邱志勇,邢善強(qiáng),張陽陽,李 超
(1.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,安徽 合肥230000;2.滁州銅鑫礦業(yè)有限責(zé)任公司,安徽 滁州239000)
瑯琊山銅礦擁有近六十年的開采歷史,開采方法基本為分中段上向分層傳統(tǒng)法開采,已經(jīng)形成九個(gè)開采中段,三個(gè)開拓中段,目前的開采深度接近-500 m水平,已經(jīng)形成了大量的水平開拓巷道。-185 m以上中段接近閉坑階段。隨著深部找礦成果的確認(rèn),未來將可能進(jìn)一步向深部開采。作為緊鄰國家級(jí)瑯琊山森林公園和滁州市城區(qū)的國有礦山,挖掘該礦山已經(jīng)形成的地下空間進(jìn)一步開發(fā)利用將具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文根據(jù)瑯琊山銅礦地下開采空間的結(jié)構(gòu)特征,結(jié)合城市建設(shè)和旅游風(fēng)景區(qū)發(fā)展的需要,探討分析該礦山地下開采空間的開發(fā)利用前景。
瑯琊山銅礦位于安徽省滁州市城區(qū)西部,瑯琊山丘陵區(qū)邊緣,礦區(qū)范圍地面高程46~115 m,主要為崗地和低丘地貌類型?,樼鹕姐~礦床的成礦母巖為一巖株[1],即滁州巖體,系燕山期侵入的石英閃長玢巖,近南北向分布,長約2 500 m,寬600~800 m;巖體上大下小,似“傘形蘑菇”形態(tài),其西、東與圍巖接觸帶形成了矽卡巖型銅礦床[2-3]。圍巖為寒武系至奧陶系碳酸鹽巖,巖體西側(cè)與碳酸鹽巖接觸帶有若干小巖枝或巖脈穿插于圍巖之中,出露于地表;巖體的東北部被白堊系碎屑巖所覆蓋;中東部巖體多隱伏于第四系松散巖類之下,頂板埋深一般為13~24 m。
瑯琊山銅礦礦床為矽卡巖接觸交代型富銅礦床,分布于滁州巖體與寒武系碳酸鹽巖接觸帶及其前緣;接觸帶向巖體內(nèi)部傾斜,礦體沿西、東兩側(cè)的接觸帶分布,呈“多”字型排列;西側(cè)礦體由淺部向深部傾角由陡變緩(70~45°),東側(cè)礦體傾角較陡(70~80°)。
全礦區(qū)共有225個(gè)礦體,其特征是礦體規(guī)模小、數(shù)量多,礦體一般呈透鏡狀、扁豆?fàn)?、囊狀等,平面走向長數(shù)十米至百余米,一般延伸數(shù)十米至二百余米,一般厚度為2~10 m,最大30 m,平均厚度為3.2 m,其中,大于1萬t銅金屬量的礦體有四個(gè)礦體。
礦區(qū)西部、南部及東南部,巖體圍巖由寒武系上統(tǒng)碳酸鹽巖組成,厚度>350 m;近巖體處碳酸鹽巖呈大小不等的“巖塊”(或捕虜體)。碳酸鹽巖巖溶總體上不甚發(fā)育,地下水主要賦存于裂隙中,由于裂隙發(fā)育的不均一,使裂隙水呈脈狀分布,周邊附近地下水位標(biāo)高一般為13.33~37.75 m。
區(qū)內(nèi)鉆孔單位涌水量為0.004~0.01 L/(s·m),富水程度弱,水量較??;礦區(qū)附近地下水沒有統(tǒng)一的水位,各含水單元之間水力聯(lián)系微弱。地下坑道出水點(diǎn)多是滴水,較大者為0.157 L/s,一般為0.021 L/s左右。-65m水平至-305m水平礦坑涌水量合計(jì)為497.3~869.79 m3/d,主要來源于碳酸鹽巖裂隙巖溶含水巖組。多年來的采礦實(shí)踐表明,隨著開采深度、采礦斷面增加,礦坑涌水量呈現(xiàn)增加趨勢(shì),開采深度深于-300 m后趨于穩(wěn)定。
構(gòu)成礦體頂板圍巖主要由滁州巖體——石英閃長玢巖組成,少部分為寒武系碳酸鹽巖。石英閃長玢巖近地表淺部巖石風(fēng)化,下部巖石新鮮完整,為礦體頂板,部分為礦體底板。據(jù)測(cè)試結(jié)果,巖體平均抗壓強(qiáng)度為147.7 MPa,平均抗剪強(qiáng)度為20.7 MPa,硬度等級(jí)為6~8級(jí),巖石質(zhì)量較好。
碳酸鹽巖經(jīng)熱變質(zhì)作用局部為大理巖,巖石性脆,礦體及圍巖穩(wěn)定。據(jù)測(cè)試結(jié)果,平均抗壓強(qiáng)度為88.2~130.3 MPa,平均抗剪強(qiáng)度為6.5~10.9 MPa,屬堅(jiān)硬巖(礦)石,巖石質(zhì)量較好。參照有關(guān)分析方法確認(rèn)其礦體圍巖穩(wěn)定性良好[4]。
礦山設(shè)計(jì)采用豎井開拓[5],主副井設(shè)于礦床西礦帶中部的下盤,在礦床南端設(shè)有南風(fēng)井,在東礦帶中部的下盤設(shè)有東風(fēng)井,西礦帶的下盤北端設(shè)有北風(fēng)井。主井(雙罐籠井,直徑5.8 m)提升礦巖,副井(直徑4.3 m,用5#單罐籠)提升人員、材料等。深部開拓盲主豎井一個(gè)(分布于明主井附近),通過地下巷道與明主井相連接。明主井由地表向下至-245m,盲主井由-245m中段到-485m中段(全長280 m)。副井由地表向下至-405m中段(圖1)。
圖1 開拓及通風(fēng)系統(tǒng)示意圖
全礦地下開采由上至下共12個(gè)中段。-245m以上有六個(gè)中段,分別為-35m中段、-65m中段、-95m中段、-125m中段、-185m中段、-245m中段,其中-35m中段、-95m中段為副中段。-245m 以下有六個(gè)中段,分別為-285m中段、-325m 中段、-365m中段、-405m中段、-445m中段、-485m中段,中段高度為40 m。
1) 充填法。用于厚度大于4 m的礦體,一般不留房間礦柱,只當(dāng)采場面積較大時(shí),則留直徑5 m的點(diǎn)柱,走向長大于80~100 m時(shí)才留8 m的間柱,6 m房柱全采空。用水泥、尾砂1∶4配比膠結(jié)充填回采。
2) 留礦法。用于厚度小于4 m傾角大于60°礦巖穩(wěn)固的礦體,采用淺孔留礦法。目前,-35m中段已經(jīng)被充填封閉,-65m中段也即將被充填封閉。
-95m中段以下開采主干巷道一般可以保留,合計(jì)10個(gè)水平的開采中段主干巷道累計(jì)長度超過20 km。主干巷道斷面為半圓形,內(nèi)徑2.5 m,形成的大巷、岔巷、硐室等可利用面積超過3×105m2。
隨著深部找礦的發(fā)現(xiàn)[6],未來中長期發(fā)展規(guī)劃,采礦深度向-500~-1 000 m水平延伸,地下采礦后遺留空間面積巨大,預(yù)計(jì)將超過2×105m2,是一處開發(fā)利用前景良好的地下空間。
瑯琊山銅礦擁有得天獨(dú)厚的有利條件,地處國家森林公園及城區(qū)邊緣,礦區(qū)地下水貧乏,礦坑涌水量小;地下采空區(qū)圍巖穩(wěn)定性良好。對(duì)比類似礦山條件[7-8],瑯琊山銅礦地下開采空間可利用價(jià)值較高,適合建成礦山公園或人防工程,或者專門的地下物資儲(chǔ)備庫。
3.1.1 必要性
礦山公園展示的礦業(yè)遺跡景觀是自然與人文歷史的融合,體現(xiàn)了礦業(yè)發(fā)展歷史的內(nèi)涵,它具備研究價(jià)值和教育功能,是可供人們游覽觀賞、科學(xué)考察的特定空間地域。礦山公園規(guī)劃建設(shè)為社會(huì)提供新的旅游資源,也為保護(hù)礦業(yè)遺跡和地質(zhì)遺跡提供可能。
礦山公園建設(shè)具有循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的特點(diǎn),即礦山生產(chǎn)的周期完結(jié)后,投入旅游產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)循環(huán)中,有利于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。充分利用瑯琊山銅礦具備的有利條件,完全有必要規(guī)劃建設(shè)成一座美麗的礦山公園。
3.1.2 可行性
1) 區(qū)位條件優(yōu)越。礦山東接滁州市區(qū)(本體即為城市礦山),毗鄰瑯琊山風(fēng)景名勝區(qū)和豐樂亭景區(qū),兩大景區(qū)均為滁州市著力開發(fā)的風(fēng)景旅游觀光帶,其間增加別具特色的礦山公園,也為產(chǎn)業(yè)旅游和主題旅游增加了不可多得的題材和內(nèi)容。此處交通十分便利,距京滬線、京滬高鐵站均不超過10 km。
2) 礦業(yè)歷史文化遺跡豐富。據(jù)史料考證滁州瑯琊山銅礦在我國宋朝之前即有開采開發(fā)歷史,距地表深度160 m內(nèi)有多處“古老隆”出現(xiàn),開采工藝十分復(fù)雜,20年前地面尚存在大量的古人冶煉爐渣?,樼鹕姐~礦古代采冶和現(xiàn)代開發(fā)存于一體,古代文明和現(xiàn)代工藝相得益彰,是不可多得的“穿越”和教育考察題材。
3) 科普和工業(yè)旅游選項(xiàng)?,樼鹕姐~礦原巖和原礦包含有沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖三大類,是科普教育的良好處所,現(xiàn)代化的礦山設(shè)備設(shè)施和采選工藝是工業(yè)旅游的優(yōu)質(zhì)線路,可作為瑯琊山大旅游內(nèi)容的補(bǔ)充和選項(xiàng)。
4) 安全條件良好?,樼鹕姐~礦地下采空區(qū)圍巖穩(wěn)定性良好、礦坑涌水量小是增強(qiáng)地下空間安全保障的先決條件。采取一些措施完全能夠保障地下空間圍巖的穩(wěn)定,確保安全;對(duì)地下空間周邊圍巖滲水巖層采取灌漿封堵,阻隔地下水滲入,現(xiàn)行技術(shù)完全可行。在現(xiàn)行地下采礦條件的基礎(chǔ)上,對(duì)廢棄的巷道、礦房等開采空間進(jìn)行改造,投入的成本不會(huì)很大,而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境效益的價(jià)值很高。
3.1.3 建設(shè)內(nèi)容
保留改造現(xiàn)有的采場、出礦、運(yùn)輸遺址,可將“現(xiàn)代采礦舊址”展現(xiàn)出來。在采場中設(shè)置人體模型模擬采礦過程:用鉆機(jī)在巖壁里打眼,往打好的眼里裝炸藥炸落礦石,“電耙”把落下來的礦石耙到鐵軌附近,裝巖機(jī)則把礦石裝入礦車,最后礦車把礦石運(yùn)至選礦廠進(jìn)行破碎、選礦。
地下巷道還可展示礦區(qū)安全保障方式的升級(jí)換代變化。巷道的墻壁上,也可擺放各種采礦工具:從采礦工人隨身攜帶的礦燈、水壺,到長得像重機(jī)槍的鑿巖機(jī),再到井下通風(fēng)設(shè)備等。
巷道內(nèi)還可展示山體內(nèi)分布不均勻的礦石,即礦石富集區(qū)域和無礦區(qū)域,每當(dāng)一個(gè)區(qū)域開采完,就會(huì)留下巨大的開采空間。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新方法、新技術(shù)、新手段的投入利用,均可展示出來。在勘查探明的基礎(chǔ)上,還可以把地表淺部明朝、清朝以來的古代采礦遺址發(fā)掘出來,通過加固古代采礦遺址周邊巖層,恢復(fù)模擬部分采礦形態(tài),使得礦山公園的內(nèi)容更加豐富。
3.1.4 學(xué)習(xí)借鑒提升
2004年國土資源部開展國家礦山公園建設(shè)以來,已經(jīng)開展了3批次的國家礦山公園認(rèn)定工作,全國各地按照《國家礦山公園建設(shè)指南》建設(shè)報(bào)批通過認(rèn)定的國家礦山公園已經(jīng)達(dá)到72座。2017年開始啟動(dòng)第四批國家礦山公園評(píng)審認(rèn)定,國家鼓勵(lì)企業(yè)開展礦山公園的建設(shè)。
瑯琊山銅礦開采的權(quán)屬單位為滁州銅鑫礦業(yè)有限責(zé)任公司,由國土資源部認(rèn)定的國家級(jí)綠色礦山試點(diǎn)單位,該企業(yè)完全有能力、有條件通過學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),建設(shè)一座高質(zhì)量的礦山公園。
3.2.1 必要性
人民防空工程是為保障戰(zhàn)時(shí)人員與物資掩蔽、人民防空指揮、醫(yī)療救護(hù)等單獨(dú)修建的地下防護(hù)建筑。修建地下人防工程,是提高城市防空抗毀能力、保存戰(zhàn)爭潛力和有生力量的需要。地下人防工程有利于防御敵人的突然空襲,保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)的安全;還可以為堅(jiān)守城市的部隊(duì)、民兵機(jī)動(dòng)和前運(yùn)后送,打地道戰(zhàn)、街壘戰(zhàn)、巷戰(zhàn)提供工程依托,成為城市防衛(wèi)作戰(zhàn)工程保障的重要補(bǔ)充;其對(duì)奪取城市防空襲斗爭和城市防衛(wèi)作戰(zhàn)的勝利,都將起到重要作用。
瑯琊山銅礦緊鄰城市和旅游風(fēng)景區(qū),接近長江黃金水道和戰(zhàn)略要地南京市,滁州市城區(qū)人口約50萬人,需要一座較大型的地下人防工程?,樼鹕姐~礦所具備的有利條件,地下開采空間更加適合改建為利用價(jià)值更高的地下人防工程,因此,在瑯琊山銅礦地下開采的基礎(chǔ)上建設(shè)地下人民防空工程是完全必要的。
3.2.2 可行性
1) 地下空間面積大,防護(hù)能力強(qiáng)。瑯琊山銅礦地下開采形成的大巷、岔巷、硐室等可利用的空間約3×105m2,這些空間具備地下防空需要的更厚實(shí)、更堅(jiān)固的頂板、底板和側(cè)墻,除了具有堅(jiān)實(shí)的承重能力外,還具有更強(qiáng)力的防核沖擊波和常規(guī)炸彈爆轟波的抗力效果。按照抗力等級(jí)、防化等級(jí)判定其地下空間具有極強(qiáng)的防護(hù)能力。
2) 地下空間結(jié)構(gòu)密閉。在現(xiàn)有通風(fēng)井的基礎(chǔ)上能夠安裝濾毒通風(fēng)設(shè)備,提升防化學(xué)、生物戰(zhàn)劑的能力,根據(jù)現(xiàn)有和未來礦山生產(chǎn)需要的進(jìn)出口通道改造成安全進(jìn)出口,對(duì)井下巷道進(jìn)行必要的加固、改造、裝修和安裝防火設(shè)施,提升核戰(zhàn)防護(hù)能力。
3) 防水條件良好。利用現(xiàn)行技術(shù)對(duì)地下空間周邊圍巖滲水巖層采取灌漿封堵,阻隔地下水滲入,確保地下空間安全和舒適的環(huán)境,完全能達(dá)到戰(zhàn)時(shí)防護(hù)效能。
3.2.3 建設(shè)內(nèi)容
需要設(shè)計(jì)施工專門的給水排水工程,根據(jù)需要適當(dāng)增加出入口和通風(fēng)口,充分利用地下空間規(guī)模大的特點(diǎn),將地下空間可劃分為多個(gè)防護(hù)單元、防爆單元和防火防煙分區(qū),按照戰(zhàn)時(shí)功能分別設(shè)立指揮通信區(qū)、醫(yī)療救護(hù)區(qū)、防空專業(yè)區(qū)、人員掩蔽休息區(qū)和其他生產(chǎn)車間、發(fā)電站、供水排水站、倉儲(chǔ)庫、監(jiān)測(cè)站、廣播站等配套工程區(qū)域。
為了平戰(zhàn)結(jié)合的需要,地下空間上部未來可開發(fā)、改造作為地下賓館(招待所),地下商場(商店),地下餐廳(飯店、飲食店、酒吧、咖啡廳),地下娛樂活動(dòng)場所(包括舞廳、電影院、展覽室、錄相放映廳、卡拉OK廳、游樂場、臺(tái)球室等),地下教室、辦公室、試驗(yàn)(實(shí)驗(yàn))室,地下醫(yī)院(手術(shù)室、急救站、醫(yī)療站)等;深部空間可開發(fā)、改造作為生產(chǎn)車間、倉儲(chǔ)庫、電站、儲(chǔ)水庫等。
3.2.4 建設(shè)管理
人民防空工程建設(shè)屬于國防工程建設(shè)和社會(huì)公益事業(yè)建設(shè),實(shí)行統(tǒng)一計(jì)劃,分級(jí)管理方式。由縣級(jí)以上人民政府人防工程主管部門負(fù)責(zé)城市地下空間開發(fā)利用兼顧人民防空防護(hù)要求的管理和監(jiān)督檢查,與規(guī)劃、計(jì)劃、建設(shè)等部門搞好城市地下空間的規(guī)劃、開發(fā)利用和審批工作。
國家鼓勵(lì)社會(huì)各界投資建設(shè)人民防空工程。瑯琊山銅礦地下開采空間改建成人防工程與新建人防工程不同,屬于管理規(guī)章未做專門規(guī)定的建設(shè)項(xiàng)目,如果政府財(cái)政投入上述改建工程,或許仍需參照國家有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。
建議瑯琊山銅礦地下人民防空改建工程由政府出資補(bǔ)助,企業(yè)開發(fā)利用管理,稅收優(yōu)惠政策,實(shí)行平戰(zhàn)結(jié)合,使人防工程不僅能防空,還能在緩解城市用地、安置就業(yè)等方面發(fā)揮積極作用。
3.3.1 必要性
瑯琊山銅礦緊鄰城市和旅游風(fēng)景區(qū),接近長江和南京市,如果瑯琊山銅礦地下開采空間不做其他用途,有必要直接改造成為地下物資儲(chǔ)備庫,由于地下采空區(qū)冬夏溫度都保持恒溫,在15~22 ℃,包裝密封的食品保質(zhì)期比地面延長了1.5~2倍,利用該礦較大面積的地下采空區(qū)儲(chǔ)備糧食和其他食品,足夠一個(gè)大城市居民的應(yīng)急使用,將會(huì)產(chǎn)生顯著的社會(huì)效益。
3.3.2 可行性
瑯琊山銅礦地下開采形成的大巷、岔巷、硐室等可利用的空間約3×105m2,改建成地下物資儲(chǔ)備庫具備人防工程儲(chǔ)備庫的性質(zhì),擁有地下空間面積大,地下空間結(jié)構(gòu)密閉,頂?shù)装鍘r石承載力、抗剪切力強(qiáng),防水條件良好等諸多優(yōu)點(diǎn),對(duì)井下巷道進(jìn)行必要的加固、改造、裝修和安裝防火設(shè)施,利用專門的設(shè)備為空氣除濕,通風(fēng)設(shè)備不停地?fù)Q氣,克服潮濕問題后,有利于改建成超大型的地下物資儲(chǔ)備庫。
3.3.3 建設(shè)內(nèi)容
根據(jù)需要適當(dāng)增加出入口和通風(fēng)口,充分利用地下空間規(guī)模大的特點(diǎn),將地下空間可劃分為多個(gè)物資儲(chǔ)備單元,例如,食品區(qū)、醫(yī)療設(shè)備藥品區(qū)、被服區(qū)、植物種子區(qū)、機(jī)械設(shè)備區(qū)等儲(chǔ)存區(qū)域以及配套的生產(chǎn)車間、發(fā)電站、供水排水站等工程區(qū)域。
參考國外地下儲(chǔ)備庫儲(chǔ)藏物資種類[9],凡是緊急情況下所需要的一切東西都可以儲(chǔ)備,包括肉類、食品、藥品、醫(yī)療設(shè)備、植物油、植物種子、服裝棉被、救生衣、睡袋、折疊床、肥皂、帳篷、組裝的活動(dòng)房、充氣船和石油產(chǎn)品、煤炭、載重汽車、推土機(jī)和移動(dòng)式發(fā)電站等等。但是不會(huì)儲(chǔ)備美味珍饈、貂皮大衣、小轎車和電腦等奢華用品,這些東西的技術(shù)發(fā)展非??欤鎯?chǔ)它們沒什么意義,儲(chǔ)備庫里也不存儲(chǔ)武器和軍事設(shè)施,這些由軍事機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)。
國外儲(chǔ)備庫里的商品嚴(yán)格遵照保質(zhì)期來保存。如,肉罐頭保質(zhì)期是6年,冷凍肉是2年;汽車甚至鋼鐵都有保質(zhì)期;到保質(zhì)期臨近的時(shí)候商品就要更新,淘汰下來的則各盡其用。
3.3.4 建設(shè)管理
物資儲(chǔ)備、應(yīng)急使用屬于社會(huì)公益性事業(yè)建設(shè),國家制定了相關(guān)物資儲(chǔ)備規(guī)章,例如,救災(zāi)物資儲(chǔ)備、應(yīng)急物資儲(chǔ)備等管理規(guī)定,政府分級(jí)負(fù)責(zé)、部門分工協(xié)作的基本救災(zāi)體制等。根據(jù)國家《救災(zāi)物資儲(chǔ)備庫建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》[10],瑯琊山銅礦地下采空區(qū)改建成物資儲(chǔ)備庫的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大型儲(chǔ)備庫規(guī)模標(biāo)準(zhǔn),屬于超大型儲(chǔ)備庫。建議瑯琊山銅礦地下物資儲(chǔ)備庫改建工程由政府出資補(bǔ)助,企業(yè)開發(fā)利用管理,稅收優(yōu)惠政策,實(shí)行應(yīng)對(duì)戰(zhàn)爭、應(yīng)急救災(zāi)和緩解城市用地相結(jié)合。
瑯琊山銅礦地下開采空間區(qū)位優(yōu)勢(shì)突出,圍巖體工程力學(xué)性質(zhì)良好,地下含水巖組之間水力聯(lián)系微弱,地下可利用空間巨大。開發(fā)利用瑯琊山銅礦地下廢棄空間是一項(xiàng)變廢為寶、利國利民、增強(qiáng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的重要工作,希望引起政府有關(guān)部門的高度重視。
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