山西白家莊廢棄礦山地下旅游資源開發設計方案研究

劉欽節,韓 運,楊 科,董志勇

(1.安徽理工大學 礦業工程學院,安徽 淮南 232001;2.深部煤礦采動響應與災害防控國家重點實驗室,安徽 淮南 232001;3.山西焦煤集團有限責任公司,太原 030024;4.合肥綜合性國家科學中心能源研究院(安徽省能源實驗室),合肥 230031)

隨著工業化、城鎮化進程的深入推進,礦產資源被大量開發,導致廢棄的礦山、礦坑不斷增多,在一定程度造成了資源浪費[1-2]。與此同時,我國近些年來經濟改革進入到“供給側”改革階段,“去產能”的提出,更是加快了礦井的關停速度。為避免資源浪費,礦山閑置資源向旅游方向開發,成為資源再利用的重要途徑之一。國家旅游局發布的《全國工業旅游發展綱要(2016—2025年)》強調,保護工業文化遺產,積極推動工業旅游融合發展,形成了完整的工業旅游產品體系。

國內已有多位專家、學者就關停礦區旅游開發問題,開展了大量研究[3-6]。袁亮院士等[1]提出工業旅游是解決礦井資源問題的重要舉措;韓運等[7]提出基于“三覺五性”的體驗式設計方法,實現地下空間功能型改造,增強旅游趣味性;汪秋菊等[8]根據礦區旅游開發條件,構建了旅游開發環境評價指標體系;徐柯健[9]以北京首云鐵礦為例,針對性提出工業旅游開發規劃和開發思路;常春勤等[10]全面分析了世界各國廢棄礦井旅游案例、開發形式,以及地下空間的主要限制條件;高文文[11]將廢棄礦坑利用模式分類為旅游文娛型等多種類型,并進行定性分析和對比;趙雙健等[12]提出利用礦山廢棄地進行景觀再造,發展生態旅游。

發展廢棄礦山工業旅游,不僅能夠充分滿足游客對旅游產品新、異、美、知、樂的需要,也符合老工業基地改造的基本要求[13-14]。既能夠充分利用關停礦區的資源,也是推進資源型城市轉型的新途徑[15-18]。基于廢棄礦井地下空間旅游資源開發利用模式研究[7],筆者選取山西白家莊礦為例進行旅游開發方案研究,促進白家莊礦區經濟增長,為類似礦井轉型發展提供參考和借鑒。

1 山西白家莊礦工程概況

1.1 礦井歷史狀況

山西西山白家莊礦業有限責任公司前身白家莊礦,始建于1934年8月,是西山地區最早的生產礦井。2005年1月10日,經政策性破產重組改制為“山西西山白家莊礦業有限責任公司”,屬國有控股企業。2016年響應“推進供給側結構性改革”要求,原有兩對生產井口“南坑、2#井”已于10月底關閉停產,退出產能100萬t,平穩有序地完成了“關閉停產、轉崗分流”這個重大歷史性任務,成為西山煤電集團首個關停轉產礦井。

1.2 礦井地理及交通狀況

白家莊礦位于太原市萬柏林區白家莊村、桃杏村至晉源區晉源鎮趙家山一帶,距太原市中心約20 km。井田呈一北寬南窄和不規則多邊形,井田東西寬約1～5 km,南北長約6～7 km,面積16.149 7 km2。礦區距太原市西北環高速公路西山入口約5 km,距西中環南內環立交橋約6 km,另有運煤鐵路專線自太原火車站直達,交通條件十分便利,為旅游產業發展提供了便捷條件。

1.3 旅游資源條件

白家莊煤礦現有整體保存完好的三對礦井、西北煤礦第一廠礦長樓等35處工業遺產,上述遺產均位于太原西山國家礦山公園核心區。

1929年6月,在西山白家莊動工興建慶豐窯,建設1#井,井深121 m,井口直徑2 m左右,由于生產能力較低,于1963年關閉。為了滿足煤炭需求和工藝需求,1935年1月,建設2#井,井深167 m,2016年響應國家去產能要求關停。1941年開鑿松樹坑井口,深217 m,口徑3.5 m,因煤炭資源枯竭報廢,于1990年封閉。1953年11月,在龍泉窯廢址上建設小南坑礦井,采用一對斜井開拓,是西山最早使用正規斜井開拓方式建設的礦井,主斜井井口水平標高1 016 m,傾角15°,斜長104 m,同步建設配套運輸系統至煤庫。1955年,小南坑建成投產。在2016年響應國家去產能要求關停,并永久封閉。

建筑遺跡主要包括10間房與石頭窯、礦辦大樓、電廠、儲裝運系統和選煤廠等典型建筑物;其中,儲裝運系統作為工業生產遺跡之一,整個系統包括始建于1934年的煤庫、鐵路、裝車系統和始建于1962年的通向2#井斜井的運輸系統。西北煤礦第一廠辦公樓,建于1934年,是兩層石材窯洞式樓房,就地取材采建設,且冬暖夏涼、結實堅固。這些不同時期典型的建筑物展現了礦山發展歷史、煤炭綜合利用的過程,推動礦山工業旅游發展。圖1、圖2為白家莊礦井和地面的工業遺產。

圖1 白家莊礦井工業遺產Fig.1 Industrial heritage in Baijiazhuang mine

圖2 白家莊地面工業遺產Fig.2 Ground industrial heritage in Baijiazhuang

因此,白家莊礦具有良好的區域優勢和開發利用條件,充分結合礦井地面工業遺產優勢,選定二號井進行井下工業旅游開發方案設計,并與現有地面旅游條件形成完整旅游體系,提升礦井經濟效益,必將大大推動山西白家莊礦區的轉型發展。

2 白家莊礦山旅游設計思路

2.1 2#井歷史及開拓概況

2#井于1934年組織建井,至今已有80多年的開采歷史,經歷過民國、抗日戰爭、解放戰爭以及近代開采等時期。由于開采歷史悠久,開拓方式比較廣泛,主要包括立井、斜井開拓方式,其中:

1)立井開拓始建于建井初期,先后經歷了民國、抗日戰爭、解放戰爭時期,主要運輸大巷包括十五尺正巷、南大巷等,均于1982年封閉。

2)斜井開拓方式始用于1962年,其中840水平斜井開拓系統于1962年貫通投用,710水平開拓系統于1979年貫通投用至今。

2.2 2#井保留系統巷道情況

2#井開采水平為840、710水平,兩個水平通過710水平主、副暗斜井相連通。其中,840水平已開采完畢,主要保留主、副斜井，840運輸大巷，840回風大巷，桃杏回風斜井。生產巷道除用于原煤拉運的840水平運輸大巷外,已全部封閉;710水平為主要開采水平,主要開采五盤區的上組2#煤。另710水平“二系統”主采下組煤層,受水患影響其系統及巷道已與20世紀90年代封閉。因此,840巷道更適合進行礦井旅游開發。

2.3 “三覺五性”設計方法

為充分挖掘廢棄礦山旅游資源,有效提升實際旅游效益,文中采用“三覺五性”設計方法[7],即視覺、觸覺和聽覺以及知識性、觀賞性、參與性、娛樂性和趣味性。“三覺”設計著重游客體驗,主要依靠外界環境給予不同感知器官的沖擊。增強外界環境設計,例如礦井明暗、大小和色彩等,以此滿足游客體驗感和新鮮感。“五性”設計著重于項目體現形式,例如歷史文化宣傳和采煤工藝體驗等多種活動。依據不同性質設計,全面的展示創意與設計感。

旅游設計過程應該充分運用“三覺五性”設計方法,結合2#井歷史及開拓概況,并根據2#井保留系統巷道情況,從多方面多角度開發利用,有效避免廢棄礦井旅游開發存在的“旅游項目設計單一”、“游覽路線規劃不足”及“空間環境設計簡單”等問題。此外,應注重旅游項目之間關聯性,井下旅游與地面工業遺產觀光項目主題需連貫設計,形成一個完整的旅游體系,從而增強礦井旅游的體驗感和吸引性。

3 白家莊旅游礦設計方案

3.1 井下旅游基地初步設計

根據井下系統巷道留設情況以及水平、盤區現狀,擬利用原2#井立井和斜井、南大巷以及840水平井下系統巷道等,建設井下旅游基地。主要特點是井下巷道采煤生產系統較為完善,可利用空間條件較好,現有巷道利用率高,維護工程量小,沿途可建設的娛樂項目較多。

井下旅游設計充分結合白家莊豐富的礦業文化,明確功能分區,細化功能部署方法;項目主題連貫設計,體驗內容豐富,形式多樣;依據不同群體特性規劃合適的游覽路線,并借助“三覺五性”設計方法,避免項目設計單一、體驗感不足的缺陷,提高井下探秘游的吸引力和趣味性。

3.2 具體旅游項目設計

1)礦業文化展覽區。該展覽區主要講述煤炭形成由來、開采發展總進程、開采技術發展史、西山白家莊發展史等,通過館內陳列文物藏品、文獻資料、文物照片、專業書籍、開采用具、西山煤炭產品等展示當地特色的歷史文化，如圖3所示。

圖3 礦業文化展覽Fig.3 Mining culture exhibition

2)采煤工藝進化區。從礦業文化展覽區走出后,行人可步入采煤工藝進化區,對煤炭工業進行初步了解,沿途觀賞從古至今煤炭開掘工藝,從人力化、機械化、自動化向智能化轉變,感受傳統煤炭工業與現代智能化工業的碰撞，如圖4所示。

圖4 人工采煤工藝展示Fig.4 Display of manual mining

3)礦井交通體驗區。基于井下復雜的交通運輸條件,分段體驗各種交通運輸方式,親身體驗礦工工作的環境;以礦井平巷人車為主,平巷人車運送人員能改善勞動條件,減輕工作人員的體力,保證運輸安全,提高生產效率,是礦山安全生產和現代化礦井不可缺少的運輸設備之一，如圖5所示。

圖5 礦井平巷人車Fig.5 Lane vehicles in mine

4)避難硐室觀摩區。待行人從礦井運輸體驗區出來后,可觀摩構筑嚴密的避難硐室。硐室內設有自救器等設備,可供參觀體驗,并宣傳井下避難硐室的重要性及避險方法，如圖6所示。

圖6 避難硐室Fig.6 Refuge chamber

5)娛樂休閑區。井下娛樂休閑區可設置多種不同的體驗項目。例如，5D礦工生活體驗和井下電影院等項目，適合大人帶領兒童去游玩；相比較密室逃脫、養生體驗館等項目更適合成人去體驗游玩。此外,根據游客需求可配上基礎設施,如井下特色旅店和餐館,供游客休息和補充體力,可借助井下可恒溫儲藏的特性,將840大巷正前原火藥庫改造成集井下旅店和餐館為一體的休憩區,在休憩區內可儲藏食物、酒水等商品,供給游客所需,為景點獲取一定收益，如圖7所示。

圖7 礦井特色餐廳Fig.7 Mine specialty restaurant

6)采礦基礎實驗室。采礦基礎實驗室可以實現室內無法進行的實驗測試內容,同時幫助游客了解采礦生產及科研活動實施情況。此外,還可以采用智能演示儀為游客展示礦井空間不同歷史時期的變化,全方位了解礦井開采的整個過程，如圖8所示。

圖8 原位實驗測試過程Fig.8 In-situ test process

7)智能礦井指揮控制中心。智能礦井指揮控制中心能夠實現礦井下采煤、掘進、運輸各個生產環節清晰映射。作為礦井安全運行指揮中樞,各系統數據傳輸的穩定性非常重要。該體驗項目非常適合實訓學生參觀和學習,便于充分了解現場情況，如圖9所示。

圖9 智能礦井指揮控制中心Fig.9 Intelligent mine command control center

8)采掘現場體驗區。擬在840水平正前區域建設3個采掘現場體驗區,并展示采煤設備,適合從業人員、學生等感興趣群體,參觀和親自體驗。3個采掘現場體驗區包括開拓工藝體驗區、掘進工藝體驗區、回采工藝體驗區。以上3個區域需設專職培訓員管理,行人進入體驗區后,若有意親身體驗,需進行快速、簡易培訓,在專職培訓員監管下方可進行開機體驗。待游人培訓完畢后,可前往840水平行人斜井乘坐架空乘人裝置(猴車)升井，如圖10所示。

圖10 采掘現場體驗區Fig.10 Mining site experience area

9)斜井運輸體驗區。待游人培訓完畢后,可前往840水平行人斜井乘坐觀光纜車升井,主要以乘坐猴車和普通纜車為主，如圖11所示。其中,猴車是原井下礦工快進入工作區的代步工具,因人在上面的坐姿像猴子所以被稱為猴車,比較適合成年人體驗,而普通纜車更適合小朋友。

圖11 觀光纜車Fig.11 Sightseeing cable cars

井下旅游基地總行程約為1 600 m,步行時長計劃控制在1.5 h以內。以上方案在建設期間應安設符合煤礦安全建設標準的監測監控、供水施救、壓風自救等6大避險系統,確保游人參觀安全,并應在每個觀摩地點附近設置衛生間以及臨時救護間。

3.3 井下旅游基地路線設計

依據上面旅游項目進行路線合理規劃,旅游基地利用2#井立井和斜井、十五尺正巷、八尺副巷、南大巷和840水平留設系統巷道設計井下旅游方案，如圖12所示。

圖12 2#井旅游設計方案Fig.12 Tourism design of well No.2

行人游覽總體路線為:首先從2#井原立井罐籠體驗入井,沿十五尺大巷、八尺副巷、南大巷的展覽基地和娛樂基地進行游玩,然后普通游客去840水平行人斜井乘坐觀光纜車升井或進入井下實驗基地或實訓基地,進行采掘現場培訓、學習和體驗。與傳統廢棄礦山地下旅游不同之處,本方案基于智能采礦專業大學生的現場實訓與實習需求,打造全國首個智能采礦實訓實踐基地,清晰呈現智能采礦過程,為這類未來智能采礦工程師們提供真實、全面及安全的學習平臺,將實習與游覽相結合,增強實習體驗,珍惜勞動成果,強化安全教育。實訓學生路線從游客服務中心行至智能礦井指揮控制中心,進行系統的專業指導和學習,最后進行實驗或者實訓演練。

根據適用人群,設計如下三種游覽路線供游客選擇:

1)兒童推薦路線。游客服務中心→①礦業文化展覽區→②采煤工藝進化區→③礦井交通體驗區→④避難硐室觀摩區→⑤娛樂休閑區(5D礦工生活體驗和井下電影院等)→⑥斜井運輸體驗區(纜車、猴車)。

2)成人推薦路線。游客服務中心→①礦業文化展覽區→②采煤工藝進化區→③礦井交通體驗區→④避難硐室觀摩區→⑤娛樂休閑區(密室逃脫、養生體驗館等)→⑥采礦基礎實驗室→⑦采掘現場體驗區→⑧斜井運輸體驗區(纜車、猴車)。

3)實訓學生推薦路線。游客服務中心→智能礦井指揮控制中心→智能采掘設備操控區→智能采煤工作面示范區→井下智能運輸參觀區→斜井運輸體驗區(纜車、猴車)等。

4 結論

1)旅游開發是避免資源浪費的新路徑,山西白家莊礦具有良好的區域優勢和特色,井上下協同旅游開發并成功運營,必將推動資源型城市轉型發展,形成產業示范與帶動效應。

2)廢棄礦山旅游開發,可借鑒“三覺五性”設計方法,充分考慮礦井狀況,進行合理開發利用;注重旅游項目之間關聯性,將井下旅游與地面工業遺產觀光項目相結合,構成完整的旅游體系,從而增強礦井旅游的體驗感、創新性和吸引力。

3)旅游基地利用2#井開發,根據適用人群設計3種游覽路線供游客選擇,兒童、成人和實訓學生皆有適合的規劃路線游玩。其中,實訓學生推薦路線將游覽和實訓相結合,擺脫傳統實訓的無趣與枯燥,為學生實訓提供了良好的學習環境。