美国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一,1800米深度以浅的地质资源总量约为3.6万亿吨,1993年探明储量4300亿吨。在探明储量中,烟煤占51.0%,次烟煤占38%,褐煤占9.47%,无烟煤占1.6%,适于露天开采的占32.7%。煤炭资源赋存广泛,地区分布比较均衡。全美50个州中,有38个州赋存煤炭,含煤面积达11810平方千米,占国土面积的13%。1996年可采储量为2405.6亿吨,居世界第一位。
美国最重要的阿巴拉契亚煤田,生成于2.2-3.2亿年前,属二叠纪宾夕法尼亚统;中西部各煤田,成煤年代约在3300万-1.4亿年前,属白垩纪和第三纪;阿拉斯加州煤田则属侏罗纪,成煤年代距今在1.35-1.75亿年间。
美国按地理位置将煤炭资源分为三大地区,即东部阿巴拉契亚地区,中部地区和西部地区。以上3个地区在探明储量中所占百分比分别为22.6%、28.1%和49.3%。
美国适于炼焦的煤炭资源较为丰富,约占探明储量的35%;但低挥发分烟煤储量有限,只占探明储量的1.1%。炼焦煤的主要产地是阿巴拉契亚煤田,西部也有一些重要的烟煤产区。
无烟煤资源有限,主要集中于宾夕法尼亚,阿拉斯加、新墨西哥、犹他州、弗吉尼亚也有少部分储量。
从地理分布上看,虽然在50个州中有38个发现了煤炭,但煤炭储量集中在科罗拉多、伊利诺依、蒙大拿、宾夕法尼亚、俄亥俄、西弗吉尼亚、怀俄明和肯塔基州8个州,这8个州的煤炭储量占全美的84%;其中蒙大拿拥有全国25.4%的探明储量,怀俄明州列第二,占14.8%,伊昨诺依居第三,占14.3%。
若以密西西比河为界划分,西部较东部资源丰富,占全国储量的55%,且适于露天开采的储量为东部的3倍。东部多优质炼焦煤、动力煤和无烟煤,热值较高(288.42MJ/KG),灰分低,不过含硫量高(2%-3%);西部煤质相对较差,多为次烟煤和褐煤,热值低(255.72MJ/KG),但含硫量较低(1%左右)。
美国的主要煤田有阿巴拉契煤田、伊利诺依煤田、中西部煤田、尤宁堡煤田、波德河煤田、尤塔固煤田、格林河煤田、圣胡安煤田和科尔维尔高煤田,开发强度和储量最大的2个煤田是东部的阿巴拉契亚煤田和醅的波德河煤田。
1) 阿巴拉契亚煤田
阿巴拉契亚煤田是美国发现最早、开采时间最长、在美国煤炭工业发展史上最重要的煤田,煤田位于美国东部,沿阿巴拉契亚山脉从北向南纵贯9个州,成煤年代在2.2亿前的二叠纪,1991年总资源量为3107亿吨,其中探明储量938亿吨,可采储量约499亿吨。该煤田煤种齐全,以烟煤为主,占储量的90%。煤田北部宾夕法尼亚州有大量的无烟煤赋存,为美国唯一的无烟煤产地;南部亚拉巴马州有少量的褐煤赋存。
阿拉巴契亚煤田野美国传统的炼焦煤和动力煤主要产地,从美国建国后到本世纪中期,有力地支持了美国的工业发展。
阿拉巴契亚煤田的可采煤层多达30多个,且赋存稳定,断层构造少,顶底板为砂岩或砂页岩,整体性强,含水少,一般煤厚0.7-2.5米,平均1.7米煤种许多是优质焦煤和动力煤。探明储量中可露天开采储量997亿吨,占15%;其余85%为井工开采储量。一般埋藏在距地表300米以内,可以方便地用露天、平硐或斜井开采。该煤田产量在1970年以前一直占美国煤炭总产量的70%以上,20世纪70、80年代仍占60%-50%以上。1997年,煤田总产量为421.5MT,占美国总产量的42.7%。
2) 波德河煤田
波德河煤田是美国、也是世界上已开发的控明储量最大的煤田。该煤田位于美国西北部的怀俄明州和蒙大拿州境内,成煤年代为330万年前的第三纪和白垩纪,含煤面积3.1万平方千米,总资源量7000亿吨,探明储量934亿吨,其中132亿吨适于露天开采。煤种为低灰(10%以下)、低硫(平均约0.4%)、中等发热量(平均约217.36MJ/KG)优质次烟煤。
波秆河煤田的可采煤层达20层以上,赋存稳定平整,总计煤层厚度达60-110米,最上面的怀俄达克煤层厚度8-53米,平均30.5米,离地表一般在60米以内,露天剥采比在3以下,是波秆河矿区和全美目前产煤最多的煤层(1993年产煤160MT,占矿区总产量的90%以上)。1969年开始开发,20世纪80年代以来迅速发展。1995年产量为240.4MT,其中怀俄明州占82%,25个大型露天矿产量占90%。1994年怀俄明州产煤227.3MT,煤矿职工人数仅3035人,露天矿平均效率达243.5T/工。
美国煤炭生产
一、煤矿建设
1、煤矿建设管理
美国的煤矿建设由企业根据市场、用户和盈利情况自行决定,但建设项目的审批相当严格。目前,审批煤矿建设的权力机关主要是内政部露天开采局(OSM),其权限包括露天煤矿和地下煤矿,负责发放勘探许可证和开采许可证。某些情况下,州政府也颁发煤矿开采许可证。
矿主在取得煤炭资源租借权后,首先向露天开采局提出勘探申请,经批准后进行详细勘探;然后进行可行性研究和初步设计,并与用户签订长期合同;之后再向露天开采局申请开采许可证,批准后正式进行设计和建设。
在申请勘探许可证时,申请人必须提出勘探意图、勘探地区图、勘探活动时间和范围,以及保护地面的措施。勘探采取的样煤不得超过250T。露天开采局一般在60D内完成审批。
煤矿开采许可证的申请必须详细说明本人身份证、矿址、经营时间、开采对环境的影响,提交矿建工程和开采计划、环保计划和地面塌陷治理计划,并附其它已经取得的许可证。按照规定,应让公众参与开采许可证审批的全过程。申请人在向露天开采局提交开采申请的同时,要在当地发行最方的报纸上刊登申请启事。审批开始后,委托法律代理机构向地方政府、规划机关、水利管理局和供电公司等征求意见和协商。露天开采局在60天内对申请做出答复。申请批准后,经法律代表认证,公布批准书;否决申请必须提出具体理由,申请者不服可上诉到法院或联邦地区法院。煤矿开采许可证的审批主要是考虑环境保护的要求,同时也考虑经济的技术方面的问题。
2、基建投资
美国煤矿基建投资的基本原则是;分期建设,以矿养矿,不断发展,追求效益。
美国大型煤矿建设和改扩建技术改造项目的资金来源,一般都是靠银行贷款。煤矿公司或私人业主进行可行性研究认为有利可图,就立项申请审批,并向银行申请贷款筹集资金。银行在认定申请者信誉可靠后,即按不同贷款期限和相应利率水平,分期贷给所需资金。煤矿公司或业主取得贷款后,为尽快取得经济效益,都千方百计加快开发建设速度,尽早出煤,销售获利,还本付息。尽管美国新矿审批过程较长,但煤矿投资建设周期都很短。
为了尽量减少贷款,尽快还本付息和获利,美国的煤矿建设一般都在建设开工后先掘一套井巷系统(平硐或斜井)尽快直达主采煤层;出煤销售后,再利用所得资金进行周转、扩大开拓范围;然后才搞地面建设,建设工业广场、办公室和厂房。一般一个大型地下矿或露天矿,1年左右便可投入生产并获得经济效益,3-5年后即可还完贷款。
对于煤矿技术改造项目也是力求效益好、产出快。如马普柯公司米梯基矿1984年贷款840万美元搞技术改造上长壁综采的,1985年所购置的综采设备即投产,1986年即产煤2.42MT,实现盈利,1987年和1988年分别出煤2.44MT和2.50MT,不到2年时间便还清了贷款。这是美国矿井技术改造的成功范例。
3、新增能力
美国煤矿打捞增生产能力主要有以下3种方式:
(1) 现有煤矿和改扩建;
(2) 闲置煤矿的重新开工;
(3) 建设新矿。
现有煤矿的改扩建是美国煤炭工业新增生产能力的重要组成部分。在这部分新增生产能力中,有些是取代原来报废的能力,而大部分是新增能力。在大多数情况下,煤矿改扩建决策并非简单地考虑增产,而是通盘考虑产值或效率的提高,或是市场份额的扩大。
闲置煤矿的重新开工,大都是中小企业。因为大型企业一旦获得资源开采权,便有能力维持其正常开采,直至资源全部回收。
在过去10年中,由于煤炭销售价格较低,对新增生产能力的需求不大,新建煤矿很少。在美国,新建煤矿的建立与否取决于对地区工业能力分析、市场潜力和销售价格预测的结果。
1986年美国煤矿生产能力为861Mt/年,1995年增长为1178Mt/年,10年间新增317Mt/。在美国,煤矿的生产能力利用率较高,1986年时曾达99.33%,近些年有所下降,1994年和1995年分别为78.11%和79.40%。
在今后一段时间里内,美国煤矿的新增生产能力将主要出现在以下一些地区:
(1) 西部低硫次烟煤和烟煤产区;
(2) 伊利诺依高硫煤田;
(3) 阿巴拉契亚北部中,高硫煤产地;
(4) 阿巴拉契亚中部低硫煤和焦煤产地;
(5) 阿巴拉契亚南部焦煤产地。
二、煤炭生产
美国煤炭产量在进入70年代后开始回升。70年代中后期以后,特别是80年代,连续稳定的快速增长,1971年产煤5.09亿吨,1977年超过二战期间历史最高水平,达到6.32亿吨,1980年产煤7.5亿吨,1985年产煤8亿吨,1990年产煤9.33亿吨,成为煤炭生产史上第三个里程碑,也是迄今美国煤炭产量的最高纪录。
目前,美国是仅次于中国的世界第二大煤炭生产国,是仅次于澳大利亚的第二大煤炭出口国,同时也是世界上煤矿劳动生产率最高的安全生产最好的国家。
美国2002年6月份之前煤炭生产居前10位的州
1、怀俄明州 2、西弗吉尼亚 3、肯塔基州 4、宾西法尼亚州 5、德克萨斯州 6、蒙大纳州 7、印得安那州 8、科罗拉多州 9、北达科他州 10、维吉尼亚州。
美国煤炭资源开发条件
东部阿巴拉契亚煤田地处经济与工业发达地区,在这一地区很早建立了象钢都匹兹堡那样的现代化工业基地。早在19世纪至20世纪初就铺设了多条通往煤炭产区的铁路,且河流从多,通航水道达3万余公里,这些都为东部煤炭资源的开发提供了优越条件。
阿巴拉契亚煤田开采条件优越,99%是水平或近水平煤层,埋藏浅,矿井平均开采深度仅90M,煤层地质破坏很少,煤质坚硬,瓦斯含量小。阿巴拉契亚矿区原煤灰份低,平均约为14%,可选性好,但硫分较高;在阿巴拉契亚煤田900M以浅的储量中,硫分在0.7%以下的低硫煤仅占11%。因此,低硫煤增产困难是限制这一地区煤炭产量增加的一个主要因素。
中部煤炭产区包括伊利诺依煤田和中西部煤田,其煤炭生产直接受东部的影响也较早地得到发展;该地区紧靠大型工业区,所产煤炭主要供就近电厂发电,产销结合较好。70年代发生的世界石油危机使得该地区发电用煤需求增加,因而伊利诺煤田的中硫煤和得克萨斯褐煤得以迅速开发。
伊利诺依煤田属不对称向斜盆地,盆地西南部有正断层。含煤地层为石炭纪,埋藏深度100至300米。煤田东部有9个、南部有5个、北部有3个可采煤层,煤种为挥发份和硫分较高的烟煤,平均灰分8.2%-10.3%,挥发分31.4-37.7%,水分9.2-15.7%,硫分0.9-4.4%。大部分煤层结构简单,分布广且稳定,煤层平均厚度1.5毫米左右,瓦斯含量中等,涌水量小。
中西部煤田探明储量的58%可供露天开采,煤种主要是烟煤。煤田西部为高挥发分烟煤,中部和东部为中挥发份烟煤。东南部有4-6个可采煤层,厚度2.4-2.6米,灰分4%-6%,硫分1%-1.5%。南部有10个可采煤层,中部有6个以上的可采煤层,厚度1-3.3米。密苏里州煤层较薄,有的地方仅有0.6米。依阿华州煤层厚1.6米,局部可达3.2米。
美国西部煤田的煤层厚、埋藏浅、储量大,开采成本和矿建投资低,适宜建设特大型露天和发展高产高效长壁综采矿井,因此这一地区煤炭工业得以迅速发展。虽然这些矿区远离电厂等主要用户,但由于长大单元列车的发展,其产量蒸蒸日上。1970年该区产煤只有32MT,只占全国产量的5%,但1980年却达到190MT,占全国产量的25.3%;1990年其产量更达到303MT,所占比例也达到32.5%;1997年西部地区产量409.6MT,占全国的41.2%,据预测,西部地区煤炭和所占比例还将继续增长。
美国煤炭运输
多年来,铁路运输一直是美国最主要的运煤方式。目前其运量占一级铁路货运量的40%,占全部内销和出口煤炭运输总量的60%骒上。1995年,美国煤炭运输总量为852.9637MT,其中铁路运输534.543MT,占62.7%。从地区分布上看,西部地区煤矿多处于偏远西北各州,因此铁路运煤量增加较快,由1992年占美国全部铁路运煤量的38.5%提高到1995年的50.5%,运量达207.15MT。铁路运煤50%以上采用直达专列。每列由60-150个载生90T或110T的车皮组成。煤矿铁路运费率由煤矿与铁路公司议定,但不得低于政府规定的最低限额。目前,由于水路运输煤炭成本低,故水运在国内煤炭运输中占有重要地位;70年代以前水路运煤量曾占煤炭运输总量的30%左右,80年代以后由于西部矿区产量激增,且煤炭主要依靠铁路运输,矿水运比重有所下降。1995年水路运煤量为131.408MT,占全部运煤量的15.4%。内河煤炭水运集中在俄亥俄河,密西西比河,孟农加希拉河和田纳西河,广泛采用由15-40只载重1360T的驳船组成的顶推船队。
占美国煤炭运量第三位的是公路运输,其利用四通八达的高速公路系统直接从煤矿装煤送给80-480KM以内的矿区选煤厂,铁路装车站和内河码头,方便快捷。1995年公路运煤量为94.3969MT,占煤炭运输总量的11.1%,运煤卡车载重18吨或32吨。
除以上3种主要运煤方式外,对于短途用户特别是坑口电站和转载点的运输采用带式输送机,架空索道及水煤浆管道等运输方式。70年代以来,这些运煤方式发展较快,所占的比例由1970年的4.4%增加到1991年的13.5%;最近几年虽有所下降,但仍保持在10%以上,1995年这类运输方式的运煤量为90.702MT,占煤炭总运量的10.8%。