王行軍

(中煤地質(zhì)集團(tuán)有限公司，北京 100040)

經(jīng)過長期大規(guī)模的開采，我國許多礦山資源趨于枯竭，從而關(guān)閉、廢棄。據(jù)不完全統(tǒng)計，自20世紀(jì)90年代末至2014年期間，全國累計關(guān)閉煤礦約7萬處[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計,2014—2018年全國關(guān)閉煤礦淘汰落后產(chǎn)能87 112萬t[2]，關(guān)閉煤礦井7 516個，關(guān)閉非煤礦井27 877個。

礦山關(guān)閉后，仍有大量礦井水、地下空間、土地、地?zé)岬荣Y源可供開發(fā)利用。據(jù)統(tǒng)計，截止到2008年我國重點煤礦掘進(jìn)總進(jìn)尺約8 338km[3-4]；據(jù)不完全統(tǒng)計，2014—2018年，全國因采煤礦新形成地下空間、關(guān)閉礦井的井筒地下空間分別為32.54億m3、1.31億m3，新形成可利用地下空間為33.85億m3[5]。2014—2019年6月,我國煤礦因采煤新生成礦井水資源量為288.09億m3，因關(guān)閉煤礦而減少的礦井水排放量為25.95億m3[6]。全國每年因采煤而形成的沉陷面積將由2005年的450km2增加到2012年的7 000km2。截至2012年底我國采煤沉陷土地15 600km2 [7]。

本文以關(guān)閉/廢棄礦井為研究對象，從其成因、開發(fā)利用中存在的問題、開發(fā)利用現(xiàn)狀等方面進(jìn)行了研究，從政策、評價體系和開發(fā)利用模式、信息化平臺建議等方面提出一些建議。

1 關(guān)閉/廢棄礦井成因

結(jié)合相關(guān)資料分析研究，礦山關(guān)閉/廢棄礦井的形成原因可分為以下幾種：

1)資源枯竭的礦井。礦產(chǎn)資源的總量因開采逐漸減少至不能支撐礦山繼續(xù)生產(chǎn)的礦井即可采資源不足礦產(chǎn)資源總量的5%或服務(wù)年限小于5年的礦山。該類關(guān)閉礦井剩余資源量小，再開發(fā)利用條件簡單，可以從礦業(yè)開采活動產(chǎn)生的新的礦產(chǎn)資源入手進(jìn)行再次開發(fā)利用。

2)不符合安全生產(chǎn)要求的礦井。高瓦斯、煤與瓦斯突出以及水害、火災(zāi)和沖擊地壓等災(zāi)害嚴(yán)重，沒有通過安全評估的礦井；達(dá)不到安全生產(chǎn)條件的礦井；未達(dá)到安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化三級標(biāo)準(zhǔn)的礦井。該類關(guān)閉礦井安全生產(chǎn)風(fēng)險大，生產(chǎn)成本高，不宜再開發(fā)利用。

3)開采技術(shù)、設(shè)備落后的礦井。采用國家明令禁止使用采礦方法、工藝的礦井，資源浪費嚴(yán)重，效率低下，剩余資源多，但由于其開采技術(shù)較為落后后期資源再利用較為困難。

4)開采地質(zhì)條件復(fù)雜的礦井。沖擊地壓、煤與瓦斯突出、水文地質(zhì)條件極其復(fù)雜，且經(jīng)專家論證，在現(xiàn)有技術(shù)條件下難以有效防治的礦井；深度超過1 000m的礦井。該類型關(guān)閉礦井，開采技術(shù)條件較差，但剩余資源量較大，再開發(fā)利用價值較高。

5)安全事故頻發(fā)的礦井。多次發(fā)生較大及以上安全生產(chǎn)責(zé)任事故的礦井。該類關(guān)閉礦井剩余資源較大，但由于安全生產(chǎn)條件復(fù)雜，后期資源再利用具有一定困難。

6)不符合環(huán)境保護(hù)要求的礦井。開采范圍與自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、飲用水水源保護(hù)區(qū)等區(qū)域重疊的礦井。該類礦井由于不符合環(huán)保要求，其資源暫時無法開發(fā)利用。

7)非法開采的礦井。沒有取得合法的開采許可證的礦井。該類關(guān)閉礦井剩余資源量不一，但由于其開采不規(guī)范，給后期資源再利用帶來了較多的困難。

8)經(jīng)濟(jì)效益差的礦井。由于礦產(chǎn)稟賦較差、剩余資源量少、管理不善等原因造成經(jīng)濟(jì)效益差的礦井。該類型關(guān)閉礦井再利用價值不一。

2 關(guān)閉/廢棄礦井開發(fā)利用存在的問題

由于我國礦山企業(yè)對關(guān)閉/廢棄礦井再利用意識普遍不強，綜合利用和再利用支撐條件不足，多數(shù)礦井直接關(guān)閉或廢棄，未開展關(guān)閉/廢棄礦井資源的綜合調(diào)查與評價，造成資源的巨大浪費，一定程度上還可能引發(fā)一系列環(huán)境、生態(tài)及安全問題[8]。面對逐年增多的關(guān)閉/廢棄礦井，其累計的可供再利用的資源總量也逐年增加，但到目前為止，我國尚未出臺關(guān)于關(guān)閉/廢棄礦井資源管理的政策，尚未形成完善的關(guān)閉/廢棄礦礦井資源綜合調(diào)查和地質(zhì)評價的理論與技術(shù)體系，全國關(guān)閉/廢棄礦井礦產(chǎn)資源狀況依然不清[9]。主要問題如下：

1)尚未出臺關(guān)于關(guān)閉/廢棄礦井資源管理的政策。2019年12月17日，自然資源部印發(fā)了《關(guān)于探索利用市場化方式推進(jìn)礦山生態(tài)修復(fù)的意見》?！兑庖姟罚鞔_提出了實施的歷史遺留露天開采類礦山的修復(fù)，因削坡減荷、消除地質(zhì)災(zāi)害隱患等修復(fù)工程新產(chǎn)生的土石料及原地遺留的土石料，可以無償用于本修復(fù)工程；確有剩余的，可對外進(jìn)行銷售。《意見》，僅是明確了關(guān)閉的各類露天礦山因礦山環(huán)境修復(fù)新產(chǎn)生的土石料和原地遺留的土石料可以用于礦山生態(tài)環(huán)境或銷售，而對其它剩余資源和新產(chǎn)生資源是否可以開發(fā)利用沒有進(jìn)行明確說明。

2)尚未形成完善的關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合調(diào)查和地質(zhì)評價的理論與技術(shù)體系。關(guān)閉/廢棄礦井資源的綜合調(diào)查的調(diào)查內(nèi)容、基本要求、工作流程以及具體的工作方法、技術(shù)路線、技術(shù)方法尚無明確的要求。對于不同礦種、不同類型的關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合調(diào)查國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)指南尚未出臺，具體評價指標(biāo)、評價內(nèi)容不明確、評價標(biāo)準(zhǔn)不一，資料無法銜接。

3)關(guān)閉/廢棄礦井資料管理較為混亂，造成資源難以再開發(fā)利用。由于關(guān)閉/廢棄礦井的主體不同、規(guī)模不同、關(guān)閉原因不同、半閉時間不同，造成關(guān)閉/廢棄礦井不同階段資料管理混亂。對于個體礦山、集體礦山、小型礦山和關(guān)閉時間較長的關(guān)閉礦井資料丟失嚴(yán)重，調(diào)查難度較大同時重新開發(fā)利用的價值不大；相反，關(guān)閉時間較短國有大型礦山各階段資料較為完整，調(diào)查難度較小，開發(fā)利用價值較大。

4)關(guān)閉/廢棄礦井礦業(yè)權(quán)再次出讓困難。礦井關(guān)閉后，遺留下了一系列的經(jīng)濟(jì)問題、社會問題，諸如債權(quán)、債務(wù)以及礦山生態(tài)環(huán)境恢復(fù)、職工安置等。如何處理新、老礦業(yè)權(quán)人的權(quán)益沒有明確的法律依據(jù)，造成關(guān)閉/廢棄礦井礦業(yè)權(quán)再次出讓困難。

5)關(guān)閉/廢棄礦井在生態(tài)環(huán)境修復(fù)過程中問題頻出，使關(guān)閉/廢棄礦井資源調(diào)查再利用疑慮重重。近年已發(fā)生多起以生態(tài)環(huán)境修復(fù)為名，盜采國家資源的事件，使人家關(guān)閉/廢棄礦井資源調(diào)查再利用疑慮重重，致使關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合調(diào)查困難。國家和地方政府對關(guān)閉/廢棄礦井生態(tài)環(huán)境修復(fù)、資源綜合利用等方面的監(jiān)管缺乏有效的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。

6)關(guān)閉/廢棄礦井綜合利用方式單一。目前，我國關(guān)閉/廢棄礦井綜合利用方式單一，主要是設(shè)立國家公園、礦山公園，主要對象露天礦山。而對于巨量的地下空間、礦井水等資源的開發(fā)利用仍處于探索階段，盡管一些地方在利用關(guān)閉/廢棄礦井建設(shè)地下水庫、地面賽車場等方面做了一些有益的嘗試，但在關(guān)閉礦井綜合利用的產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化和資本化模式尚不健全。

7)關(guān)閉/廢棄礦井綜合利用投資熱度不夠?，F(xiàn)階段我國關(guān)閉/廢棄礦井綜合利用的主體為政府，投資渠道單一、資金不足。由于我國尚未出臺有關(guān)關(guān)閉/廢棄礦井綜合利用的政策法規(guī)，對于剩余資源是否可以再次開發(fā)利用、各類資源是否可以交易尚無明確規(guī)定，投資風(fēng)險較大，資本市場對關(guān)閉礦井資源綜合利用的投資興趣不高。

8)關(guān)閉/廢棄礦井綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)急需突破。特殊地下空間的開發(fā)利用涉及地下空間風(fēng)險評價技術(shù)、快速檢測和維護(hù)技術(shù)以及穩(wěn)定性動態(tài)監(jiān)測預(yù)測、安全性風(fēng)險評估等關(guān)鍵技術(shù)[10]；對于關(guān)閉礦井涉及地下煤炭氣化高效轉(zhuǎn)化、礦井水及非常規(guī)能源智能精準(zhǔn)開發(fā)模式、工業(yè)旅游開發(fā)模式、可再生能源開發(fā)與微電網(wǎng)輸能模式等關(guān)閉/廢棄礦井綜合利用的關(guān)鍵技術(shù)[11]。這此關(guān)鍵技術(shù)涉及基礎(chǔ)研究、裝備制造、通訊、物聯(lián)網(wǎng)、自動化等多領(lǐng)域、多學(xué)科和交叉融合，需要國家從政策、資金上進(jìn)行大力支持。

3 關(guān)閉/廢棄礦井開發(fā)利用模式

國外關(guān)閉/廢棄礦井開發(fā)利用模式愈發(fā)多樣化，但是國內(nèi)關(guān)閉/廢棄礦井開發(fā)利用模式較為單一、利用率較低，多以旅游開發(fā)為主，資源開發(fā)則以煤層氣抽采為主，其它的利用模式較少，諸如風(fēng)光發(fā)電、地下水庫、抽水蓄能電站、地下儲氣庫、地下儲油庫、地下實驗室、井下農(nóng)業(yè)、地下醫(yī)院、地下儲物庫、廢料(物)等危險物質(zhì)的處置等。

3.1 可再生能源開發(fā)利用模式

國家能源局鼓勵新能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)。各地相繼推行采煤沉陷區(qū)風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電以及農(nóng)光互補、漁光互補等多種新能源綜合產(chǎn)業(yè)模式。在采煤沉陷區(qū)不積水、風(fēng)能和陽光充足地區(qū)，可發(fā)展為風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電基地。在山東新泰，利用采煤沉陷區(qū)土地建設(shè)了占地7.992×107m2的首個農(nóng)光互補模式的200MW光伏發(fā)電示范基地；在山西大同，利用采煤沉陷區(qū)建設(shè)了具有國家先進(jìn)技術(shù)光伏發(fā)電示范工程。在采煤沉陷區(qū)積水地區(qū)，可發(fā)展固定式或者漂移式光伏發(fā)電站。在安徽淮南采煤沉陷區(qū)，采用農(nóng)光互補模式，建成了300MW水面漂浮式光伏電站：在山東棗莊采煤沉陷積水區(qū)，采用漁光互補模式，建成了400MW光伏電站。

3.2 地下空間開發(fā)利用模式

3.2.1 地下儲氣庫

關(guān)閉/廢棄礦井儲氣庫是利用關(guān)閉/廢棄的煤礦或其它礦藏的封閉性建立儲氣庫。將廢棄舊礦井改造為地下儲氣庫，必須將原來通向地面的井筒進(jìn)行嚴(yán)格密封后重新鉆掘新的生產(chǎn)井和監(jiān)測井。由于地下儲氣庫建設(shè)改造工藝復(fù)雜，目前利用廢棄煤礦作為地下儲氣庫的成功案例不多，僅在美國、比利時、德國有為數(shù)不多的有成功案例[12-13]。

由于工藝復(fù)雜，目前我國還沒有利用廢棄/關(guān)閉煤礦作為地下儲氣庫的成功案例?，F(xiàn)在，我國主要利用廢棄的石油、天然氣井作為地下儲氣庫，另有少量廢棄鹽礦井作為地下儲氣庫。目前我國已利用廢棄油氣井建成地下儲氣庫27座，累計調(diào)峰供氣量已突破500億m3，相當(dāng)于我國2019年全年天然氣消費量的六分之一左右；供氣能力最強的相國寺儲氣庫，日供氣量已經(jīng)達(dá)到2 443萬m3；中國第一座地下儲氣庫-天津大張坨儲氣庫，日供氣量也超過了2 100萬m3[14]。

3.2.2 地下儲油庫

目前，我國石油儲備庫大多為地面石油儲備庫，其占地面積大、易受外界因素影響、安全性較差，因此專家學(xué)者呼吁加大地下石油儲備庫的建設(shè)。地下儲油庫具造價低、運營成本低、安全性高、占地面積小、環(huán)境效益明顯、裝卸速度快、隱蔽性好等特點。美國、日本以及歐洲一些國家的地下石油儲備庫大多建在鹽巖介質(zhì)或報廢的鹽礦井中[15]。

2014年，皖北煤電集團(tuán)與中石化合作，利用旗下的含山石膏礦空區(qū)將打造成大型地下儲油庫。廢棄采空區(qū)做地儲油的技術(shù)難點為密封防滲、峒室穩(wěn)定和不影響油品質(zhì)量等。據(jù)介紹，含山石膏礦以房式開采方式將可形成3 150個采空區(qū)，可利用地下空間可達(dá)1 890萬m3。利用石膏礦采空區(qū)建500萬m3石油儲備庫，可比建同等規(guī)模的地面石油庫節(jié)約30億元[16]。

3.2.3 地下實驗室

地下實驗室，是利用位于一定深度的礦井地下空間獨特而穩(wěn)定的環(huán)境條件，能夠滿足特殊實驗等的環(huán)境要求，建設(shè)的特殊實驗室。美國、日本、英國等許多國家都已經(jīng)建立起地下實驗室。美國在南達(dá)科他州布萊克山處一處廢棄金礦在地表下約1500 m建成了極深地實驗室，用于暗物質(zhì)探測、中微子和質(zhì)子衰變實驗等重大研究[8]。日本利用原砂川礦把766m深的立井，將其改造成無重力實驗場[10]。

2017年，謝和平研究團(tuán)隊經(jīng)過多年詳細(xì)的論證研究最終選定在吉林省夾皮溝金礦地下1 470m建成了中國第一個細(xì)胞培養(yǎng)實驗室，成為我國的第一個深地醫(yī)學(xué)地下實驗基地[10]。

3.2.4 井下農(nóng)業(yè)

前蘇聯(lián)園藝學(xué)家在廢棄礦井下進(jìn)行蔬菜栽培試驗已獲得了成功，在地下300～500m深的礦井下面種植黃瓜、西紅柿及大白菜等蔬菜，經(jīng)過測定表明，井下生產(chǎn)的蔬菜的糖和維生素C含量增高，尤其維生素C的含量竟可以提高2～3倍；同時，井下蔬菜一年中多播多收，產(chǎn)量可達(dá)地面種植產(chǎn)量的10倍以上，而井下溫室建設(shè)費只相當(dāng)于地面溫室的1/4[17]。

北京京煤集團(tuán)有限公司、河北峰峰集團(tuán)有限公司，在廢棄/關(guān)閉煤礦巷道內(nèi)種植蘑菇，利用廢舊的礦車和鐵軌運輸蘑菇生長所需物料，采摘的蘑菇也利用舊軌運出[10]。

3.3 礦井水開發(fā)利用模式

3.3.1 地下水庫

地下水庫是指利用廢棄礦井、巷道等做為貯水空間回灌儲存地面水而形成的水庫[18]。早在1964年，日本的松尾氏提出了修建地下水庫的設(shè)想；20世紀(jì)80年代以來，日本建成一系列的地下水庫，總庫容達(dá)到2 800萬m3，有效地保障農(nóng)業(yè)、生產(chǎn)生活供水以及防止海水入侵。20世紀(jì)80年代以后，美國實施了含水層儲存與回采工程計劃，建成了100個以上的地下水庫[19]。

針對西部地區(qū)煤炭開發(fā)過程中的嚴(yán)重缺水問題，前人提出了礦井水井下儲存利用的新理念，即利用煤炭開采形成的采空區(qū)作為儲水空間，用人工壩體將不連續(xù)的煤柱壩體連接構(gòu)成復(fù)合壩體，將礦井回灌到地下，建設(shè)成為地下水庫[20-21]。神華集團(tuán)在神東礦區(qū)進(jìn)行了工程示范，2010年在神東大柳塔煤礦建成了首個煤礦分布式地下水庫，迄今為止，累計建成32座煤礦地下水庫，儲水量達(dá)到3 100萬m3，是目前世界惟一的煤礦地下水庫群，供用了礦區(qū)95%以上的用水[20-21]。

3.3.2 抽水蓄能電站

落差型地下抽水蓄能電站是利用廢棄礦井建設(shè)的水利蓄能發(fā)電站，基本基本原理是利用廢棄礦井井底與蓄水池的高度落差進(jìn)行發(fā)電，用電低峰時，利用富余電力將廢棄礦井內(nèi)的礦井水通過水泵抽到地面的水庫蓄積起來，在用電高峰期再將地面水庫的水通過管道放回到礦井，推動礦井底部的水輪機發(fā)電，達(dá)到削峰填谷的目的[19]。在華北平原，很難找到建立地表抽水蓄能電站的天然高落差地形條件，因此可利用廢棄礦建造抽水蓄能發(fā)電站，具有良好的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益[19]。

開灤礦務(wù)局利用廢棄礦建設(shè)了落差型地下抽水蓄能電站，井下廢棄巷道約47 000m3，垂直高差836.9m；由于高差太大，蓄能發(fā)電采用階梯布置；發(fā)電裝機容量11 000kW，年可獲得244萬元的效益[22]。

3.4 非常規(guī)氣開發(fā)利用模式

我國已在晉城、淮南、鐵法、阜新等礦區(qū)開展了老采空區(qū)地面鉆孔煤層氣抽采工作，取得了良好的抽采效果，為關(guān)閉/廢棄煤礦井煤層開發(fā)利用積累了豐富的經(jīng)驗。例如山西晉城煤業(yè)集團(tuán)己施工10口關(guān)閉煤礦地面井煤層氣抽采，其中7口地面抽打井成功產(chǎn)氣，每口井平均日產(chǎn)氣量可達(dá)到2 000m3，甲烷濃度可達(dá)90%，初步顯現(xiàn)了晉城煤礦區(qū)關(guān)閉煤礦煤層氣開發(fā)的潛力，對我國關(guān)閉煤礦煤層氣開采利用具有重要的指導(dǎo)意義[23]。

3.5 生態(tài)開發(fā)及工業(yè)旅游開發(fā)利用模式

生態(tài)旅游開發(fā)模式主要是利用采礦工業(yè)遺跡獨特的礦業(yè)遺產(chǎn)與科技價值。礦井廢棄/關(guān)閉后保留的部分礦井的井筒、巷道以及通風(fēng)運輸設(shè)備等，用以展示不同歷史時期礦業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)、過程及真實場景等。

我國廢棄/關(guān)閉礦井的生態(tài)重建、旅游開發(fā)多以建設(shè)綜合性的國家礦山公園以及生態(tài)園區(qū)為主，將廢棄/關(guān)閉礦井土地生態(tài)以及礦區(qū)景觀進(jìn)行修復(fù)，對廢棄/關(guān)閉礦井地下采區(qū)小規(guī)模的局部保留及改造利用為主。目前，國土資源部共批準(zhǔn)建立72個國家礦山公園，31家已開園。

4 建議

1)盡快出臺關(guān)于關(guān)閉/廢棄礦井資源管理的政策，從政策方面支持、引導(dǎo)關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合開發(fā)利用。

2)以中國地質(zhì)調(diào)查局科技創(chuàng)新中心為平臺，聯(lián)合科研院所、大學(xué)、企業(yè)開展關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合調(diào)查示范工程和開發(fā)利用模式研究，出臺一系關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合調(diào)查、開發(fā)利用的技術(shù)指南、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，統(tǒng)一評價標(biāo)準(zhǔn)，盡快形成完善關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合調(diào)查和地質(zhì)評價的技術(shù)體系，夯實關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合調(diào)查、地質(zhì)評價的理論基礎(chǔ)。

3)加強監(jiān)管、監(jiān)察力度，落實監(jiān)督責(zé)任。同時，利用遙感等高科技手段，對關(guān)閉/廢棄礦井資源開發(fā)利用、礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)過程進(jìn)行全過程、動態(tài)、實時監(jiān)測，防止發(fā)生借資源綜合開發(fā)利用、礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)之名盜采國家資源。

4)國家和地方政府從政策、資金、稅收等方面對關(guān)閉/廢棄礦井資源開發(fā)利用進(jìn)行支持，鼓勵社會資金對關(guān)閉/廢棄礦井資源開發(fā)利用項目的投資。

5)聯(lián)合攻關(guān)，解決關(guān)閉/廢棄礦井資源開發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)問題，使關(guān)閉/廢棄礦井資源開發(fā)利用成為一個新型產(chǎn)業(yè)。

6)開發(fā)關(guān)閉/廢棄礦井地質(zhì)資料管理技術(shù)平臺，對不同階段的形成的地質(zhì)資料進(jìn)行電子化、數(shù)字化，對其進(jìn)行數(shù)據(jù)庫管理，方便礦井在礦業(yè)時代、后礦業(yè)時代的管理，對后礦業(yè)時代礦井的資源化再利用提供有利的支撐。

5 結(jié)論

1)我國關(guān)閉/廢棄礦井?dāng)?shù)量眾多，其中仍賦存著大量剩余礦產(chǎn)、土地、地下空間、礦井水等資源。但我國目前關(guān)閉/廢棄礦井開發(fā)利用模式單一，多為以生態(tài)旅游開發(fā)模式的礦山公園、地質(zhì)公園；存在著資源的巨大浪費。

2)關(guān)閉/廢棄礦井資源綜合調(diào)查和開發(fā)利用缺少政策支持，沒有形成統(tǒng)一完善的技術(shù)評價體系，理論研究還處于嘗試階段，開發(fā)利用的關(guān)鍵技術(shù)尚無關(guān)鍵的突破。

3)關(guān)閉/廢棄礦井資料管理混亂，造成關(guān)閉/廢棄礦井再次開發(fā)利用困難和巨大的資金浪費。