谢和平:煤矿地下空间容量估算及开发利用研究

2018-07-23

  谢和平院士团队根据煤矿规模、中利用系数以及建国以来采出的煤炭总量,预计到2030年煤矿地下空间约258. 62 亿m3,约长160 万km,可绕赤道40 圈。


  发表在新一期《煤炭学报》上的研究显示,随着我国传统产业转型升级去产能、去库存导致大量矿井关闭,为了合理利用开采形成的的大量地下空间,研究人员建立了煤矿地下空间的判识和估算方法。具体为设定交通便利性、围岩稳定性、系统安全性、技术复杂性等四项定性指标。其次,设定经济效益和开发潜力两项定量指标,同时满足上述指标可判识为地下可利用空间。


  煤矿井巷可利用地下空间估算


  研究人员将全国生产煤矿可利用井巷地下空间量分总量、“十三五”期间全国有序退出煤矿井巷地下空间量、距离地级市50 km 以内的煤矿井巷地下空间量三类统计。


  截至2016 年底,全国生产煤矿数量共计4 562 个, 规模共计345 863 万t/ a。生产煤矿数量占前3 位的分别是:山西省581 个,贵州省572 个,黑龙江省560 个,分别占全国生产煤矿总量的的12. 74%,12. 54%,12. 28%。根据煤矿规模与其井巷可利用地下空间量的比例系数,估算出各省现有生产煤矿井巷可利用地下空间量总计约5. 84 亿m3


  十三五期间全国煤矿有序退出将产生煤矿井巷可利用地下空间量总计约0. 8 亿m3


  截至2016 年底,全国距离地级市50 km 以内的煤矿数量共计2 469 个,规模共计163 046 万t/ a,存在煤矿井巷可利用空间量共计26 607 万m3,按煤矿关停后井巷可利用地下空间量中60% 以上可以有效利用估算,全国距离地级市50 km 以内的煤矿井巷可利用地下空间量15 964 万m3,约1. 6 亿m3。采用1. 2 倍的扩大系数将上述数据估算结果进行适度修正,即全国距离地级市50 km 以内的煤矿井巷可利用地下空间量约1. 9 亿m3 ,估算井巷长度约1. 5 万km。其中, 山西省范围内距离地级市50 km 以内的煤矿数量达370 个。


  煤矿采空区可利用地下空间估算


  井工煤矿1949—2016 年形成的采空区地下空间共计138.36 亿m3,其中晋、陕、蒙、宁、甘区域最多,为71.19 亿m3;按位于城市距离计算时,位于城镇周边(≤50 km)以及偏远地区(>50 km)的采空区地下空间分别为26.28 以及112.79 亿m3。从2017 年到2030 年按照每年煤炭产量平均34 亿t 预计,则14 a 合计采煤476 亿t,按照煤炭容重为1.35 t/ m3,计算采出煤炭体积352. 59 亿m3,预计还要形成采空区地下空间约96.16 亿m3。则合计到2030 年我国将形成煤矿采空区地下空间约234.52 亿m3,煤矿井下采空区利用前景广阔。


  根据建国以来采出的煤炭总量,研究人员估算截止到2016 年底煤矿采空区地下空间约为138.36 亿m3;按照2030年每年平均开采34 亿t 计算,估算截止到2030年煤矿采空区地下空间约为234.52 亿m3。合计煤矿地下空间体积约241.11 亿m3。如果折算成断面5 m×3 m 的巷道,截止2016 年底煤矿地下空间的长度约为88 万km,可绕赤道22 圈;预计到2030年煤矿地下空间约258.62 亿m3,约长160 万km,可绕赤道40 圈。


  煤矿地下空间作为一种不可逆的自然资源,一旦开发,便不可复原,因此开发时既要有近期规划,更要有远期考虑,贯彻全链条、全领域、全寿命周期的绿色化、信息化、智能化发展,最终实现可持续性发展。研究人员因此提出了煤矿地下空间开发利用六大原则,包括:地下空间与地面资源协同开发利用原则,工业遗产保护、创新利用与开发原则,同步构建自循环生态圈的原则,煤矿地下空间系统化立体开发原则,煤矿地下空间服务于国家战略安全原则,远期与近期呼应,可持续发展的原则。煤矿地下空间开发利用工程在设计中还要始终贯彻安全和谐、弹性化协调设计的理念。


  研究在对京西煤矿现状及可利用空间分析、论证的基础上,制定了京西煤矿关停矿井地下空间综合利用分期开发方案。


  这项研究得到了国家重点研发计划、中国科学院学部咨询评议资助项目、中国工程院咨询研究资助项目的资金支持。


  论文原文


  责任编辑:宫在芹
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