新疆煤炭资源与水资源配比关系研究及开发建议

王庆伟，周凤英，王 佟，闫 强

(1.华北水利水电大学资源环境学院，河南 郑州 450046；2.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037；3.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；4.国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037；5.中国煤炭地质总局，北京 100039)

新疆煤炭资源与水资源配比关系研究及开发建议

王庆伟1，周凤英2，3，4，王 佟5，闫 强2，3，4

(1.华北水利水电大学资源环境学院，河南 郑州 450046；2.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037；3.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；4.国土资源部成矿作用与资源评价重点实验室，北京 100037；5.中国煤炭地质总局，北京 100039)

水资源在我国西部尤其是新疆地区关系到煤炭的命运。煤炭开采需要用水，煤炭清洁利用和提质升级也需要水，若有煤无水则煤炭沦落与土无疑。新疆地区是我国第十四个大型煤炭基地，是西部大开发的着足点，也是一带一路国家战略布局的支撑点，若能解决好煤炭与水的问题，则就解决了能源安全问题，也解决了民族问题。本文立足新疆煤炭地质条件与水资源条件综合分析，研究了煤炭资源与水资源的配比关系，总结了煤炭资源分布与水资源分布之间存在的问题，提出了解决问题的战略性建议。可为研究西部煤炭资源利用问题提供参考，具有一定的现实意义。

煤炭资源；水资源；配比关系；开发建议；新疆

煤炭是工业的粮食，在我国支撑着国民经济的健康持续发展。缺油富煤少气的能源现状，促使我们必须立足于最经济、最稳定、最可调和和最安全的主体能源煤炭[1-2]。但是，煤炭开采中则受地质条件[3]和水资源的约束[2，4]。地质条件可以通过工程技术方面的进步予以解决，而缺水尤其是在西部地区，若有煤无水则煤炭沦落与土无疑。煤炭采选用水是否充足事关煤矿安全，也与矿工生命和生产环境相关，因为煤炭开采期除尘要用水、降低煤中杂质需要水，更无须说生活用水与环境用水了[5]。目前，我国大部分煤矿区主要靠抽取地下水资源和矿井水综合利用，普遍存在水资源短缺问题，水资源供需矛盾不可避免地成为开发利用中西部煤炭资源的重要制约因素[2]。而新疆是我国的第十四个大型煤炭基地，煤炭资源预测量高达2.19万亿t[6]，其水资源显著的区域差异状况给煤炭用水带来难度。中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环与地表过程重点实验室2012年预测，新疆在2020年仅采选用水将达到4.90×108m3[7]。如果再加上煤炭综合利用中的煤化工、发电等用水需求，那么这个缺口就更是个天文数字。2007年国务院制定的《关于进一步促进新疆经济社会发展的若干意见》中提出加快新疆地区煤炭能源基地建设，“稳步建设大型煤炭基地，提升新疆煤炭战略地位，积极推进煤层气勘探开发、加工转化和煤层气产业的有序发展”[8]，这对于振兴自治区发展，改善边疆少数民族地区人民生活条件，保障繁荣稳定和国家安全具有重要的战略和现实意义。为此，深度研究新疆煤炭资源本身特性之外，更要注重水煤关系配比研究。而且，从某种意义而言，水的资源意义在新疆某些区域比煤炭资源本身的意义更大。

1 新疆煤炭资源条件

新疆煤炭资源丰富，煤炭资源总量约为1.9万亿t[9]。随着西部大开发的步伐的加快和国家第十四个大型基地定位，国家加大了对新疆煤炭资源的勘查投入，2009年新疆“358”项目提交了《新疆维吾尔自治区东疆地区煤炭资源调查总体报告》，获得334资源量2 317.92亿t。2011年又在三塘湖、和静县巴音布鲁克煤田以及南疆的喀什、和田、阿克苏三地州进行了勘查投入[10]。截至2012年底，累计探获煤炭资源储量0.23万亿t(表1)[11]；截至2014年底，全疆探明煤炭资源储量3 678亿t[12]，占全国的24%，仅次于内蒙古。但是，煤炭资源分布集中却不均衡[9，13]。

在区域上，主要分布在准噶尔含煤盆地和天山山间等含煤盆地内，塔里木盆地北缘也有部分分布，其他地区很少或零星分布。具体划分为准噶尔-北天山、西南天山、塔里木三大含煤区，下辖13个煤田、53煤产地。其中，98%的煤炭资源主要分布在准噶尔、伊犁和吐哈等地区，而总面积上占优的南疆地州如和田、喀什、克州等煤炭资源仅占2%左右，且集中位于阿克苏地区。而且，北疆(尤其是伊犁的低阶煤)为煤化工诸如煤气化、煤制油等提供了便利。

在成煤时代上，主要分布在侏罗纪中下统，占到99%以上，其他时代的煤层很少。中侏罗世煤层在变质时代跨度较短，奠定了以低煤阶煤炭资源为主的特性。全疆侏罗纪煤层中，灰分为16.71%～34.6%，全硫含量为0.82%～4.63%，低、中、高三个煤阶的煤层都有分布，其中以低阶烟煤为主，其次是中、高阶烟煤[9-10]。

在煤类区域分布上，北疆区煤类以低级烟煤(长焰煤、不黏煤、弱黏煤)为主，中灰、低硫、煤质良好。南疆区煤类以中变质烟煤、低级烟煤(长焰煤、不黏煤、弱黏煤)为主，多为中灰、低硫，煤质尚可。年轻烟煤均为良好的动力燃料；气煤是理想的炼焦配煤；高挥发分长焰煤是获得焦油的为主的综合利用的原料；气肥焦煤可做炼焦或配焦用煤[10]。

表1 新疆煤矿区资源量情况

数据来源：文献[10]。

在生产规模上，截至2014年底，新疆共有生产矿井349处，核定生产能力9 673万t/a[12]。2014年全区煤炭产量1.43亿t，比2010年增加5 300万t，平均每年增加1 325万t，年均增长率12.3%，高于全国8个百分点。2014年全区煤炭消费量1.29亿t，比2010年增加3 900万t，年均增长率10.3%。全区共有在建煤矿29处，能力5 000万t/a；有47个项目已获得“路条”，总规模2.2亿t/a。目前全区已编制完成或正在编制的矿区总体规划42个，共规划井(矿)田368个，规划总能力17.9亿t/a。

2 新疆水资源条件

2.1 总体水资源概况

截至2015年底，新疆水资源总量为930.4亿m3(表4)，且自2000～2015年间水资源总量变化不大[14]。其中，地表水资源880亿m3，地下水资源545亿m3。

地表水资源中，大小河流570条，地表径流765亿m3，山泉流量27.9亿m3，境内产流年径流量为793亿m3，平均每年从国外流入径流量约为90.87亿m3，故新疆河流径流量约为884亿m3(表2)[14]。

表2 新疆年径流量近10亿m3以上河流

数据来源：文献[14]。

地下水资源中，2015年新疆地下水资源总量为579.49亿m3(表3)[12]。其中，山丘区地下水资源量为370.92亿m3，平原区地下水补给量为372.55亿m3，平原区地下水资源量为370.13亿m3，地下水山丘区与平原区重复量为161.56亿m3，地下水可开采量为235.86亿m3。新疆平原区总补给模数为6.7万m3/a·km2，可开采模数为4.28 m3/a·km2。

表3 新疆地区各行政区水资源情况

数据来源：文献[12]。

新疆地表水及地下水资源量主要来源于天然降水。以2014年为例，山区降水达2 090亿m3，占当年全疆总降水量的80%以上。对比新疆的一半平原一半山地的地理特性，平原地区水资源极其缺乏，尤其是塔里木盆地和准噶尔盆地，总体呈现水资源丰富而集中，但区域分布极度不均衡。

2.2 煤矿区地下水资源

由于成煤时代的不同，与煤层相伴生的含水层的类型有显著的差别[2]。借助抽水试验的方式进行水文地质求参[14]，对观测孔内的水位恢复过程进行观测，取得现场抽水试验及水文地质资料，对新疆主要煤田评价，结果见表4。新疆大部分地区矿井为缺水矿井，含水层富水性弱，补给条件差，不具备开采利用的潜力，而有些矿井由于特殊的水文地质条件，造成该地区含水层富水性强，具有较大的开采潜力，有些矿井含水层在补给充分的条件下，具有一定的开采利用潜力。

3 水煤配比关系研究

3.1水资源与煤炭资源的逆向分布

3.1.1 水资源分布区域性差异显著

新疆水资源分布具有时空差异性(表3)。水资源主要分布在伊犁、阿勒泰和和田等地区，水资源分布分别占总量的15%、17%和14%。在哈密和昌吉地区水资源相对短缺。昌吉全州多年平均地表水资源量为31.82亿m3，哈密仅为10.65亿m3。昌吉全州多年平均地下水资源量为22.10亿m3，哈密为8.59亿m3。在地表水资源开发方面，2011年伊犁地区的开发利用率为4.5%，开发潜力巨大；昌吉为65.38%，已超过60%的警戒线；哈密为72.79%，明显高于警戒线。在地下水方面，伊犁、昌吉和哈密的开发利用率分别为4.6%、73.2%和86.2%，伊犁地区地下水开发潜力较大，而昌吉和哈密地区地下水已处于超采阶段。

3.1.2 煤炭资源与水资源整体呈现不均衡分布

新疆煤炭资源多集中分布在伊犁、准南、准东和吐哈区域，空间差异性显著。但重点是，水资源分布与煤炭资源分布的差异性之间呈现逆向分布(图1和图2)，也就是煤炭资源比较多的准南地区，水资源却相对短缺，其他还有昌吉、哈密等煤产地水资源也短缺严重，仅有伊犁地区水资源与煤炭资源均相对均衡丰富。即便如此，但综合看，新疆主要产煤地区的水资源也极度紧张(表3和表4)。如果不合理高效地采取节水、水权置换、调水等措施，未来煤电化工业的发展将极大受限。

表4 新疆煤系含水层开采潜力评价表

图1 新疆地区各市(区、州)水资源分布与用水情况(数据来源：《新疆统计年鉴2016》)

3.1.3 不同矿区缺水方案解决具有差异性

新疆地区水资源的特性是地下水资源与地上水资源分布并不统一(表3和表4)。哈密等煤矿区，虽然所在的区位地表水相对缺乏，但是含煤岩系中却富水性相对较高，地下水补给来源主要为山区降水和积雪融水，水质较好，可利用潜力巨大，综合补给量可达到13.5亿m3。比如，吐哈盆地中的大南湖西区三号井和东区一号井矿区水资源潜力较大，前者单井涌水量可达到1 368 m3/h。在解决用水方案上，要以地下水和提高用水效率为主。同样水资源缺乏却富煤的准东区域，由于地近乌伦古河可考虑从额尔齐斯河予以调水济困。而，昌吉州地区，用水方案的解决既要靠开挖地下水，同时也要考虑从外部调水。如果再结合新疆煤矿采煤用煤方式的定位，如新疆矿井多为煤电一体化生产，配套有相应的坑口电厂，且多位于荒漠区，调水半径较长等因素，生产及生活用水均由管道长距离输送，因此矿井的用水成本很高，平均需要6～9元/t，这为矿井的生产带来了巨大的负担。所以，唯一途径就是提高现有水资源的利用效率，尤其是地下水资源，重点是煤系地层中的水资源的利用。

图2 水资源与煤炭资源逆向分布情况

3.2 水资源条件对煤炭开发的制约

煤炭开采需要用水，用水类型分为三类：井上生产用水、井下生产用水和生活用水[2，4]。井上生产用水主要是指选煤用水、矸石冲扩堆用水、机械设备冷却用水、绿化用水等等，其中选煤用水是用水大户，随着国家要求提高洗选率，选煤用水将会占比更大；井下生产用水主要包括防尘洒水、设备冷却水、防火灌浆用水、矿井冬季保温蒸汽用水等；生活用水部分主要有矿区办公楼用水、生活区用水、活动区用水和居民用水等。水是煤炭开采的安全保障，更是生命保障，尤其是西部缺水富煤矿区，用无水无煤炭予以强调绝非虚言。

根据新疆几个矿区调研数据，大型煤矿原煤生产水耗平均为0.12 m3/t，洗选平均0.15 m3/t，总计开采吨煤用水需求约为0.30 m3/t，如果与新疆目前的生产能力3.6亿t/a这个数据相乘的话，用水量将会达到1亿m3左右。那么，在进一步而言，如果以目前全区规划总能力17.9亿t/a来计算的话，仅开采煤炭用水需求约5.37亿m3/a。这一数据与中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环与地表过程重点实验室测算-预计2020年采选用水量为4.9亿m3/a[7]基本相符。如果将煤炭产业链上下游产业链用水情况统一考虑的话，假设火电需水量0.5亿m3/a，煤化工用水3.38亿m3/a，那么将会达到9.25亿m3/a的用水需求。

对比2015年新疆的用水总量577.17亿m3的现实用水需求(表3)，再结合2013年国务院办公厅印发的《实行最严格水资源管理制度考核办法》中新疆的控制指标是2020年、2030年分别为516亿m3和526.7亿m3要求[16]，那么，2020年516亿m3的红线问题怎么解决，必将是煤炭开发利用无法绕开的问题。

4 开发建议

新疆地区整体煤炭资源与水资源均相对丰富集中，但二者存在区域分布上的不均衡性，配比关系较差。加之多数煤产区生态环境脆弱，给煤炭开采带来极大的困难。现状是70%的煤矿区缺水，40%的煤矿区严重缺水。而且，现实问题是矿井多位于荒漠地区，生产及生活用水均由管道长距离输送，矿井的用水成本很高。所以，煤炭资源开发规划定位上，一定要考虑水资源的因素，重点是利用好现有摸得着的水资源-地下水(含煤岩系中的水)资源。

4.1 优化布局，统筹规划煤炭与水资源高效配比

水资源短缺已成为制约新疆地区可持续发展的最关键问题。根据新疆煤炭资源与水资源分布规律，统筹规划煤炭资源与水资源之间关系，做到统筹论证缺水煤产区水资源短缺解决方案，实现最大经济高效地利用。比如，在伊犁地区可以大比重上一些煤化工项目，在昌吉、准北和哈密部分地区则可以上马煤电联产项目，在交通条件较好的沿线矿区如部分哈密煤矿，则应以煤炭输出为主等。

4.2 科学采矿，优先发展保水采煤技术

在西北地区实行保水采煤，关键问题是水文地质条件的探查及含隔水层结构与煤层的关系，制定保水采煤的方案及措施，从而实现水资源的保护。比如可以采用顾大钊院士等的“地下水库理念”，即利用煤炭开采形成的采空区岩体空隙储孔，将安全煤柱用人工坝体连接形成水库坝体，同时建设矿井水入库设施和取水设施，充分利用采空区岩体对矿井水的自然净化作用，建设煤矿地下水库工程。

4.3 多策并举，解决水资源短缺问题

新疆水资源短缺是区域差异性上的短缺，而非整体上水资源缺乏，可以通过开源节流、调配和水权置换的方式予以解决。通过水权置换和引水工程建设等措施增加可用水量。比如，在准东能源基地，通过加强水利工程建设，实施“引额济克”、“引额济乌”工程，调水规模可达到12亿m3；在哈密和昌吉等，通过修建高效农田和退耕低端农田计划，可有效减掉农业用水；在吐哈和准东等地的富含水含煤岩系中，针对含水层矿化度低的矿井，可以直接开采利用，而针对高矿化度水的矿井，需要对地下水进行处理，利用水化学方法降低矿化度。

[1] 谢克昌.中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究[J].中国工程科学，2015，17(9)：1-5.

[2] 彭苏萍，张博，王佟，等.煤炭资源与水资源[M].北京：科学出版社，2014.

[3] 杨起.煤地质学进展[M].北京：科学出版社，1987：33-41.

[4] 李巍，高静静，刘雯.水资源承载力分析在煤炭产业规划环评中的应用研究[C]//能源利用与新能源开发国际论坛暨第四届中国能源战略高层论坛文集，2012：126-131.

[5] 邱立新，周田君.西北五省区煤炭工业水资源需求预测与分析[J].煤炭经济研究，2007(4)：20-23.

[6] 王立彬.中国煤炭资源总量达5.9万亿t[EB/OL].[2014-02-03].http：//news.xinhuanet.com/fortune/2014-02/03/c_119206797.htm.

[7] 中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环与地表过程重点实验室.噬水之煤-煤电基地开发与水资源研究[M].北京：中国环境科学出版社，2012.

[8] 国务院.关于进一步促进新疆经济社会发展的若干意见(国务院23号文件)[Z].2007.

[9] 王佟，邵龙义.中国西北地区侏罗纪煤炭资源形成条件及资源评价[M].北京：地质出版社，2013：20-68.

[10] 新疆维吾尔自治区煤田地质局.新疆维吾尔自治区煤炭资源潜力评价报告[R].2010.

[11] 中国矿业年鉴编辑部.中国矿业年鉴2012[M].北京：地质出版社，2012.

[12] 年鉴编辑委员会.新疆统计年鉴2015[M].北京：中国统计出版社，2016.

[13] 何深伟，李赛歌.新疆煤炭资源赋存规律与资源潜力预测[J].中国煤炭地质.2011，23(8)：82-84，89.

[14] 吴福环，郭泰山.新疆通览[M]．乌鲁木齐：新疆人民出版社，2006：116-125．

[15] 煤炭工业部.煤炭资源地质勘探抽水试验规程((80)煤地字第638号)[Z].1980.

[16] 国务院办公厅.实行最严格水资源管理制度考核办法(国办发〔2013〕2号)[Z].2013.

The matching relationship between coal resources & water resources and suggestions for development in Xinjiang

WANG Qingwei1，ZHOU Fengying2，3，4，WANG Tong5，YAN Qiang2，3，4

(1.School of Resources and Environment，North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou 450046，China；2.Research Center for Strategy of Global Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；3.Institute of Mineral Resources，Chinese Academy of Geological Sciences，Beijing 100037，China；4.MLR Key Laboratory of Metallogeny and Mineral Assessment，Beijing 100037，China；5.China Coal Geology Administration，Beijing 100039，China)

The fate of coal resources is controlled by the Water resources in western China，especially in Xinjiang.If the coal mine is water shortage，the coal is equivalent to soil.Because coal mining needs water，and even improve the quality of clean and efficient use of coal also need water.Xinjiang region is China’s fourteenth large coal base，is the western development of the point，but also along the way the national strategic layout of the support point，If the solution to the matching relationship between the coal and water，then the energy security issues is solved，but also the national problem is solved.Based on the comprehensive analysis of coal geological conditions and water resources conditions in Xinjiang，this paper studies the relationship between coal resources and water resources，summarizes the distribution problems between coal resources and water resources，and puts forward some strategic suggestions to solve the problems.The implementation of the study can provide a reference for the study of the utilization of coal resources in the west，which has certain practical significance.

coal resource；water resource；matching relationship；development proposal；Xinjiang

2017-03-20 责任编辑：宋菲

地质矿产调查评价项目“全国特种煤资源综合评价与信息系统建设”资助(编号：DD20160189)；地质矿产调查评价项目“能源安全综合研究与动态跟踪评价”资助(编号：DD20160084)；博士科研启动基金项目资助(编号：40559)

王庆伟(1982-)，男，博士，2013年毕业于中国矿业大学(北京)，高级工程师，从事煤炭地质科研与勘查方面的科研与教学工作，E-mail：qingweiwang@126.com。

周凤英(1964-)，女，博士，副研究员，从事能源矿产科研工作，E-mail：fying64@qq.com。

TV213.9；F426.21

A

1004-4051(2017)07-0068-06