我国煤炭资源可持续发展的保障分析
时间：2021-12-22 来源：中国煤炭杂志官网 分享：★ 经济管理 ★
我国煤炭资源可持续发展的保障分析
煤炭是我国的主体能源，煤炭的主体地位在未来相当长的时间不会改变(谢克昌，2014)。近年来，煤炭在中国一次能源消费中的比例尽管有所下降，但仍然占一次能源供应的65%以上，有力地保障了我国国民经济和社会发展的需求。虽然我国煤炭资源相对丰富，但是，考虑资源禀赋条件、开采技术、开采环境等各种制约和限制因素(张宏，2008)，科学地进一步分析我国煤炭资源现状，并不容乐观。我国东部地区平均开发深度已超过了600 m，最大开发深度超过1500 m，可供建设新井的煤炭资源十分有限。西部煤炭资源占我国煤炭资源总量的60%以上，开发程度较低。我国煤炭资源的可持续开发利用其关键在于对中国西部煤炭资源的合理利用，科学分析我国煤炭资源的保障能力意义重大。
1 我国煤炭资源的赋存特点
1.1 煤炭资源的“井”字形分布格局
我国含煤盆地数量众多，研究发现，我国众多含煤盆地和煤炭资源呈“井”字形分布格局(彭苏萍，2012、2015)，即我国煤炭资源受东西向展布的天山-阴山构造带、昆仑-秦岭-大别山构造带和呈北北东向展布的大兴安岭-太行山-雪峰山构造带、贺兰山-六盘山-龙门山构造带控制。煤炭地质“井”字形分区示意图见图1。
图1 煤炭地质“井”字形分区示意图
根据上述“井”字形分布格局，我国煤炭资源分布可以大体划分为9个区：自东往西可以划分为东部区、中部区和西部区。东部区包含3个子区，分别是东北区、黄淮海区和东南区。东北区主要范围包括辽、吉、黑3省含煤区；黄淮海区主要范围包括京、津、冀、鲁、豫、苏北、皖北含煤区；东南区主要范围包括苏南、皖南、浙、赣、闽、湘、鄂、粤、桂、琼含煤区。中部区包含3个子区，分别是蒙东区、晋陕蒙(西)宁区和西南区。蒙东区主要范围在内蒙古东含煤区；晋陕蒙(西)宁区主要范围包括晋、陕、甘(陇东)、宁、内蒙古西含煤区；西南区主要范围包括云、贵、川东、渝含煤区。西部区包含3个子区，分别是北疆区、南疆-甘青区和西藏区。北疆区主要范围是天山以北的新疆含煤区；南疆-甘青区主要范围包括青、甘(河西走廊)、新疆南含煤区；西藏区主要范围包括西藏、滇西、川西含煤区。
值得指出的是，“井”字形的区划格局不仅很好地辨识了我国含煤盆地和煤炭资源的聚集和分布特征，又与区域自然环境特征以及地区经济发展水平紧密相关，并结合了我国的行政区划(田山岗，2006)。传统上，近南北走向的大兴安岭-太行山-雪峰山、贺兰山-龙门山和近东西走向的天山-阴山、昆仑山-秦岭-大别山正是我国地形、气候、生态环境和水资源的分界线。我国经济社会发展水平在“井”字形分带线两侧差异显著。东部经济社会发达，中部经济中等，西部经济欠发达；南部相对发达，北部相对滞后。我国煤炭资源分布的特点又恰好与我国经济社会发达程度呈逆相关，“西煤东运”、“北煤南运”便是煤炭资源区域分异现象与经济区域分异性的具体表现(彭苏萍，2014)。
1.2 煤炭资源赋存情况分析
我国保有煤炭资源量19455.34亿t，其中，已利用4060.37亿t(约占20.8%)，尚未利用资源量(或称剩余资源量)15415.52亿t(约占79.2%)。尚未利用资源量中，达到勘探(精查)级别的资源量为2593.68亿t(约占16.8%)，详查2971.93亿t，普查5111.64亿t，预查(找煤)4738.39亿t。按照煤炭资源“井”字形分布格局，煤炭资源主要集中在晋陕蒙(西)宁区、蒙东区和北疆区。(中国煤炭地质总局，2015)
从勘探资源量来看，中部地区为1990.00亿t，占全国尚未利用精查资源总量的76.7%，集中分布在内蒙古、陕西、山西、贵州和云南5省(区)；东部为235.72亿t，主要分布在安徽、河南、山东3省，占全国尚未利用精查资源总量的9.1%，东南区和东北区精查量较为接近，分别为34.54亿t和35.25亿t，合计占全国的2.6%；西部精查资源总量为367.87亿t，占全国总量的14.2%，主要分布于新疆地区。
全国保有资源量的76.5%分布在中部地区，其中晋陕蒙(西)宁区占全国的54.6%，其次为蒙东区占16.2%，北疆区和南疆、甘青区合占12.9%，黄淮海区占8.2%，西南区占5.7%。在东部地区中，黄淮海区、东北区的剩余资源量分别为1090.88亿t、171.40亿t。东南区由于资源本来赋存有限，目前保有量仅60亿t，仅占全国总量的0.5%。
2 我国煤炭资源开发前景分析
2.1 我国煤炭资源的勘查特点
我国煤炭资源保障能力取决于勘查保障能力，勘查程度的高低决定着我国煤炭资源的有效供给能力。目前，东部地区煤炭地质勘查程度高，同时开发强度大，浅部煤炭资源已经基本开发殆尽，勘查工作重点逐渐转向老矿区深部及外围、大型的推覆体或滑脱体之下，勘查、开发难度大。我国西部干旱、缺水，生态脆弱，虽然煤炭资源丰富，但受到环境、水资源和交通运输等条件的约束。西南云贵高原发育岩溶发育、高山峡谷纵横、植被高度覆盖，交通极为不便，煤炭资源调查和勘查工作难以开展，勘查程度相对比较低(王佟，2013)。
在“井”字形分区中，我国尚未利用资源量超过1000亿t的有蒙东、蒙西、陕北、北疆和山西；超过200亿t的有贵州、河南、河北、滇东和宁夏；其他如安徽、四川、黑龙江、甘肃、山东等省份仍分布有少部分的尚未利用资源量。兴蒙-太行-雪峰山以东处于东北区、黄淮海区、东南区的相关省份，除河南、河北、山东、安徽4省(区)还有少量资源分布外，其他省份煤炭资源面临枯竭。未来较长一段时期内，我国煤炭资源勘探前景区将主要集中于北疆区、晋陕蒙(西)宁区、蒙东区和西南区，南疆、甘青区和黄淮海区的勘查潜力有限。未来最优的勘查前景区是神东、云贵、晋中、陕北、北疆五大基地，其中新疆1000 m以浅潜在资源总量的比例高达60%以上，巨大的资源潜力是我国今后煤炭资源勘探与开发的主要接续地区，这也与国家加快煤炭工业向西转移的战略相契合。在勘探煤炭资源的同时，还应重视煤系气(包括煤层气、页岩气、致密砂岩气以及冻土地区天然气水合物)的勘查(王佟，2013)，实现与煤炭资源的协同开发。
2.2 我国煤炭资源的开发程度概况
煤炭资源开发程度的分析主要侧重于现阶段不同区块煤炭资源的利用程度，由此反映资源开发程度高低。开发程度的衡量既包括保有资源量中被生产矿井、在建矿井、拟建矿井占用但尚未被开采出来的保有已利用量，也包括已经开采出来的资源量，见表1。我国煤炭资源开发程度较高的地区主要集中于东部和中部，东部地区以冀、鲁、豫、皖、黑、辽为代表，中部地区以晋、陕、蒙、贵、滇东、川东为代表，而西部地区开发程度相对较低。山西是我国煤炭开采活动最为强烈的省份。
我国煤炭资源开发程度总体表现为东高西低的特征，开发程度由高到低依次为：东北区、黄淮海区、东南区、晋陕蒙(西)宁、西南区、蒙东区、北疆区、南疆-甘青区、西藏区。
在中国东部地区(如黄淮海区)城市、道路、村庄压煤十分严重，很多煤田下组煤含硫高，煤质较差，并受地下水威胁而难以开采。东部诸多矿井已经进入生命周期末期，开采深度、开采难度加大，安全隐患不断加大，同时生产能力大幅度下降。地处中国西北的新疆北疆煤田，潜在煤炭资源量约1.6万亿t，赋存数量巨大，但受水资源、运输距离等条件制约，目前尚难大规模开发。
表1 各分区已开采煤炭资源量 亿t
分带分区已开采资源量东部东北区47.5黄淮海区215.79东南区29.18中部蒙东区21.04晋陕蒙(西)宁区249.37西南区53.88西部北疆区13.32南疆-甘青区18.91西藏区4.42
2.3 开采地质条件概况
我国煤田地质条件以太行-雪峰山为界东西部构造发育明显不一致，太行山以东煤田构造主要以伸展构造为主，有多个大小不一的断陷型含煤盆地群，盆内煤田多发育张性断裂，少量走滑断裂分布在边界地带，断裂规模较大甚至切穿基底，造成纵向上含煤层系错动严重，煤层厚薄不一，横向上形成地堑和地垒交替发育的断块状格架，致使煤炭资源开发困难；而西部地区主要是一些陆相盆地，以构造挤压应力为主，形成一系列规模相对不一致的挤压型含煤盆地，盆缘构造复杂，主要以大规模逆冲推覆体、高角度的逆冲断层以及紧闭型褶皱发育为主，盆地内部构造相对简单，主要相对宽缓的复背斜-复向斜组合、小规模断裂或箕状斜坡发育为主，总体呈现从盆缘向盆内构造变形逐渐减弱的环带状变形特征，煤炭资源保存深度适宜，开发条件简单，适合建设大型煤炭基地或大型矿井(宋洪柱，2013)。
我国煤炭资源的开发前景主要取决于构造对煤炭资源赋存条件的控制(曹代勇，2018)，我国煤炭资源开采条件北方基本中等而南方复杂(谢和平，2014)，北方煤炭资源普遍埋藏较深，大多需井工开采，可供露天开采的资源较少。随着煤炭资源的不断开发，越来越多的矿井，包括东部相当一部分大型骨干矿井逐步进入深部开采，煤炭地质条件相较浅部复杂，未知制约因素将日益突出。
(1)东部冀鲁豫皖平原地区浅部煤炭资源大多开发或建井接替开发，资源条件基本转向深部，目前矿井开采深度多集中在500～1000 m，山东孙庄煤矿等少量矿井开采深度突破1000 m(王佟，2017)，两淮煤田也面临开发深度大大增加的问题，这些地区建井难度普遍增大，矿井地质条件转向复杂。
(2)东部不少煤矿主采煤系直接下伏灰岩含水层，灰岩含水层对煤矿开采安全威胁较大，如石炭二叠纪基底奥灰岩溶水，该地层奥灰陷落柱、断裂破碎带的发育。东部煤矿下组煤带压开采现象较为普遍，灰岩含水层含水丰富，突水威胁加大，煤矿防治水工作任务艰巨。
(3)东部地区煤矿瓦斯含量普遍较高，煤与瓦斯突出严重，根据中国煤矿瓦斯地质图编图组对25个省区矿井资料的统计，高沼气矿井占27%，煤与瓦斯突出矿井占14%，高沼气矿井和煤与瓦斯突出矿井占统计矿井的41%。随着开采深度的增加，高、突矿井的比例还可能增加。
3 我国煤炭资源开发的约束条件分析
3.1 资源开采对生态环境的影响
煤炭开采对环境的影响主要形式为采煤区地表沉陷，进而影响到土地利用、地表建构筑物损害、加速水土流失和沙化等；露天开采还完全破坏原地表植被、建筑物并遗留露天采坑；煤矿开采对于地下水文结构的改变主要表现为地下水水位下降、地下水流失或径流方向改变等，进而影响到居民生活和地表植被发育，威胁生态系统的完整性和稳定性。
各煤炭资源分布区之间地理环境差别较大，煤炭开采引起的地表沉陷对于土地资源的损害程度也不尽一致，对于土地资源的损害程度在时空上也明显不同。中西部地区基本为沉陷非积水区，一般情况下浅埋煤层开采对土地资源损害程度要大于深埋煤层开采对土地资源的损害，深埋煤层地表下沉速度相较小于浅埋煤层，沉陷破坏影响的强度较小；东部地区多为沉陷积水区，采煤对土地资源的损害除具有非积水区同样特点外，还会因陆地变为水域而导致土地利用类型发生巨变，如黄淮海区沉陷区约有30%～50%面积将变为水域，造成可耕地面积大大减少。
在对水环境影响方面，一是地下水流失，二是对地表水环境造成影响。地下水流失将造成地下水水位下降，造成地面干涸和居民生产生活用水困难，如山西省主要采矿区因采煤导致地下水下降2～4 m，造成大量居民用水困难的局面。另外，采煤造成地下含水层破坏，改变地下水径流并造成浅层地下水断流，对地表植被产生不利影响，如不采取有效保水采煤措施和生态整治恢复措施，水土流失和土地荒漠化进程将会加快。
地下水以矿井水排出地表后，如不进行处理利用而直接注入地表水体，则会对地表水产生不利影响。矿井水中还可能含有汞、镉、铬、铅、砷、锌、氟以及放射性污染物，进而影响地表环境。
在对土壤环境影响方面，煤炭开发产生的固体废弃物煤矸石如不能得到再利用，将会压占大量土地，东部平原区矸石压占土地相对突出，其压占的土地均为肥沃农田。同时，矸石中有机质、含硫物质在堆存过程中，因内部热量不能及时排出而可能引起自燃，释放的SO2、H2S等有害物质严重污染大气，重金属污染物易溶于水而进入地下水环境，从而污染矸石场附近地下水环境和土壤环境。
此外，煤炭开发对于大气环境有较大的影响，矿井排空的瓦斯气、燃煤形成的锅炉废气、矿井粉尘等，严重污染大气环境，有可能在局部形成雾霾等恶劣天气。
3.2 水资源对煤炭资源开采的约束
未来中国煤炭供应逐步转为依靠中西部的富煤区煤炭供应，但晋陕蒙宁、北疆地区基本处于干旱、半干旱的缺水区域，水资源条件差，供水主要靠抽取地下水资源和矿井水综合利用，水资源供需矛盾突出。未来西部地区水资源不可避免将成为开发煤炭的重要制约因素，我国14个大型煤炭基地中有11个基地分布在干旱、半干旱地区，这11个基地将面临缺水或严重缺水的情况。
水资源是约束我国煤炭资源持续发展的主要因素，据中国煤炭地质总局对13个大型煤炭基地(未含新疆煤炭基地)部分规划矿区的供需预测结果表明，到2020年，13个大型煤炭基地部分规划矿区总需水量每天为608.14万m3，扣除现状供水能力每天需(缺)水约为404.14万m3。除云贵基地水资源丰富以外，其余12个基地均缺水，煤炭资源的分布与水资源呈逆向分布，开发中国中西部煤田，既要做好煤炭资源的精细勘查和精细利用，更重要的是要做好水资源的储备和再利用。从某种意义上讲，后者更具有紧迫性。
3.3 生态环境对煤炭资源开采的约束
大兴安岭—太行山—雪峰山一线既是我国经济社会的东西分界线，也是我国煤炭资源富集规模的分界线。东部地区在现有技术条件下可供开发的煤炭资源量相对小，但经济社会相对发达，是工农业产品提供和人口居住集中地区，也是主要农产品、林产品提供地区，而且还是大都市群和重点城镇群、水源涵养地。中部位于南方的湖北、湖南地区气候适宜，是我国主要产粮区，而中部的北方地区基本属于黄土高原地区，其生态功能主要为土壤保持、防风固沙、水源涵养等。西部的生态条件相对脆弱，沙漠戈壁发育，功能主要为防风固沙、水源涵养、生物多样性保护等，以生态调节功能为主。对于煤炭资源分布而言，西部资源丰富但生态环境相对脆弱。东部地区经济发达，人口密集，水资源丰富，环境承载力较强，但煤矿开采造成的地面沉降、塌陷等问题较为突出，给人民生活和生态环境造成重大威胁。西部地区经济欠发达，人口稀疏，水资源稀少，环境承载力较差，煤炭资源开发极易对当地的生态环境造成不可修复的破坏。无论东部还是西部，生态环境对煤炭大规模开发都具有明显约束，相对制约程度西部要更高于东部地区。
我国14个大型煤炭基地之一的云贵基地规模相对较小，地处西南岩溶和高山地区，地表地下水资源丰富，气候湿润，环境压力较小。云贵基地煤炭开发中要注意对河流等地表和地下水体保护。另外13个大型煤炭基地均分布于秦岭-大别山中央造山带以北的不同地区，特别是晋陕蒙宁地区基本处于黄土高原地区，气候干燥，面临不同程度的环境压力。煤炭资源分布的区域不均衡性以及各区显著的自然与社会经济环境差异，决定了不同地区煤炭的开采条件、开采方法、开采强度、利用方式的不同。此外，从未来煤炭资源开发潜力来看，西部煤炭资源开发前景较为广阔，但其环境承载能力却相对较低，生态系统相对脆弱，水资源严重贫乏以及开发战略西移造成的环境进一步恶化，势必会成为制约我国西部地区煤炭资源可持续开发利用的“瓶颈”。从这个意义上讲，生态环境的约束也是未来我国煤炭资源战略保障的又一个重要约束条件。
4 结论
我国煤炭资源可持续发展的战略思想，一方面要充分考虑煤炭资源的有效供给能力，更重要的是要评估水资源、生态环境对煤炭资源开发的制约，以及煤炭开发对环境的影响与破坏。煤炭作为第一能源其实物消耗具有必然性，在被“后续资源”所替代之前，尽可能谨慎地对待煤炭资源的耗用，要保持资源的持续供给，保障国家能源安全，在战略高度审视我国中西部煤炭资源的开发。西部地区正逐步承担着东部资源开发有序退出的接续地区，只有科学规划好东中西部的接替规模，通过绿色勘探和精准开发，最大限度地保护生态环境，减少对水资源的影响和破坏，实现生态环境保护与煤炭资源开发的协同发展，我国煤炭资源才能够保障国家能源安全。
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