2014年以来我国煤矿新增地下空间资源研究

王行军，宁树正，刘亚然，王福国

(1.中煤地质集团有限公司，北京 100040；2.中国煤炭地质总局，北京 100038)

煤炭是我国主体能源，经过长期大规模的开采，许多煤矿煤炭资源趋于枯竭，或已经枯竭关闭，或因政策性关闭，从而形成待转型煤矿。据统计，自20世纪90年代末至2014年期间，全国累计关闭煤矿约7万处[1]。据不完全统计，2014～2018年，全国共关闭煤矿井7 516处。

煤矿在建设和生产过程中必然会产生大量的空间，如井筒、井底车场、中央变电所、泵房、巷道与硐室及采空区等。采矿所产生的地下空间用途广泛，主要用于矿山公园和矿山博物馆、地下储油库、地下储气库、地下医院、地下实验室、地下水库、地下抽水蓄能发电站、压缩空气蓄能发电站、地下小型核电站、地下车库，井下农业、存储废物、存储环境有特殊要求的物品等方面[2-7]。

据统计，截至2016年底，我国重点煤矿掘进总进尺约8 338 km[8-9]；井下除工作面回采巷道外，开拓巷道和准备巷道支护条件好，较为稳定，矿井关闭后，若直接封井必然会造成巨大的井下空间资源浪费[10]。谢和平等研究表明，到2030年煤矿采区地下空间约为234.52亿m3[5]。

本文对2014～2018年6月关闭煤矿井的地下空间资源进行了估算，并对其空间分布进行了分析研究。

1 2014～2018年6月全国关闭煤矿井概况

据不完全统计，2005～2018年6月全国关闭煤矿井15 192处，2014～2018年6月全国关闭煤矿井7 516处，其中关闭煤矿井数前5位的省(区、市)分别为重庆市、湖南省、黑龙江省、贵州省、云南省，分别关闭了906处、766处、736处、642处、613处，分别占全国关闭煤矿井的11.58%、9.79%、9.41%、8.21%、7.84%，5省(区、市)关闭煤矿井约占全国关闭煤矿井的46.83%(图1)。

图1 2014～2018年6月关闭煤矿井数量统计图Fig.1 Statistical chart of the number of closed coal mine from 2014 to the first half of 2018

2 煤矿可利用地下空间资源量及其空间分布

2.1 关闭煤矿井巷地下空间资源及其空间分布

据项目组不完全统计，“十二五”以来，我国关闭煤矿淘汰落后产能91 398万t；2014～2018年6月，我国关闭煤矿淘汰落后产能87 112万t；其中,四川省、贵州省、黑龙江省、山西省、重庆市、河南省、湖南省7省(区、市)，2014～2018年6月关闭煤矿淘汰落后产能超过5 000万t，分别为9 401万t、8 366万t、6 566万t、6 305万t、6 211万t、5 470万t、5 027万t，分别占全国关闭煤矿总规模的10.79%、9.60%、7.54%、7.24%、7.13%、6.28%、5.77%(图2)，7省(区、市)关闭煤矿淘汰落后产能约占全国关闭煤矿总规模的54.35%。

中国通常划分为七大地理区，分别华东地区、华南地区、华北地区、华中地区、西南地区、西北地区、东北地区。本次研究统计工作，只精确到省(区、市)，故将陕西省全部归至西北地区统计、内蒙古自治区全部统计到东北地区。

根据我国七大地理分区，对关闭煤矿淘汰产能进行了分析统计。按地域，2014～2018年6月关闭煤矿淘汰产能依次为西南地区、东北地区、华东地区、华北地区、华中地区、西北地区、华南地区，淘汰产能分别为28 179万t、13 905万t、12 673万t、11 904万t、11 013万t、8 177万t、1 261万t，分别约占全国关闭煤矿淘汰产能的32.35%、15.96%、14.55%、13.67%、12.64%、9.39%、1.45%(表1)。

井巷可利用地下空间体积=煤矿规模×煤矿规模与其井巷可利用地下空间量的比例系数[5]。本次研究工作，煤矿规模与其井巷可利用地下空间量的比例系数为0.15。

根据谢和平等井巷可利用地下空间的计算公式[5]，2014～2018年6月关闭煤矿井巷可利用地下空间为13 066.80万m3；其中关闭煤矿井巷可利用地下空间超过500万m3的省(区、市)有四川省、 贵州省、黑龙江省、山西省、重庆市、河南省、湖南省、陕西省、云南省、河北省、山东省等11个，关闭煤矿井巷可利用地下空间分别为1 410.15万m3、1 254.90万m3、984.90万m3、945.75万m3、931.65万m3、820.50万m3、754.05万m3、670.05万m3、630.15万m3、619.20万m3、550.65万m3(表1)。

图2 2014～2018年6月各省煤炭产量图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(区、市)关闭煤矿地下空间统计表Table 1 Statistical table of underground space of closed coal mine from 2014 to the first half of 2018

项目组分地域对关闭煤矿井巷地下空间进行了分析统计。按地域，关闭煤矿可利用井巷地下空间依次为西南地区、东北地区、华中地区、华东地区、华北地区、西北地区、华南地区，分别为4 226.85万m3、2 085.75万m3、1 900.95万m3、1 785.60万m3、1 651.95万m3、1 226.55万m3、189.15万m3(表1)。

2.2 煤矿工作面采空区地下空间资源及其空间分布

据国家能源局官网公布的数据显示，我国2014～2018年6月煤炭产量分别为38.90亿t、37.13亿t、33.64亿t、34.45亿t、16.11亿t，共消费煤炭160.23亿t(表1)[11-14]；其中内蒙古自治区、山西省、陕西省的煤炭产量分别为405 618.4万t、402 489.2万t、241 026.4万t(图2)；三省(区)煤炭产量约占全国煤炭产量的25.18%、24.99%、14.96%，三省(区)煤炭产量约占全国煤炭产量的65.13%。

笔者分地区对2014～2018年6月各省(区、市)煤炭产量进行了分析统计。按地域，2014～2018年6月煤炭产量依次为东北地区、华北地区、西北地区、华东地区、西南地区、华中地区、华南地区，煤炭产量分别为464 169.6万t、435 518.1万t、366 294.9万t、138 591.2万t、131 325.4万t、73 512.5万t、1 508.0万t。

煤矿工作面采空区地下空间计算公式为：V3=V×(1-η)/(1+K)[5]。地表下沉系数η采用0.70;膨胀系数K采用0.1;煤炭的密度为1.35 t/m3。

计算结果表明，2014～2018年6月我国因采煤新产生可利用地下空间为325 438.3万m3，其中新产生的可利用地下空间超过1 000万m3为内蒙古自治区、山西省、陕西省、贵州省、山东省、河南省等8个省(区)，其可利用地下空间分别为81 943.11万m3、81 310.95万m3、48 692.20万m3、15 330.81万m3、14 155.84万m3、12 415.70万m3、11 422.16万m3、11 323.66万m3(表1)。

按地域，2014～2018年6月我国煤炭生产企业因采煤新产生采煤工作面可利用地下空间依次为华北地区、东北地区、西北地区、华东地区、西南地区、华中地区、华南地区，新产生的工作面可利用地下空间分别为93 771.64万m3、87 983.45万m3、73 998.97万m3、2 798.22万m3、2 653.38万m3、14 851.01万m3、304.65万m3，工作面可利用下空间较多的地区为东北地区、华北地区和西北地区(表1)。

按照谢和平等计算公式[5]进行推算，2014～2018年6月采煤新产生可利用地下空间32.54亿m3。

2.3 煤矿新增地下空间资源及其空间分布

2017～2030年煤炭产量按每年平均34亿t估算，则14年合计采煤476亿t，预计新生成采煤地下空间96.16亿m3；到2030年我国将形成煤矿采空区地下空间约234.53亿m3，煤矿井下空间资源巨大，开发利用前景广阔[5]。

笔者统计了2014～2018年6月的全国主要产煤省份的关闭煤矿数量、去产能规模、煤炭产量，在大量统计数据的基础之上，根据谢和平等的估算方法[5]，对我国近五年来去产能关闭煤矿井的井巷可利用地下空间和采煤新产生的工作面可利用地下空间进行了估算。

估算结果表明，2014～2018年6月，我国新形成可利用地下空间为33.85亿m3，其中关闭煤矿井井巷可利用地下空间为1.31亿m3，因采煤形成的工作面可利用地下空间为32.54亿m3(表1)。

2014～2018年6月，因煤矿山关闭和采煤新形成的可利用地下空间大于1亿m3的省(区)有8个，为山西省、内蒙古自治区、陕西省、贵州省、新疆维吾尔自治区、山东省、河南省、安徽省，新形成的地下空间分别为8.23亿m3、8.22亿m3、4.94亿m3、1.66亿m3、1.44亿m3、1.30亿m3、1.21亿m3、1.19亿m3(表1)。

按地域，2014～2018年6月新形成可利用地下空间依次为东北地区、华北地区、西北地区、西南地区、华东地区、华中地区、华南地区，可利用地下空间分别为9.59亿m3、8.96亿m3、7.52亿m3、3.08亿m3、2.98亿m3、1.68亿m3、0.05亿m3(表1、图3)。

图3 2014～2018年6月可利用地下空间统计图Fig.3 Statistical map of available underground space of closed coal mine from 2014 to the first half of 2018

3 结 论

1) 2014～2018年6月，我国煤矿新形成可利用地下空间资源为33.85亿m3，其中关闭煤矿井井巷可利用地下空间资源为1.31亿m3，因采煤形成的工作面可利用地下空间资源为32.54亿m3。

2) 2014～2018年6月，因煤矿山关闭和采煤新形成的可利用地下空间资源较多的省(区)有山西省、内蒙古自治区、陕西省、贵州省、新疆维吾尔自治区、山东省、河南省、安徽省。

3) 按地域，2014～2018年6月煤矿新形成可利用地下空间资源依次为东北地区、华北地区、西北地区、西南地区、华东地区、华中地区、华南地区，可利用地下空间分别为9.59亿m3、8.96亿m3、7.52亿m3、3.08亿m3、2.98亿m3、1.68亿m3、0.05亿m3。