河北省主要礦區(qū)關閉煤礦資源再利用模式探討

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

關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)提供一條轉型發(fā)展路徑。在河北省主要礦區(qū)關閉煤礦資源調(diào)查工作的基礎上，通過對國內(nèi)外關閉煤礦資源再利用典型案例的總結，重點歸納了河北省關閉煤礦農(nóng)林用地、建設用地、塌陷水域綜合利用、礦山公園模式、關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，提出適合不同關閉煤礦山資源利用模式。綜合考慮關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個關閉煤礦提出了資源再利用途徑。在相關研究基礎上，針對河北省主要礦區(qū)關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)查評價與利用技術指南欠缺等現(xiàn)實問題，提出了資源利用典型項目建設、及時掌握關閉煤礦綜合信息、構建關閉煤礦資源調(diào)查與評價技術指南、開展相關治理工程做好資源利用統(tǒng)籌工作、加強科技投入和關鍵技術研發(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?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展需求、便于協(xié)調(diào)開發(fā)利用的關閉煤礦作為重點研究對象，開展資源綜合利用工業(yè)性試驗和示范工程，系統(tǒng)構建關閉煤礦資源評價體系，實現(xiàn)關閉煤礦資源利用與生態(tài)保護協(xié)同發(fā)展。

關閉煤礦；資源再利用；推薦模式；工業(yè)遺跡；井下空間；矸石利用

國外地質工作者早在20世紀中葉就開始探索關閉煤礦資源的再利用。我國以往煤礦相關工作側重地質環(huán)境調(diào)查、地質環(huán)境保護與治理規(guī)劃以及治理恢復等方面，隨著國內(nèi)關閉礦井日益增多和相關技術的發(fā)展，國內(nèi)關于關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、強度大。煤炭的開發(fā)為國民經(jīng)濟發(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，構成了諸如工業(yè)廣場廢棄、大量土地壓占、礦山地質環(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)能政策的實施，河北省大量煤礦被關閉，煤炭企業(yè)對關閉礦井再利用意識淡薄，多數(shù)礦井直接關閉或廢棄，未開展關閉礦井資源的再開發(fā)利用，不僅造成資源的巨大浪費，還有可能誘發(fā)后續(xù)的安全、環(huán)境及社會等問題[3]。開展關閉煤礦地質環(huán)境治理與資源利用模式研究，不僅能夠減少資源浪費、變廢為寶，提高剩余資源開發(fā)利用效率，而且可為相關煤礦企業(yè)提供一條轉型發(fā)展路徑[4]。如何充分利用關閉煤礦的各種資源，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)利用提出相應問題與建議。

1 國內(nèi)外關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世紀中葉就開始探索關閉礦井資源再利用問題，積累了博物館、礦山地質公園、物資儲備、瓦斯利用、礦井水資源利用等開發(fā)技術和實踐經(jīng)驗，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”進行應用，許多廢棄礦山排土場上已經(jīng)實施了風力發(fā)電項目[6]；荷蘭對大型煤礦進行水熱聯(lián)用等模式開發(fā)，在奧蘭治納蘇Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ 3座大型煤礦進行應用，2014年海爾倫煤礦進入“礦井水3.0”時代[4]；2017年，德國煤炭巨頭魯爾集團將Prosper-Haniel 煤礦改造成一個抽水蓄能設施，改造工程將通過在煤礦上下層建設蓄水池實現(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]；英國對關閉的300座地下煤礦中的30座進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)利用項目最為代表[9]。近年來，基于環(huán)境保護和資源能源轉型升級的新要求，綜合利用技術、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，為我國關閉/廢棄礦井資源的綜合利用提供了經(jīng)驗。

1.2 國內(nèi)關閉煤礦資源再利用案例

我國在礦山生態(tài)修復方面積累了大量經(jīng)驗，但關閉煤礦資源開發(fā)利用研究起步較晚，國內(nèi)關閉煤礦開發(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]進行歸納，總結出8種主要再利用模式，見表2。

2 河北省主要礦區(qū)關閉煤礦資源再利用推薦模式

2.1 關閉煤礦分類

1) 按關閉原因分類

河北省2015年前煤礦關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，按照國家供給側結構性改革部署開始實施化解過剩產(chǎn)能，近五年實際關閉煤礦139座。

表1 國內(nèi)煤礦資源利用典型案例

表2 關閉煤礦資源主要再利用模式

2) 按生產(chǎn)能力分類

考慮時限性等實際情況，研究工作主要針對河北省近5年關閉煤礦，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)實際調(diào)查關閉煤礦為118座，其中大中型煤礦30座。

3) 按經(jīng)營實體身份分類

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，關閉煤礦開采經(jīng)營實體身份的不同，關閉煤礦檔案也千差萬別。國有煤礦檔案資料真實、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謹，檔案資料雜亂且誤差較大，且大多數(shù)資料保存不全。

2.2 關閉煤礦資源調(diào)查

通過對河北省主要礦區(qū)118個關閉煤礦重點調(diào)查，初步掌握了研究區(qū)主要關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；礦井水文地質類型為復雜–極復雜礦井6處，主要關閉煤礦采空區(qū)水位恢復穩(wěn)定后預計積水總量約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)沉后預測總容積約1.06億m3；遺存煤矸石約1 446萬m3。

2.3 關閉煤礦可利用資源類型劃分

通過歸納總結國內(nèi)外煤礦生態(tài)修復與資源利用模式，并結合實地調(diào)查得出，河北省關閉煤礦可利用資源類型主要為土地(農(nóng)林用地、建設用地)、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 關閉煤礦資源利用類型詳細情況

2.4 推薦模式原則及選擇因素

依據(jù)礦山地質環(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、整體推進的模式選擇原則，提出適合不同關閉煤礦的資源利用模式，從而實現(xiàn)社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益“多贏”目的[19]。

推薦模式的選擇要綜合考慮關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)濟發(fā)展水平、交通通達度、市場距離、生態(tài)環(huán)境因素和地質環(huán)境安全等，詳見表4。

2.5 推薦模式分類

依據(jù)利用模式和治理預期效果，按照土地資源、水資源、遺存資源、空間資源等進行分類，將河北省主要礦區(qū)關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上，結合實地調(diào)查，對本次研究的118個關閉煤礦提出推薦利用模式。其中，適合建設用地模式的煤礦40個(同一個關閉煤礦在同一個單項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)關閉煤礦資源推薦模式

注：同一個關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)礦井直接關閉或廢棄，未開展相關資源調(diào)查與評價，不僅造成資源浪費，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

煤礦直接關閉后極易引發(fā)地質災害問題，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]。亟需構建一套可量化的資源綜合利用安全評價體系，需要對關鍵性指標進行選取[23]，尤其要對關閉煤礦的采掘歷史、地質背景、資源條件等指標進行先期梳理與掌握。在各風險因素研究的基礎上形成安全與風險評價技術標準，指導關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)和標準，目前支持政策和管理辦法仍欠缺。需要相關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、評價與利用技術指南欠缺

資源再利用離不開調(diào)查、評價與資源利用技術等工作，亟需構建關閉地下礦井地表形變預測方法及柱式采空區(qū)煤柱穩(wěn)定性評價方法[13]，研發(fā)關閉礦井地質災害治理關鍵技術與材料，保障關閉地下礦井地面建構筑物及土地再利用安全，以促進關閉礦井地質環(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. 積極推進關閉煤礦資源利用典型項目建設。先期資源專項調(diào)查的基礎上，對利用前景好的資源進行開發(fā)利用可行性研究。并積極推進資源再利用典型項目建設，率先在資源條件好、建設成本低、市場消納條件好的地區(qū)，確定一批典型項目建設，形成以點帶面開發(fā)利用格局。

b. 及時、切實掌握關閉煤礦綜合信息。煤礦關閉后，主副井基本永久封閉，地表水、地下水、礦井水監(jiān)測網(wǎng)絡缺乏，缺少動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。同時，關閉煤礦的數(shù)量、地質環(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后需要進一步調(diào)查并更新數(shù)據(jù)，切實掌握關閉煤礦的綜合信息，為資源的精準利用和規(guī)劃部門提供決策支持。

c. 完善關閉煤礦資源調(diào)查與評價技術指南。關閉煤礦資源調(diào)查與評價技術指南需要盡快編制與應用，爭取早日形成企業(yè)或行業(yè)標準。

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

e. 加強科技投入，加強關鍵技術研發(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創(chuàng)新，為實現(xiàn)綠色閉坑提供技術支撐。關注關閉煤礦立體空間協(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。隨著科技進步，逐步將資源開發(fā)和環(huán)境保護納入一個統(tǒng)一體系。對即將關閉的礦井，盡快開展關閉礦井資源再利用規(guī)劃，充分銜接生態(tài)環(huán)境保護相關規(guī)劃，提前編制資源再利用及生態(tài)修復方案，提前謀劃資源再利用相關手續(xù)。應選擇生態(tài)敏感性較弱、資源豐富、區(qū)位條件優(yōu)越、符合當?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展需求、便于協(xié)調(diào)開發(fā)利用的關閉煤礦作為重點研究對象，開展資源綜合利用工業(yè)性試驗和示范工程，系統(tǒng)構建關閉煤礦資源評價體系，實現(xiàn)關閉煤礦資源利用與生態(tài)保護協(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算財政資金項目(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、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、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)關閉煤礦資源再利用模式探討[J]. 煤田地質與勘探，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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(責任編輯 范章群)