Diversified and efficient utilization and evaluation of remaining coal resources of closed coal mines in Shanxi Province
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摘要:
随着煤炭产业的不断发展与转型，山西省大量关闭煤矿遗留了丰富的煤炭资源。这些资源的高效利用，不仅能够为山西经济发展注入新的活力，还将在环境层面发挥积极作用，减少因资源闲置或不合理处置所可能引发的生态问题，实现煤炭产业与生态环境的协调共生。为实现关闭煤矿剩余煤炭资源的再利用，以山西省因资源整合、兼并重组和去产能化关闭的830座煤矿为例，通过调查分析、资源整合、数据统计等手段，对关闭煤矿剩余煤炭可利用资源量进行评估，提出了山西省关闭煤矿剩余煤炭资源的多元化利用策略。深入分析了山西省关闭煤矿一般调查区与重点调查区的剩余煤炭资源量分布特征，探讨了关闭煤矿剩余煤炭资源多元化地开发与利用模式，主要涵盖煤炭地下气化、井下修复型开采、战略储备以及露天开采利用等多种途径。同时，构建了不同利用模式下的科学合理的资源利用评价体系，从煤炭资源类型、煤炭开采的技术适用性等多个维度出发，对各类关闭煤矿剩余煤炭资源的利用方式进行分析，明确了不同类型关闭煤矿剩余煤炭资源的最优化利用方式。最后，成功估算出山西省去产能关闭煤矿剩余煤炭资源储量为1 277 002.1万t，其中重点调查区150座关闭煤矿的剩余煤炭资源储量为750 078.2万t。筛选出适宜战略储备的煤矿34座、适宜露天开采的煤矿45座、地下气化有利煤矿14座、新型开采有利煤矿7座、井下修复型矸石开采有利煤矿4座以及离层隔离注浆开采有利煤矿20座。
Abstract:With the continuous development and transformation of coal industry, a large number of coal mines closed in Shanxi Province left rich coal resources. The efficient use of these resources can not only inject new vitality into the economic development of Shanxi, but also play a positive role in the environmental level, reduce the ecological problems that may be caused by idle resources or unreasonable disposal, and realize the coordinated symbiosis between the coal industry and the ecological environment. Therefore, in order to realize the reuse of the remaining coal resources in closed coal mines, taking the 830 coal mines closed due to resource integration, merger and reorganization and overcapacity reduction in Shanxi Province as an example, through investigation and analysis, resource integration, data statistics and other means, the amount of available coal resources in closed coal mines was assessed, and the diversified utilization strategy of the remaining coal resources in closed coal mines in Shanxi Province was proposed. The distribution characteristics of the remaining coal resources in the general and key investigation areas of closed coal mines in Shanxi Province are deeply analyzed, and discusses the diversified development and utilization modes of the remaining coal resources in closed coal mines, including underground coal gasification, underground restoration mining, strategic reserve and open pit mining and utilization. At the same time, a scientific and reasonable resource utilization evaluation system under different utilization modes is established, and the utilization mode of the remaining coal resources in various closed coal mines is analyzed from multiple dimensions such as the type of coal resources and the technical applicability of coal mining, and the optimal utilization mode of the remaining coal resources in different types of closed coal mines is clarified.Finally, it is successfully estimated that the remaining coal resource reserves of Shanxi Province in 2020 is 1 277 002.1 million tons, of which the remaining coal resources reserves of the 150 coal mines closed in the key investigation area are 75 078.2 million tons.34 coal mines are selected as suitable for strategic reserve, 45 for open pit mining, 14 for underground gasification, 7 for new mining, 4 for underground repair gangue mining and 20 for separate layer isolated grouting mining.
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0. 引 言
近年来，随着煤炭去产能政策的持续推进，大量煤矿被关闭。然而，煤矿关闭后仍然有一定的剩余煤炭，剩余煤炭资源的再利用成为关键问题。当前，众多矿井正面临着资源枯竭的困境[1-2]。关闭煤矿剩余资源可以通过多种方式进行高效利用，在选择利用方式时，需要综合考虑资源特点、技术可行性、经济成本和环境影响等因素，以实现资源的最大化利用和可持续发展[3-4]。关闭煤矿剩余资源处理是否得当，与周围环境的绿色和谐以及产业的可持续发展紧密相关，如不加以合理利用，不仅是一种资源浪费，还可能带来一系列环境和安全问题[5-6]。因此，建立完善的煤炭资源储备管理体系，探索关闭煤矿剩余煤炭资源的高效利用策略已然成为一项紧迫性的战略任务[7-8]。山西拥有丰富的煤炭资源，在过去的几十年中，山西煤矿经历了技术改革、产权改革、资源整合、兼并重组、化解过剩产能、减量重组等改革期，形成了数量众多的关闭煤矿。然而，随着煤炭资源的逐渐枯竭和环保压力的增大，关闭煤矿资源再利用成为必然趋势[9-10]。如何有效利用关闭煤矿的资源，实现可持续发展，成为当前亟待解决的问题。
笔者旨在探索关闭煤矿剩余煤炭资源的高效利用策略，以实现资源的最大化利用，促进煤炭行业的可持续发展。通过对关闭煤矿剩余煤炭资源的划分，结合国内外先进经验，提出切实可行的利用方案，为能源结构优化调整提供参考。同时，对剩余煤炭资源进行科学规划与合理化利用，可以减少资源浪费和国有资产流失，降低对环境的影响，推动资源枯竭型城市的转型发展。
1. 国内关闭煤矿剩余煤炭资源利用现状
在国内，对于关闭煤矿剩余煤炭资源再开发与利用主要以以下2个方面为主：其一，进行剩余煤炭复采，通过先进的技术手段对关闭煤矿中遗留的煤炭资源进行再次开采。其二，开展煤炭地下气化利用，将地下的煤炭进行气化处理，转化为可利用的能源形式[11-12]。当下国内的主要利用方式均为关闭煤矿的资源复采[13]。关于关闭煤矿剩余煤炭资源的复采主要有4大类物理开采以及2大类化学开采。其中物理开采包括以充填式开采为主的矸石充填、膏体充填以及隔离注浆充填；对于保护性煤柱之间的残留煤及孤岛煤块段一般使用房柱式、条带式、水力等短壁开采方式；对于薄煤层或采空区的残留煤常选用长壁螺旋钻开采，化学开采主要是以“条带式”地下气化和“长通道、大断面”地下气化为主（图1）[11-12]。
1.1 残留煤复采
关闭煤矿残留煤原因多样，主要有“三下”残留煤、薄煤层残留煤、保护性残留煤以及构造条件复杂无法开采残留煤和采空区残留煤等5大类[14]。复采剩余煤炭资源工艺主要是针对特定残留煤的新型复采技术。包括煤矸石充填开采方式和隔离注浆开采方式，矸石充填开采技术可以有效回收传统开采方式难以开采的煤炭资源，减少资源浪费。尤其是对于 “三下一上”等复杂地质条件下的煤炭资源，能够最大限度地实现煤炭的充分开采[15-16]；隔离注浆开采方式，一方面，它可以支撑上覆岩层，减少岩层的下沉和变形，从而有效控制地表沉陷，保护地面建筑物、水体和铁路等设施的安全。另一方面，对于在承压水上采煤的情况，隔离注浆可以起到阻隔承压水的作用，防止承压水涌入采空区，保证采煤作业的安全进行[17-18]。隔离注浆开采方式是一种能够在复杂地质条件下实现煤炭安全高效开采，同时有效保护地面设施和生态环境的重要技术手段[19]。
我国关于采空区复采、破坏区煤炭资源开采、煤柱残煤回收等煤炭资源利用方式已较为成熟。以峰峰矿业集团有限公司一矿为例，自1983年起，该矿着手对解放前后采用老采煤法开采后遗留的采空区展开资源复采工作，得到了良好成效[20]；河北金能邯矿集团阳邑矿于2002年末全面迈入煤柱残采回收时期，试验了“L”、“P”、“T”型残采工艺，效果显著[21]；鹤壁四矿利用水力采煤法，针对矿区内地质构造繁杂、煤层赋存状态不稳定以及断层众多等开采难度较大的煤层进行了残煤回采工作，提高了残煤资源利用率[22]；新汶矿业集团张庄煤矿依据不同的煤炭储量状况灵活选取采煤方法开展回采工作，实现了不同煤炭资源的再利用[23]。
1.2 煤炭地下气化利用剩余煤炭资源
我国煤炭地下气化技术起步较晚，最早于20世纪末期开始进行煤炭地下气化试验研究。利用地下气化技术，可使我国遗弃煤炭资源50%左右得到利用[24]。煤炭地下气化是在高温条件下将煤炭转化为可燃气体，实现碳能源形式转化。气化过程能脱除硫化物等污染物，降低煤炭直接燃烧带来的环境污染[25]。在煤炭地下气化中，目标煤层地质条件是煤炭地下气化技术路线的决策基础，不同的地质条件对应不同的地下气化路线，大倾角煤层气化炉主要针对倾角大于60°的煤层，煤层低点联通注气井，高点联通生产井，可实现煤层边气化边冒落，形成地面填充床的煤气化模式[26]。而联通直井气化炉，需至少2口直井钻入煤层，气化剂注入和煤气排除均采用垂直钻孔，注气点位于垂直注气井底部，该类技术适用于渗透性煤层，且垂直钻孔距离不超过30 m[27-28]；第3类为长距离定向钻井气化炉，其生产井为垂直井，注气井为水平井，此类技术通过增加煤层内水平段的长度，进一步提高了气化单元的煤炭量[29]。对于井工难开采、开采经济性和安全性差的薄煤层、深部煤层、“三下” 压煤及高硫、高灰、高瓦斯煤层，可采用地下气化方式开发利用[30]。这种方式既实现能源转化，又能减少污染，为难以常规开采的煤层提供了新的开发途径，有助于提高煤炭资源的综合利用效率。
2005年，中国矿业大学针对西南地区煤炭特征，在重庆中梁山开展了残留煤地下气化工业性试验，气化煤炭总量近1万t，日产煤层气4万m3以上[31]。2007年气化采煤工业化试验基地在内蒙古乌兰察布成立，无井式气化炉点火成功，我国原位煤赋存区气化技术得以实现[32]。2014年移动单元气化技术开发成功，实现了富氧气化稳定产出LNG合成原料气，连续稳定运行超过3个月并通过化工生产长周期稳定运行评估，单工作面煤炭气化回采率达87.7%，煤炭地下气化的发展在我国逐渐步入正轨[33]。2019年刘淑琴等[34]对内蒙古自治区锡林郭勒盟哈日高毕矿区北亚盆西南部进行了选区研究，建立适合适宜地质条件的煤炭地下气化有利区优选指标。2024年周泽等[35]以贵州六盘水煤田为对象，以模糊层次分析法对煤田进行了气化可行性评价选区，建立了2个指标层次，圈定出有利区面积1 140.62 km2，资源量达90亿t。对比成功试验的新疆哈密浅煤层（埋深450 m）小井地下气化及内蒙古唐家会褐煤−长焰煤（埋深522 m）地下气化的成功实施，表明中浅层钻井式地下气化技术已相对成熟。
2. 山西省关闭煤矿煤炭资源调查
本次研究对山西省关闭煤矿资源类型进行调查划分，2006年山西省因资源整合单独关闭小煤矿为513座，2009年兼并重组中单独关闭167座煤矿，因煤矿面积较小，煤炭赋存条件较差，且无相关地质资料，后期开发利用价值较小。本次研究将这2部分煤矿划为一般调查区，进行简单评价。2016—2020年去产能关闭的150座煤矿划定为重点调查区，进行系统性评价。调查范围如图2所示。
山西省关闭煤矿主要分布在6大煤田中的17个矿区内，各矿区关闭煤矿均以去产能关闭煤矿为主，分布情况如图3所示。由图3可知，晋城矿区关闭煤矿面积最大，为
272.1162 km2，占全省总面积的16%，大同矿区次之，面积为211.2602 km2，占全省总面积的13%，再次为霍州矿区，面积为184.9433 km2，占全省总面积的11%。![]()
图 3 分矿区关闭煤矿分类统计Figure 3. Classification and statistics of closed coal mines by mining area根据重点调查区150个煤矿统计的剩余煤炭资源情况，山西省关闭煤矿剩余煤炭资源仍十分丰富，剩余资源量占关闭煤矿累计查明资源量的64%。关闭煤矿剩余各类煤炭资源在各矿区内均有分布，其中大同矿区剩余资源最多（图4），石隰矿区剩余资源最少，整体呈南多北少、东多西少的特点。
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图 4 各矿区关闭煤矿剩余煤炭资源量分布Figure 4. Distribution of remaining coal resources in closed coal mines in each mining area一般调查区一方面因基础资料缺失，另一方面规模极小，井下布设大多不规范，属不可再利用煤矿类别，本次工作不对其进行资源量类型划分及利用评价。
通过对山西省重点调查区剩余煤炭资源形成因素研究，将山西省关闭煤矿划分为3大类型：资源可重启型、地质条件复杂型和资源局限型，对应的剩余煤炭资源类型为资源可重启型剩余煤炭资源、地质条件复杂型剩余煤炭资源和资源局限型剩余煤炭资源（表1）。
表 1 山西省域关闭煤矿剩余煤炭类型划分Table 1. Classification of remaining coal types after closure of coal mines in Shanxi Province关闭煤矿/剩余煤炭类型 主要特点 煤矿个数/个 剩余资源量/万t 资源可重启型/剩余煤炭资源 经济、政策原因关闭，资源量可观、剩余程度高，产能过剩 74 349 789.4 地质条件复杂型/剩余煤炭资源 因水文、构造等地质条件复杂等使得开采技术条件复杂 49 269 528.4 资源局限型/剩余煤炭资源 资源枯竭、“三下”压煤 707 659 003.6 3. 关闭煤矿剩余煤炭利用方式及评价指标体系
3.1 战略储备资源利用评价指标
我国油气资源供应的安全性和稳定性较差，煤炭资源相对较为稳定。煤炭作为我国的兜底保障能源，未来很长一段时间内的基础能源地位不会改变。在我国崛起的关键时刻，煤炭资源的充分利用对于我国能源结构调整、降低能源进口依赖程度起着至关重要的作用。
根据战略储备资源利用方式，结合山西省关闭煤矿剩余煤炭的具体信息，提取剩余资源储量、开采程度、剩余煤炭资源位置、剩余程度、煤层赋存位置、构造复杂程度以及地表情况等特征参数，作为战略储备利用方式的评价指标。值得注意的是，对于可作为战略储备资源，直接重启利用的关闭煤矿剩余煤炭资源，在煤矿关闭时，原有采煤设施已经基本拆除或报废。本次评价仅为初步粗略评价，因此，在重新开采利用时，需考虑进行重启开采的经济评价。
3.2 露天开采利用评价指标
露天开采具备生产能力大、开采成本低、生产效率高、安全条件好等一系列优势。因此，对于部分可重启型资源，应综合评价其剩余煤炭的相关参数，进行露天开采评估。根据《煤炭露天矿设计规范》（GB50197—2005），结合露天开采的特征及山西省关闭煤矿剩余煤炭的具体信息，提取剩余煤炭资源类型、剩余资源储量、开采程度、煤层埋深、概略剥采比等特征参数，作为关闭煤矿重启后以露天开采方式利用的评价指标。其中，概略剥采比采用山西省浅部煤炭资源调查评价统计结果，按照《煤炭露天矿设计规范》（GB50197—2005），炼焦煤剥采比≤15 m3/t，非炼焦煤剥采比≤10 m3/t。
3.3 煤炭地下气化指标体系
根据煤炭地下气化评价关键指标，结合山西省关闭煤矿剩余煤炭的具体信息，提取剩余资源量占比、煤岩煤质条件（煤阶、灰分、挥发分、硫分、黏结度）、煤层赋存条件（煤层厚度、埋深、开采年限）、围岩条件（顶板岩性、顶板厚度、底板岩性）、地质构造条件（断层、构造、岩浆岩、陷落柱）、水文地质条件（距顶板含水层、距底板含水层距离）以及其他条件（居民区和距生态保护区距离）等参数，构建了关闭煤矿煤炭地下气化评价指标体系（图5）。
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图 5 关闭煤矿地下气化利用评价指标Figure 5. Evaluation indicators for underground gasification utilization of coal mines closed in Shanxi Province3.4 井下修复型开采评价指标体系
考虑到山西省煤矿开采较为浅层，且主要为传统的直采方式，开采之后因采空区的卸压而引起地表沉降对地表安全稳定性存在威胁。基于对关闭煤矿开采程度的认识，提出2大类适用煤炭井下修复开采方式：矸石充填型开采以及隔离注浆型，开采评价指标如图6所示。
4. 剩余煤炭再利用策略与评价
根据关闭煤矿剩余煤炭资源类型和特点，将本次主要评价的830个关闭煤矿剩余煤炭类型划分为：Q1资源可重启型剩余煤炭资源74个，Q2地质条件复杂型49个，Q3资源局限型剩余煤炭资源707个。本次评价方法如下：
1）获取关闭煤矿剩余煤炭类型，选择剩余煤炭利用方式（表2）；
表 2 剩余煤炭类型及利用方式Table 2. Type and utilization of surplus coal煤炭类型 利用方式 煤矿数量/个 Q1 地下气化 74 新型开采方法 直接重启开采 Q2 煤矸石充填开采 49 离层隔离注浆开采 Q3 — 707 2）确定评价层次、指标，制定评价指标的评价等级及赋值标准（图5、图6）；
3）指标赋值，获取评价指标中评价单元的参数；
4）基于所述评价单元的参数，通过层次分析法，提取因素，获得评价指标权重，过程包括：① 构造判断矩阵：按照元素的重要程度进行排序；② 获取元素相对权重及特征根：判断矩阵的最大特征根对应的特征向量即权重向量，根据“和积法”获得权重及特征向量。③ 一致性检验：所述权重及特征向量进行一致性检验，获得评价指标权重。
5）根据多层次模糊评价法，基于评价指标权重，得到目标层相对于各评价等级的隶属度，获取各评价等级的隶属度过程包括：① 建立评价因素集与评价结果集：评价因素集参照评价指标建立，一级评价因素即一级评价指标，二级评价因素集为二级评价指标。评价结果集V={V1优，V2次优，V3良，V4中}，而评价结果集与量化打分间存在关系为：V1优，[90，100]；V2次优，[70，90）；V3良，[50，70）；V4中，[0，50）。② 建立评价因素集与评价结果集间的隶属度矩阵，将评价单元各评价指标的赋值代入，获得每个评价指标对应各评价等级的隶属度，建立各评价指标的隶属度向量Rij（i=1，2，…，n，n为一级指标个数，j=1，2，…，m，m为一级指标中次级指标个数），进而建立各一级评价指标下的隶属度矩阵Ri（i=1，2，…，n，n为一级指标个数）。③ 求得目标层相对于各评价等级的隶属度：以获得的各级指标权重构建权重向量。通过多层次模糊评价的原理，构建单因素判断矩阵进而构建二级模糊综合判断结果集。
6）根据最优隶属度原则获取评价单元的评价等级，进而得到关闭煤矿剩余煤炭适用利用方式。
根据最优隶属度原则获得各评价单元的评价结果，并选择结果为“V1优”的单元作为优选煤矿，优先进行开发；结果为“V2次优”的单元作为有利煤矿，较早进行开发；结果为“V3良”的单元作为较有利煤矿，较晚进行开发；“V4”中单元作为远景煤矿，技术相对成熟后进行开发。
对于战略储备和露天开采2种剩余煤炭资源利用方式，采用直接评价的方法。战略储备利用的剩余煤炭资源评价方法：① 为去产能关闭的煤矿，即剩余煤炭类型为Q1；② 综合评估煤炭资源赋存位置、构造复杂程度以及地表情况等特征参数，和关闭前基本一致，未受到外力破坏，符合重新开采的条件；③ 剩余煤炭资源量大于
1000 万t，且剩余程度在60%之上，煤质较优，构造简单，地质工程条件简单。符合以上条件的关闭煤矿剩余煤炭资源，可作为战略储备资源，直接重启利用。本次评价仅筛选“V1优”优选煤矿和V2次优”有利煤矿。4.1 战略储备资源利用评价
对于74个资源可重启型的关闭煤矿，采用战略储备利用方式，进行直接评价。筛选出34个煤矿适宜作为战略储备资源煤矿（表3），其剩余煤炭资源量均大于
1000 万t，且剩余程度均在60%之上，煤质较优，构造简单，地质工程条件简单。可作为战略储备资源，直接重启利用。表 3 战略储备资源煤矿Table 3. Strategic reserve coal mines矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 剩余程度/% 大同矿区 4 30.45 43169 .681～87 平朔矿区 2 8.36 15902 .773～91 轩岗矿区 5 25.02 47698 .0≥91 岚县矿区 2 22.00 14837 .0≥99 离柳矿区 2 5.43 4353 .0≥87 石隰矿区 1 6.49 2353 .294 乡宁矿区 3 18.78 5732 .071～83 汾西矿区 3 11.90 9008 .080～92 霍州矿区 2 21.82 4572 .0≥64 西山矿区 4 15.37 9187 .0≥60 霍东矿区 3 38.37 10281 .962～84 武夏矿区 1 2.40 1553 .167 潞安矿区 1 5.18 4767 .097 晋城矿区 1 2.15 1693 .276 合计 34 213.72 175108 .0— 4.2 露天开采适用性评价
本次评价的830座煤矿中，资源枯竭和“三下”压煤在内的“资源局限型”关闭煤矿共计707座，均不适宜露天开采。对“资源可重启型”和“地质条件复杂型”总计123座关闭煤矿，进行露天开采适宜性评价。
通过直接评价筛选出适宜进行露天开采的煤矿有45个（表4），剩余煤炭资源量为278 393.9万t，其含煤矿区埋藏深度在300 m以浅，炼焦煤剥采比≤15 m3/t，非炼焦煤剥采比≤10 m3/t。
表 4 露天开采适用性煤矿Table 4. Open-pit mining suitable coal mines矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 大同矿区 4 53.42 8710 .7平朔矿区 1 6.68 14690 .0离柳矿区 1 1.55 915.0 乡宁矿区 5 38.52 37095 .7汾西矿区 4 25.78 6101 .8霍州矿区 3 12.37 14431 .0西山矿区 8 48.62 65205 .0霍东矿区 1 5.14 414.0 东山矿区 2 39.48 2610 .0阳泉矿区 3 64.94 43048 .7武夏矿区 2 6.49 22090 .0晋城矿区 11 97.51 63082 .0合计 45 400.50 278393 .94.3 地下气化适用性评价
依据关闭煤炭地下气化指标评价体系对74个可重启型煤矿进行煤炭地下气化适用性评价。通过层次分析法，提取因素，获得评价指标权重，得到地下气化评价指标权重（表5），基于评价指标权重，应用多层次模糊评价法，根据关闭煤矿地下气化利用评价指标计算目标层相对于各评价等级的隶属度，最后根据最优隶属度原则获取地下气化评价单元的评价等级。结果如下：本次剩余煤炭地下气化适用性详细评价的74个煤矿中，有14个煤矿划分为“V2次优”等级，适宜地下气化，其剩余煤炭资源量为135 619.9万t，为开发的有利区域，可较早进行开发（表6）。
表 5 地下气化评价指标权重Table 5. Evaluation index weight of underground gasification一级指标 权重 二级指标 权重 煤岩煤质条件 0.258 1 煤级 0.507 6 挥发分 0.075 4 灰分 0.140 8 硫分 0.131 2 黏结度 0.145 0 煤层赋存条件 0.329 5 煤层厚度 0.397 0 煤层埋深 0.348 0 开采年限 0.255 1 围岩条件 0.142 0 顶板岩性 0.121 8 底板岩性 0.104 0 顶板厚度 0.774 2 地质构造条件 0.111 5 断层 0.266 0 陷落柱 0.513 5 岩浆岩侵入指数 0.220 4 水文地质条件 0.112 5 涌水量 0.479 5 距顶板含水层距离 0.386 3 距底板含水层距离 0.134 9 其他条件 0.046 2 距居民区距离 0.555 9 距生态保护区距离 0.444 4 表 6 地下气化有利煤矿评价结果表Table 6. Evaluation results of beneficial coal mines for underground gasification矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 评价等级 大同矿区 8 67.44 100614.6 V2次优 74.28 ～86.15平朔矿区 3 13.34 32053.3 岚县矿区 1 16.98 1371.9 霍州矿区 1 0.51 371.9 武夏矿区 1 4.85 1208.1 合计 14 103.12 135619.9 4.4 新型开采适用性评价
依据新型开采方式评价体系对资源可重启型煤矿进行适用性评价。依据评价方式，以夹矸情况、顶板完整程度、顶板岩性、顶板厚度、导水裂隙带相对高度为评价指标。通过层次分析法，提取因素，获得评价指标权重，得到新型开采方式评价指标权重（表7）。根据权重计算目标层相对于各评价等级的隶属度，最后根据最优隶属度原则获取新型开采评价单元的评价等级。结果如下：资源可重启型74个煤矿中，有7个煤矿划分为“V2次优”等级，剩余煤炭资源量为50 831.3万t，为开发的有利区域（表8）。
表 7 新型开采方式评价指标权重Table 7. New mining method evaluation index weight评价指标 权重 夹矸情况 0.108 0 顶板完整程度 0.098 4 顶板岩性 0.218 3 顶板厚度 0.330 0 导水裂隙带高度 0.245 1 表 8 新型开采方式有利煤矿评价结果Table 8. New mining method is favorable to the evaluation results of coal mines矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 评价等级 大同矿区 2 21.06 27 295.0 V2次优
70.05～77.16汾西矿区 2 17.03 7 794.1 西山矿区 1 6.65 2 371.0 晋城矿区 2 8.00 13 371.2 合计 7 52.75 50 831.3 4.5 井下修复型开采评价
依据井下修复型开采方式评价体系对地质条件复杂型煤矿进行适用性评价。依据评价方式，依据剩余煤炭赋存连续性、剩余赋存位置、夹矸情况、顶板完整程度、导水裂隙带高度为评价指标。对49个“地质条件复杂型”资源煤矿进行层次分析法分析，分别进行煤矸石充填开采方式和隔离注浆开采方式的适用性评价煤矿。
1）矸石充填开采。以剩余煤炭赋存连续性、剩余煤炭赋存位置、夹矸情况、顶板完整程度为主要权重指标（表9），开展评价。
表 9 矸石充填开采方式评价指标权重Table 9. Evaluation index weight of gangue filling mining评价指标 权重 剩余煤炭赋存连续性 0.153 4 剩余赋存位置 0.077 2 夹矸情况 0.307 9 顶板完整程度 0.461 3 本次煤矸石充填开采适用性评价的49个煤矿中，煤矸石充填开采无开发的优势区域；开发的有利区域有4个划分为“V2次优”等级，剩余煤炭资源量为33 592.4万t，可以考虑煤矸石充填开采利用，可较早进行开发（表10）。
表 10 煤矸石充填开采有利煤矿评价结果Table 10. Evaluation results of beneficial coal mines for coal gangue filling mining矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 评价等级 潞安矿区 1 1.29 671.4 V2次优
71.08～81.62霍州矿区 1 1.65 17 501.0 晋城矿区 2 32.23 15 420.0 合计 4 35.17 33 592.4 2）离层隔离注浆开采。该类开采方式主要利用主充填层位扩张离层、压实采空区以形成载荷传递效应，并与隔离煤柱协同作用从而提高减沉率的开采煤炭方式。综合煤矿情况，以剩余煤炭赋存连续性、剩余赋存位置、导水裂隙带高度为主要权重指标进行评价（表11）。适用性评价的49个煤矿中，无关闭煤矿剩余煤炭资源隔离注浆利用的优势区域；有20个煤矿划分为“V2次优”等级，为隔离注浆开采的有利区域，剩余煤炭资源量为57 704.8万t，适合进行隔离注浆开采利用（表12）。
表 11 离层隔离注浆开采方式评价指标权重Table 11. Weight of evaluation index of isolated grouting mining评价指标 权重 剩余煤炭赋存连续性 0.181 6 剩余赋存位置 0.092 0 导水裂隙带高度 0.726 4 表 12 关闭煤矿离层隔离注浆开采有利煤矿评价结果Table 12. Evaluation results of beneficial coal mine for closing coal mine separation, isolation and grouting mining矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 评价等级 大同矿区 4 21.00 8 272.0 V2次优
73.44～86.34平朔矿区 2 7.02 20 376.0 乡宁矿区 1 6.03 1 550.0 霍州矿区 1 2.93 129.0 阳泉矿区 3 27.90 7 193.8 潞安矿区 1 1.29 671.4 武夏矿区 2 9.30 5 134.0 晋城矿区 6 50.01 14 378.6 合计 20 125.48 57 704.8 5. 结 论
1）对山西省关闭煤矿的剩余煤炭资源量进行估算，全省剩余煤炭资源总量达1 277 002.1万t，其中重点调查的150座煤矿剩余资源量为750 078.2万t。
2）通过资源调查，深入分析了关闭煤矿资源赋存特征，以此为基础对剩余煤炭资源类型进行科学划分。构建了针对山西省关闭煤矿剩余煤炭资源再利用的评价指标体系与评价模式，通过严格筛选与评定，确定出适宜战略储备的煤矿 34座、适合露天开采的煤矿45座、具备地下气化优势的煤矿14座、利于新型开采技术应用的煤矿7座、适合井下修复型矸石开采的煤矿4座以及符合离层隔离注浆开采条件的煤矿20座。
3）为山西省后续关闭煤矿剩余资源的综合开发利用以及新关闭煤矿资源的合理处置提供依据，有力推动煤炭资源的高效可持续发展与利用。
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图 3 分矿区关闭煤矿分类统计
Figure 3. Classification and statistics of closed coal mines by mining area
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图 4 各矿区关闭煤矿剩余煤炭资源量分布
Figure 4. Distribution of remaining coal resources in closed coal mines in each mining area
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图 5 关闭煤矿地下气化利用评价指标
Figure 5. Evaluation indicators for underground gasification utilization of coal mines closed in Shanxi Province
表 1 山西省域关闭煤矿剩余煤炭类型划分
Table 1 Classification of remaining coal types after closure of coal mines in Shanxi Province
关闭煤矿/剩余煤炭类型 主要特点 煤矿个数/个 剩余资源量/万t 资源可重启型/剩余煤炭资源 经济、政策原因关闭，资源量可观、剩余程度高，产能过剩 74 349 789.4 地质条件复杂型/剩余煤炭资源 因水文、构造等地质条件复杂等使得开采技术条件复杂 49 269 528.4 资源局限型/剩余煤炭资源 资源枯竭、“三下”压煤 707 659 003.6 
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表 2 剩余煤炭类型及利用方式
Table 2 Type and utilization of surplus coal
煤炭类型 利用方式 煤矿数量/个 Q1 地下气化 74 新型开采方法 直接重启开采 Q2 煤矸石充填开采 49 离层隔离注浆开采 Q3 — 707
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表 3 战略储备资源煤矿
Table 3 Strategic reserve coal mines
矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 剩余程度/% 大同矿区 4 30.45 43169 .681～87 平朔矿区 2 8.36 15902 .773～91 轩岗矿区 5 25.02 47698 .0≥91 岚县矿区 2 22.00 14837 .0≥99 离柳矿区 2 5.43 4353 .0≥87 石隰矿区 1 6.49 2353 .294 乡宁矿区 3 18.78 5732 .071～83 汾西矿区 3 11.90 9008 .080～92 霍州矿区 2 21.82 4572 .0≥64 西山矿区 4 15.37 9187 .0≥60 霍东矿区 3 38.37 10281 .962～84 武夏矿区 1 2.40 1553 .167 潞安矿区 1 5.18 4767 .097 晋城矿区 1 2.15 1693 .276 合计 34 213.72 175108 .0—
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表 4 露天开采适用性煤矿
Table 4 Open-pit mining suitable coal mines
矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 大同矿区 4 53.42 8710 .7平朔矿区 1 6.68 14690 .0离柳矿区 1 1.55 915.0 乡宁矿区 5 38.52 37095 .7汾西矿区 4 25.78 6101 .8霍州矿区 3 12.37 14431 .0西山矿区 8 48.62 65205 .0霍东矿区 1 5.14 414.0 东山矿区 2 39.48 2610 .0阳泉矿区 3 64.94 43048 .7武夏矿区 2 6.49 22090 .0晋城矿区 11 97.51 63082 .0合计 45 400.50 278393 .9
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表 5 地下气化评价指标权重
Table 5 Evaluation index weight of underground gasification
一级指标 权重 二级指标 权重 煤岩煤质条件 0.258 1 煤级 0.507 6 挥发分 0.075 4 灰分 0.140 8 硫分 0.131 2 黏结度 0.145 0 煤层赋存条件 0.329 5 煤层厚度 0.397 0 煤层埋深 0.348 0 开采年限 0.255 1 围岩条件 0.142 0 顶板岩性 0.121 8 底板岩性 0.104 0 顶板厚度 0.774 2 地质构造条件 0.111 5 断层 0.266 0 陷落柱 0.513 5 岩浆岩侵入指数 0.220 4 水文地质条件 0.112 5 涌水量 0.479 5 距顶板含水层距离 0.386 3 距底板含水层距离 0.134 9 其他条件 0.046 2 距居民区距离 0.555 9 距生态保护区距离 0.444 4
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表 6 地下气化有利煤矿评价结果表
Table 6 Evaluation results of beneficial coal mines for underground gasification
矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 评价等级 大同矿区 8 67.44 100614.6 V2次优 74.28 ～86.15平朔矿区 3 13.34 32053.3 岚县矿区 1 16.98 1371.9 霍州矿区 1 0.51 371.9 武夏矿区 1 4.85 1208.1 合计 14 103.12 135619.9
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表 7 新型开采方式评价指标权重
Table 7 New mining method evaluation index weight
评价指标 权重 夹矸情况 0.108 0 顶板完整程度 0.098 4 顶板岩性 0.218 3 顶板厚度 0.330 0 导水裂隙带高度 0.245 1
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表 8 新型开采方式有利煤矿评价结果
Table 8 New mining method is favorable to the evaluation results of coal mines
矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 评价等级 大同矿区 2 21.06 27 295.0 V2次优
70.05～77.16汾西矿区 2 17.03 7 794.1 西山矿区 1 6.65 2 371.0 晋城矿区 2 8.00 13 371.2 合计 7 52.75 50 831.3
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表 9 矸石充填开采方式评价指标权重
Table 9 Evaluation index weight of gangue filling mining
评价指标 权重 剩余煤炭赋存连续性 0.153 4 剩余赋存位置 0.077 2 夹矸情况 0.307 9 顶板完整程度 0.461 3
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表 10 煤矸石充填开采有利煤矿评价结果
Table 10 Evaluation results of beneficial coal mines for coal gangue filling mining
矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 评价等级 潞安矿区 1 1.29 671.4 V2次优
71.08～81.62霍州矿区 1 1.65 17 501.0 晋城矿区 2 32.23 15 420.0 合计 4 35.17 33 592.4
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表 11 离层隔离注浆开采方式评价指标权重
Table 11 Weight of evaluation index of isolated grouting mining
评价指标 权重 剩余煤炭赋存连续性 0.181 6 剩余赋存位置 0.092 0 导水裂隙带高度 0.726 4
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表 12 关闭煤矿离层隔离注浆开采有利煤矿评价结果
Table 12 Evaluation results of beneficial coal mine for closing coal mine separation, isolation and grouting mining
矿区 煤矿数量/个 面积/km2 剩余煤炭储量/万t 评价等级 大同矿区 4 21.00 8 272.0 V2次优
73.44～86.34平朔矿区 2 7.02 20 376.0 乡宁矿区 1 6.03 1 550.0 霍州矿区 1 2.93 129.0 阳泉矿区 3 27.90 7 193.8 潞安矿区 1 1.29 671.4 武夏矿区 2 9.30 5 134.0 晋城矿区 6 50.01 14 378.6 合计 20 125.48 57 704.8
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