殷全增，陳中山，馮啟言，耿麗娟，臺立勛，李 芳，劉 寧

河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源再利用模式探討

殷全增1，陳中山1，馮啟言2,3，耿麗娟1，臺立勛1，李 芳1，劉 寧1

(1. 河北省煤田地質(zhì)局物測地質(zhì)隊(duì)，河北 邢臺 054000；2. 中國礦業(yè)大學(xué) 江蘇省老工業(yè)基地資源利用與生態(tài)修復(fù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 徐州 221116；3. 中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

關(guān)閉煤礦資源評價與利用，具有資源、環(huán)境雙重效益，可為煤礦企業(yè)提供一條轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑。在河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源調(diào)查工作的基礎(chǔ)上，通過對國內(nèi)外關(guān)閉煤礦資源再利用典型案例的總結(jié)，重點(diǎn)歸納了河北省關(guān)閉煤礦農(nóng)林用地、建設(shè)用地、塌陷水域綜合利用、礦山公園模式、關(guān)閉煤礦資源綜合利用、矸石山利用、井下空間利用等7類19種資源再利用推薦模式，分析了推薦模式選擇因素，劃分了資源類型。依據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度、問題類型及礦山區(qū)位差異，按照推薦模式選擇原則，提出適合不同關(guān)閉煤礦山資源利用模式。綜合考慮關(guān)閉煤礦背景條件和資源開發(fā)利用條件，對河北省主要礦區(qū)118個關(guān)閉煤礦提出了資源再利用途徑。在相關(guān)研究基礎(chǔ)上，針對河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源再利用存在的支撐條件不足、安全評價、支撐政策和管理辦法欠缺、資源調(diào)查評價與利用技術(shù)指南欠缺等現(xiàn)實(shí)問題，提出了資源利用典型項(xiàng)目建設(shè)、及時掌握關(guān)閉煤礦綜合信息、構(gòu)建關(guān)閉煤礦資源調(diào)查與評價技術(shù)指南、開展相關(guān)治理工程做好資源利用統(tǒng)籌工作、加強(qiáng)科技投入和關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、樹立礦井全生命周期理念并重視礦業(yè)資產(chǎn)的后周期管理及完善閉坑管理等建議，以期選擇生態(tài)敏感性較弱、資源豐富、區(qū)位條件優(yōu)越、符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求、便于協(xié)調(diào)開發(fā)利用的關(guān)閉煤礦作為重點(diǎn)研究對象，開展資源綜合利用工業(yè)性試驗(yàn)和示范工程，系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)閉煤礦資源評價體系，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉煤礦資源利用與生態(tài)保護(hù)協(xié)同發(fā)展。

關(guān)閉煤礦；資源再利用；推薦模式；工業(yè)遺跡；井下空間；矸石利用

國外地質(zhì)工作者早在20世紀(jì)中葉就開始探索關(guān)閉煤礦資源的再利用。我國以往煤礦相關(guān)工作側(cè)重地質(zhì)環(huán)境調(diào)查、地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與治理規(guī)劃以及治理恢復(fù)等方面，隨著國內(nèi)關(guān)閉礦井日益增多和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)關(guān)于關(guān)閉礦井研究也逐漸得到重視。河北省是個煤炭大省，開發(fā)時間長、強(qiáng)度大。煤炭的開發(fā)為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來了巨大財富，同時也產(chǎn)生了一些礦山問題。早期煤炭的開發(fā)，小、亂、散、粗放型開采，構(gòu)成了諸如工業(yè)廣場廢棄、大量土地壓占、礦山地質(zhì)環(huán)境治理等后礦山問題[1-2]。隨著煤炭資源枯竭、開采安全限制及國家淘汰落后產(chǎn)能和化解過剩產(chǎn)能政策的實(shí)施，河北省大量煤礦被關(guān)閉，煤炭企業(yè)對關(guān)閉礦井再利用意識淡薄，多數(shù)礦井直接關(guān)閉或廢棄，未開展關(guān)閉礦井資源的再開發(fā)利用，不僅造成資源的巨大浪費(fèi)，還有可能誘發(fā)后續(xù)的安全、環(huán)境及社會等問題[3]。開展關(guān)閉煤礦地質(zhì)環(huán)境治理與資源利用模式研究，不僅能夠減少資源浪費(fèi)、變廢為寶，提高剩余資源開發(fā)利用效率，而且可為相關(guān)煤礦企業(yè)提供一條轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑[4]。如何充分利用關(guān)閉煤礦的各種資源，對礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

本次主要通過調(diào)查分析河北省118個關(guān)閉煤礦，主要集中在峰峰、邯鄲、邢臺、井陘、蔚縣、宣下、開灤、興隆等礦區(qū)。筆者依據(jù)關(guān)閉煤礦的資源稟賦及利用可行性，提出河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源再利用模式，并為后續(xù)資源開發(fā)利用提出相應(yīng)問題與建議。

1 國內(nèi)外關(guān)閉煤礦資源再利用模式

1.1 國外煤礦資源再利用

國外早在20世紀(jì)中葉就開始探索關(guān)閉礦井資源再利用問題，積累了博物館、礦山地質(zhì)公園、物資儲備、瓦斯利用、礦井水資源利用等開發(fā)技術(shù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，開拓形成了礦山公園、地下空間利用、水熱聯(lián)用、瓦斯利用等關(guān)閉煤礦資源化利用的模式[4-8]。例如，德國魯爾工業(yè)區(qū)開發(fā)了博物館、公共游憩空間利用等資源再利用模式，在北杜伊斯堡景觀公園和“北極星公園”進(jìn)行應(yīng)用，許多廢棄礦山排土場上已經(jīng)實(shí)施了風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目[6]；荷蘭對大型煤礦進(jìn)行水熱聯(lián)用等模式開發(fā)，在奧蘭治納蘇Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ 3座大型煤礦進(jìn)行應(yīng)用，2014年海爾倫煤礦進(jìn)入“礦井水3.0”時代[4]；2017年，德國煤炭巨頭魯爾集團(tuán)將Prosper-Haniel 煤礦改造成一個抽水蓄能設(shè)施，改造工程將通過在煤礦上下層建設(shè)蓄水池實(shí)現(xiàn)[4]；德國利用廢棄礦井處置了低中放射性廢物1.988萬m3（約12.5萬桶），美國利用關(guān)閉礦井地下空間建立了第1個地下文件存儲中心，是廢棄礦井地下空間資源利用的典型案例[7-8]；英國對關(guān)閉的300座地下煤礦中的30座進(jìn)行廢棄煤礦瓦斯開發(fā)利用，其中，以凱靈利(Kellingley)廢棄煤礦和曼斯菲爾德廢棄煤礦(皇冠農(nóng)場煤礦)瓦斯開發(fā)利用項(xiàng)目最為代表[9]。近年來，基于環(huán)境保護(hù)和資源能源轉(zhuǎn)型升級的新要求，綜合利用技術(shù)、措施和手段不斷更新，信息化、科技化、產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化模式不斷創(chuàng)新，一些資源枯竭型城市資源再利用的開發(fā)典型案例增多，形成了農(nóng)林用地、建設(shè)用地、水域綜合利用、遺留物資利用、矸石利用等新的再利用模式，為我國關(guān)閉/廢棄礦井資源的綜合利用提供了經(jīng)驗(yàn)。

1.2 國內(nèi)關(guān)閉煤礦資源再利用案例

我國在礦山生態(tài)修復(fù)方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，但關(guān)閉煤礦資源開發(fā)利用研究起步較晚，國內(nèi)關(guān)閉煤礦開發(fā)利用主要體現(xiàn)在礦山公園、地下水庫、瓦斯利用等方面[3,9-18]，見表1。

1.3 關(guān)閉煤礦資源再利用模式

通過對國內(nèi)外煤礦資源再利用典型案例[19-21]進(jìn)行歸納，總結(jié)出8種主要再利用模式，見表2。

2 河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源再利用推薦模式

2.1 關(guān)閉煤礦分類

1) 按關(guān)閉原因分類

河北省2015年前煤礦關(guān)閉主要為資源枯竭型和淘汰落后產(chǎn)能型，其中“十二五”期間關(guān)閉小煤礦237座，淘汰落后產(chǎn)能1 650萬t/a。2015年后，按照國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革部署開始實(shí)施化解過剩產(chǎn)能，近五年實(shí)際關(guān)閉煤礦139座。

表1 國內(nèi)煤礦資源利用典型案例

表2 關(guān)閉煤礦資源主要再利用模式

2) 按生產(chǎn)能力分類

考慮時限性等實(shí)際情況，研究工作主要針對河北省近5年關(guān)閉煤礦，其中大型煤礦為7座，中型煤礦為23座，小型煤礦為109座。本次研究區(qū)內(nèi)實(shí)際調(diào)查關(guān)閉煤礦為118座，其中大中型煤礦30座。

3) 按經(jīng)營實(shí)體身份分類

具體可分為國有煤礦、集體煤礦(地方煤礦)及個體煤礦。據(jù)調(diào)查，關(guān)閉煤礦開采經(jīng)營實(shí)體身份的不同，關(guān)閉煤礦檔案也千差萬別。國有煤礦檔案資料真實(shí)、正規(guī)、數(shù)據(jù)可靠，且資料的保存時間相對較長；個體煤礦因管理不夠嚴(yán)謹(jǐn)，檔案資料雜亂且誤差較大，且大多數(shù)資料保存不全。

2.2 關(guān)閉煤礦資源調(diào)查

通過對河北省主要礦區(qū)118個關(guān)閉煤礦重點(diǎn)調(diào)查，初步掌握了研究區(qū)主要關(guān)閉煤礦剩余煤炭資源、土地、煤層氣(瓦斯)、遺留物資、礦井水、地下空間、煤矸石等資源情況。其中，主要關(guān)閉煤礦剩余資源量大于0.5億t礦井為16處，剩余煤炭總量約19.93億t；壓占土地資源約22.84 km2(含工業(yè)廣場、矸石山(堆)、礦山道路等)；高瓦斯礦井5處；礦井水文地質(zhì)類型為復(fù)雜–極復(fù)雜礦井6處，主要關(guān)閉煤礦采空區(qū)水位恢復(fù)穩(wěn)定后預(yù)計積水總量約1.04億m3；地表沉陷積水11處，面積約3.87 km2；遺存巖巷、井底車場及斜井空間約380萬m3，采空區(qū)穩(wěn)沉后預(yù)測總?cè)莘e約1.06億m3；遺存煤矸石約1 446萬m3。

2.3 關(guān)閉煤礦可利用資源類型劃分

通過歸納總結(jié)國內(nèi)外煤礦生態(tài)修復(fù)與資源利用模式，并結(jié)合實(shí)地調(diào)查得出，河北省關(guān)閉煤礦可利用資源類型主要為土地(農(nóng)林用地、建設(shè)用地)、水、剩余煤炭、煤層氣、遺留物資、地下空間、煤矸石等資源。本次研究通過細(xì)化治理與利用模塊、子模塊，分析資源利用方法及適用性，見表3。

表3 關(guān)閉煤礦資源利用類型詳細(xì)情況

2.4 推薦模式原則及選擇因素

依據(jù)礦山地質(zhì)環(huán)境影響程度、問題類型及區(qū)位差異，本著因地制宜、綜合整治、宜耕則耕、宜林則林、宜漁則漁、宜草則草、宜工則工、宜景則景的原則和治理預(yù)期效果，按照保證安全、生態(tài)優(yōu)先，因地制宜、因礦施策和多元治理、整體推進(jìn)的模式選擇原則，提出適合不同關(guān)閉煤礦的資源利用模式，從而實(shí)現(xiàn)社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益“多贏”目的[19]。

推薦模式的選擇要綜合考慮關(guān)閉煤礦背景條件和資源開發(fā)利用條件。其中背景條件主要包括自然環(huán)境、人文環(huán)境、采礦遺跡、歷史文化、社會文化等，資源開發(fā)利用條件包括資源稟賦、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、交通通達(dá)度、市場距離、生態(tài)環(huán)境因素和地質(zhì)環(huán)境安全等，詳見表4。

2.5 推薦模式分類

依據(jù)利用模式和治理預(yù)期效果，按照土地資源、水資源、遺存資源、空間資源等進(jìn)行分類，將河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源再利用推薦模式主要分為7類19種，詳見表5。

2.6 不同礦區(qū)推薦模式

依據(jù)自然環(huán)境等關(guān)閉煤礦背景條件和資源稟賦等資源開發(fā)利用條件，在資源類型劃分、模式選擇因素初步分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)地調(diào)查，對本次研究的118個關(guān)閉煤礦提出推薦利用模式。其中，適合建設(shè)用地模式的煤礦40個(同一個關(guān)閉煤礦在同一個單項(xiàng)推薦模式中可能符合多個利用方向，下同)、農(nóng)林用地模式88個、塌陷水域綜合利用10個、礦山公園模式11個、剩余煤炭利用12個、瓦斯利用9個、熱能利用5個、遺留物資利用26個、井下空間利用模式7個、矸石利用模式24個，詳見表6。

表4 關(guān)閉煤礦資源再利用推薦模式選擇因素

表5 河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源再利用推薦模式分類

表6 河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源推薦模式

注：同一個關(guān)閉煤礦在同一個推薦模式中可能符合多個利用方向。

3 資源綜合利用存在問題

1) 支撐條件不足

多數(shù)礦井直接關(guān)閉或廢棄，未開展相關(guān)資源調(diào)查與評價，不僅造成資源浪費(fèi)，在一定程度上極可能引發(fā)環(huán)境、生態(tài)及安全問題[18]。

2) 安全評價

煤礦直接關(guān)閉后極易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害問題，如塌陷、礦井水隱患、采空區(qū)瓦斯逸出而帶來的安全隱患等[22]。亟需構(gòu)建一套可量化的資源綜合利用安全評價體系，需要對關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行選取[23]，尤其要對關(guān)閉煤礦的采掘歷史、地質(zhì)背景、資源條件等指標(biāo)進(jìn)行先期梳理與掌握。在各風(fēng)險因素研究的基礎(chǔ)上形成安全與風(fēng)險評價技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，指導(dǎo)關(guān)閉煤礦資源綜合開發(fā)利用。

3) 支持政策和管理辦法欠缺

諸如剩余煤炭資源地下氣化、礦井水利用等，資源再利用等監(jiān)測系統(tǒng)少，監(jiān)督管理及綜合利用缺乏有效的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，目前支持政策和管理辦法仍欠缺。需要相關(guān)部門出臺系列支持政策和管理辦法，簡化審批程序，向資源利用傾斜。

4) 資源調(diào)查、評價與利用技術(shù)指南欠缺

資源再利用離不開調(diào)查、評價與資源利用技術(shù)等工作，亟需構(gòu)建關(guān)閉地下礦井地表形變預(yù)測方法及柱式采空區(qū)煤柱穩(wěn)定性評價方法[13]，研發(fā)關(guān)閉礦井地質(zhì)災(zāi)害治理關(guān)鍵技術(shù)與材料，保障關(guān)閉地下礦井地面建構(gòu)筑物及土地再利用安全，以促進(jìn)關(guān)閉礦井地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測、調(diào)查、評價、資源再利用、環(huán)境管理方面規(guī)范化。

4 建議

a. 積極推進(jìn)關(guān)閉煤礦資源利用典型項(xiàng)目建設(shè)。先期資源專項(xiàng)調(diào)查的基礎(chǔ)上，對利用前景好的資源進(jìn)行開發(fā)利用可行性研究。并積極推進(jìn)資源再利用典型項(xiàng)目建設(shè)，率先在資源條件好、建設(shè)成本低、市場消納條件好的地區(qū)，確定一批典型項(xiàng)目建設(shè)，形成以點(diǎn)帶面開發(fā)利用格局。

b. 及時、切實(shí)掌握關(guān)閉煤礦綜合信息。煤礦關(guān)閉后，主副井基本永久封閉，地表水、地下水、礦井水監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)缺乏，缺少動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時，關(guān)閉煤礦的數(shù)量、地質(zhì)環(huán)境問題、資源利用情況也會隨著時間發(fā)生變化，經(jīng)過5～10 a后需要進(jìn)一步調(diào)查并更新數(shù)據(jù)，切實(shí)掌握關(guān)閉煤礦的綜合信息，為資源的精準(zhǔn)利用和規(guī)劃部門提供決策支持。

c. 完善關(guān)閉煤礦資源調(diào)查與評價技術(shù)指南。關(guān)閉煤礦資源調(diào)查與評價技術(shù)指南需要盡快編制與應(yīng)用，爭取早日形成企業(yè)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

d. 開展相關(guān)治理工程，做好與資源利用的統(tǒng)籌。主要包括地質(zhì)災(zāi)害、地形地貌景觀破壞、含水層破壞等防治工程，加強(qiáng)災(zāi)害監(jiān)測、矸石堆放場治理、景觀生態(tài)恢復(fù)、土地復(fù)墾、植被重建以及地下水動態(tài)監(jiān)測等工作。相關(guān)工作應(yīng)與資源綜合利用工作相協(xié)調(diào)。同時關(guān)閉煤礦生態(tài)修復(fù)工程應(yīng)納入?yún)^(qū)域生態(tài)修復(fù)規(guī)劃及山水規(guī)劃中去。

e. 加強(qiáng)科技投入，加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。剩余煤炭和瓦斯開發(fā)再利用、地下水污染防控與礦井水綜合利用、地下空間利用等技術(shù)創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)綠色閉坑提供技術(shù)支撐。關(guān)注關(guān)閉煤礦立體空間協(xié)調(diào)開發(fā)與綠色產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展，研究礦區(qū)地下特定空間協(xié)同利用、地上地下生態(tài)空間開發(fā)以及礦區(qū)地面特色小鎮(zhèn)開發(fā)等模式。

f.樹立礦井全生命周期理念，實(shí)現(xiàn)環(huán)境持續(xù)改善和資源開發(fā)的綠色接替，重視礦業(yè)資產(chǎn)的后周期管理，完善閉坑管理。隨著科技進(jìn)步，逐步將資源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)納入一個統(tǒng)一體系。對即將關(guān)閉的礦井，盡快開展關(guān)閉礦井資源再利用規(guī)劃，充分銜接生態(tài)環(huán)境保護(hù)相關(guān)規(guī)劃，提前編制資源再利用及生態(tài)修復(fù)方案，提前謀劃資源再利用相關(guān)手續(xù)。應(yīng)選擇生態(tài)敏感性較弱、資源豐富、區(qū)位條件優(yōu)越、符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求、便于協(xié)調(diào)開發(fā)利用的關(guān)閉煤礦作為重點(diǎn)研究對象，開展資源綜合利用工業(yè)性試驗(yàn)和示范工程，系統(tǒng)構(gòu)建關(guān)閉煤礦資源評價體系，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉煤礦資源利用與生態(tài)保護(hù)協(xié)同發(fā)展。

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Discussion on the recommended models for resource reuse of closed coal mines in main mining areas of Hebei Province

YIN Quanzeng1, CHEN Zhongshan1, FENG Qiyan2,3, GENG Lijuan1, TAI Lixun1, LI Fang1, LIU Ning1

(1. Coal Geology Geological Team of Hebei Province Bureau, Xingtai 054000, China; 2. Collaborative Innovation Center for Resource Utilization and Ecological Restoration of Old Industrial Base, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China; 3. School of Environment Science and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)

The evaluation and the utilization of the resources of the closed coal mines have dual benefits of resources and environment, and can provide a transformation and development path for coal mining enterprises. Based on the investigation of the resources of the closed coal mines in the main mining areas of Hebei Province, through the summary of the typical cases of the resources reuse of the closed coal mines at home and abroad and in Hebei Province, this paper sums up 7 types and 19 kinds of recommended modes of the resources reuse of the closed coal mines in Hebei Province, analyzes the selection factors of recommended modes, and divides the types of resources. According to the influence degree of mine geological environments, problem types and mine location differences, and according to the principle of recommended mode selection, this paper puts forward the resource utilization modes suitable for different closed coal mines. Considering the background conditions of closed coal mines and the conditions of resource development and utilization, this paper puts forward the ways of resource reuse for 118 closed coal mines in main mining areas of Hebei Province. On the basis of relevant research, in view of the practical problems existing in the reuse of closed coal mine resources in the main mining areas of Hebei Province, such as insufficient support conditions, lack of safety evaluation, support policies and management methods, and lack of technical guidelines for resource investigation, evaluation and utilization, this paper puts forward the construction of typical projects for resource utilization, timely mastering the comprehensive information of closed coal mines, constructing technical guidelines for investigation and evaluation of closed coal mine resources. Relevant treatment projects have been carried out, good job in the overall planning of resource utilization has been made, scientific and technological investment and key technology research and development have been strengthened, the concept of the whole life cycle of the mine has been established, attention has been paid to the post cycle management of mining assets and the pit closure management has been improved, so as to select the ones with weak ecological sensitivity, rich resources, superior location conditions and meeting the needs of local economic and social development. Taking the closed coal mines convenient for coordinated development and utilization as the key research object, industrial experiments and demonstration projects for comprehensive utilization of resources have been carried out, the closed coal mine resource evaluation system was systematically constructed, and the coordinated development of closed coal mine resource utilization and ecological protection has been realized.

closure of coal mine;resource reuse; recommended models; industrial relics; underground space;gangue utilization

語音講解

P62；X752

A

1001-1986(2021)06-0113-08

2021-07-03；

2021-09-16

河北省省級一般公共預(yù)算財政資金項(xiàng)目(343-0401-JBN-BEWQ，343-0402-YQN-7IAY)

殷全增，1965年生，男，河北邢臺人，正高級工程師，從事煤田地質(zhì)、物探等工作. E-mail：13931909280@126.com

陳中山，1983年生，男，甘肅定西人，高級工程師，從事煤田地質(zhì)、物探等工作. E-mail：583594023@qq.com

殷全增，陳中山，馮啟言，等. 河北省主要礦區(qū)關(guān)閉煤礦資源再利用模式探討[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2021，49(6)：113–120. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.06.014

YIN Quanzeng，CHEN Zhongshan，F(xiàn)ENG Qiyan，et al.Discussion on the recommended models for resource reuse of closed coal mines in main mining areas of Hebei Province[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(6)：113–120. doi: 10.3969/ j.issn.1001-1986.2021.06.014

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(責(zé)任編輯 范章群)