郭亞超， 王 鵬， 董霽紅

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇徐州 221116； 2.西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710077；3.陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，西安 710077； 4.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，江蘇徐州 221116)

0 引言

關(guān)閉礦井是指礦山企業(yè)由于服務(wù)年限期滿、資源枯竭等原因停止開(kāi)采活動(dòng)。隨著我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)去產(chǎn)能、去庫(kù)存政策的提出[1-2]，關(guān)閉礦井?dāng)?shù)量逐年增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2014 年1月至2016 年12月全國(guó)關(guān)閉礦井達(dá)2 858處，合計(jì)產(chǎn)能35 686萬(wàn)t/a[3]。在經(jīng)歷了數(shù)十年的開(kāi)發(fā)，這些礦井形成了巨大的井上下空間。礦井關(guān)閉后，這些空間若不加以轉(zhuǎn)型利用，將造成空間資源的廢棄，同時(shí)造成殘留煤炭資源的浪費(fèi)，加之環(huán)境污染，將成為重大的潛在地質(zhì)隱患[4-5]。

西方采礦業(yè)較發(fā)達(dá)國(guó)家的學(xué)者在20 世紀(jì)中葉就對(duì)關(guān)閉礦井轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)行了研究，并取得了一些成功案例[5]。近年來(lái)，我國(guó)許多關(guān)閉礦井建立了國(guó)家礦山公園，如棗莊中興國(guó)家礦山公園、大同晉華宮井下探秘區(qū)[3]、唐山開(kāi)灤國(guó)家地質(zhì)公園[6]等，但在煤礦空間利用方面整體還處于起步階段。我國(guó)學(xué)者在研究國(guó)內(nèi)外關(guān)閉礦井利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了關(guān)閉礦井轉(zhuǎn)型升級(jí)構(gòu)想體系，闡述了關(guān)閉礦井資源轉(zhuǎn)型利用的新方向[7-12]。這些成果為關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了思路借鑒，但對(duì)關(guān)閉礦井殘留煤炭資源、地上/下空間資源等詳細(xì)估算方面還需深入研究[13-18]。本文以陜西朱家河中型礦井為例，定量評(píng)估地上/下殘留煤炭資源以及空間資源，探討關(guān)閉礦井地上/下資源轉(zhuǎn)型發(fā)展新路徑，為關(guān)閉礦井實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)與資源利用提供基礎(chǔ)。

1 關(guān)閉礦井地上/下資源特征與類型

關(guān)閉礦井地上/下資源種類眾多，分析地上/下資源特征與類型，將各種資源進(jìn)行歸類，是實(shí)現(xiàn)地下資源整體規(guī)劃，地上資源統(tǒng)籌發(fā)展，礦區(qū)一體化開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。

1.1 關(guān)閉礦井地上/下資源特征

1)地/上下空間巨大，可利用價(jià)值高。2014年至2018年下半年，我國(guó)關(guān)閉礦井達(dá)7 516座[3]，地表生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)、辦公區(qū)、輔助生產(chǎn)區(qū)以及井下巷道、車(chē)場(chǎng)等空間資源較大。

2)設(shè)備處置不當(dāng)，損耗嚴(yán)重。全國(guó)多數(shù)關(guān)閉煤礦資產(chǎn)設(shè)備處置不當(dāng)，堆積成片，同時(shí)有些地面設(shè)備，如主副井井架、主井絞車(chē)等未及時(shí)有效處理，損耗嚴(yán)重。

3)環(huán)境問(wèn)題突出。隨著煤炭資源的開(kāi)采礦區(qū)出現(xiàn)地表塌陷、開(kāi)裂等嚴(yán)重問(wèn)題。同時(shí)排出的礦井水含有毒有害物質(zhì)，造成地表水、土壤的污染。大量的煤礦關(guān)閉后，沒(méi)有進(jìn)行土地復(fù)墾和環(huán)境治理，矸石山、排土場(chǎng)等打破了綠水青山的格局。

4)煤炭殘留較多，資源浪費(fèi)問(wèn)題突出。據(jù)相關(guān)研究，到2030年我國(guó)關(guān)閉達(dá)15 000處[4]。由于開(kāi)采條件限制，全國(guó)礦井回采率較低，關(guān)閉礦井仍然賦存大量煤炭資源。

1.2 關(guān)閉礦井地上/下資源類型

關(guān)閉礦井資源種類眾多，主要包括空間資源、井上下設(shè)備、土地資源、殘留煤炭資源、水資源等等(表1)。隨著關(guān)閉礦井的大幅度增加，我國(guó)迫切需要解決關(guān)閉礦井資源的轉(zhuǎn)型利用問(wèn)題[7]。

表1 關(guān)閉礦井地上/下資源類型

1.3 研究區(qū)概況

陜西煤業(yè)化工集團(tuán)蒲白礦務(wù)局朱家河礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a，服務(wù)年限62a，礦井自上而下分別為3 煤、5-1煤、5-2煤、6-1煤、10煤。其中 5-2煤為中厚煤層，其余煤層均為薄煤層，煤層傾角不大于10°。礦井劃分兩個(gè)水平開(kāi)采。第一水平標(biāo)高 +600 m，主要運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷相互平行布置，兩巷間距30 m。第二水平標(biāo)高+520 m，用集中下山開(kāi)采第二水平。由于國(guó)家去產(chǎn)能政策的要求，2016年8月15日停止原煤生產(chǎn)開(kāi)始回撤，礦井關(guān)閉前，二水平工作還未進(jìn)行，于2016年11月30日徹底關(guān)閉。礦井關(guān)閉后，井上/下資源種類眾多，礦井采區(qū)布置情況如圖1所示。

圖1 朱家河礦井布置情況Figure 1 Zhujiahe mine layout plan

朱家河礦井地處渭北礦區(qū)山區(qū)地帶，有著我國(guó)煤礦典型特征。朱家河礦井生產(chǎn)中各種設(shè)備設(shè)施種類齊全，同時(shí)地面辦公區(qū)、生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)等地表建筑分區(qū)明顯，礦井關(guān)閉后井上下空間、設(shè)備等維護(hù)較好，以朱家河中型礦井為例，進(jìn)行井上下資源評(píng)估，對(duì)于預(yù)估全國(guó)關(guān)閉礦井容積，探討轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑具有典型代表性。

2 井下可用空間資源估算

礦井關(guān)閉后各類資源轉(zhuǎn)型利用率較低，特別是井下空間資源的開(kāi)發(fā)利用不充分，對(duì)關(guān)閉礦井地下資源進(jìn)行高效準(zhǔn)確評(píng)估，可為地下空間資源整體規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.1 不同類型井下可用空間估算

2.1.1 實(shí)測(cè)估算

礦井生產(chǎn)系統(tǒng)包括開(kāi)拓巷道、準(zhǔn)備巷道、回采巷道，巷道斷面主要有半圓拱形巷道、圓弧拱形巷道、梯形巷道。在地下空間實(shí)測(cè)估算時(shí)， 不同類型巷道總可利用空間可根據(jù)下式計(jì)算：

(1)

式中：V為估算巷道可利用空間，m3；S為估算巷道凈斷面積，m2；L為估算巷道長(zhǎng)度，m。

2.1.2 探地雷達(dá)探測(cè)估算

隨著探地雷達(dá)技術(shù)的不斷成熟，由于其在地下空間評(píng)估方面有著“快、精、準(zhǔn)”的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。對(duì)于井下空間探測(cè)，可根據(jù)待測(cè)礦井地下巷道布置平面圖，布置正交網(wǎng)格測(cè)線，由于雷達(dá)波穿透的介質(zhì)不同，雷達(dá)濾波器接收到的數(shù)據(jù)就會(huì)有差異。在數(shù)據(jù)解譯和分析時(shí)根據(jù)電磁波變化判斷巷道邊界，測(cè)算出地下空間的尺寸[19-20]。

2.2 井筒可用空間估算

朱家河礦井采用斜井開(kāi)拓方式，主、副斜井?dāng)嗝婢鶠榘雸A拱形巷道。

礦井主斜井凈寬4.0 m，凈高3.2 m，凈斷面積11.1 m2，斜長(zhǎng) 820 m。副斜井凈寬4.4 m，凈高3.25 m，凈斷面積12.2 m2，斜長(zhǎng) 561 m。由公式(1)可知朱家河礦井井筒可利用空間約為1.6×104m3。

2.3 井底車(chē)場(chǎng)及硐室可用空間估算

由于礦井生產(chǎn)的需要，在礦井主要提升井筒和井下主要運(yùn)輸巷道采用井底車(chē)場(chǎng)連接，同時(shí)還包括為井下生產(chǎn)服務(wù)的各類硐室。根據(jù)式(1)對(duì)井底車(chē)場(chǎng)及硐室有效空間進(jìn)行估算結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2 可知，礦井井底車(chē)場(chǎng)及主要硐室可利用巷道長(zhǎng)度1 609 m左右，井底車(chē)場(chǎng)及主要硐室可利用空間大約為2.1×104m3，具有廣闊的利用前景。

表2 井底車(chē)場(chǎng)及主要硐室可利用空間估算

2.4 大巷可用空間估算

根據(jù)大巷通風(fēng)、運(yùn)輸、安全以及維護(hù)費(fèi)用要求，一水平主要運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷斷面凈面積12.3 m2，掘進(jìn)斷面14.2 m2，巷道長(zhǎng)度為3 298 m，根據(jù)公式(1)可知，一水平主要運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷可利用空間約為8.1×104m3。

朱家河礦井井下可用空間主要包括主副斜井井筒、井底車(chē)場(chǎng)及中央水泵房及通道、材料庫(kù)等硐室以及一水平主要運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷，采用實(shí)測(cè)估算法得到井下總可利用空間約為1.18×105m3。

根據(jù)礦井布置圖，布置正交網(wǎng)格測(cè)線，采用探地雷達(dá)，通過(guò)分析雷達(dá)濾波器數(shù)據(jù)，估算得到朱家河地下井筒、車(chē)場(chǎng)及硐室、大巷可用空間為1.25×105m3，與實(shí)測(cè)估算結(jié)果相差6.3%，這可能是由于采用探地雷達(dá)估算時(shí)，雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)接刹蓜?dòng)引起的巷道圍巖各種裂隙，甚至采空區(qū)裂隙中，使得測(cè)算結(jié)果偏大。但對(duì)于地下空間估算，采用探地雷達(dá)仍具有一定的可行性。

3 殘留煤炭資源定量評(píng)估

3.1 井下殘留煤炭資源量估算

根據(jù)《關(guān)于保安煤柱設(shè)計(jì)時(shí)采用移動(dòng)角的規(guī)定》，黃土層α，基巖上山β，下山γ，如圖2所示，根據(jù)垂直剖面法計(jì)算保安煤柱。計(jì)算殘留煤炭資源量，具體可根據(jù)公式：

圖2 安全煤柱留設(shè)示意圖Figure 2 Schematic diagram of safety pillar setting

(2)

式中：V為估算煤柱資源量，t；D為估算煤柱寬度，m；L為估算煤柱長(zhǎng)度，m；H為煤層厚度，m；η為煤的容重，t3·m-3。

3.2 工作面殘留資源量估算

考慮到井下工作面開(kāi)采方式的不同，根據(jù)礦井地質(zhì)條件以及《礦井工業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范》，工作面之間留設(shè)不同寬度的安全煤柱， 巖層移動(dòng)角按黃土層52°，基巖上山70°，下山68°，煤層按水平煤層計(jì)算，朱家河井田四個(gè)采區(qū)共42個(gè)工作面進(jìn)行了開(kāi)采作業(yè)，主要采用炮采及綜采方式，主采煤層厚度為2.6m，工作面間留設(shè)20～40m保護(hù)煤柱，煤的容重為1.40 t/m3，根據(jù)式(2)，工作面煤柱殘留煤炭資源約144萬(wàn)t(表3)。

表3 工作面殘留資源量估算

3.3 井田內(nèi)其余殘留煤炭資源量估算

白水河、鐵路以及林皋水庫(kù)位于礦區(qū)中央，為了礦井安全生產(chǎn)白水河與鐵路以河流最高洪水位線并留有15 m保護(hù)煤柱為界，林皋水庫(kù)留設(shè)覆水區(qū)外加15 m保護(hù)帶。工業(yè)廣場(chǎng)及風(fēng)井廣場(chǎng)按二級(jí)保護(hù)，設(shè)有選煤廠，工業(yè)廣場(chǎng)占地面積12.2 hm2，護(hù)圍帶寬10 m；村莊按三級(jí)保護(hù)，護(hù)圍帶寬5 m，井田范圍內(nèi)較大范圍的村莊有安家大隊(duì)、洼里村、姚家村、圣山廟、王莊新村，如圖1所示。同時(shí)井田內(nèi)含有較大斷層，斷層煤柱根據(jù)斷層斷距大小留設(shè)，斷距比較大的兩側(cè)各留50 m煤柱。

在井田邊界留設(shè)20m寬度保護(hù)煤柱。同時(shí)井田范圍內(nèi)林皋井，安家井和高陽(yáng)井位于井田中部首采區(qū)和接續(xù)采區(qū)，對(duì)于對(duì)礦井正常開(kāi)采影響較大。

由表4 可知，井田內(nèi)鐵路及河流、水庫(kù)、斷層、井田邊界、大巷及風(fēng)井、小窯采空區(qū)、工業(yè)廣場(chǎng)以及村莊下壓煤總資源量達(dá)5 405.33萬(wàn)t。

表4 井田內(nèi)其余煤炭資源估算

朱家河礦井遺留煤炭資源主要包括井田內(nèi)鐵路及河流、水庫(kù)、工業(yè)廣場(chǎng)以及村莊保護(hù)煤柱，工作面保護(hù)煤柱，總殘留資源量達(dá)5 600萬(wàn)t。

4 礦井工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間估算

礦井工業(yè)廣場(chǎng)作為礦井生產(chǎn)必不可少的部分，主要由辦公區(qū)、生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)以及輔助生產(chǎn)區(qū)組成，占用大量的土地資源和空間資源，對(duì)工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間進(jìn)行估算，對(duì)實(shí)現(xiàn)關(guān)閉礦井轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要意義。

4.1 工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間估算方法

4.1.1 實(shí)測(cè)估算

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量方式，得到工業(yè)廣場(chǎng)建筑尺寸，對(duì)于工業(yè)廣場(chǎng)建筑占地面積以可用空間容積主要采用：

(3)

(4)

式中：V為估算建筑可用空間，m3；D為估算建筑物寬度，m2；L為估算建筑物長(zhǎng)度，m；H為建筑物高度，m；S為建筑物占地面積，m2。

4.1.2 低空數(shù)據(jù)快速估算

隨著低空無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展[20]，采用低空無(wú)人機(jī)快速獲取礦區(qū)建筑的正射影像，結(jié)合數(shù)字化測(cè)圖方法，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)建筑的快速測(cè)量，不僅可以達(dá)到測(cè)量的精度要求，而且具有省時(shí)省力、效率高的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)借助 sketchup等軟件進(jìn)行三維建模，使得礦區(qū)建筑容積估算更加客觀、立體化。

采用無(wú)人機(jī)對(duì)于礦區(qū)建筑空間容積進(jìn)行估算流程為：通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)礦區(qū)進(jìn)行航拍，再通過(guò)影像鑲嵌將單張正射影像拼接成一張無(wú)縫的影像，按一定比例構(gòu)建礦區(qū)建筑三維模型，最后根據(jù)建筑控制點(diǎn)測(cè)量建筑空間容積大小。

4.2 朱家河礦井工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間估算

4.2.1 實(shí)測(cè)估算

朱家河礦井工業(yè)廣場(chǎng)地面建筑設(shè)施保存都比較完整，辦公區(qū)建筑主要包括行政辦公樓、車(chē)庫(kù)、辦公化驗(yàn)室等；生活區(qū)包括公寓樓、職工餐廳、活動(dòng)中心、健身房等主要建筑；生產(chǎn)區(qū)包括主變室、機(jī)修廠、轉(zhuǎn)運(yùn)站、篩選車(chē)間等以及輔助生產(chǎn)的圓形儲(chǔ)煤場(chǎng)、水處理沉淀池、污水處理間等建筑，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)方式對(duì)工業(yè)廣場(chǎng)辦公區(qū)、生活區(qū)、生產(chǎn)區(qū)建筑設(shè)施進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)式(3)及(4)對(duì)建筑物占地面積及空間容積作出估算，其中辦公區(qū)建筑占地面積2 375.7m2，空間容積2.2×104m3；生活區(qū)建筑占地面積5 074.8m2，空間容積3.4×104m3，生產(chǎn)區(qū)建筑占地面積5 696.2m2，空間容積3.8×104m3；輔助生產(chǎn)區(qū)建筑占地面積9 951.6m2，空間容積1.0×104m3，整個(gè)工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間容積達(dá)1.04×105m3。工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間容積占比依次為生產(chǎn)區(qū)37%，生活區(qū)33%，辦公區(qū)21%，輔助生產(chǎn)區(qū)為9%。

4.2.2 低空數(shù)據(jù)快速估算

根據(jù)礦區(qū)建筑分布特征，對(duì)工業(yè)廣場(chǎng)范圍進(jìn)行實(shí)地踏勘，詳細(xì)分析礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)資料，嚴(yán)格按照建筑設(shè)計(jì)規(guī)范的要求嚴(yán)格設(shè)計(jì)飛行路線。對(duì)朱家河礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)進(jìn)行采樣航拍時(shí)，設(shè)置航向重疊率為75%，旁向重疊為65%，然后使用網(wǎng)絡(luò)RTK模式測(cè)量獲取航拍范圍。根據(jù)航拍影像中建筑物位置，借助數(shù)字化測(cè)圖方法測(cè)量其相對(duì)坐標(biāo)，進(jìn)行展點(diǎn)、繪圖，得到工業(yè)廣場(chǎng)建筑的精確尺寸。按照《建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》，工業(yè)廣場(chǎng)建筑按3m高度估算，經(jīng)無(wú)人機(jī)航拍數(shù)據(jù)測(cè)量，辦公區(qū)建筑空間容積2.0×104m3；生活區(qū)建筑空間容積3.6×104m3，生產(chǎn)區(qū)建筑空間容積3.88×104m3；輔助生產(chǎn)區(qū)建筑空間容積1.2×104m3，整個(gè)工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間容積達(dá)1.06×105m3，與實(shí)測(cè)估算結(jié)果相差2%?？梢?jiàn)采用無(wú)人機(jī)低空數(shù)據(jù)隊(duì)礦區(qū)建筑進(jìn)行快速評(píng)估具有較高的準(zhǔn)確性。同時(shí)利用sketchup軟件對(duì)礦區(qū)建筑物進(jìn)行三維建模，使得礦區(qū)建筑容積估算更加客觀、立體化。

以朱家河礦井地面建筑空間為標(biāo)準(zhǔn)，若大型礦井、小型礦井工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間容積與中型礦井工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間容積間比例系數(shù)按1.2和0.5計(jì)算，從2014年初至2016年底，全國(guó)關(guān)閉礦井2858處，其中小型關(guān)閉礦井2 684處，占全國(guó)關(guān)閉礦井規(guī)?？偭康?5.25%，地面建筑空間容積約為1.4×108m3，中型關(guān)閉礦井126處，占全國(guó)關(guān)閉礦井規(guī)?？偭康?0.41%，地面建筑空間容積約為1.3×107m3，大型關(guān)閉礦井48處，占全國(guó)關(guān)閉礦井規(guī)?？偭康?4.34%，地面建筑空間容積約為0.6×107m3。全國(guó)關(guān)閉礦井地面建筑總空間容積達(dá)1.59×108m3。按此比例，2018年底，全國(guó)關(guān)閉礦井7 516座，地面建筑空間容積達(dá)4.13×108m3;2030年將達(dá)15 000處，地面建筑空間容積達(dá)8.3×108m3。

5 陜西朱家河中型關(guān)閉礦井轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑探討與分析

國(guó)外對(duì)于關(guān)閉礦井資源開(kāi)發(fā)利用研究起步較早，近年國(guó)內(nèi)對(duì)關(guān)閉礦井空間的開(kāi)發(fā)路徑也進(jìn)行了分析探討，但目前在此方面仍需深入研究，在國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，探討關(guān)閉礦井資源轉(zhuǎn)型發(fā)展新路徑，對(duì)于關(guān)閉礦井轉(zhuǎn)型升級(jí)具有重要意義。

5.1 國(guó)內(nèi)外關(guān)閉礦井轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑探討

德國(guó)、英國(guó)、芬蘭、比利時(shí)等國(guó)外采礦業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家主要對(duì)煤礦、金屬礦、非金屬礦、鹽礦等關(guān)閉礦井資源進(jìn)行了綜合利用，主要利用方式為構(gòu)建工業(yè)旅游景區(qū)，建立地下存儲(chǔ)基地，地下氣化及儲(chǔ)氣，地下水庫(kù)、打造礦區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)、地下實(shí)驗(yàn)室、地下醫(yī)療站等[21-22]。

近年來(lái)，我國(guó)關(guān)閉礦井地上下空間資源也得到應(yīng)用，主要用于礦山公園和礦山博物館、地下儲(chǔ)油、儲(chǔ)氣庫(kù)、地下醫(yī)院、地下實(shí)驗(yàn)室、地下水庫(kù)、地下抽水蓄能發(fā)電站、壓縮空氣蓄能發(fā)電站、地下小型核電站、地下車(chē)庫(kù)，礦區(qū)新農(nóng)業(yè)、存儲(chǔ)廢物、存儲(chǔ)環(huán)境有特殊要求的物品等方面[23-33]。

5.2 陜西朱家河關(guān)閉礦井轉(zhuǎn)型發(fā)展路徑分析

5.2.1 井下天然氣存儲(chǔ)空間站

天然氣作為重要的消費(fèi)能源，國(guó)外一些國(guó)家開(kāi)發(fā)地下存儲(chǔ)技術(shù)，但目前僅在美國(guó)、比利時(shí)、德國(guó)成功的將關(guān)閉煤礦作為地下儲(chǔ)氣庫(kù)[23-24]。朱家河礦井位于我國(guó)“西氣東輸”線路的咽喉地帶，井下可利用空間約為1.18×105m3，基于其地理位置，開(kāi)發(fā)井下儲(chǔ)氣庫(kù)，形成西氣東輸陜西地區(qū)中轉(zhuǎn)站，對(duì)于西安大都市及周邊地區(qū)發(fā)展具有重要意義。

5.2.2 井下水庫(kù)以及污水處理站

打造井下水庫(kù)以及污水處理站不但能夠充分利用礦井水以及周邊地區(qū)污水[25-27]，防止礦井水以及污水外排造成的礦區(qū)土壤、河流等污染，而且能基于井下水庫(kù)建立區(qū)域水資源優(yōu)化配置調(diào)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域尺度水平衡。朱家河礦井地處渭北旱塬，構(gòu)建井下水庫(kù)以及污水處理站可為周?chē)V井及周邊地區(qū)提供廢水及礦井水處理-存儲(chǔ)-調(diào)度平臺(tái)，為渭北旱塬反季節(jié)供水，緩解區(qū)域旱情。

5.2.3 礦區(qū)新農(nóng)業(yè)

礦區(qū)工業(yè)廣場(chǎng)空間為發(fā)展礦區(qū)新農(nóng)業(yè)提供了清凈，優(yōu)雅的辦公場(chǎng)所，工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間容積1.04×105m3，可以充分利用井上空間進(jìn)行農(nóng)業(yè)新品種的研發(fā)。井下空間具有適合植物生長(zhǎng)的溫度和濕度條件，礦井關(guān)閉后，利用井下巷道構(gòu)建井下農(nóng)場(chǎng)，并人為提供植物生長(zhǎng)需要的陽(yáng)光、土壤等，實(shí)現(xiàn)井下植物反季節(jié)種植。此外，關(guān)閉礦井空間可作為厭光動(dòng)植物、微生物的養(yǎng)殖或者培養(yǎng)空間，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效、優(yōu)質(zhì)和環(huán)保健康的農(nóng)業(yè)發(fā)展新模式[28]。開(kāi)發(fā)朱家河礦區(qū)新農(nóng)業(yè)，不僅可實(shí)現(xiàn)區(qū)域蔬菜、水果等反季節(jié)種植，又打造了西部地區(qū)魚(yú)、水生動(dòng)物等井下養(yǎng)殖基地，帶動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

5.2.4 地下空間療養(yǎng)院

礦井地下空間環(huán)境能夠?yàn)榧竟?jié)性疾病，如氣管炎、季節(jié)性過(guò)敏、支氣管炎提供恢復(fù)和治療場(chǎng)所[29-32]。礦井經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)發(fā)，帶動(dòng)了周?chē)?jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一般礦區(qū)人口較多，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)朱家河礦井周邊人口較多，開(kāi)發(fā)礦區(qū)療養(yǎng)院，不但能夠?yàn)榈V區(qū)患者提供舒適而熟悉的療養(yǎng)環(huán)境，使礦區(qū)資源得到充分利用，而且為礦區(qū)居民在此提供工作崗位，解決人員失業(yè)問(wèn)題，將產(chǎn)生良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

5.2.5 殘留煤炭資源流態(tài)化開(kāi)采

朱家河礦井總殘留煤炭資源達(dá)5 600萬(wàn)t。構(gòu)建煤炭井下原位采、選、充、電、氣、熱、輸運(yùn)一體化流態(tài)化開(kāi)采技術(shù)體系[33]，不但解決了資源生產(chǎn)效率低、生態(tài)破壞嚴(yán)重、煤炭采出率低、運(yùn)輸消費(fèi)程序復(fù)雜等一系列問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)煤炭資源開(kāi)采理念變革。

6 結(jié)論

我國(guó)關(guān)閉礦井?dāng)?shù)量逐年增加，礦井關(guān)閉后的空間資源、井上下設(shè)備、土地資源、水資源、殘留煤炭資源等的轉(zhuǎn)型利用不充分，尤其是空間資源的利用率較低，對(duì)關(guān)閉礦井資源進(jìn)行高效準(zhǔn)確評(píng)估，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉礦井資源轉(zhuǎn)型成為社會(huì)發(fā)展的需要。分析了關(guān)閉礦井資源特征及類型，提出了采用探地雷達(dá)和低空數(shù)據(jù)關(guān)閉礦井資源的估算方法，估算得到朱家河井下可利用空間約為1.18×105m3，工業(yè)廣場(chǎng)建筑空間容積達(dá)1.04×105m3。2018年底，全國(guó)關(guān)閉礦井地面建筑空間容積達(dá)4×108m3，2020年全國(guó)關(guān)閉礦井地面建筑空間容積達(dá)6.7×108m3，2030年將達(dá)到8.3×108m3。驗(yàn)證了探地雷達(dá)以及低空數(shù)據(jù)在關(guān)閉礦井空間資源評(píng)估方面的可行性，預(yù)估了全國(guó)關(guān)閉礦井的空間容積。同時(shí)，依據(jù)保護(hù)煤柱留設(shè)方式，估算得朱家河礦井總殘留煤炭資源達(dá)5 600萬(wàn)t。

探討了國(guó)內(nèi)外關(guān)閉礦井空間轉(zhuǎn)型發(fā)展新路徑，提出了朱家河關(guān)閉礦井轉(zhuǎn)型發(fā)展新方向，如構(gòu)建井下儲(chǔ)氣站、井下水庫(kù)，開(kāi)發(fā)礦區(qū)新農(nóng)業(yè)，建立地下空間療養(yǎng)院以及殘留煤炭資源流態(tài)化開(kāi)采，形成了礦井轉(zhuǎn)型發(fā)展技術(shù)體系，可在關(guān)閉礦井資源定量評(píng)估及轉(zhuǎn)型路徑方面提供借鑒。