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1、和创新团队发展计划创新团队带头人 新世纪百千万人才工程国家级人选 中国光华工程科技青年奖、中国青年科技奖获得者 湖南省芙蓉学者特聘教授 中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会专家组副组长 中国煤炭学会青年工作委员会副主任委员 江苏省十大杰出青年、先进工作者,张农教授简介,研究方向：矿山压力与岩层控制,沿空留巷技术与工程案例,张 农 中国矿业大学 矿业工程学院 2013年5月 南京,煤炭行业形势（2012）,2012年全国原煤产量36.6亿吨，超过全世界煤炭产量的50%； 2012年，全国煤矿发生瓦斯事故72起、死亡 350人，同比减少47 起、183人，分别下降39.5%、34.3%。 煤层气（煤
2、矿瓦斯）抽采量141亿立方米、利用量58亿立方米，同比分别增长23.2%、20.2%。其中，井下瓦斯抽采量114亿立方米、利用量38亿立方米，同比分别增长25.3%、24.1%；地面煤层气产量27亿立方米、利用量20亿立方米，同比分别增长14.7%、13.4%。,“四降”： 一是消费增幅下降。据测算，2012 年前 11 个月全国煤炭消费总量约 37.2 亿吨，同比增长 4.4%，增速同比回落 5.6 个百分点。 二是市场煤价下降。秦皇岛5500大卡动力煤价格由2011年 11 月的 845 元/吨逐渐回落到 2012 年 5 月份的 770 元/吨，之后快速回落到 7 月份的 620 元/吨
3、，10 月份以后在 625635元/吨之间小幅波动。近期，价格在 620-630 元/吨上下小幅波动，回升态势还不明显。 三是投资增幅下降。全国煤炭采选业完成固定资产投资5286 亿元，同比增长 7.7%，同比回落了 21.7 个百分点。 四是盈利能力下降。2012 年前 10 个月，全国规模以上煤炭企业利润总额同比下降 17.4%；前 11 个月协会统计直报的大型煤炭企业利润总额同比下降 22.3%，其中 19 家企业出现亏损，亏损面 21.1%。,煤炭行业形势（2012）,二、2012 年全国煤炭市场供需呈现宽松的特点： 1）在煤炭生产和消费总量继续保持增长下的宽松； 2）在进口量大幅增加
4、下的宽松； 3）在水电发电量增长情况下的宽松（初步测算，由于水电增发，电力行业减少耗煤 6300万吨左右）； 4）在煤炭产能建设超前下的宽松。 近期全国煤炭市场供需继续保持相对宽松态势。 一是全国煤炭产量继续保持有增无减势头。从主要产煤省区 煤炭生产情况看，晋陕蒙、河南等省区煤炭企业兼并重组、 资源整合与小煤矿技术改造矿井陆续进入投产期，产量增长 势头不减。,煤炭行业形势（2012）,省区名称 2011 年产量（亿吨） 2012 年产量（亿吨） 增长（%） 内蒙古 9.78 10.5 7.3 山西省 8.72 9.10 4.3 陕西省 4.05 4.63 13.6 贵州省 1.54 1.71
5、11.0 河南省 1.81 1.54 -14.9 安徽省 1.36 1.45 6.6 山东省 1.50 1.41 6.0 新疆 1.1 1.36 23.6 云南省 0.98 1.1 12.2 黑龙江 0.97 0.92 -5.2,全国煤炭产量达到亿吨级省（区）一览表,全国煤矿数量由 2005年的 2.48 万处减少到目前的 1.4 万处左右，平均单井规模由9.5 万吨增加到 26 万吨以上。全国建成年产 120 万吨及以上的大型现代化煤矿 850 多处，产量占全国的 65%左右，年产30 万吨以下的小煤矿产量下降到 18%以下。 神华、中煤、同煤、山东能源、冀中集团、陕西煤业化工、山西焦煤等
6、7 家企业原煤产量超过亿吨，总产量占全国的 27.8%；全国年产 5000万吨以上的煤炭企业由 18 家，产量占全国的 49.4%。 到 2015 年，全国煤矿企业数量控制在 4000 家以内， 平均规模提高到100万吨/年以上；建设大型现代化煤矿，重点建设一批世界一流的千万吨级矿井群；形成 10 个亿吨级、10个 5000万吨级大型煤炭企业，煤炭产量占全国的60%以上。,近期全国煤炭市场供需继续保持相对宽松态势。 二是煤炭产能建设超前。根据国家统计局数据分析，“十 一五”以来，全国煤炭固定资产投资 2.2 万亿元，新增煤炭产能 20.3 亿吨（表 2），新建的一大批大型现代化煤矿，剔除六年间
7、淘汰的落后产能 5.25 亿吨，截止到 2011 年末全国煤炭产能 39 亿吨（提前 3 年达到了“十二五”规划目标），在建规模 11.08 亿吨。 三是煤炭企业仍有增加产量的趋势。煤炭企业在各级地 方政府和国资管理部门追求增长的动力推动下，推动企业继 续追求所谓“做大做强”，继续走产量增加、规模扩张的发 展模式，转变发展方式的难度依然较大。 四是去库存还需要一个过程。 五是煤炭进口仍保持高位态势。近年来全国煤炭净进口量逐年大幅增加，去年达到了净进口 2.8 亿吨的高位。,煤炭行业形势（2012）,（三）从中长期发展趋势看，我国煤炭总量仍将保持适 度增加，煤炭产能不足将是主要矛盾。 一是全球煤
8、炭生产和消费总量继续增加。 迄今为止，煤炭仍然是人类发现的最易于获取最廉价的能源资源。煤炭 在世界一次能源消费结构中的比重由 2005 的 31.9%增加到2011 年的 34.1%，增加了 2.2 个百分点。 二是我国能源资源赋存特点决定了以煤为主的能源结构较难改变。 从我国化石能源资源赋存情况看，截止 2011年全国已探明煤炭资源总量达到 1.3 万亿吨，煤炭在我国化石能源资源储量构成中占 94.14%，石油占 2.08%，天然气占1.78%。 从煤炭在一次能源消费比重变化看，我国煤炭在一次能源消费结构中的比重由 2000 年的 69.2%、2005 年的 70.8%，到 2011 年的
9、68.8%，基本上稳定在 70%左右。按照能源“十二五”规划，到 2015 年，煤炭消费比重降至 65%左右，下降近 4 个百分点。,煤炭行业形势（2012）,从我国经济社会发展趋势看，到 2020 年，全国煤炭消费总量将在 4853 亿吨左右，在 2011 年的基础上，再增加 1318 亿吨左右。我国短期煤炭供应宽松与长期总量不足的矛盾突出。按有关部门初步提出到 2020 年，全国能源消费 55 亿吨标准煤，非化石能源占一次能源消费比重将达到 15左右测算，煤炭需求也将在 51 亿吨左右，即使考虑进口 3.0 亿吨，国内煤炭供应量还将增加到 48 亿吨左右。从资源储量、环境容量、煤矿安全等多
10、因素分析，再增加 10多亿吨产量，存在较大难度。,煤炭行业形势（2012）,把握规律，理清思路，提升煤炭工业发展的科学化水平。 深刻理解“控制东部、稳定中部、发展西部”的煤炭资源开发理念，促进我国形成煤炭资源梯级开发、梯级利用格局。 实施煤炭总量控制措施。 加大结构调整力度，促进发展方式转变。,1 煤炭的能源战略地位,2010-2050年间煤炭消费量预计,综合分析，我国煤炭供应短期宽松、长远不足仍是主要矛盾；全国煤炭需求总还将保持增加，但增幅趋缓；在巨大消费规模条件下，时段性、区域性、品种性的市场过剩与长期总量不足的问题并存，挑战与机遇共存。 受资源、环境、安全等约束，煤炭总量增长的难度加大，
11、对科技的需求增加； 煤炭经济运行进入下行周期、需求减缓为调整结构、转变发展方式创造了条件。,煤炭行业形势（2012）,目 录,无煤柱开采的工程技术背景 留巷区域的应力优化及控制 沿空留巷围岩稳定控制技术 几种典型顶板条件下的案例,工程技术背景,1,1978年6.18亿吨， 2012年煤炭产量36.6亿吨。,1.1 高效、安全、科学开采。,三十多年煤炭开采过程摸索和初步完成了发展到回归的历程，从一个侧面反映了国家和民族的命运和状态 效率：量的积累，从小到大，从穷到富 安全：转型发展中的矛盾，必然到必须 科学：质的提高，理性的选择和回归,科学产能：在具有保持发展储量提前下，用科学、安全和环境友好的
12、方法将煤炭资源最大限度采出的年度生产能力 安全生产度：在煤炭开发过程中，充分体现以人为本的理念，尊重生命权和健康权，采用先进的安全技术和监测、管理手段，对矿工生命安全和职业健康的保障程度。,如何评价煤炭开采,绿色开采度：在煤炭开发过程中，为最大限度地减轻因开采造成的地表环境损伤、植被破坏、地下水系破坏、有害气体排放等环境负外部效应，运用先进的环境友好的技术和装备，采用清洁生产和环境经济的手段与措施，对矿区生态和环境保护的程度。 完全成本：考虑资源税、生产成本、环境成本、安全成本、发展成本的总成本，实现外部成本内部化。,如何评价煤炭开采,煤炭采区回采率 薄煤层（小于1.3米）不低于85% 中厚煤
13、层（1.33.5米）不低于80% 厚煤层（大于3.5米）不低于80%,原煤入选率，应大于75% 煤矸石及共伴生矿产资源综合利用率，应达到75%,煤炭资源合理开发利用“三率”指标要求高(中华人民共和国国土资源部公告2012年第23号),合理开发：加强煤炭资源勘探，统筹规划； 节约资源：切实提高煤炭资源回收率； 保护环境：推行清洁生产和综合利用，减少煤炭开采利用对生态环境的影响。,1.1 高效、安全、科学开采。,据2007中国能源发展报告 蓝皮书，中国在1980年2000年的20年间，资源就浪费了280亿吨，我国煤炭资源因开采不充分造成的不合理损失量比重很大，绝对量很高。,1.2 提高资源回收率是
14、科学采矿的技术发展方向之一,美国、澳大利亚、德国、加拿大等发达国家，资源回收率能达到80左右，他们每采1吨煤只消耗1.2吨1.3吨资源。,1.3 无煤柱连续开采是一种重要的科学采矿模式,我国煤炭采出率仅为30%40%，其中，煤柱损失所占比重最大； 无煤柱开采可提高资源回收率15%以上。,1）提高采出率的最有效途径之一,部分矿区采区煤炭损失构成情况,减少回采巷道掘进工程量20%80%； 实现连续开采，避免跳采、孤岛工作面和区域应力集中。,采空区,Goaf,首采面,采空区,Goaf,煤 层,双巷或多巷布置,沿空留巷及顺序开采,第 一 接 替 面,第 二 接 替 面,2）矿井采掘规划与采区开拓开采布
15、局的革命,1.3 无煤柱连续开采是一种重要的科学采矿模式,3）消除煤柱应力集中、防止采动地质灾害,降低应力集中程度，利于周围采掘工程的稳定； 消除因留设煤柱诱发的冲击地压。,留煤柱护巷对上下采掘工程影响,卸压保护区,应力集中区,应力集中区,1.3 无煤柱连续开采是一种重要的科学采矿模式,Y型通风方式 消除上隅角瓦斯超限问题 实现煤气共采,4）是实现煤气共采的科学方式之一,无煤柱沿空留巷,1.3 无煤柱连续开采是一种重要的科学采矿模式,厚直接顶一层顶板垮,1）岩层赋存条件变化对顶板运动的影响,13m,2.1 沿空留巷顶板运动特征的物理模拟,19m,薄直接顶一层顶板垮,14m,基本顶直覆裂隙初现,厚层直接：顶板垮落最及时强度低、自重大； 薄层直接：顶板垮落稍滞后强度底、自重较小； 基本顶直覆：悬而不垮，悬臂最长强度高。,22m,厚直接顶二层顶板垮,25m,薄直接顶二层顶板垮,30m,基本顶直覆裂隙发育,顶板前期跨落特点,2.1 沿空留巷顶板运动特征的物理模拟,1）岩层赋存条件变化对顶板运动的影响,32m,厚直接顶三层顶板垮,36m,薄直接顶三层顶板垮,33m,基本顶直覆基本顶垮落,顶板中期跨落特点： 厚层直接：垮落及时、采空区充填充分； 薄层直接：垮落滞后、采空区充填较充分； 基本顶直覆：悬臂过长，垮落突然、关键块体旋转角大。,2.1 沿空留巷顶板运动特征的物理模拟,
