3A论文网：煤炭开采新理念_科学开采与科学产能
第37卷第7期煤炭学报
Vol．37No．72012年
7月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
July
2012
文章编号：0253－9993（2012）07－1069－11煤炭开采新理念—
——科学开采与科学产能谢和平1，
王金华2，3，申宝宏2，刘见中2，姜鹏飞2，3，周宏伟4，刘虹5，吴刚1
（1.四川大学工程科学与灾害力学研究所，四川成都610065；2.中国煤炭科工集团有限公司，北京
100013；3.天地科技股份有限公司，北京
100013；4.中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京100083；5.国家发展和改革委员会能源研究所，北京100038）
摘
要：针对我国煤炭资源开采的现状及存在的问题，提出了煤炭资源“科学开采”和“科学产能”
的概念和内涵。科学开采是指在科学发展观引领的与地质、生态环境相协调前提下最大限度地获取自然资源，在不断克服复杂地质条件和工程环境带来的安全隐患前提下进行的安全、高效、绿色、经济、社会协调的可持续开采；科学产能是指在具有保证一定时期内持续开发的储量前提下，用安全、高效、环境友好的方法将煤炭资源最大限度采出的生产能力，主要包括3方面的要求：安全开采、绿色开采和高效开采。在此基础上提出了生产安全度、生产绿色度、生产机械化程度的煤炭科学产能评价指标体系与标准，并对我国五大产煤区及全国和发达国家进行了科学产能分析对比。结果表明：2010年我国煤炭产能得分平均为42.58分，按科学产能标准得分在70分以上的煤炭产量为10.78亿t ，仅占全国煤炭总产量的33.27%；而美国、澳大利亚、英国、德国等世界先进产煤国的煤炭科学产能得分均在90分以上，我国与世界先进水平差距较大，应当全面推行科学开采和科学产能的理念，坚持煤炭科学开采，全面提升我国煤炭开采的科学化水平。关键词：科学开采；科学产能；评价指标；产能分析中图分类号：TD821
文献标志码：A
收稿日期：2012－06－14责任编辑：常琛
基金项目：中国工程院重大咨询资助项目（59－2）作者简介：谢和平（1956—），男，湖南双峰人，院士。E －mail ：xiehp@https://www.wendangku.net/doc/2918605669.html,
New idea of coal mining ：scientific mining and sustainable mining capacity
XIE He-ping 1，WANG Jin-hua 2，3
，SHEN Bao-hong 2，LIU Jian-zhong 2，
JIANG Peng-fei 2，3，ZHOU Hong-wei 4，LIU Hong 5，WU Gang 1
（1.Institute of Engineering Science and Disaster Mechanics ，Sichuan University ，Chengdu 610065，China ；2.China Coal Technology ＆Engineering Group Co．，Ltd．，Beijing 100013，China ；3．Tiandi Science ＆Technology Co．，Ltd．，Beijing 100013，China ；4．State Key Laboratory of Coal Resources and Safe
Mining ，China University of Mining and Technology （Beijing ），Beijing 100083，China ；5．Energy Research Institute National Development and Reform Com-
mission ，Beijing 100038，China ）
Abstract ：Aiming at the current status of coal mining problems in China ，this paper put forward the concept and con-notation of “scientific coal mining ”and “sustainable capacity of coal mining ”．Scientific coal mining is to maximally obtain natural resources on the premise of the harmonized geology and ecological environment under the guidance of outlook of scientific development ，and to achieve sustainable mining with safety ，high efficiency ，green ，economy and social harmony on the premise that hazards posed by complicated geological conditions and engineering circumstances were controlled ；sustainable capacity of coal mining refers to the maximal coal mining capacity using safe ，high-efficient and environment-friendly method on the premise that the reserves for sustainable mining within certain period were guaranteed ，mainly including three requirements ：safe mining ，green mining and high-efficient mining．Accordingly ，in-novatively proposed the assessment index system and standards of the sustainable capacity of coal mining which are comprised of mining safety level ，
green level and mechanization level and makes comparative analysis of the current sustainable capacities of coal mining of the five coal production areas in China ，the whole China and the advanced coal
３Ａ论文网：ａａａｌｗ．ｃｏｍ 张编辑ＱＱ：１１０５６６５６６１
煤炭学报2012年第37卷
mining countries in the world．The results show that the coal mining capacity in2010scores42.58on average，and the coal output which complies with the stantards of the sustainable capacity of coal mining and scores over70is about 1.078billion tons，accounting for only33.27%of the overall coal output；while the sustainable capacities of coal min-ing of the advanced coal mining countries like the United States of America，Australia，Britain and Germany score over 90．There is still a big gap between the coal mining in China and that in the advanced coal mining countries in the world，so China should extensively disseminate the idea of scientific coal mining and sustainable capacity of coal min-ing，insist on scientific coal mining，and raise the scientific level of coal mining in an all-round manner．
Key words：scientific coal mining；sustainable capacity of coal mining；assessment index；coal mining capacity analysis
我国煤炭资源丰富，市场需求旺盛，据预测2015，2020，2030年煤炭需求量分别为37 39，39 44，45 51亿t。但我国煤炭产能提升受到诸多不利因素的制约与限制。长期以来，我国粗放型的煤炭产业发展，使之在支撑国民经济快速发展的同时，也付出了沉重的代价，发生大量人员伤亡事故，生态环境破坏严重［1－2］。不顾资源条件和环境约束盲目追求规模和速度，给煤矿安全、环境及区域经济协调发展埋下隐患。根据我国煤炭开采现有的科学技术水平，综合考虑安全、环境等各种因素，我国目前煤炭产能的开发已大大超出了本行业在资源、技术、环境、安全等方面所能承载的能力［3－4］。因此，煤炭生产必须坚持科学发展观，必须改变“以需定产”的行业发展模式进行科学开采，提高煤炭科学产能，彻底扭转我国煤炭工业“高危、污染、粗放、无序”的行业现状，实现煤炭行业的健康可持续发展。
1煤炭行业制约因素与发展方向
1.1煤炭行业制约因素
目前我国煤炭行业主要存在8个方面的制约：
（1）煤炭开采条件极其复杂，开采难度越来越大。地质条件极其复杂，煤矿地应力高、变化梯度大，瓦斯含量高、煤与瓦斯突出灾害严重，地质小构造多，探测难度大［5－7］。平均开采深度600m，且每年以8 12m的速度递增（东部地区为10 20m）。华南、华东矿区的急倾斜煤层、极薄煤层的开采难度极大。
（2）缺乏与煤炭行业在国民经济中重要地位相适应的政策环境。煤矿关停并转、淘汰落后产能配套资金政策不完善。非完全成本的核算方式，严重影响煤矿企业自我发展的能力和矿井防灾减灾的能力［8－10］。对于资源条件差、经营环境差的煤矿，仍在无政策条件下，且面临安全、资源和环境的压力下进行生产。
（3）煤炭行业作为深部地下作业行业具有其特殊危险性，职工安全健康保护投入不够。我国90%的煤炭资源仅适合井工开采，瓦斯突出、水害、热害、冲击地压等问题日渐突出。一味追求产量的无序发展模式降低了国家和企业的安全投入力度。各种重大及特重大安全事故频发，矿工伤亡严重；尘肺病等职业病发病率居高不下，患病矿工的后续治疗及休养难以保障。
（4）管理体制与机制不协调不完备。管理机构的频繁更迭造成煤炭行业发展战略与产业政策缺乏前瞻性、长期性与稳定性。现有分散管理模式导致各管理部门间缺乏有效的协调机制，政出多门造成行业管理混乱，效率低下。纵向管理体制弱化国家管理职能，助长地方保护主义，不利于国家有关煤炭资源管理与开发。
（5）煤矿企业间公平竞争的市场环境缺乏监管。受资源品位、区位和地质条件影响，不同企业生产能力、生产装备水平、安全生产状况、环境影响状况、生产成本控制、政策受益程度存在显著差异，最终导致不同企业间严重缺失公平竞争环境，煤炭市场监管机制缺位。
（6）人才缺乏，职工受教育程度低，一线工人待遇差。全行业专业性管理和技术人才比例明显偏低；2009年，地矿类人才仅占专业技术人员总数的27%。煤炭全行业平均受教育程度不到9a。无健全的劳动保障和工资协商机制，职工待遇低。2010年，大型煤炭企业职工平均工资为4.52万元，只有石油和电力企业的2/3。
（7）煤炭价格未完全反应开采成本，负外部效应突出［11－12］。现有煤炭生产成本核算体系存在缺陷，成本体系中煤炭开采技术研发、高产高效装备及生态恢复手段的追加成本计入不足。基于煤炭价格形成机制的固有缺陷，我国煤炭价格尚未完全市场化，价格远低于其他能源产品。缺乏良性与长效的成本补偿机制，煤炭企业利用完全成本指导煤炭科学开采的积极性难以明显提高［13］。
（8）开采技术与装备不完全适应复杂的资源开发条件。我国煤矿地质条件复杂，对技术装备要求高；不同矿区、不同矿井甚至同一矿井不同工作面条
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件不一样，对技术装备有不同的适应要求。煤炭安全、高效、绿色开发要求技术装备智能化程度高；大量关键性科学技术基础问题尚需研究。薄煤层、复杂难采煤层的技术与装备的开发与技术储备不够。
1.2煤炭行业发展方向
要消除以上8个方面的制约，实现煤炭安全、高效、绿色、经济、社会协调、可持续开采，必须实现发展方式的五大转变：
（1）由产量速度型向质量效益型转变。随着我国能源结构不断优化，未来煤炭需求的增长会逐步放缓，煤炭市场空间会进一步缩小。煤炭行业的外部环境和内在动力，均要求煤炭开发由产量速度型向质量效益型转变，创新发展模式、转变发展思路，提高发展能力。
（2）由单一煤炭生产向煤炭综合利用、深加工方向转变。煤炭行业整体经济效益的提升，需通过行业产业链的科学设计，尤其是通过下游产业链的有效延伸，生产满足市场需求的系列产品来实现。以资源开发生产为龙头，发展新兴产业，提升煤炭价值空间，推动煤炭上下游产业一体化发展，推进煤炭深加工转化，促进煤炭产业升级是改变煤炭工业效率低下、经济附加值不高的根本出路。
（3）由粗放的煤炭开采向以高新技术为支撑的安全高效开采转变。长期以来，我国煤炭开采呈现出粗放的特点，造成资源的巨大浪费，技术落后是主因。应切实加大煤炭行业重大基础理论和关键技术研究，推动煤矿向大型化、现代化、自动化、信息化的方向转变，向安全高效生产、清洁高效利用的方向发展。
（4）由单纯控制煤矿伤亡事故向全面性的保障职业安全转变。煤炭安全过去主要用灾害事故的人员伤亡数量来评价，忽视职业健康保障。其实我国煤炭行业职业病，如尘肺病发病率明显高于其他行业。因此，科学的煤炭安全观要进一步扩展和延伸，应该涵盖整体职业安全，实现全面性的职业安全与生产同步发展。
（5）由资源环境制约向生态环境友好型转变。从长远看，煤炭行业应坚持循环经济发展理念，推进节能减排工作，加快科技创新和新技术研发，推进煤矿向绿色矿山模式发展。
要实现煤炭工业发展方式的五大转变，其根本核心就是要以实现安全、高效、绿色、高采出率、经济开采等为综合目标的全面性科学化开采，打破过去传统的“要多少，产多少”的简单化、粗放式的市场需求型生产模式。
因此，煤炭工业必须以科学开采为引领，以科学产能为依据，提出煤炭开采的新概念、新理论、新方法、新举措，推动整个行业的转轨与转型。煤炭安全高效绿色开采体系如图1所示。
图1煤炭安全、高效、绿色开采体系
Fig.1Safe，high-efficient and green coal mining system
2科学开采的概念与内涵
科学开采是指在科学发展观引领的与地质、生态环境相协调前提下最大限度地获取自然资源，在不断克服复杂地质条件和工程环境带来的安全隐患前提下进行的安全、高效、绿色、经济、社会协调的可持续开采。
煤炭科学开采体现了以下4个方面的思想：安全开采以保护人身作业安全，高效开采以提高资源开采效率，绿色开采以保护环境，经济、社会协调可持续开采以确保行业长期稳定健康发展。
安全开采的内涵是按照“以人为本”科学发展观的要求，通过持续加大安全投入，采用先进的安全技术和监测、管理手段，实现事故发生率低、职业病发病率低、职业安全健康有保障的安全发展。
高效开采的内涵是是按照科学程序和方法，通过各种先进机械在特定地质条件下的配套使用，大幅提高煤炭开采的机械化程度，实现全员效率高、生产信息化与智能化程度高、装备适应能力强的开发模式。
绿色开采的内涵是按照环境友好的发展要求，通过控制开采、保水开采技术、矸石井下充填与地面加固技术、土地复垦技术、矿井瓦斯抽采技术、煤炭地下气化技术等的综合利用，改变传统采煤工艺造成的突出生态与环境问题，在实现煤炭资源高采出率的同时，大幅减轻煤炭开采对生态环境的破坏，使环境资源得到最优配置，与自然之间建立起复合的生态平衡机制［14］。
经济、社会协调可持续开采的内涵包括三方面内容：坚持“以人为本”，保障从业人员的经济、社会地位；实现煤炭生产的社会协调；煤矿建设与生产须考虑全周期经济成本的投入。
实现煤炭科学开采，必须首先掌握目前我国煤炭产能现状，针对其特点及存在的主要问题，提出适合
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我国煤炭生产条件的科学产能概念、内涵及评价指标体系，确定现有煤炭产能发展水平。
3科学产能的概念与内涵
科学产能是指在具有保证一定时期内持续开发的储量前提下，用安全、高效、环境友好的方法将煤炭资源最大限度采出的生产能力。
科学产能要求“资源、人力、科技与装备”都必须达到相应的要求和标准，是煤炭行业和一个矿区综合能力的体现。具体表现为：①矿井的经济可采储量满足矿井服务年限的要求。②区域地质采矿条件清晰，矿区规划和矿井与回采工作面设计能充分发挥现有开采技术和装备的能力。③根据煤层赋存条件选择适用的、安全高效开采方法，采用机械化、综合机械化及自动化掘、采技术，矿井运输（含辅助运输）实现机械化，通风、排水等系统实现自动化［15］。④矿井安全生产形势良好，瓦斯及突出矿井实现先抽后采，抽采达标，职工的职业健康有保障。⑤尽量不污染环境，污染要得到有效治理；损害的土地通过治理实现再利用；水资源遭到损害时，能得到资源化利用［16］，实现煤炭环境友好开采。⑥煤层气、油母页岩、铝土矿等重要共伴生资源能得到一体化协调开发。
4科学产能评价指标体系的建立
根据科学产能对“资源、人、技术和装备”的要求，提出科学产能的评价指标，主要包括3个方面：生产安全度、生产绿色度、生产机械化程度。
生产安全度是指煤矿从业人员在生产和运营过程中的安全健康保障程度。生产安全度的内涵是按照“以人为本”科学发展观的要求，实现事故发生率低、职业病发病率低、职业安全健康有保障的安全发展。
生产安全度包括4个一级评价指标：百万吨死亡率、安全事故发生率、职业健康保障程度、职业教育培训程度；7个二级评价指标：百万吨死亡率、重特大事故率、伤残率、人员健康体检率、人员安全保险覆盖率、职业病发病率、职业教育培训率。
生产绿色度是指在煤炭开发过程中实现对矿区生态及资源环境的保护程度。生产绿色度的内涵是按照环境友好的发展要求，改变传统采煤工艺造成的生态与环境问题，实现煤炭资源的采出率高、生态环境损害小、共伴生资源协调开采的绿色发展。
生产绿色度包括4个一级评价指标：矿山生态保护程度、生态恢复度、矿山资源综合利用率、采出率；8个二级评价指标：充填率、采煤塌陷系数、复垦率、塌陷土地绿化率、煤矸石综合利用率、矿井水利用率、瓦斯抽采利用率、采出率。
生产机械化程度是指在特定地质条件下采用最适宜的采煤方法所达到的高效开采的生产机械化程度。生产机械化程度的内涵是按照科学程序和方法，实现全员效率高、生产信息化与智能化程度高、装备适应能力强的高效开采。
生产机械化程度包括4个一级评价指标：采掘机械化程度、原煤工效、矿井综合单产、生产管理信息化程度；7个二级评价指标：采煤机械化程度、掘进机械化程度、运输机械化程度、工作面原煤工效、矿井综合单产、矿井原煤工效、生产管理信息化程度。
由生产安全度、生产绿色度、生产机械化程度及对应指标构成了煤炭科学产能评价指标体系（图2），共由12个一级评价指标和22个二级评价指标构成，科学产能评价指标体系见表1
。
图2科学产能评价指标
Fig.2Assessment indexes of the sustainable
capacity of coal mining
5我国煤炭科学产能分析
5.1煤炭生产区域划分
煤矿在我国27个省（直辖市、自治区）、1264个县均有分布，占我国县级行政区划的44.2%。按照以下三大原则对我国煤炭生产区域进行划分：①开采地质条件相似性原则。通过对中国地质构造背景及其对煤田地质特征的控制作用分析，找寻区划单元的相似性。②煤矿灾害基本特征一致性原则。分析、总结各主要矿区灾害发生起因，找寻其内在联系，主要煤矿灾害特征基本一致。③行政区划原则。在综合开采地质条件、主体采煤技术、实际灾害状况、市场供给能力和行政区划等因素，将全国划分成晋陕宁蒙甘区、华东区、东北区、华南区和新青区5大产煤区（图3）。
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——科学开采与科学产能表1
科学产能评价指标体系
Table 1
Assessment index system of the sustainable capacity of coal
mining
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图3全国煤炭生产区域划分示意
Fig.3Schematic diagram of the coal production areas in China 5.2各产煤区科学产能分布及评价
（1）晋陕蒙宁甘区科学产能分布及评价。
截至2009年底，晋陕蒙宁甘区保有查明资源量为8276.9亿t，其中基础储量2210.8亿t。2010年该区域煤炭产量18.50亿t，占全国煤炭产量的57.10%。
晋陕蒙宁甘区的典型特点是灾害程度较小，但局部存在高瓦斯双突煤层、露头火等灾害。2010年，该区共有水文地质条件复杂矿井产量5.38亿t，占全区总产量的29.1%，其中符合生产安全度的约占28%；易自燃矿井852处，产量11.4亿t，占全区总产量的61.6%，其中符合生产安全度的约占30%；高瓦斯矿井261处，产量1.75亿t，占全区总产量的9.5%，其中符合生产安全度的约占20%；煤与瓦斯突出矿井32处，产量0.37亿t，占全区总产量的2.0%，其中符合生产安全度的约占10%；冲击地压矿井15处，产量0.25亿t，占全区总产量的1.4%，其中符合生产安全度的约占10%。考虑部分矿井同时受多种灾害影响的情况，2010年达到生产安全度的约占全区的47.7%，产能约为8.82亿t。
晋陕蒙宁甘区煤层条件好，有利于采用大型煤机装备实现科学产能，高效生产约束较小，主要影响科学产能的因素是部分中小煤矿机械化程度较低，2010年该地区小煤矿678处，产量1.2亿t。通过调研分析，该产煤区达到科学产能生产机械化程度标准的矿井产能占全区总产能的60%，约为11.1亿t。
晋陕蒙宁甘区水资源相对匮乏，环境容量较小。据统计，2010年采取绿色环保开采工艺和相应生态环境恢复措施的矿井仅占该地区矿井数的1/3左右，煤炭开采对环境的负面影响程度达到65%，按2010年18.50亿t计算，只有6.48亿t属于科学产能。
根据晋陕蒙宁甘产煤区资源、安全、高效、环境约束条件对科学产能影响分析，该区域科学产能的提高主要受到绿色生产条件的制约，2010年实现科学产能的矿井产量为6.48亿t，占本区域煤炭总产量的35.03%。该区域中科学产能绝大多数来自于国有重点煤矿。
2010年晋陕蒙宁甘区百万吨死亡率为0.182；发生重特大事故5起。根据科学产能评价指标体系及2010年晋陕蒙宁甘区煤炭生产现状，估算得出2010年晋陕蒙宁甘区生产安全度得分为12分，生产绿色度得分为11分，生产机械化程度得分为25分，晋陕蒙宁甘区科学产能总得分为48分。
（2）华东区科学产能分布及评价。
截至2009年底，华东区保有查明资源量为1040.3亿t，其中基础储量362.7亿t，2010年该区域煤炭产量6.40亿t，占全国煤炭产量的19.75%。
华东区的典型特点是大部分矿区是老矿区，最大开采深度超过1300m。许多新矿区开采深度也达到800 1000m，该区域80%左右的资源存在不同程度的灾害影响。2010年，该区共有水文地质条件复杂矿井产量4.23亿t，占全区总产量的66.1%，其中符合生产安全度的约占43%；易自燃矿井382处，产量3.32亿t，占全区总产量的51.9%，其中符合生产安全度的约占40%；高瓦斯矿井73处，产量1.12亿t，占全区总产量的17.5%，其中符合生产安全度的约占40%；煤与瓦斯突出矿井120处，产量1.68亿t，占全区总产量的26.3%，其中符合生产安全度的约占20%；冲击地压矿井52处，产量1.04亿t，占全区总产量的16.3%，其中符合生产安全度的约占20%。考虑部分矿井同时受多种灾害影响的情况，符合生产安全度的矿井各省比例相差较大，其中2010年安徽、山东平均达50%以上，而江苏、河北、河南为40% 50%。综合全区，2010年达到生产安全度的矿井产能占51.56%左右，按2010年6.40亿t计算，约为3.30亿t。
华东区煤炭开发时间长，主力矿区已进入开发中后期，转入深部开采，下组煤薄煤层、小煤矿的存在是影响科学产能的重要因素。下组煤薄煤层资源量约1.72亿t，由于厚度小，含硫高，且含硬质夹矸，难以实现机械化开采。2010年华东区内小煤矿926处，产量约1.36亿t/a，约占该区域产量的1/5，基本不符合科学产能要求。通过调研，该区机械程度差别较大，山东、安徽、江苏等主要产煤地区的采掘机械化程度都到达90%以上，而河南只有70%左右，福建、江西只有不到50%。以该区2010年6.40亿t/a的产能计算，除去1.72亿t的薄煤层资源和1.36亿t/a 的小煤矿产能，达到科学产能生产机械化程度标准的
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矿井产能约3.32亿t。
华东区为我国平原地区，地面城镇建筑多，交通设施发达，地面环境的约束对产能有一定影响。该区对环境影响最大的因素是地表沉陷。因而“三下”压煤是华东地区环境约束中最为主要的因素。根据统计估算，2010年采取绿色环保开采工艺和相应生态环境恢复措施的矿井占该地区矿井数的55%左右，煤炭开采对环境的负面影响程度为45%，按2010年的6.40亿t计算，其中3.5亿t属于科学产能。
根据华东区资源、安全、高效、环境约束条件对科学产能影响分析，该区域科学产能的提高主要受到安全生产条件的制约，结合部分矿井科学产能现场调研结果，该区域2010年实现科学产能的矿井产量为3.30亿t，占本区域煤炭总产量的51.56%。
2010年华东区百万吨死亡率为0.605；发生重特大事故8起。根据科学产能评价指标体系及2010年华东区煤炭生产现状，估算得出2010年华东区生产安全度得分为10分，生产绿色度得分为15分，生产机械化程度得分为20分，华东区科学产能总得分为45分。
（3）东北区科学产能分布及评价。
截至2009年底，东北区保有查明资源量为318.2亿t，其中基础储量125.6亿t。2010年该区域煤炭产量1.90亿t，占全国煤炭产量的5.86%。
东北区普遍存在高瓦斯、松软地层、承压水等灾害威胁，矿井开采深度加大，地温、地压明显加剧，突水及煤与瓦斯突出灾害更趋严重。该区域80%左右的资源存在不同程度的灾害影响。2010年，该区共有水文地质条件复杂矿井产量1.27亿t，占全区总产量的66.8%，其中符合生产安全度的约占24%；易自燃矿井647处，产量1.15亿t，占全区总产量的60.5%，其中符合生产安全度的约占26%；高瓦斯矿井113处，产量0.85亿t，占全区总产量的44.7%，其中符合生产安全度的约占30%；煤与瓦斯突出矿井25处，产量0.35亿t，占全区总产量的18.4%，其中符合生产安全度的约占10%；冲击地压矿井21处，产量0.35亿t，占全区总产量的18.4%，其中符合生产安全度的约占10%。考虑部分矿井同时受多种灾害影响的情况，全区2010年达到生产安全度的矿井产能约占28.9%，按2010年1.90亿t计算，约为0.55亿t。
小煤矿的存在是影响东北区科学产能的重要因素。2010年东北区内有小煤矿1380处，产量约为7400万t/a，占该区域产量的38.9%。小煤矿开采条件较差，基本为非正规开采方式，更谈不上采用先进适用的机械化装备。以该区2010年1.90亿t/a 的产能计算，除去0.74亿t/a的小煤矿产能，能够满足科学产能生产机械化程度要求的煤炭产量约为1.16亿t。
东北区为我国的重要工业基地，地面城镇建筑、交通设施较发达，地面环境的约束对产能有一定影响。据统计估算，2010年采取绿色环保开采工艺和相应生态环境恢复措施的矿井约占该地区矿井数的41%，煤炭开采对环境的负面影响程度为59%。按2010年1.90亿t计算，其中0.78亿t属于科学产能。
根据东北区资源、安全、高效、环境约束条件对科学产能影响分析，该区域科学产能的提高主要受资源和安全生产条件的制约，该区域2010年实现科学产能的矿井产量为0.55亿t，占本区域煤炭总产量的28.95%。东北区煤炭开采多为薄煤层开采，受资源条件的限制，该区域近几年煤炭科学产能增长较为缓慢。
2010年东北区百万吨死亡率为1.066；发生重特大事故2起。根据科学产能评价指标体系及2010年东北区煤炭生产现状，估算得出2010年东北区生产安全度得分为9分，生产绿色度得分为11分，生产机械化程度得分为13分，东北区科学产能总得分为33分。
（4）华南区科学产能分布及评价。
截至2009年底，华南区保有查明资源量为1073亿t，其中基础储量309.1亿t。2010年该区域煤炭产量4.60亿t，占全国煤炭产量的14.20%。
华南区的典型特点是普遍存在高瓦斯双突煤层、突水严重等灾害。华南区90%以上的资源存在不同程度的突水及瓦斯灾害影响，随着矿井开采深度加大，突水及煤与瓦斯突出灾害更趋严重。2010年，华南区共有水文地质条件复杂矿井产量3.53亿t，占全区总产量的76.7%，其中符合生产安全度的约占5%；易自燃矿井1759处，产量2.23亿t，占全区总产量的48.5%，其中符合生产安全度的约占4%；高瓦斯矿井1733处，产量2.99亿t，占全区总产量的65.0%，其中符合生产安全度的约占4%；煤与瓦斯突出矿井859处，产量1.41亿t，占全区总产量的30.7%，其中符合生产安全度的约占3%；冲击地压矿井25处，产量0.08亿t，占全区总产量的1.7%，其中符合生产安全度的约占3%。考虑部分矿井同时受多种灾害影响的情况，全区2010年达到生产安全度的矿井产能约占6.5%，约为0.3亿t。
华南区薄及极薄煤层开采、急倾斜煤层开采和小
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煤矿的存在是影响科学产能的重要因素。薄煤层资源量约占总资源量的37.5%，由于厚度小，含硫高，只有很小部分实现机械化开采。倾斜及急倾斜煤层约占总资源量的20%，难以实现机械化开采。另外，该区内尽管经过多年的整顿关闭，小煤矿仍然较多。根据有关资料，2010年该区内小煤矿3962多处，产量约4亿t，约占该区域产量的87.0%。中型以上煤矿约1/3能达到科学产能生产机械化程度要求，2010年该区达到科学产能生产机械化程度的煤炭产量约为0.20亿t。
华南区以山区和丘陵较多，水资源相对丰富，塌陷影响较弱，环境容量较大。该地区“三下”压煤比例不大，占可采储量的17%，约25.5亿t，主要集中在人口密集、开采时间较长的矿区。根据统计估算，2010年采取绿色环保开采工艺和相应生态环境恢复措施的矿井约占该地区矿井数的43.5%，煤炭开采对环境的负面影响程度为56.5%。按2010年4.60亿t计算，其中2亿t属于科学产能。
根据华南区资源、安全、高效、环境约束条件对科学产能影响分析，该区域科学产能的提高主要受到高效生产条件的制约，结合部分矿井科学产能现场调研结果，该区域2010年实现科学产能的矿井产量为0.20亿t，占本区域煤炭总产量的4.35%。
2010年华南区百万吨死亡率为3.004；发生重特大事故8起。根据科学产能评价指标体系及2010年华南区煤炭生产现状，估算得出2010年华南区生产安全度得分为7分，生产绿色度得分为10分，生产机械化程度得分为6分，华南区科学产能总得分为23分。
（5）新青区科学产能分布及评价。
截至2009年底，全区保有查明资源量为2350.8亿t，其中基础储量168亿t。2010年该区域煤炭产量1.00亿t，占全国煤炭产量的3.09%。
新青区的典型特点是煤层赋存年代较近，顶底板岩石强度较低，矿井支护难度大。2010年，该区共有水文地质条件复杂矿井产量0.32亿t，占全区总产量的32.0%，其中符合生产安全度的约占17%；易自燃矿井237处，产量0.90亿t，占全区总产量的90.0%，其中符合生产安全度的约占23%；高瓦斯矿井17处，产量0.03亿t，占全区总产量的3.0%，其中符合生产安全度的约占18%；煤与瓦斯突出矿井8处，产量0.01亿t，占全区总产量的1.0%，其中符合生产安全度的约占10%；冲击地压矿井3处，产量0.02亿t，占全区总产量的2.0%；其中符合生产安全度的约占10%。考虑部分矿井同时受多种灾害影响的情况，全区2010年达到生产安全度的矿井产能约占30.0%，约为0.3亿t。
对于新青区，新疆地区的薄煤层和局部的特厚煤层、青海地区的急倾斜厚煤层是影响科学产能的重要因素。薄煤层资源量约占总资源量的5% 10%，由于厚度小，顶底板条件较差，难以实现机械化开采。青海省的急倾斜、亚急倾斜厚煤层也一直未形成成熟的回采工艺。另外，新疆地区的特厚煤层（20m以上），除露天开采区域外，也尚无成熟可靠的开采工艺。2010年新青区内30万t/a以下的291处，产量约4200万t，约占该区域产量的42%。估算该地区高效条件约束下的科学产能为30万t/a以上规模矿井中厚煤层产能，约0.58亿t。
新青区水资源相对紧缺，生态环境较为脆弱。根据统计估算，2010年采取绿色环保开采工艺和相应生态环境恢复措施的矿井占该地区矿井数的25%左右，煤炭开采对环境的负面影响程度为75%。按2010年1.00亿t计算，其中0.25亿t属于科学产能。
根据新青区资源、安全、高效、环境约束条件对科学产能影响分析，该区域科学产能的提高主要受到绿色生产条件的制约，结合部分矿井科学产能现场调研结果，该区域2010年实现科学产能的矿井产量为0.25亿t，占本区域煤炭总产量的25.00%。
2010年新青区百万吨死亡率为1.120；发生重特大事故1起。根据科学产能评价指标体系及2010年华南区煤炭生产现状，估算得出2010年新青区生产安全度得分为9分，生产绿色度得分为8分，生产机械化程度得分为17分，新青区科学产能总得分为34分。
5.3全国煤炭科学产能分布及评价
通过对各产煤区资源、安全、高效、环境等4个科学产能约束条件分析，估算得出2010年我国煤炭科学产能约10.78亿t，占全国煤炭总产量的33.27%。其中晋陕蒙宁甘区科学产能约为6.48亿t，科学产能占全国科学产能的比例为60.11%，占本区域煤炭产量比例为35.03%；华东区科学产能约为3.3亿t，科学产能占全国科学产能的比例为30.61%，占本区域煤炭产量比例为51.56%；东北区科学产能约为0.55亿t，科学产能占全国科学产能的比例为5.10%，占本区域煤炭产量比例为28.95%；华南区科学产能约为0.20亿t，科学产能占全国科学产能的比例为1.86%，占本区域煤炭产量比例为4.35%；新青区科学产能约为0.25亿t，科学产能占全国科学产能的比例为2.32%，占本区域煤炭产量比例为25.00%。2010年我
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国煤矿科学产能的分布见表2。
根据科学产能综合评价指标体系，按各产煤区煤炭产量加权平均，得出2010年全国煤炭科学产能生产安全度得分为10.63分，生产绿色度得分为11.57分，生产机械化程度得分为20.38分，科学产能总得分为42.58分。各产煤区科学开采水平极不平衡，全国煤炭科学产能总体水平较低。各产煤区及全国煤炭科学产能综合评价指标得分情况见表3。
表22010年各产煤区及全国科学产能
Table2The sustainable capacity of coal mining of coal production areas and the whole country in2010产煤区域晋陕蒙宁甘区华东区东北区华南区新青区全国
煤炭产量/亿t18.50 6.40 1.90 4.60 1.0032.40
科学产能/亿t 6.48 3.300.550.200.2510.78
本区域科学产能占全国科学产能比例/%60.1130.61 5.10 1.86 2.32100
科学产能占全区域煤炭产量比例/%35.0351.5628.95 4.3525.0033.27
表3各产煤区及全国煤炭科学产能评价指标得分
Table3Scores of the assessment index of the sustainable capacity of coal mining of coal
production areas and the whole country
产煤区生产安全度（共34分）生产绿色度（共30分）生产机械化程度（共36分）科学产能得分（共100分）晋陕蒙宁甘区12112548华东区10152045
东北区9111333
华南区710623
新青区981734
全国10.6311.5720.3842.58
根据科学产能的评价指标体系，结合我国煤炭资源开采及技术水平现状与发展趋势，我们提出我国煤炭实现科学开采和科学产能战略应当作为国策来实施。同时，科学产能评价标准应分为“2011—2020”、“2021—2030”两个时间段，采用“两步走”战略。两个时期科学产能关键指标及评价标准为：
（1）2011—2020年，百万吨死亡率不高于0.1，无重特大事故，职业病发病率不高于3%，采煤塌陷系数不高于0.25hm2/万t，采煤机械化程度达到80%；科学产能总得分达到70分。
（2）2021—2030年，百万吨死亡率不高于0.05，无重特大事故，职业病发病率不高于2%，采煤塌陷系数不高于0.2hm2/万t，采煤机械化程度达到85%；科学产能总得分达到80分。6国内外科学产能对比分析
美国主要产煤区位于东部的阿巴拉契亚区、内陆区和西部区，怀俄明、西弗吉尼亚和肯塔基是3个最大的产煤州。近年美国原煤产量约10亿t/a，其中，露天煤矿生产的原煤占全国年产量的70%左右，井工煤矿生产原煤约占全国年产量的30%。井工煤矿开采主要采用连续采煤机房柱式开采和长壁综采。由于美国地质条件较为优越，自20世纪40年代开始大力发展露天开采，露天产量不断增加［17］。美国拥有高端煤机装备生产企业，煤炭开采技术与装备程度及原煤工效很高，安全保障制度健全，百万吨死亡率低。21世纪以来美国煤矿死亡人数及百万吨死亡率见表4。
表421世纪以来美国煤矿死亡人数及百万吨死亡率
Table4US coal mine fatalities and fatality rate per million tons of coal in the21st century 年份200120022003200420052006年死亡人数422730282247百万吨死亡率0.04020.02700.03120.02730.01960.0400
澳大利亚是世界主要的煤炭生产大国之一，2010年煤炭产量为4.24亿t。澳大利亚煤田构造简单，断层少，煤层埋藏浅，倾角几近水平，主要采煤方法是房柱式开采和长壁式开采，开采装备先进，综合机械化
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程度高。澳大利亚煤矿生产安全状况良好，2000—2007年，澳大利亚煤矿死亡人数共18人。澳大利亚煤炭工业安全状况保持着世界最好水平。
英国的煤炭资源划分为南部煤区、中部煤区、北部煤区、苏格兰煤区等4个煤区。储量分别占总储量的26%，56%，10%和8%。英国煤炭产量总体呈现下降的趋势，2008年煤炭产量为0.18亿t，塞尔比煤矿是英国产量最大、装备最先进的矿井，工作面全部采用先进的强力重型装备生产。近年来，英国煤矿百万吨死亡率基本都在0.1以下，近1/3年份百万吨死亡率为0。
德国的主要硬煤煤田有鲁尔煤田、萨尔煤田、亚琛煤田和伊本比伦煤田，主要褐煤煤田有西部莱茵煤田、东部劳齐茨煤田和中部煤田等。德国矿井硬煤开采条件困难，煤层多位薄及较薄煤层，一般厚0.5 1.5m，开采深度较大，矿山压力大，地温较高，井下运输距离长。德国的褐煤煤层较厚、埋藏浅、全部采用露天开采。德国2010年煤炭产量在2亿t左右。煤炭开采技术与装备先进，薄煤层主要采用刨煤机，中厚煤层采用强力采煤机，采煤机、液压支架等开采装备可靠性很高。德国所有的硬煤矿井均为瓦斯矿井，且普遍存在冲击地压危险，开采深度较大。1988年以来，硬煤矿井百万吨死亡率一直保持在0.42以下，很多年份低于0.1。因受开采条件限制，德国煤矿百万吨死亡率略高于美国、澳大利亚等国家。
采用科学产能评价指标体系对美国、澳大利亚、英国、德国进行科学产能评价。总体来看，这些国家煤矿从业人员安全、健康能得到充分保障，生产安全度均能达到科学产能要求，得分为满分。美国井工矿大多数位于人口密度小的地区，煤炭开采后上覆岩层出现下沉，生产绿色度中扣除充填率、采煤塌陷系数、塌陷土地绿化率3个指标各2分，共6分。澳大利亚、英国、德国煤炭生产对环境保护要求很高，扣除煤炭开采对水资源与煤岩层的小范围破坏共3分，生产绿色度为28分。由于英国、德国煤炭开采深度相对较大，在采煤机械化程度、掘进机械化程度、矿井综合单产、原煤工效四个指标各扣1分，共4分。国内外煤炭生产科学产能得分情况对比见表5。
通过对美国、澳大利亚、英国、德国等世界先进产煤国煤炭生产情况调研与科学产能评价，估算得出美国煤炭科学产能得分为94分，澳大利亚为97分，英国、德国得分均为93分，中国为42.58分。与世界先进采煤国家相比，我国煤炭科学产能总体水平相对较低，煤炭开采水平与世界先进采煤国家相比仍有较大差距。
表5中国与世界先进产煤国煤炭科学产能对比情况
Table5Comparison of sustainable capacity of coal
mining between China and the advanced coal mining
countries in the world
评价指标美国澳大利亚英国德国中国
生产安全度
（共34分）
3434343410.63
生产绿色度
（共30分）
2427272711.57
生产机械化程度
（共36分）
3636323220.38
科学产能得分
（共100分）
9497939342.58
7结论
（1）提出了煤炭“科学开采”新理念，科学开采是指在科学发展观引领的与地质、生态环境相协调前提下最大限度地获取自然资源，在不断克服复杂地质条件和工程环境带来的安全隐患前提下进行的安全、高效、绿色、经济、社会协调的可持续开采。
（2）根据“科学开采”理念，提出了“科学产能”的概念与内涵。科学产能是指在具有保证一定时期内持续开发的储量前提下，用安全、高效、环境友好方法将煤炭资源最大限度采出的生产能力。科学产能要求“资源、人力、科技与装备”都必须达到相应的要求和标准，是煤炭行业和一个矿区综合能力的体现。主要包括3方面的要求：安全开采；绿色开采；高效开采。
（3）提出了生产安全度、生产绿色度、生产机械化程度的煤炭科学产能评价指标体系和评价标准。科学产能评价指标体系由12个具有普适性、概括性的一级评价指标和22个可代表矿井开采特点的、具体的、可操作的、可验证的二级评价指标构成。科学产能评价标准采用“两步走”战略：①2011—2020年，百万吨死亡率不高于0.1，无重特大事故，职业病发病率不高于3%，采煤塌陷系数不高于0.25hm2/万t，采煤机械化程度达到80%；科学产能总得分达到70分；②2021—2030年，百万吨死亡率不高于0.05，无重特大事故，职业病发病率不高于2%，采煤塌陷系数不高于0.2hm2/万t，采煤机械化程度达到85%；科学产能总得分达到80分。
（4）估算得出2010年各产煤区及全国科学产能分布情况。晋陕蒙宁甘区科学产能约为6.48亿t，占本区煤炭产量比例为35.03%；华东区科学产能约为3.3亿t，占本区煤炭产量比例为51.56%；东北区科学产能约为0.55亿t，占本区煤炭产量比例为
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28.95%；华南区科学产能约为0.20亿t，占本区煤炭产量比例为4.35%；新青区科学产能约为0.25亿t，占本区煤炭产量比例为25.00%。2010年我国煤炭科学产能约为10.78亿t，仅占全国煤炭总产量的33.27%。
（5）采用科学产能评价指标体系对各区域煤炭科学产能进行综合评价。我国各产煤区科学开采水平极不平衡。2010年，晋陕蒙宁甘区煤炭科学产能总得分为48分，华东区为45分，东北区为33分，华南区为23分，新青区为34分。按照煤炭产量对各区域煤炭科学产能进行了加权平均，得出2010年全国煤炭科学产能为42.58分，科学产能总体水平较低。
（6）对美国、澳大利亚、英国、德国等世界先进产煤国进行了煤炭科学产能评价，估算得出美国煤炭科学产能得分为94分，澳大利亚为97分，英国、德国得分均为93分。我国与世界先进采煤国家煤炭开采水平仍有较大差距，应当全面推行科学开采和科学产能的理念，坚持煤炭科学开采，逐步提高煤炭科学产能。
感谢濮洪九研究员、钱鸣高院士、周世宁院士、谢克昌院士、宋振骐院士、洪伯潜院士、胡省三研究员、彭苏萍院士、袁亮院士、张玉卓院士、李晓红院士、何学秋教授、宁宇研究员、贺佑国教授级高工、胡千庭研究员、王国法研究员、郑行周教授级高工、张勇教授级高工、王佟教授级高工、葛世荣教授、李伟教授级高工、刘建功教授级高工、缪协兴教授、潘一山教授、秦勇教授、任润厚教授级高工、孙继平教授、王建国研究员、王继仁教授、王双明教授、武强教授、谢广祥教授、程桦教授、何满潮教授、康红普研究员、张群研究员、范京道教授级高工、程远平教授、吴立新研究员、李绪国高级工程师、任怀伟副研究员、关北峰高级工程师、黄国良教授等专家在课题研究和论文起草中给予了悉心指导，中国煤炭学会、中国煤炭工业协会、冀中能源集团、中国矿业大学等单位的许多专家也为成果的形成作出了重要贡献，在此一并表示感谢。
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