0.   引　　言

煤炭是我国的主体能源，长期以来为我国经济和社会发展提供了主要能源与工业原料保障^[1-3]，在我国经济和社会发展中占有十分重要的地位。目前，在全国已探明的化石能源资源储量中，煤炭占94%左右，是稳定经济、自主保障能力最强的能源^[4-6]。进入新时代以来，我国能源结构正在发生着重大变化，一方面，我国煤炭能源的占比由改革开放初期的80%以上下降到2022年的56%，但经济社会发展对能源需求仍持续增加，据国家统计局数据，我国2021年、2022年原煤产量分别为41.3亿t和44.96亿t，进口煤炭分别为3.095亿t和2.9亿t。煤炭的消费总量并未下降，短时间内煤炭保供等需求压力增大，其他能源如新能源增速无法替代这部分增量。另一方面，建设美丽中国、实现“双碳”目标，以及应对温室气体效应、生态环境约束因素等对煤炭能源的发展提出了新的要求^[7-8]。基于对我国能源发展形势的判断，有理由得出目前我国煤炭能源仍然处在需求量大、资源高强度开发阶段。鉴于以上这些形势和条件的变化，我们有必要认真审视我国煤炭资源勘查工作，据自然资源部《中国矿产资源报告》，2022年底我国煤炭保有储量2070.12亿t。从煤炭资源开发地质条件分析，目前东部地区煤炭开发已转向深部和复杂地区；中部地区主要分布于晋陕蒙宁地区，近些年由于煤炭保供等需求部分矿山高强度开发，致使一批矿井寿命缩短；而西部新疆等地区资源量大，但地质条件复杂、生态环境脆弱，大规模承接东部产能转移的约束条件复杂。未来我国煤炭资源的开发基地将转向地质条件复杂、与生态环境脆弱地区。因此，分析我国煤炭资源开发的复杂问题，摸清煤炭资源状况，掌握煤炭资源供应能力和开发利用潜力是确保国家资源安全和经济安全的重要前提，需要提前规划布局，加大复杂条件下煤炭资源勘查工作，合理制定针对性的解决方案，以充分发挥煤炭在保障我国能源安全稳定发展中的兜底和压舱石作用^[9-10]。

1.   我国煤炭资源勘查开发形势

1.1   我国煤炭资源分布情况

我国煤炭资源分布受东西向、南北向“两横”和“两纵”构造带控制，呈“井”字形分布特征^[11-12]。“井”字形“九宫”分区格局体现了含煤盆地和煤炭资源的分布特征，也展现了区域自然地理、生态环境以及社会经济发展水平等要素分异。总体讲“井”字形中部—“晋陕蒙（西）宁宫”区是我国大型煤炭基地的集中分布区域；东部“黄淮海宫”和“东北宫”由于开发时间长，浅部的煤炭资源基本已经动用；西部新疆地区预测资源大，但勘查开发程度较低，是未来我国经济发展煤炭资源保障的接替核心区域和中坚力量，如图1所示。

图  1  我国煤炭资源“井”字形区划示意（据王佟^[12]，2017）

Figure  1.  “Well” shaped zoning map of coal resources in China (Refer WANG Tong^[12], 2017)

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在“井”字型构造格局下：①“东北宫”包括东北辽宁、吉林、黑龙江三省；②“黄淮海宫”包括北京、天津、河北、河南、山东、皖北、苏北五省区；③“东南宫”包括皖南、苏南、浙江、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、海南、台湾十一省区；④“蒙东宫”主要为内蒙古呼和浩特以东地区；⑤“晋陕蒙（西）宁宫”包括山西、陕西关中和陕北、内蒙古中部准格尔、东胜地区、宁夏东部、甘肃陇东的鄂尔多斯盆地部分；⑥“西南宫”包括贵州、云南东部、四川东部以及重庆地区；⑦“北疆宫”包括乌鲁木齐及其以北准噶尔盆地区、吐哈盆地区、伊犁盆地区；⑧“甘青南疆宫”包括青海、甘肃河西走廊以及南疆塔里木盆地区；⑨“西藏宫”则主要为四川云南西部及西藏地区。

1.2   煤炭资源勘查现状

据中国煤炭地质总局2017年完成的《全国煤炭资源潜力评价》，全国2 000 m以浅的煤炭资源总量为5.90万亿t，其中查明和预测的资源为2.02万亿t，其中生产井、在建井已占用近4200亿t；全国潜在资源为3.88万亿t，共圈定预测区2880个，总面积42.84万km^2[13]。总体上，我国煤炭资源受成煤环境、后期构造运动、特别是煤炭开发强度不均衡的影响，目前保有煤炭资源埋藏深度差异较大，一般东部煤层埋藏深，西部埋深相对较浅。

据2020年完成的《国家大型煤炭基地开发潜力评价》统计数据，从全国煤炭资源“井”字形构造“九宫”分区的煤炭保有资源量分布情况来看（图2），“蒙东宫”“晋陕蒙（西）宁宫”“西南宫”“北疆宫”的保有煤炭资源量最多，均超过1 000亿t，其中“晋陕蒙（西）宁宫”的保有量为5 707.81亿t，“蒙东宫”的保有量为2 330.8亿t，“西南宫”的保有量为2 094.82亿t，“北疆宫”的保有量约为2 533亿t。“黄淮海宫”“东北宫”“甘青南疆宫”的保有资源量次之，分布为662.89亿、309.12亿和161.63亿t。其余分区的保有资源量较少，均不超过100亿t^[14-15]。

图  2  我国煤炭资源“九宫”分区的保有煤炭资源量分布

Figure  2.  Distribution of retained coal resources in large coal bases in China

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1.3   煤炭资源开发现状

截至2022年底，全国共有煤矿数量约4 400处，在建572处，生产煤矿产能超过44亿t/a。其中，千万吨级生产煤矿79处，产能提高到12.8亿t/a；年产120万t以上的大型煤矿1 200处以上，已占全国的85%左右。建成智能化煤矿572处，智能化采掘工作面1 019处。

从各省（区）分布看，截至2022年底，原煤产量在1亿t/a以上的省（区）有6个，原煤产量达39.6亿t，其中晋陕蒙新4省（区）原煤产量为36.9亿t/a，占全国的80.9%；山西、内蒙古原煤年产量迈入10亿t级行列^[16]。

2.   我国煤炭资源采出情况

目前矿产储量公报等公开的煤炭资源储量数据是以地质勘查报告的数据为依据，公众对我国煤炭资源的认知多半是资源丰富。但实际上从煤炭普查、详查、勘探直至矿井建设阶段的查明资源量是面积不断缩小，资源量不断减少的过程，而储量仅是其中一部分。所以，不能简单地以煤炭资源量的多少来评判我国煤炭资源家底。国家能源局“国家大型煤炭基地开发潜力评价”、中国工程院“中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究”等课题都对我国矿井资源采出情况、中东部一批煤矿开采保障年限相比设计年限缩短等问题进行了调查和研究。究其原因，一方面是煤炭资源保供等需求，煤炭产量持续增长，引起资源储量快速消耗；另一方面则是以往煤矿动用和采出的资源不匹配，采出的煤量小，而矿井回采率计算出的数据又比较大，这给公众造成了一定误导。实际上矿井规划可采的资源量不能被完全采出，甚至遗留井下的资源量大于采出的煤炭资源量。结合有关专家学者的重要研究^[17]，对煤炭资源采出率的计算方法进行具体论述以区别矿井回采率。由于煤炭地质单位提交的资源勘查报告中的井田探明和控制的资源储量数据是矿山设计部门设计矿井建设规模和产能的依据，也是国家统计煤炭资源储量增减的基础数据。因此，对于矿井煤炭资源采出率的计算，也应与地质报告资源和储量计算的口径和方法一致，并作为起算点，以准确和动态评价某一时期煤炭资源的采出情况。也就是说煤炭资源采出率反映的是查明资源总量的采收能力，而矿井回采率是矿井采出煤量占储量的百分比，反映的是矿井开采阶段设计可开采储量的采出能力和矿山企业开采技术、开采管理水平的优劣。实际生产中，矿井煤炭资源采出率与矿井回采率是逐步趋近的关系，勘查的煤炭资源量与采出的煤炭储量二者的转化达不到100%。

2.1   煤炭资源采出率

为了更加精准地得出查明煤炭资源量与煤炭实际采出量的关系，在研究矿井回采率概念和计算方法的基础上，引用煤炭资源采出率的计算公式，煤炭资源采出率是指煤炭累计采出量与累计查明资源量的比值，见式(1)。煤炭资源采出率能反映目前开采技术条件下我国查明煤炭资源量的实际开发利用能力，可用于预测我国煤炭资源储量的实际可供开采年限，见式(2)。

式中：R_M为煤炭资源采出率，%； W_M为累计采出量，指矿井采出到地面煤量的总和，t；S_M 为累计查明资源量，指经过勘查工作查明的煤炭资源总量，t；A 为矿井生产能力，t； T为矿井服务年限，a。

2.2   生产煤矿的煤炭资源采出率

在计算生产煤矿的煤炭资源采出率R₁时，累计查明资源量包含矿井采出煤量W₁、实际损失煤炭资源量W₂、全矿永久性煤柱损失量W₃。目前，生产煤矿计算矿井回采率时，矿井动用量主要采用矿井采出煤量和实际损失量，未计算全矿永久性煤柱损失量，因此矿井回采率计算结果偏高。研究将全矿永久性煤柱损失量加入累计查明资源量统计中，用以计算生产煤矿的煤炭资源采出率（式(3)—式(5)）。

其中，全矿永久性煤柱损失量的计算利用永久煤柱资源量W₄乘以其摊销系数求得。将矿井永久煤柱的摊销系数与矿井累计动用资源量占全矿井闭坑预计动用量比例视为一致，摊销系数取矿井累计动用资源量W₅占全矿井闭坑预计动用资源量W₆的比值。保有资源量（剩余资源量）为W₇。

需要指出的是矿山开采中受地质构造条件变化、可采煤层层数、结构构造等影响，总有部分理论上应该采出但实际无法采出，造成部分资源遗漏。同时，由于采高、煤矸石、松软顶板等本不应采出而实际和煤一并采出。无论多采还是少采的量，受目前勘查与开采技术限制很难精确计算，对准确统计矿井回采率和计算矿井煤炭资源采出率有一定影响，但实际应用中可以视为这2部分的量基本接近和相互抵消。

整理分析全国782个生产煤矿工业资源储量和设计资源储量等数据，按上述方法计算生产煤矿的煤炭资源采出率。结果显示782个生产煤矿的煤炭资源采出率数据处于正态分布曲线，范围在15.0%～64.9%，生产煤矿80%的生产煤矿资源采出率位于24.3%～59.8%，平均值为42.1%，如图3所示。

图  3  生产煤矿资源采出率正态分布及80%置信区间分布

Figure  3.  Normal distribution and 80% confidence interval distribution of production coal mine recovery rate

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为验证生产煤矿煤炭资源采出率计算方法的有效性，选择山东省、河北省3个生产煤矿（简称矿一、矿二、矿三）对其煤炭资源采出率进行计算分析。累计查明资源量增加了煤矿未摊销的永久煤柱损失量，其资源量依据煤矿开采煤层资源储量图中未摊销的永久煤柱块段统计得出。矿一、矿二、矿三的煤炭资源采出率分别为56.5%、58.2%、34.1%，说明本文提出的计算方法可行，符合预期，见表1。

表  1  生产煤矿煤炭资源采出率计算方法验证分析

Table  1.  Validation analysis of calculation method for recovery rate of production coal mine

煤矿	工业资源 储量/万t	设计资源 储量/万t	累计动用 量/万t	实际损失煤炭 资源量/万t	累计采出 量/万t	剩余可采 量/万t	永久煤柱摊销 损失量/万t	煤炭资源 采出率/%
矿一	7 664.7	7 146.7	4 055.1	1 542.7	2 512.4	1258.2	588.3	56.5
矿二	12 027.7	10 435.5	7 967.0	2 588.2	5 378.8	2019.0	1112.7	58.2
矿三	23 109.3	10 500.8	6 858.1	1 043.3	5 814.8	1627.1	9234.4	34.1

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2.3   资源枯竭型关闭煤矿的煤炭资源采出率

资源枯竭型关闭煤矿关闭后保有资源量（剩余资源量）均为未摊销的永久保护煤柱量和尚未报损的残留煤量。在计算煤炭资源采出率R₂时，资源枯竭型关闭煤矿的累计查明资源量包括矿井累计动用资源量、未摊销的永久保护煤柱量W₈、尚未报损的残留煤量(开采条件技术限制未采出的煤量）W₉（式6）。

通过整理分析全国25个资源枯竭型关闭煤矿闭坑报告中资源量数据，依据资源枯竭型关闭煤矿的煤炭资源采出率，计算资源枯竭型关闭煤矿的煤炭资源采出率范围为12.9%～64.6%，平均值为36.3%，见表2。

表  2  资源枯竭型关闭煤矿资源储量与煤矿资源回采率统计

Table  2.  Statistical of resource reserves and mine recovery rate of resource-exhausted closed coal mines

煤矿编号	累计采出 量/万t	累计动用量/万t	保有资源量/万t	煤矿资源 采出率/%
BJ01	3932.6	5429.2	4487.5	39.7
BJ02	95.0	120.0	188.0	30.8
GZ01	206.4	274.2	222.8	41.5
GZ02	1302.9	1668.0	861.0	51.5
GZ03	636.1	1242.9	68.4	48.5
HB01	1438.5	2761.2	2577.6	26.9
HB02	819.12	1395.98	2841.7	19.3
HB03	3550.5	5807.5	5823.8	30.5
HB04	9027.3	5107.4	9522.1	61.7
HB05	1495.3	2418.9	8708.3	13.4
HB06	2892.1	4424.3	9120.8	21.4
HB07	781.0	1038.0	5040.8	12.9
SHD01	49.5	55.6	21.0	64.6
SHD02	532.8	683.4	194.0	60.7
SHD03	2722.4	3536.3	5537.1	30.0
SHD04	50.4	58.0	42.0	50.4
SHD05	806.6	1231.3	161.6	57.9
SHD06	1193.7	2343.0	526.0	41.6
SX01	10483.9	17909.0	10424.0	37.0
SX02	10570.9	16246.0	8177.0	43.3
SX03	9278.5	14965.0	8185.0	40.1
SX04	2202.8	4905.5	3755.1	25.4
SX05	132.4	250.0	492.0	17.8
SX06	3577.3	6175.8	9863.7	22.3
SX07	5135.0	7073.0	21941.6	17.7

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2.4   政策性关闭煤矿的煤炭资源采出率

政策性关闭煤矿在关闭之后仍有剩余资源储量。目前，我国多数矿井直接关闭或废弃，未开展关闭/废弃矿井资源的再开发利用^[18]，因此将关闭后保有资源量、永久煤柱资源量以及累计动用量之和视为累计查明资源量，政策性关闭煤矿的煤炭资源采出率R₃见式(7)。

收集整理分析全国185个政策性关闭煤矿相关资源储量数据，计算煤炭资源采出率范围为15.1%～64.9%，平均为35.7%。同时将185个政策性关闭煤矿的煤炭资源采出率数据拟合生成正态分布曲线，计算政策性关闭煤矿80%的煤炭资源采出率分布为18.5%～52.6%，如图4所示。

图  4  政策性关闭煤矿资源采出率正态分布及80%置信区间分布

Figure  4.  Normal distribution and 80% confidence interval distribution of the recovery rate of the policy-oriented coal mine

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政策性关闭矿井通常保留一定数量的资源储量，这部分矿井基本属于地质和资源条件较差的矿井，是在矿井未到设计关闭阶段而强制关闭，实际上这一部分资源以后也无法采出，成为呆滞资源。

3.   新条件下我国煤炭资源保障能力

3.1   当前探明可采煤炭储量的保障年限

随着我国经济发展对能源需求增长，虽然煤炭占能源结构比例下降，但煤炭需求量目前还是逐年增长的。2022年中国煤炭产量45.6亿t，依据2005年国土资源部、国家发展和改革委员会对全国煤矿矿井回采率进行的专项检查显示2004年我国煤矿矿井平均回采率为46%计算，2022年全国动用煤炭资源储量99.13亿t。根据2022年底，我国煤炭保有储量2070.12亿t，可采出资源仅952.25亿t，若不考虑原煤产量的增长，按照45.6亿t的年产量计算，可供开采煤炭储层仅20 a左右。

3.2   不同区域煤炭资源量的保障年限

3.1节使用矿井回采率计算了我国煤炭保有储量的保障年限，鉴于我国不同地区煤炭储量增减变化的动态统计很繁杂，使用累计查明资源量和煤炭资源回采率计算，基本能够反映不同地区煤炭资源的大致保障情况。利用2.2节计算得出的生产煤矿煤炭资源采出率平均值42.1%，按照2021年我国煤炭产量41.3亿t，分别计算我国煤炭资源“井”字形构造“九宫”分区各个宫内剩余可采资源量的保障年限，见表3。

表  3  我国煤炭剩余可采资源量及情景分析

Table  3.  China’s remaining recoverable coal resources and scenario analysis

全国煤炭资源“井”字形构造 “九宫”分区	剩余可采 资源量/亿t	年产 量/亿t	开采年 限/a
东北宫	75.42	1.6	<19
黄淮海宫	202.98	4.5	<18
东南宫	3.92	0.3	<5
蒙东宫	313.09	3	<42
晋陕蒙（西）宁宫	1618.83	25.4	<25
西南宫	150.07	2.9	<21
北疆宫	702.02	3	<94
甘青南疆宫	64.23	0.6	<43
西藏宫	—	—	—

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以2022年各地区煤炭产能计算：“东北宫”煤炭资源接近枯竭，可开采年限不超过19 a；“黄淮海宫”不超过18 a，如不进行深部资源勘查，将已经出现接续资源危机；“东南宫”不超过5 a；中部地区是我国煤炭保障的核心区，是煤炭安全保障的基石，“蒙东宫”若不考虑生态影响可开采年限不超过42 a，“晋陕蒙（西）宁宫”不超过25 a，“西南宫”不超过21 a；西部地区为煤炭安全保障的战略后备区，资源丰富，但开发强度低，“北疆宫”可开采供应年限不超过94 a，“甘青南疆宫”不超过43 a。

3.3   我国煤炭资源保障能力分析

通过对我国煤炭资源勘查情况与煤炭资源采出利用情况的调查分析，认为目前我国煤炭保有储量仅可保障20 a左右，很难满足极端条件下我国能源兜底保障作用。再按剩余查明资源量分析，我国中部地区只有“蒙东宫”和“晋陕蒙（西）宁宫”地区，“晋陕蒙（西）宁宫”地区保障年限不超过25 a，已达到高强度开发，很难大规模承接矿井接续；“蒙东宫”地区可开采年限约40 a左右，但其煤类以低变质程度为主，工业用途有限，加之草原环境和生态影响，不宜大规模开发^[19]。在不考虑社会能源增量，剩余可采资源量全部转化为储量的理想情况下，20 a后我国主要产煤地区的资源大多将被开采和占用，从现在开始中东部地区煤炭产能的接续问题要未雨绸缪，制定应对计划和保障措施。

4.   加强我国煤炭资源保供的破解途径与对策

4.1   老矿区深部外围增储勘探

煤炭勘查从普查到勘探阶段周期一般需要5～10 a左右，煤矿从设计到建设形成产能周期约7～10 a左右，也就是说从普查阶段到矿井建设形成产能至少需要10～15 a时间，即便是深部和外围找矿取得突破，实现资源量大幅增加也需要一定的周期。在全国煤炭资源、储量平均保障20 a情况下，东部众多矿井的快速退出将引发一系列矿山问题。因此，国家急需统筹开展中东部老矿区煤炭资源储量保障勘查工作，加大勘查投入力度，缩短勘查周期，设立针对中东部老矿区煤炭资源储量增量勘查专项工程，重点研究深部和复杂构造的转换以及老矿区外围新地层内隐伏构造的识别，以提高深部和外围资源勘查程度，延长重点矿井服务年限^[20]。

4.2   建设煤炭“双子座”

根据我国能源资源禀赋情况，适时启动规划建设国家煤炭资源+产能储备基地与加快新疆大型煤炭基地建设2项重要工程。①科学控制东部地区特别是黄淮海地区煤炭产能和开发深度的持续加大，将黄淮海、东北三省以及西南部地区各煤炭基地逐步建设成产能和资源储备基地。对南方其他贫煤省区的薄煤层区域适度投入勘查工作量，查明资源量并留与地下作为资源储备的补充。②晋陕蒙宁地区已达到高强度开发，为保持煤炭开发可持续发展，应适度控制接续建井规模。③新疆地区煤炭资源丰富，全疆预测量超过100亿t的煤田有24个，超过1 000亿t的煤田有准东、伊犁、吐哈和库拜四大煤田。应尽早将中国东部，特别是东北地区煤炭开发力量向新疆大型煤炭基地有序转移，逐步将新疆大型煤炭基地建设成与晋陕蒙宁大型煤炭基地群并驾齐驱的又一大型煤炭开发中心，形成我国煤炭供应的“双子座”。

4.3   加强复杂地区精细勘查

1）以往对深部煤炭资源及其赋存地质条件的研究有限，传统的地质勘查技术与勘查手段主要是针对浅部地区的，通常深部地应力变化和地热等地质条件叠加，地质条件相较浅部更加复杂，但深部也可能存在复杂地质条件转化带，煤层赋存状态转为平缓或变浅，也是煤系气、地热等资源的重要成矿空间^[21-23]。因此，需要从多资源、多场耦合角度考虑深部煤系多能源资源的协同勘查与开发，加强多手段、多技术、多目标勘查技术的应用场景与协同条件研究，实现深部复杂地质条件地区勘查理论和技术创新的突破。

2）加大西部煤炭资源勘查，提高资源储量比例。找煤与增储勘查是西部煤炭地质工作的主要任务。“甘青南疆宫”目前煤炭资源勘查程度较低，从地质构造发育特点看祁连山、柴北缘等煤田边界普遍发育滑动构造，局部在推覆构造作用下可能会有相对保存完好的煤炭资源。因此，复杂构造样式演化研究与勘查出适宜大型矿井开发的煤炭资源储量是这一地区煤炭地质勘查的主要任务。

3）提高煤炭资源采出率，以最大限度将探明的资源储量开采出来，对于资源保护和提高矿井服务年限意义重大。无论是矿井开采规模，还是开采设备、采高等开采技术的利用都要和地质资源条件匹配，制定鼓励对薄煤层和局部开采煤层的最大采出回收政策。同时要加强对地质情况精细刻画与研究，煤层结构构造、岩石工程地质条件变化、小断层、陷落柱规模乃至煤层硬度变化都影响智能化设备精确感知，目前许多大型矿井的地质勘查达不到透明化程度，需要投入专门地质工作开展精细地质勘查，提高高强度开采条件下矿山地质保障程度。

5.   结　　论

1）我国煤炭资源分布，受东西向、南北向“两横”和“两纵”构造带控制，呈“井”字形“九宫”分布特征，不同区域资源赋存与开发程度不均衡，中东部地区开发强度大，西部资源丰富但勘查开发程度低，应根据不同区域地质条件的差异，提前谋划开展资源勘查工作。

2）提出了煤炭资源采出率的概念。煤炭资源采出率是指煤炭采出量与煤炭查明资源量的比值，反映目前开采技术条件下我国查明煤炭资源储量的实际开发利用能力。具体分析讨论了我国生产煤矿、资源枯竭型关闭煤矿、政策性关闭煤矿的煤炭资源采出率情况。

3）分析了新条件下我国煤炭资源保障能力和破解途径。一方面要加大煤炭开发战略西移，另一方面要在中东部地区实施产能和资源储备基地建设。从长远看目前我国勘探评价的查明煤炭资源储量接续能力明显不足，需要未雨绸缪，制定应对计划和保障措施，加大找煤和资源精细勘查，提高煤炭资源采出率，发挥煤炭资源兜底保障作用。

致谢：本文得到了中国工程院谢和平院士、王双明院士的悉心指导，在此表示衷心感谢！