正版 关闭矿山地上/下空间资源定量评估与转型利用路径 董霁红 科

《关闭矿山地上/下空间资源定量评估与转型利用路径》是响应国家关闭矿山生态恢复与转型利用政策背景下企业迫切需求的一本理论融合实践的系统学术著作。以渭河流域陕西煤业化工集团有限责任公司所属五个矿务局的15对关闭矿井为例，针对关闭矿山地表土地资源整治利用、地下空间容量与残留资源、企业转型途径、关闭矿山管理系统等主要问题行煤矿企业的现场调查及数据资料搜集整理分析，研究比较国内外关闭矿山空间资源利用典型实践案例，定量评估矿井地上/下空间资源并提出相应的转型发展路径，基于多源数据库构建GIS综合资源管理系统。

随着关闭矿山数量的不断增加，矿山关闭之后的资源定量评估和转型发展成为亟待解决的问题，本书以陕西煤业化工集团的15对关闭矿井为例，探讨关闭矿山生态恢复与转型利用路径，为我国关闭矿山转型发展提供新思路。

目录

第1章 关闭矿山问题的提出 1

1.1 关闭矿山议题 1

1.1.1 国家（地区）关注与学术热点 2

1.1.2 社会关切与企业需求 7

1.1.3 关闭矿山转型的现实意义 8

1.2 关闭矿山转型相关问题 9

1.2.1 关闭矿山涵义与研究历程 9

1.2.2 关闭矿山理论方体系 13

1.2.3 国内外关闭矿山利用方案 15

1.2.4 关闭矿山问结 18

1.3 多源数据角度的转型构想 19

1.3.1 多源数据采集 19

1.3.2 定量评估方法 20

1.4 关闭矿山转型思路框架 26

参考文献 27

第2章 陕煤集团关闭矿山情况 31

2.1 陕煤集团矿业生体情况 31

2.2 关闭矿井情况介绍 31

2.3 响应国家策略及示范 38

2.3.1 在产贡献 38

2.3.2 转型示范 38

2.3.3 响应策略 39

参考文献 40

关闭矿山调研资料分析

第3章 关闭矿山数据收集与分析 45

3.1 澄合矿业公司5对关闭矿井数据分析 48

3.1.1 澄合5对关闭矿井数据资源 48

3.1.2 澄合二矿 50

3.1.3 合阳一矿 56

3.1.4 权家河煤业 59

3.1.5 村煤矿 62

3.1.6 村斜井 66

3.1.7 澄合矿业公司5对关闭矿井资料 70

3.2 黄陵矿业公司1对关闭矿井数据分析 70

3.2.1 苍村煤矿数据资源 71

3.2.2 苍村煤矿 72

3.2.3 黄陵矿业公司1对关闭矿井资料 80

3.3 蒲白矿业公司2对关闭矿井数据分析 80

3.3.1 蒲白矿区2对关闭矿井数据资源 81

3.3.2 朱家河煤矿 82

3.3.3 白水煤矿 89

3.3.4 蒲白矿业公司2对关闭矿井资料 94

3.4 韩城矿业公司2对关闭矿井数据分析 95

3.4.1 韩城矿区2对关闭矿井数据资源 96

3.4.2 桑树坪煤硐 96

3.4.3 象山小井 99

3.4.4 韩城矿业公司2对关闭矿井资料 103

3.5 铜川矿业公司5对关闭矿井数据分析 104

3.5.1 铜川矿区5对关闭矿井数据资源 105

3.5.2 石凹煤矿 108

3.5.3 金华山煤矿 115

3.5.4 鸭口煤矿 121

3.5.5 徐家沟煤矿 127

3.5.6 东坡煤矿 132

3.5.7 铜川矿业公司5对关闭矿井资料 137

关闭矿山转型利用对比研究

第4章 全球主要矿业国家矿山运营情况 141

4.1 全球矿业分布与构成 141

4.2 在产与停产情况 143

4.2.1 全球主要矿产产业分布 143

4.2.2 全球煤炭生产情况分析 145

4.3 消费出口状况 146

4.3.1 发展中国家矿产资源消费情况 146

4.3.2 发达国家矿产资出口情况 146

4.4 矿业生命周期阶段 147

4.4.1 国外典型矿业国家矿业生命周期阶段 147

4.4.2 中国矿业生命周期阶段 148

参考文献 149

第5章 境内外矿山关闭数据分析 150

5.1 各类数据库数据信息 150

5.1.1 KI、SCI、EI数据库 150

5.1.2 硕博士论文数据库 153

5.1.3 会议、专利数据库 154

5.2 关闭矿山分布与特征 156

5.2.1 国外关闭矿山分布与特征 156

5.2.2 国内关闭矿山分布与特征 156

5.3 关闭矿山转型类型 158

5.4 转型类型归类 158

参考文献 159

第6章 不同关闭矿山利用案例 161

6.1 美国工业旅游、存储、实验、养殖、伴生能源开发 161

6.1.1 地上工业旅游开发 161

6.1.2 地下存储、实验、养殖、伴生能源开发 161

6.2 德国工业景观、存储、实验、、蓄能发电 165

6.2.1 地上工业景观开发 165

6.2.2 地下存储、实验、、蓄能发电 168

6.3 澳大利亚博物馆 171

6.3.1 索弗仑地下金山公园 171

6.3.2 新南威尔士州蓝山国家森林公园 172

6.4 加拿大地下养殖、实验、地热能开发 173

6.4.1 萨德伯里地下养殖、中微子实验室 173

6.4.2 萨塞克斯废弃矿井水开发地热能 173

6.5 日本工业旅游、存储、实验、核燃料开发 174

6.5.1 地上工业旅游 174

6.5.2 地下博物馆、水果仓库、实验中心、核燃料开发 174

6.6 中国矿山公园、地下存储、实验、养殖、能源开发 176

6.6.1 矿山公园、高新技术示范园 176

6.6.2 地下存储、实验、养殖、抽水蓄能 181

6.7 其他国家工业旅游、存储、实验、能源开发 184

6.7.1 比利时游乐场、英国康沃尔郡温室公园 184

6.7.2 地下矿井博物馆、存储、实验、、能源开发 186

参考文献 190

第7章 转型路结分析 193

7.1 地上空间利用方案 194

7.2 地下空间利用模式 194

7.2.1 地下观光游览 195

7.2.2 地下存储 195

7.2.3 地下实验 195

7.2.4 地下养殖 196

7.2.5 地下 197

7.2.6 地下能源及伴生能源开发 197

7.2.7 地下城市及地下公共基础设施建设 197

7.2.8 地下资源再利用 198

参考文献 198

关闭矿山空间资源评估与利用路径

第8章 陕煤集团关闭矿井地下资源定量评估与利用构想 203

8.1 关闭矿井地下资源类型特征 203

8.1.1 关闭矿井地下资源类型 203

8.1.2 煤炭地下空间类型 203

8.1.3 井工开采设备 205

8.2 空间资源估算方法与实例：以朱家河煤矿为例 206

8.2.1 不同类型井下可用空间估算方法 206

8.2.2 矿井工业广场建筑空间估算 206

8.2.3 朱家河矿区不同类型空间估算 207

8.2.4 煤矿采空区地下可利用空间计算 208

8.3 残留煤炭资源定量评估：以朱家河煤矿为例 209

8.3.1 井下残留煤炭资源量估算方法 209

8.3.2 工作面残留资源量估算方法 209

8.3.3 井田内其余残留煤炭资源量估算 210

8.4 基于聚类分析法的关闭矿山地下资源评估 211

8.4.1 关闭矿区地下资源分类指标体系构建 211

8.4.2 聚类分析模型 211

8.4.3 矿山地下资源概况 212

8.4.4 矿山资源分类方法及步骤 212

8.5 不同资源的利用模式 219

8.6 陕煤集团15对关闭矿山地下空间转型利用路径 221

8.6.1 关闭矿山转型综合效益构成 221

8.6.2 关闭矿山转型综合效益的评估指标体系构建 221

8.6.3 15对关闭矿山资源利用模式 221

8.6.4 15对矿井转型利用规划图 224

参考文献 231

第9章 基于聚类分析法和*小二乘回归分类法的关闭矿山地上资源评估 232

9.1 关闭矿山地上资源分类指标体系构建 232

9.1.1 构建指标体系的原则 232

9.1.2 指标体系的构成 232

9.2 分类模型介绍 233

9.2.1 聚类分析模型 233

9.2.2 *小二乘回归模型（LSR） 233

9.3 矿山资源分类方法及步骤 234

9.3.1 基于聚类分析法的关闭矿山资源分类结果 234

9.3.2 基于*小二乘回归分类法的关闭矿山资源分类结果 239

9.4 陕煤集团关闭矿山地上资源情况 240

9.4.1 地上资源范围 240

9.4.2 地上资源概况 241

9.4.3 不同资源的利用方式 241

参考文献 243

第10章 陕煤集团15对关闭矿山的转型利用路径 244

10.1 关闭矿山转型综合效益 244

10.1.1 生态方面 244

10.1.2 生产方面 244

10.1.3 社会方面 244

10.2 关闭矿山转型综合效益的评估指标体系构建 245

10.2.1 指标体系的构成 245

10.2.2 指标体系的权重确定 245

10.2.3 矿山转型综合效益评价模型设计 246

10.3 15对关闭矿山具体转型方式 248

10.4 关闭矿山转型未来可能与创新方向 249

参考文献 251

第11章 关闭矿山资源评估与利用路径详细方案：以朱家河煤矿为例 252

11.1 特征分析 252

11.2 区域概况 252

11.2.1 朱家河煤矿概况 252

11.2.2 朱家河煤矿地下资源概况 253

11.2.3 朱家河煤矿地上资源详情 254

11.3 资源定量评估 255

11.3.1 矿山转型综合效益评价模型设计 255

11.3.2 转型方案效益评价 255

11.4 转型利用方案 258

参考文献 259

关闭矿山GIS综合数据台

第12章 陕煤集团关闭矿井GIS综合数据台构建 263

12.1 背景与意义 263

12.1.1 项目背景 263

12.1.2台构建意义 263

12.2 需求分析 263

12.2.1能需求 263

12.2.2 能需求 264

12.2.3 领域需求 264

12.3 可行分析 265

12.4 系统架构与模块构成 265

12.4.1 系统架构设计 265

12.4.2 系统场景设计 267

12.4.3 系能设计 267

12.5 应用与推广 268

12.5.1 数据准备与处理 268

12.5.2 数据环境部署 268

12.5.3 系能开发 269

12.5.4台推广 271

附录1 陕煤集团15矿调研方案与资料清单 273

附录2 陕煤集团关闭矿山现场调研情况记录 300

附录3 中外关闭矿山主要转型利用方式对比表 307

附录4 陕煤集团15对关闭矿山地上/下资源详情表 311

附录5 朱家河煤矿区转型路径实例 313

附录6 陕煤集团关闭矿山转型利用路径表 314

附录7 陕煤集团关闭矿井GIS综合数据台用户手册 319

第1章 关闭矿山问题的提出

　　1.1 关闭矿山议题

　　矿产资源是人类赖以生存的重要物质基础，开发利用矿产资源对人类社会步起到了巨大的推动作用[1]。但同时，矿产开采导致的地形地貌、自然景观、生态环境、土质水系、人居健康等方面的负面效应，已受到经济及工业发达的国家和地区的高度重视[2]，大量低效能、高污染的矿山企业被淘汰并引发了关闭矿山转型理念、机制、规范与实践的创新[3]。据统计，世界范围内关闭/废弃矿山的数量超过100万座[4]，主要分布在北美、欧洲、南非、大洋洲和东亚等国家和地区。仅以加拿大安大略省为例，约有6000座报废矿井7000座采空采石场和露天矿井[5]。自20世纪中叶开始，美国、加拿大、英国、德国等采矿业发达或地下空间开发技术相对的国家开展了矿山关闭研究与实践[6]，并有效地降低了矿山关闭带来的不利影响和冲击入21世纪，在全球关闭矿山数量急剧增加的现实压力以及可持续发展与绿色经济理念推动下，组织和相关学者针对废弃矿山与资源能源再生利用研究与实践逐步拓展，积累了大量废弃矿山转型模式、理论体系和法律规范的案例。针对关闭矿山引起资源浪费及严重的环境与社会问题，如何科学开发利用关闭矿山资源，资源枯竭型矿区转型，已成为当今世界能源环境领域的重要议题[7]。

　　中国是世界采矿大国之一，矿产资源丰富，已探明储量的矿产多达148种，各类大中型矿山企业8万余个[8]。随着我国经济社会的发展和煤炭资源的持续开发，部分矿井已到达其生命期限，也有部分落后产能矿井不符合生产的要求，或因开采成本高、亏损严重，面临关闭或废弃。尤其年来，国家相继出台了《关于整顿和规范矿产资源开发秩序的通知》《关于加强废弃矿井治理工作的通知》《关于深化煤矿整顿关闭工作的指导意见》等一系列资源整合及去产能政策，促使一批资源枯竭及落后产能矿井和露天矿坑加快关闭，形成大量的关闭/废弃矿井。据不统计，仅“十二五”期间已在全国范围内淘汰落后煤矿7100处，淘汰落后产能达5.5亿 t/a [9]，预计到2030年，我国废弃矿井数量将达到1.5万处[10]。仅以陕西省为例，2010～2018年，累计关闭退出矿山约2655处[11]。这些矿井在过去数十年的开采中，已然形成大体量的地下空间，一方面，传统的封井措施必然会造成巨大的地下空间资源浪费，致使井下上百亿的固定资产骤变为零[12]，另一方面，随着我国城市程的加快，大部分城市都出现了城市人增、土地资源紧张、绿地面积减少、交通拥堵、环境污染等问题，形成一系列的“城市综合征”[13]，严重制约了社会经济的健康、可持续发展。

　　黄河流域是能源流域，兼具生态环境治理和经济社会发展的重任，一直以来受到国家的高度重视。2019年9月18日，在郑州主持召开黄河流域生态保护和高质量发展座谈会并发表重要讲话，明确提出把黄河流域生态保护和高质量发展纳入国家重大战略[14]，坚持“是金山银山”的科学发展理念。据2019中国能源统计年鉴数据，2017年黄河流域煤炭产量27.6853亿 t，占全国煤炭产量的78%，而且煤种齐全，煤质好，地质赋存条件好，与经济生产区距，是我国煤炭资源*具经济价值和开发潜力的地区。黄河流域中上游的晋陕蒙宁甘地区（即山西、陕西、内蒙古、宁夏和甘肃5省区）的煤炭产业是该区域的主要经济支柱行业，分布有晋北、晋东、晋中、黄陇、陕北、神东和宁东7个国家大型煤炭基地。煤炭大规模开采加剧了水土流失和污染，导致沙漠程加速以及耕地生产力的持续下降年来，随着煤炭产业下行压力加大，大量的矿山企业纷纷关闭，仅陕西省在过去5年间关闭矿100处。因此，在黄河流域生态环境保护与高质量发展国家战略背景下，亟须一套科学可行的关闭矿山转型理论体系和实践范例，指导黄河流域沿线矿山企业的顺利转型和废弃资源的有效利用。

　　陕西煤业化工集团作为黄河流域*重要的能源基地之一，对陕西省乃全国的经济建设和社会发展举足轻重。依托黄河流域沿线陕北、黄陇、神东3大煤炭基地，陕煤集团已建成多个千万吨级现代化矿井群和煤炭配套转化基地。从2014年10月开始，陕煤集团陆续将煤质差、地质灾害严重、亏损大的石凹、朱家河、桑树坪等15对矿井实施停产关闭。然而关闭后的矿山应如何发展，如何采用有效的模型方手段科学地评估与管理剩余资源，国内仍缺乏统一的理论框架与参考范例。因此，本书以陕煤集团15对关闭矿山为实践案例，综合分析关闭矿山地上/下空间资源化利用及转型升级路径，构建 GI台资源管理系统，对响应国家黄河流域生态保护和高质量发展重大战略、示范关停矿山合理开发与资源利用，探索关停矿山劳动力转移以及和谐矿区建设，在陕西省乃全国具有典型代表及示范推广，可为我国其他关闭/废弃矿山企业实现转型脱困和可持续发展提供切实可行的转型蓝本和参考范例。

　　1.1.1 国家（地区）关注与学术热点

　　1.主要矿业国家（地区）文献信息数据

　年来，随着关闭矿山数量的快速增加，实现关闭矿山资源的科学开发利用不仅是国家（地区）实现可持续发展的现实需要和政策导向，相关学者和社会各界广泛关注的热点和难点，同时也是矿山企业解决当前发展困境的迫切需求。知识图谱能够显示知识单元或知识群之间网络、结构、互动、交叉、演化、衍生等诸多隐含的复杂关系，可以宏观地看到问题的关键而更加有针对行文献研究，提升研究效率。本书所采用的 CiteSpace可视化软件（版本号为5.6.R1）能通过对作者、研究机构、国家（地区）、关键词等的共现分析、共被引分析呈现共词网络和引文网络图谱，可视化、多方位地展示发文数量、合作分布、研究热点等概况，帮助研究者筛选重要信息，科学的掌握研究主题的热点领域以及时间阶段特征。

　　科学索引数据库 Web of Science（WoS）数据信息数据以科学引文索引（SCI）数据库 Web of Science的核心数据库为检台，在检索中输入 TS=（（closed* mine OR abandoned* mine OR disused* mine OR shut-down* mine OR discarded* mine）AND （redevelopment OR cycling OR reutilization OR transformation OR transition），语种为“Englis献类型设定为“article”，检索年限为“年限（1985～2020年）”，引文索引限定为“SCI-EXPANDED”“SSCI”，共检索出1192篇相关文献。为保证检索结果的科学和，依据以上步骤在 Web of Science检索中再次输入TS=（（underground space resource）AND（redevelopment OR cycling OR reutilization OR transformation OR transition OR assessment），检索出相关文献111篇。在“编辑检索式”中输入“OR”指行组配，*终得到关闭矿山文献1299篇。

　　为明确关闭矿山研究的发文情况与合作特征，在CiteSpace中新建工程（new），对WoS文行分析处理，能选择区的节点类型（node types）设置为国家（地区），得到主要矿业国家（地区）文献信息图谱（图1-1）。节点越大表示发文量越大，节点间的连线越粗表示联系越紧密。

　　图1-1 主要矿业国家（地区）文献信息图谱

　　从图1-1中可以看出，美国、中国是关闭/废弃矿山转型领域发文量*多的2个国家，分别发文264、214篇，其次为加拿大（143）、澳大利亚（81）、德国（79）、波兰（70）、西班牙（68）、英国（57），发文量均在50篇以上；意大利（41）、法国（40）、韩国（39）、印度（32）、俄罗斯（30）的发文量均不小于30篇。从合作关系来看，国家（地区）合作网络的密度为0.1715，各国家（地区）间的连线较为紧密，尤其是美国、澳大利亚、中国、日本和德国之间联系*为明显，说明关闭/废弃矿山转型领域的合作较强。

　　2.关闭矿山转型领域研究热点文献信息

　　基于 WoS文献，将 CiteSpace的节点类型设为关键词（keyword），采用图谱聚类算行时间尺度聚类（timeline view）提取聚类标签，得到关闭矿山转型研究关键词聚类图谱（图1-2）。各个聚含的节点个数在10～61之间，轮廓值为0.575～0.942不等。一般情况下，于0.5，聚类是合理的，故聚类结果具有可取[15]。从图中可以看到，关闭矿山转型领域的研究热含”using artificial stream”（#0）、“technogenic soil”（#1）、“mine closure”（#2）、“molecular diversity”（#3）、“benthic diatom aslage”（#4）、“fluid fine tailing”（#5）、“abandoned bentonite mined land”（#6）、“life cycle”（#7）8个方面。结5年高频被引文献，不难得出，关闭矿山转型研究主要涵盖了矿区水土污染、重金属和有毒气体泄露；闭矿后风险评估、金属矿山污染物泄露等估测方法与治理措施；矿山关闭后可持续发展路径、地面管理、地下空间资源利用与立体开发、商业开发评估能转修复标准框架制定等管理保护、开发利用，以及闭矿后的社会影响、新技术的应用等方面。

　　图1-2 1985～2020年关闭矿山转型研究关键词聚类图谱

　　由图1-2可知，关闭矿山转型相关文献成果产出高峰期集中在1998～2013年。从关键词出现的时间变化阶段可以看出，早期文献多集中于矿山修复（reclamation）（119）、土壤（soil）（84）、酸矿山废水（acid mine drainage）（59）、废弃矿山（abandoned mine）（43）以及可持续发展（sustainable development）（33）研究，直2007年左右矿山转型（transformation）（30）研究逐渐增多并成为热点领域，矿山关停后的英文释义也由“abandoned mine”向”mine closure”转变，说明矿山关闭后的剩余资源以及资源化利用已逐渐被人们重视，矿山关闭后不再以“废弃”资源的形式呈现；2013年，“impact”（36）、“management”（32）、“restoration”（32）、“sustainability”（26）、“diversity”（26）以及”coal mining”（13）作为关键词的相关文献逐渐增多，说明以煤矿为主的矿山关闭后多元化资源利用方式以及闭矿后带来的一系列环境、社会问题成为学者们关注的。2015年前后，“China”作为高频关键词出现，体现了随着中国关停矿山数量扩大，国家机构和科研人员对关闭矿山资源化利用与转型发展相关研究的迫切需求。

　　3.中国知网（KI）文献信息

　　国内数据以中国知网（KI）数据库为检台，以“关闭/废弃矿山”“关闭/废弃矿井”“闭坑矿山”“地下空间资源估算”“转型发展”“转型升级”“资源化利用”“二次开发”为主行检索，文献类型限定为期刊和硕博士论文，文献来源类别限定为“核心期刊”“CSSCI”“CSCD”，检索年限设置为1985～2020年，共检索出728条结果。通过人工筛选剔除了目录、访谈、征稿、通知等条件不符的文献，*终得到中文文献692篇。在 CiteSpace中新建工程（new），对KI文行分析处理，将节点类型设置为关键词（keyword），分