臨枯竭。

1. 3 煤炭資源／儲量分布情況

按照勘查程度差異，煤炭資源狀況可以進一步劃分為儲量和基礎(chǔ)儲量進行分析，中國煤炭資源的基礎(chǔ)儲量約為2 731.92億 t，其中儲量為1 487.97億 t，約占全國保有煤炭資源總量的7.6%.按照“九宮”分布格局，中部地區(qū)的資源/儲量相對高，分別貢獻全國資源儲量和基礎(chǔ)儲量的78.2%和73.5%.東部地區(qū)資源儲量為230.05億t，占全國資源儲量的15.5%，基礎(chǔ)儲量為502.67億t，占全國資源基礎(chǔ)儲量的18.4%.晉陜蒙（西）寧區(qū)的資源儲量和基礎(chǔ)儲量最多，分別高達829.91億t和1 469.00億t，其次為西南區(qū)、黃淮海區(qū)和蒙東區(qū)，而東北區(qū)和東南區(qū)的儲量僅為29.43億t和27.19億t.從資源儲量構(gòu)成來看，晉陜蒙（西）寧區(qū)占全國的56.0%，其次為西南區(qū)，占全國的15.0%，黃淮海區(qū)占12.0%，蒙東區(qū)占8.0%左右，南疆、甘青區(qū)占3.0%以及北疆區(qū)占2.0%左右。山西省的煤炭資源探明率高，儲量位居全國第一，占全國總量的38.0%，其次為內(nèi)蒙古占全國總量的15.0%，貴州省占全國總量的8.5%，陜西省占全國總量的8.5%.東部地區(qū)河南、安徽、山東均不超過百億t的資源儲量，其余省份的資源儲量更低。東南省份資源儲量甚至普遍不足5億t，能夠經(jīng)濟可采的煤炭資源幾乎殆盡。

1. 4 煤炭資源接續(xù)潛力與資源保障能力分析

中國煤炭資源的開發(fā)前景，主要取決于構(gòu)造對煤炭資源賦存條件的控制［13］，中國煤炭資源開采條件北方基本中等而南方復(fù)雜［14］。因此，不但現(xiàn)在即便是將來中國煤炭開發(fā)的重心仍然在北方。從預(yù)測資源來看，中國2 000 m以淺的預(yù)測資源量為38 800億t，其中1 000 m以淺預(yù)測資源量為14 380億 t，1 000～2 000 m預(yù)測資源量為24 424億t.按照“九宮”分布格局，1 000 m以淺的預(yù)測資源主要分布在北疆區(qū)以及晉陜蒙（西）寧區(qū)，其中北疆區(qū)占1 000 m以淺的預(yù)測資源總量的60.3%，晉陜蒙（西）寧區(qū)占1 000 m以淺預(yù)測資源總量的14.9%，其次為西南區(qū)和蒙東區(qū)。新疆地區(qū)1 000 m以淺的預(yù)測資源將是未來勘查的重點方向，與之相比的是，東部地區(qū)預(yù)測資源量占全國的比重非常有限，且主要賦存于1 000 m以深。東北各省、安徽、河北和河南等省預(yù)測資源一般埋藏較深，分布零星，構(gòu)造復(fù)雜，資源條件較好的區(qū)塊很少，找煤前景不樂觀，深部找煤將是重點。

中國較多地區(qū)的煤礦開采受到了生態(tài)環(huán)境和開采條件等因素的制約。晉陜蒙（西）寧區(qū)和蒙東區(qū)煤炭開發(fā)受水資源及生態(tài)環(huán)境承載能力的約束問題已經(jīng)顯現(xiàn)；山西的生態(tài)環(huán)境制約已經(jīng)很突出，地表塌陷，水資源流失等災(zāi)害嚴重；蒙東地區(qū)煤炭資源埋藏淺，多為巨厚的褐煤，露天開發(fā)對草原生態(tài)環(huán)境破壞嚴重；西南區(qū)資源潛力較大，但區(qū)域開發(fā)條件較差，如礦區(qū)瓦斯含量高，安全和技術(shù)條件約束突出；北疆煤炭資源豐富，開發(fā)條件優(yōu)越，目前主要受新疆能源輸送通道制約；青海的高原生態(tài)脆弱，不宜擴大開發(fā)規(guī)模；東北區(qū)和東南區(qū)資源接續(xù)乏力，將陸續(xù)退出煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域；黃淮海區(qū)可供新井建設(shè)資源有限，且部分礦區(qū)已經(jīng)開采深部資源，煤炭生產(chǎn)規(guī)模也將大幅度衰減。

綜上所述，預(yù)計在幾年后，中國除中部晉陜蒙寧地區(qū)外，新疆北疆地區(qū)將是中國煤炭開采又一個特大型生產(chǎn)基地。

2 今后需要重點統(tǒng)籌的問題

2.1 綠色煤炭資源評價和深部煤炭資源勘查

此前的煤炭地質(zhì)勘查工作主要是對資源賦存地質(zhì)條件和資源量為主的勘查與評價工作，而對煤炭開發(fā)與能否安全高效開采、生態(tài)環(huán)境友好，清潔高效利用以及經(jīng)濟競爭力等方面問題的研究較少。今后，煤炭資源勘查既要研究資源本身的質(zhì)量等地質(zhì)條件，更要研究煤炭開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響與擾動、水資源保護和有效利用、生態(tài)環(huán)境修復(fù)以及煤中有害元素與環(huán)境的關(guān)系等。也就是勘查綠色煤炭資源并評價資源量，提出適宜當前技術(shù)條件下能夠綠色開發(fā)的資源。開發(fā)綠色煤炭資源也是減少目前煤炭開發(fā)應(yīng)用中許多負面影響的主要路徑，據(jù)王佟等（2017）初步評價中國的綠色煤炭資源為9 733.65億t.綠色煤炭資源勘查與評價是今后煤炭地質(zhì)勘查的主要研究方向，包括煤田構(gòu)造樣式［15-16］識別、綠色煤炭資源評價、開發(fā)方式與環(huán)境保護、煤炭資源與水資源的配置及結(jié)合不同的煤種煤質(zhì)特點和適用性，精準分級分質(zhì)利用以及開發(fā)利用模式等方面。煤炭資源勘查工作的研究重點也應(yīng)著力加強對制約煤炭資源科學(xué)利用與環(huán)境約束因素的研究，加大煤炭資源綠色開發(fā)地質(zhì)條件與綠色煤炭資源勘查工作。

近些年中國對煤炭地質(zhì)勘查的投入不足，國家應(yīng)該從能源戰(zhàn)略高度審視煤炭資源勘查工作。建議今后首先是加強對中西部地區(qū)資源地質(zhì)條件的精細勘查，特別是綠色資源勘查評價，部署專項支持提高西部地區(qū)煤炭資源精查、詳查比例，支持研究西部水資源及生態(tài)環(huán)境的保護技術(shù)研究，真正形成中國煤炭資源接替梯形結(jié)構(gòu)。

另外，深部煤炭資源的勘查也是未來中國煤炭資源接續(xù)利用的又一主要目標，要納入國家深地研究工作中統(tǒng)籌部署，不僅要研究1 000～2 000 m間的煤炭資源地質(zhì)條件，還要研究2 000 m以下的煤炭資源地質(zhì)條件。目前，即便是東部地區(qū)深部資源賦存條件的研究程度仍然低，探明可采儲量更低，今后一段時期內(nèi)，東部地區(qū)要重點研究復(fù)雜地質(zhì)條件下，巨厚新生界覆蓋的深部煤炭地質(zhì)條件相較淺部變化情況，找出規(guī)律性，特別是要注重深部瓦斯與地下水疊加地質(zhì)條件下的資源評價。其它地區(qū)對1 000 m以下的煤炭資源賦存地質(zhì)條件的研究更低，中國1 000 m以下資源各區(qū)分布情況不同，晉陜蒙（西）寧區(qū)預(yù)測資源量大，占中國的46.6%，北疆區(qū)總量占29.4%，北疆區(qū)以及晉陜蒙（西）寧區(qū)2 000 m以淺預(yù)測資源總量約戰(zhàn)全國的75.7%，其次為黃淮海區(qū)和西南區(qū)。這些地區(qū)是今后深部煤炭地質(zhì)勘查的重點區(qū)域。

2. 2 礦井隱蔽地質(zhì)災(zāi)害探測技術(shù)

煤礦隱蔽致災(zāi)因素很多，但主要是小構(gòu)造以及裂隙帶對煤層連續(xù)性的破壞、頂板冒落等工程地質(zhì)災(zāi)害；煤礦水害、瓦斯突出等。隱蔽致災(zāi)因素的精細探測對提高煤礦科學(xué)產(chǎn)能，實現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效和安全開采意義重大。三維地震勘探主要用于小構(gòu)造探測，提高了煤礦采區(qū)的勘探精度，極大地提高了煤礦瓦斯、水害和小構(gòu)造等隱蔽地質(zhì)致災(zāi)因素綜合探測的效率和精度。煤礦三維地震勘探數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)可視化解釋和反演技術(shù)，提高了地震技術(shù)解決小構(gòu)造的能力，在中國東部條件好的地區(qū)達到查明斷距≥3 m斷層的勘探精度，在條件較差的礦區(qū)達到查明斷距≥5 m斷層的勘探精度。復(fù)雜地區(qū)三維地震地質(zhì)成果準確率由原來的30%～50%提高到80%以上，可以查明落差大于5 m的斷層和直徑大于20 m的陷落柱，定量解釋厚度0.5 m以上煤層，較準確地圈定采空區(qū)、巖漿巖侵入體和煤層沖刷帶分布范圍。

在煤礦地下水害防治與水資源保護利用方面要研究限厚開采或充填開采控制導(dǎo)裂帶發(fā)育高度的“保水采煤”技術(shù)、煤炭高效開采在上覆巖層中產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律、裂隙帶對含（隔）水層穩(wěn)定性的影響、以及隔水層破壞而引起的生態(tài)潛水流場徑流方向及水位的改變，從而科學(xué)地揭示煤炭高效開采對生態(tài)潛水流場的擾動規(guī)律。在充分認識地下水地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，采用瞬變電磁等勘探技術(shù)對預(yù)測的富水帶實現(xiàn)超前探測，結(jié)合井下鉆探驗證和輸干排放能夠有效防治煤礦突水，并實現(xiàn)地下水資源化利用。

2. 3 煤炭與煤系共伴生礦產(chǎn)資源協(xié)同勘查與開發(fā)地質(zhì)技術(shù)

煤炭資源勘查階段在查明煤炭資源賦存特征等地質(zhì)條件的同時，兼顧與煤炭資源有緊密聯(lián)系的煤系其它能源礦產(chǎn)包括煤層氣、致密砂巖氣等非常規(guī)天然氣［17］，以及高嶺土、鋁土礦、“三稀”礦產(chǎn)等其他固體礦產(chǎn)的勘查與評價。中國煤田中已發(fā)現(xiàn)多處超大型伴生鋰礦［18］，其成因?qū)ρ芯烤勖汗诺乩憝h(huán)境特別是煤的綜合利用很有意義。

研究煤炭的潔凈利用技術(shù)，建立煤炭資源潔凈潛力評價體系。一方面加強研究煤炭與煤系其他資源分布特征、煤質(zhì)煤類特征、煤系共伴生礦產(chǎn)賦存特征和資源潛力等研究工作，分析煤中稀土元素的分布賦存特征，以期為實現(xiàn)煤系多礦產(chǎn)的綜合評價、協(xié)同勘查開發(fā)提供支撐。

另一方面，煤層氣（瓦斯）在煤礦開發(fā)階段如果不能提前抽采或抽放，在煤礦開發(fā)階段可能局部富集，形成煤礦瓦斯突出等災(zāi)害。對煤層氣等煤系氣資源重點是研究與煤炭資源的協(xié)同勘查與煤與煤層氣（瓦斯）共采技術(shù)，使煤與煤系氣資源協(xié)同勘查與開發(fā)具有現(xiàn)實可行性。既能有效減少了資源浪費，又能變煤礦開發(fā)致災(zāi)因素為資源優(yōu)勢，將極大的推進煤系多能源礦產(chǎn)安全綠色高效開發(fā)，改善中國的能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。

2. 4 地質(zhì)環(huán)境承載能力與環(huán)境治理及生態(tài)修復(fù)技術(shù)

煤礦開發(fā)對地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的擾動強度和環(huán)境效應(yīng)是不同的，地面沉降、水位下降等環(huán)境擾動對人居環(huán)境、生態(tài)環(huán)境及礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生嚴重甚至災(zāi)難性后果。環(huán)境地質(zhì)研究與環(huán)境治理已越來越引起人們的重視，煤礦區(qū)環(huán)境與生態(tài)地質(zhì)工作成為煤炭地質(zhì)勘查工作的一個主要階段，因此，加強環(huán)境與生態(tài)地質(zhì)技術(shù)研究，并緊密服務(wù)于工程治理，需要著力開展以下幾個方面的工作

1）環(huán)境承載力研究。由于煤礦區(qū)構(gòu)造環(huán)境的差異，將地下開采強度控制在該煤礦區(qū)地質(zhì)環(huán)境可承受的范圍內(nèi)，才能變“損害后治理”為“損害前防范”；

2）研究含水層與隔水層的特性、不同含水層的水力聯(lián)系、煤水關(guān)系，評價水資源。從煤田特殊的煤層-地下水空間組合關(guān)系出發(fā)，深入研究煤炭高效開采在上覆巖層中產(chǎn)生的導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育規(guī)律、裂隙帶對含（隔）水層穩(wěn)定性的影響、隔水層破壞而引起的生態(tài)潛水流場徑流方向及水位的改變，揭示煤炭開采對生態(tài)潛水流場的擾動規(guī)律，為合理制定環(huán)境修復(fù)與工程治理提供支撐；

3）煤礦開發(fā)過程中生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與工程治理技術(shù)，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測包括礦山開發(fā)占用土地、生態(tài)景觀破壞、土壤侵蝕、地表水污染、誘發(fā)崩塌、地面塌陷等。環(huán)境治理技術(shù)包括已有沉降與塌陷區(qū)修復(fù)治理與景觀再造、采礦過程關(guān)鍵層注漿加固、井下充填等技術(shù)。

3 結(jié) 論

1）煤炭資源開發(fā)程度表現(xiàn)為明顯的東部開發(fā)強度大，東部淺部的煤炭資源面臨枯竭，資源勘查與開發(fā)逐步轉(zhuǎn)向西部。而中西部地區(qū)相對于東部，不僅煤炭資源賦存條件好，而其勘查開發(fā)程度相對較低；

2）今后中國煤炭資源的保障僅靠東部地區(qū)的煤炭已經(jīng)不能保障中國的能源安全，下一步煤炭資源勘查工作從布局方面看，一方面要加大中東部深部資源的勘查，為未來資源持續(xù)接續(xù)提供資源保障；另一方面，勘查工作的重心需要有序向西部轉(zhuǎn)移。從這個意義講國家應(yīng)對西部資源勘查與開發(fā)給予一定重視與政策扶持；

3）勘查工作的研究重點也應(yīng)著力加強對制約煤炭資源科學(xué)利用與環(huán)境約束因素的研究，加大煤炭資源綠色開發(fā)地質(zhì)條件與綠色煤炭資源勘查工作，加強煤炭開發(fā)對環(huán)境的影響因素與環(huán)境修復(fù)治理地質(zhì)技術(shù)研究。只有這樣，煤炭能源才能持續(xù)為中國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出更大的貢獻。