关闭/废弃矿井地下空间资源精准开发利用模式研究

刘钦节，王金江，杨 科，邸晟钧，董志勇

关闭/废弃矿井地下空间资源精准开发利用模式研究

刘钦节1,2，王金江2，杨 科1,2，邸晟钧3，董志勇3

(1. 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室，安徽 淮南 232001；2. 安徽理工大学 矿业工程学院，安徽 淮南 232001；3. 山西焦煤集团有限责任公司，山西 太原 030024)

随着煤炭绿色资源的不断开采，位于煤炭开发利用全周期末端的矿井关闭废弃问题逐渐显现，随之而来的关闭/废弃矿井地下空间资源开发利用成为一个亟须解决的问题。在对我国废弃矿井现状统计分析的基础上，以能源开采造成的地下空间方位、形态差异化为依据，将关闭/废弃矿井地下空间资源分为采空区空间资源、巷道空间资源、硐室空间资源；探讨了空间资源作为能源存储场所的单一利用方式和多方向、多领域协同多元开发利用的关闭/废弃矿井地下空间资源利用方式；并由此提出了一种关闭/废弃矿井地下空间分类分级精准利用模式，构建调研分析、工程类比初判、模型构建详估和软件决策系统研发为主干流程的精准开发利用系统，通过精准利用模式与精准开发利用系统模型对单一和多元开发利用方式进一步分析，为关闭/废弃矿井空间资源开发利用的研究和实践提供参考。

关闭/废弃矿井；空间资源；开发利用模式；分类分级

随着煤炭绿色资源的不断开发利用，位于矿井开发利用全生命周期末端的废弃矿井问题逐步显现，随之而来的关闭/废弃矿井地下空间资源利用成为一个亟须解决的问题。2005年以来，我国陆续对小、散、乱的煤矿进行整顿关闭和资源整合，并下发《国务院办公厅关于坚决整顿关闭不具安全生产条件和非法煤矿的紧急通知》《关于进一步做好煤矿整顿关闭工作的意见》等文件，着力在“十一五”期间实施以“整合为主、新建为辅”的方针，2013年全国煤矿数量相比十年前已减少1万余处，剩余煤矿数量不及2005年的50%[1]。中国煤炭工业协会发布的《中国煤炭工业改革发展年度报告》指出，截至2019年底，累计退出煤炭产能9亿t以上，已超额完成2019年1.5亿t以上的去产能目标。根据中国工程院重点咨询项目“我国煤炭资源高效回收及节能战略研究”预测：到2030年，我国废弃矿井将达到1.5万处。这些废弃矿井中赋存丰富的煤炭、煤层气、水、地热、地下空间及工业广场土地等资源，直接关闭将造成巨大的资源浪费和国有资产流失，诱发安全、环境及社会问题[2-5]。

国家在战略能源储备、生态环境治理等方面都有相关政策出台。在2004年6月，国务院审议通过了《能源中长期发展纲要(2004—2020年)》，到2020年时，我国石油战略储备达到90 d的石油净进口量，即国际能源署(IEA)规定的战略石油储备能力的“达标线”；在2018年国务院印发《关于促进天然气协调稳定发展的若干意见》中提出，构建天然气多层次储备体系是我国天然气能源安全的重要举措，鼓励各类投资主体合资合作建设储气设施等意见；2018年6月，国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见中提出了强化固体废物污染防治行动计划，改革完善生态环境体系等指导意见。储油、储气以及生态环境保护政策实施都涉及空间资源的利用，而关闭/废弃矿井能够提供分布广泛、体量符合的地下空间资源，且精准开发利用关闭/废弃矿井地下空间能够为资源枯竭矿区提供一条转型脱困之路，具有广泛社会意义以及经济价值。

国内学者在矿井地下空间资源开发利用方面做了初步研究，主要从关停矿井转型战略方面提出构想与关键技术[6]，探讨了我国转型煤矿井下空间资源开发利用的新方向[7]及废弃矿井巷道综合利用方式[8]，提出“后煤矿时代”地下空间开发利用的设计与思考[9]。以上是在地下空间资源开发利用上进行了深入战略探讨和分析，但仍缺乏从资源分类角度来进行利用方式的思考与应用。

政策的实施与学者提出的战略方向需要大量的地下空间资源，这使得关闭/废弃矿井地下空间资源开发利用前景更为广阔、意义更加重大。笔者从关闭/废弃矿井地下空间资源现状出发，介绍关闭/废弃矿井地下可利用空间资源种类，通过对关闭/废弃矿井空间资源利用方式的总结，结合国家政策导向，提出关闭/废弃地下空间资源精准利用模式，旨在为关闭/废弃或即将进入全生命周期末端的矿井地下空间开发利用的实践提供参考。

1 关闭/废弃矿井地下空间现状

我国现有资源型城市占城市总数的1/5，2020年废弃矿井数量大约1.2万处，而未来10年将是我国大中型矿井闭坑的集中期，到2030年废弃矿井数量将达到1.5万处，关闭/废弃矿井几乎遍布全国各个省市地区且数量越来越多[10-12]。由于战略、能源、土地、生态环境和物资储备等方面的需要，国家正逐渐重视关闭/废弃矿井地下空间资源开发利用问题[13-16]。

现有资料[17]显示，从中华人民共和国成立以来至2016年底，煤矿采空区地下空间约为138.37亿m3，可利用地下空间量总计约5.84亿m3。根据国家能源局2017—2020年10月全国煤矿生产能力情况相关数据，计算出全国原煤体积量，利用煤矿规模与其井巷可利用地下空间量的比例系数[17]，计算得出2017—2020年10月期间全国矿井地下空间体积量(图1)，期间全国原煤产量每年都在31亿t以上，采空区空间平均每年产生12.76亿m3，可利用空间每年达到1.76亿m3以上。因此计算得出，2017—2020年10月底，全国生产煤矿原煤总产量138.67亿t，煤矿采空区地下空间约为51.06亿m3，可利用地下空间量总计约7.69亿m3；截至2020年底，煤矿采空区地下空间将会超过189.73亿m3，可利用地下空间量将会超过13.53亿m3。

图1 2017—2020年10月全国矿井地下空间资源柱状图

由此可看出，我国的关闭/废弃矿井地下空间资源具有体量大、分布广泛、数量逐年增加的特征。如果“一关了之”，不仅将造成巨大浪费，而且还会引发安全、环境及社会问题等一系列“后遗症”。关闭/废弃矿井尚且具有较大开发空间和利用价值，对国家的社会和经济发展，以及民生保障和国家安全具有显著作用。

2 关闭/废弃矿井地下可利用空间资源分类

因开采需求造成地下空间形态、方位差异化，形成包括各种巷道、硐室及采空区的关闭/废弃矿井地下空间。

2.1 采空区空间资源

采空区是地下矿产被采出后留下的空洞区，很容易形成大面积的垮落及水位下降等问题，采矿需要考虑的一个大问题就是采空区处理。而采空区空间资源是将采空区留下的空洞区作为一种空间资源加以利用，因不同的顶板控制方式形成不同种类采空区，如自然垮落法采空区、充填法采空区以及煤柱支撑法采空区。随着矿井不断开采，采空区地下空间不断增加，同时可利用地下空间占有率逐年增加，采空区空间资源将是关闭/废弃矿井可利用空间资源重要一类。

2.2 巷道空间资源

巷道空间资源是矿井地下开采中，为了生产需要而开掘的井筒和巷道形成的空间资源。除了采空区之外，巷道空间资源是井下可利用空间的重要组成部分。矿井地下巷道从距离采空区最近开始分区段平巷、区段平巷联络巷、上下山巷道、主要大巷、井底车场、主副井。因设计服务年限差异，有些矿井关闭/废弃中巷道空间服务年限远远未达到，同时巷道空间是连接采空区与硐室的脉络，因此，巷道空间是关闭/废弃矿井中不可或缺的空间资源。

2.3 硐室空间资源

井下开采中，空间3个轴线长度相差不大且又不直通地面的地下通道称之为硐室，如绞车房、变电室、煤仓、水泵房等。硐室空间资源在整个矿井地下可利用空间资源中占有率较少，但因各硐室的独特性功能，其主要特点是横截面积大、服务年限长，硐室空间资源同样是关闭/废弃矿井可利用空间资源的重要组成部分。

3 关闭/废弃矿井地下空间资源利用方式

关闭/废弃矿井地下空间资源开发利用是一个亟需解决的重要问题。谢和平院士等[5]、袁亮院士等[10-12]指出，如果这些煤矿直接关闭，将导致资源的极大浪费和国有资产的损失，同时也存在矿山安全、环境和社会问题的隐患，而废弃矿井赋存着大量可利用资源，对其开发和利用意义重大。

关闭/废弃矿井地下空间资源开发利用具有重要的社会、经济和环境保护等意义，将关闭/废弃矿井空间资源利用方式分为单一开发利用和多元开发利用，可满足不同种类空间资源开发的多样需求。

3.1 单一开发利用

物体有固液气3种形态，单一开发利用是将空间资源作为一种物质存储空间，如蓄水、储气、储油以及压缩空气储能等[1,18-21]。采空区空间资源作为关闭/废弃矿井地下可利用空间资源的主体，大部分可作为单一开发利用。牛儿庄采矿公司八盘区山青盘区通过“避峰填谷”，将采空区空间作为水仓扩容进行开发利用，这为采空区用于蓄水提供了技术参考[22]。邱华富等[21]提出以充填采矿为手段，在金属矿大型采空区构建充填储库，用于储备石油、天然气等能源，结合充填采矿法特征，提出了采矿–充填–建库(MBS)的协同系统理念。

同时可利用房柱式煤矿采空形成的巨大空间及煤层吸附能力进行储气(图2)，在采空区顶板保存良好、空间较大，确保采空区上方存在良好盖层的基础上，对立井井筒或斜井进行密封，在采空区上方钻一定数量的注采井并配置井控措施，同时在盖层上部钻一定数量的监测井，监测气库的密封性。

图2 房柱式采空区空间改建地下储气库

对巷道及硐室空间资源来说，单一开发利用空间资源主要在其服务年限少或已经报废的少数空间，这些空间都可用于废料处理，尤其在采空区附近的巷道、硐室空间都可归于采空区资源处理。我国城市生活垃圾及工业废碴排放量巨大，全国年产垃圾量达1.5亿t左右，且增长率约为9%，传统填埋处理方法占用大量耕地。利用地下空间填埋垃圾，可缓解废弃物处理时占用大量耕地的问题(图3)。尤其是埋藏条件较好、节理裂隙不发育或贯通性差的采空区，适当围护、封闭后，还将是放射性工业废碴、核废料、化学废料的理想填埋场所[23-25]。

图3 污水废弃物处理

煤矿开采过程中，对于保存较好且岩石坚硬、稳定性较高的巷道空间资源可用于储气库建设。对大巷进行永久支护，且保障安全性的前提下，采用类似于内置钢衬的特殊密封工艺，在巷道表面添加高强度堵漏密封材料防渗层，确保储油库不发生泄露，同时在巷道上部钻一定数量的监测井，确保储油库密封性(图4)。

图4 废弃煤矿岩巷改建地下储油库技术

以上针对采空区地下空间利用和巷道空间利用的实例与方法介绍中不难看出，空间资源单一开发利用具有单向形式，无法再次开发。

3.2 多元开发利用

多元顾名思义多个方向、多个领域，关闭/废弃矿井空间资源多元开发利用涉及科研、国家工程建设、民生、经济、生态、智慧矿井多个领域[26-29]。

立井井筒是高大垂直的构造物，其深度常常可达数百至上千米，利用如此高的落差优势，已开展过相关实验研究[30]。如，日本原砂川煤矿把766 m深的立井改作无重力实验场，其优点是可以降低成本；作为落下塔(约500 m)，可获得稳定优良的无重力环境(无重力时间约10 s)；实验设施设置在地下，安装容易，实验简便。欧美等发达国家也开展过相关试验[31]。

关闭/废弃矿井地下巷道开发利用，可借助已有的地下矿井巷道空间，通过对矿井间、矿区间的安全稳定大巷进行空间改造(如修正加固)和连通，进而形成地下接力连通网，实现对水、电、气、数据传输、商品物流等方面的地域调度，逐步建设并形成地下的电网、水网、燃气网、交通网、物流网、数据网等，配合国家重大工程建设(图5)，以此提高国力和保障民生。

图5 地下工程建设网

利用关闭/废弃矿井的巷道空间资源，还可对城市民生保障进行规划和筹备，如应急避灾场所、应急医院场所、应急物资储备场所等建设，并可作为食品仓库、物流仓库、工业仓库、大型商品(汽车、机具等)超市(图6)。

图6 工程建设物资储备和应急场所

面向当今市场需求，结合现代社会发展节奏，对距地级市50 km以内可利用关闭/废弃矿井的巷道

空间进行资源开发。利用距离就近城市的交通便利开展休闲、娱乐、旅游、心理减压、健身、培训等体验式、侵入式的服务产业经济(图7)，并以此为主线扩展形成多种产业融合的经济产业生态链。

煤矿地下空间的恒温、恒湿、低本底核磁辐射等特征，具有地面实验室无法比拟的优越性。煤矿地下空间可用于构建以科学前沿探索(暗物质探测、深地微生物研究、非常规岩石力学研究等)为目的的深地科学实验室[5]。利用煤矿地下空间开展自循环生态系统，构建自循环为原则的地下模拟阳光、生态空气、洁净水、生态植被及地下农场的生态圈(图8)。

图7 工程建设服务产业经济

图8 地下生态圈构建与深地科学实验[5]

通过以上实例与构想，在井巷空间与硐室空间资源利用上，形成了多元开发利用的可持续策略。因为其服务年限长、易开发等特点，地下空间开发利用可实现利益最大化，未来市场前景广阔。

4 废弃矿井地下空间资源精准利用模式

关闭/废弃矿地下空间资源精准开发利用涉及多学科交叉协作、内容纷繁复杂，实施过程中需要解决诸多科学问题[11]。废弃矿井地下空间资源精准利用模式以废弃矿井资源禀赋和外部条件为基础构建废弃矿山地下空间分级精准利用决策分析系统(图9)，通过调研分析、工程类比初判、模型构建详估、软件决策系统4个流程，对关闭/废弃矿地下空间资源精准开发出适用型方案。

4.1 废弃矿井地下空间分类分级精准利用决策分析系统

1) 调研分析

对废弃矿井地下空间条件与开发进行基础调研，结合当地政策制度与现有技术水平，分析评估资源禀赋条件、经济效益、环境影响及安全风险等。

2) 工程类比初判

与当前利用现状及存在的问题进行对比分析，形成废弃矿山地下空间分级精准利用决策分析系统；而后，基于调研分析结果，从开发利用技术可行性分析、技术保障措施可行性、矿井内外资源条件可行性、投资与经济效益可行性、环境影响及能耗水平评估角度，与已有工程进行类比初判。

3) 模型构建与详估

构建地层分布与基础物性模型、水文地质与资源禀赋模型、采动覆岩运移与多场演化、隔离筑坝与密封及防渗、安全评价与保障技术模型，并对模型进行详细的评估。

4) 软件决策系统开发

通过行业数据智能挖掘与分析、理论基础与标准规范底线、分类与分级利用模式推荐、软件系统开发与应用示例后最终形成软件决策系统。

4.2 精准开发模式示例分析

1) 单一开发方式：生活垃圾或工业废物处理场

精准开发模式中的单一开发方式，可将回采工作面空间作为生活垃圾或工业废物的处置场所，在市场经济条件下，废物地下安全处置将有望成为一种新的产业。据环保部门专家估算，工业有害废物地下填埋费用在200～300元/t以上，因此，废物的地下处置既可为煤矿带来比煤炭生产更高的经济效益，又会得到社会、法律和法规的支持。但随之而来的就是废物的预处理技术、废物地下填埋作业工艺，以及矿井能否同时适应采煤和填埋废物的技术改造问题[22]。在此模式下，通过对经济、环保、矿业、技术、社会、法律和法规等方面的精准调研分析和工程类比初判(图10)，后期进行模型构建详估和软件决策系统的生成，以进一步实现废弃空间的精准利用。

2) 多元开发模式：地下旅游场所

精准开发模式中多元开发方式，可利用关闭/废弃矿井开展工业旅游解决关闭/废弃矿井现实问题，但需借助大数据全面评估我国关闭/废弃矿井地下空间旅游资源的本底特征、地理空间分布规律和矿井空间形态特征，从人文、服务、经济、环保、社会等构建适合不同地域、不同类型、不同尺度的关闭/废弃矿井旅游资源开发格局。综合我国各区域工业化水平与全国旅游资源开发总体布局，按照梯度发展规律进行关闭/废弃矿井工业旅游开发，优先发展东部、东北部，逐步发展中部和西部，重点开发经济转型迫切、代表特定时代生产力进步和社会发展的关闭/废弃矿区。通过创新形成新型旅游产品，促进关闭/废弃矿区与城镇化、农业现代化、新型工业化、现代服务业信息化融合发展。在尽可能保持工业遗产的原真性的前提下，打造具有观光、休闲和游憩功能的旅游吸引物[11]。在此模式下需利用大数据，对人文、服务、经济、环保、矿业、技术、社会、法律和法规等方面进行精准调研分析、工程类比初判、模型构建详估，并形成软件决策系统(图11)，以实现废弃空间的精准有效利用。

5 结论

a. 我国关闭/废弃矿地下空间资源具有体量大、分布广、数量逐年增加的特征。关闭/废弃矿地下空间资源分为采空区空间资源，巷道空间资源以及硐室空间资源。因开采需求造成地下空间方位、形态、服务年限差异化，导致各空间资源具有一定的独特性。

b. 将关闭/废弃矿井地下空间资源利用方式分为单一开发利用和多元开发利用。单一开发利用空间资源主要特点是集中于采空区空间资源，具有单向形式，无法再次开发。多元开发利用可在井巷空间与硐室空间利用上形成多元可持续化，由于其空间服务年限长、易开发等特点，通过多次开发可实现地下空间利益最大化。

c. 以废弃矿井资源禀赋与外部条件为基础，构建了弃矿井地下空间资源精准利用分析系统，可用于地下空间分级精准利用的决策分析，主要包括调研分析、工程类比初判、模型构建详估、软件决策系统研发的4个流程。同时借助大数据、人文、服务业、经济、环保、矿业、技术、社会、法律和法规等分析融合后，可应用于不同空间资源的精准利用。

[1] 王行军，宁树正，刘亚然，等. 2014年以来我国煤矿新增地下空间资源研究[J]. 中国矿业，2019，28(1)：92–96.

WANG Xingjun，NING Shuzheng，LIU Yaran，et al. Research on newly formed underground space resources of coal mines in China since 2014[J]. China Mining Magazine，2019，28(1)：92–96.

[2] 孙亚军，陈歌，徐智敏，等. 我国煤矿区水环境现状及矿井水处理利用研究进展[J]. 煤炭学报，2020，45(1)：304–316.

SUN Yajun，CHEN Ge，XU Zhimin，et al. Research progress of water environment，treatment and utilization in coal mining areas of China[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(1)：304–316.

[3] 巩明强. 城市地下空间开发影响因素研究[D]. 天津：天津大学，2007.

GONG Mingqiang. Study on factors that effect on underground space development[D]. Tianjin：Tianjin University，2007.

[4] 尹尚先. 试论矿井水资源化与矿区水资源优化配置[J]. 华北科技学院学报，2012，9(1)：6–10.

YIN Shangxian. On mine water resources and the optimal allocation of water in mining area[J]. Journal of North China Institute of Science and Technology，2012，9(1)：6–10

[5] 谢和平，高明忠，张茹，等.地下生态城市与深地生态圈战略构想及其关键技术展望[J]. 岩石力学与工程学报，2017，36(6)：1301–1313.

XIE Heping，GAO Mingzhong，ZHANG Ru，et al. The subversive idea and its key technical prospect on underground ecological city and ecosystem[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2017，36(6)：1301–1313.

[6] 谢和平，高明忠，高峰，等. 关停矿井转型升级战略构想与关键技术[J]. 煤炭学报，2017，42(6)：1355–1365.

XIE Heping，GAO Mingzhong，GAO Feng，et al. Strategic conceptualization and key technology for the transformation and upgrading of shut-down coal mines[J]. Journal of China Coal Society，2017，42(6)：1355–1365.

[7] 刘峰，李树志. 我国转型煤矿井下空间资源开发利用新方向探讨[J]. 煤炭学报，2017，42(9)：2205–2213.

LIU Feng，LI Shuzhi. Discussion on the new development and utilization of underground space resources of transitional coal mines[J]. Journal of China Coal Society，2017，42(9)：2205–2213.

[8] 杜永刚，赵卫平. 关于综合利用废弃矿井巷道的思考[J]. 经纬天地，2014(2)：47–50.

DU Yonggang，ZHAO Weiping. Thoughts on comprehensive utilization of abandoned mine roadway[J]. Survey World，2014(2)：47–50.

[9] 赵玉栋. “后煤矿时代”地下空间开发利用的设计思考[J]. 煤炭工程，2018，50(6)：98–99.

ZHAO Yudong. Thinking about exploitation of underground space in “Post Coal Mine Era”[J]. Coal Engineering，2018，50(6)：98–99.

[10] 中国工程院院士、安徽理工大学校长袁亮：废弃矿井“有宝可淘”[EB/OL]. http：//news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/12/ 351939.shtm?id=351939，2019–12–12

The Chinese Academy of Engineering，Anhui University of Science and the Principal Yuan：Abandoned mine “a treasure to tao”[EB/OL]. http：//news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/12/ 351939.shtm?Id=9–12 351939201–12

[11] 袁亮，姜耀东，王凯，等. 我国关闭/废弃矿井资源精准开发利用的科学思考[J]. 煤炭学报，2018，43(1)：14–20.

YUANG Liang，JIANG Yaodong，WANG Kai，et al. Precision exploitation and utilization of closed/abandoned mine resources in China[J]. Journal of China Coal Society，2008，43(1)：14–20.

[12] 挖掘好关闭矿山这一“富矿”—专访全国人大代表、中国工程院院士袁亮[EB/OL]. http：//www.zgkyb.com/yw/20180316_ 48788.htm，2018–03–16

Good mining closed mines the “diamond”–an interview with the National People’s Congress，the Chinese Academy of Engineering Academician Yuan[EB/OL]. http：//www.zgkyb. com/yw/20180316_48788.htm，2018-03-16

[13] 何一民，何永之. 加强我国地下空间开发、规划及科学管理：生存空间危机下的选择[J]. 西南民族大学学报(人文社会科学版)，2011，32(8)：109–114.

HE Yimin，HE Yongzhi. Strengthening the development，planning and scientific management of underground space in China：A choice under the crisis of living space[J]. Journal of Southwest University for Nationalities(Humanities and Social Sciences Edition)，2011，32(8)：109–114.

[14] 谢和平，高峰，鞠杨，等. 深地科学领域的若干颠覆性技术构想和研究方向[J]. 工程科学与技术，2017，49(1)：1–8.

XIE Heping，GAO Feng，JU Yang，et al. Novel idea and disruptive technologies for the exploration and research of deep earth[J]. Advanced Engineering Sciences，2017，49(1)：1–8.

[15] 张风达. 关闭(废弃)煤矿(区)转型升级案例分析[J]. 煤炭经济研究，2018，38(1)：39–43.

ZHANG Fengda. Analysis on transformation and upgrading cases of closed(abandoned) coal mine(mining area)[J]. Coal Economy Research，2008，38(1)：39–43.

[16] 张农，阚甲广，王朋. 我国废弃煤矿资源现状与分布特征[J]. 煤炭经济研究，2019，39(5)：4–8.

ZHANG Nong，KAN Jiaguang，WANG Peng. Study on resources and distribution of abandoned mines in China[J]. Coal Economic Research，2019，39(5)：4–8.

[17] 谢和平，高明忠，刘见中，等. 煤矿地下空间容量估算及开发利用研究[J]. 煤炭学报，2018，43(6)：1487–1503.

XIE Heping，GAO Mingzhong，LIU Jianzhong. Research on exploitation and volume estimation of underground space in coal mines[J]. Journal of China Coal Society，2018，43(6)：1487–1503.

[18] 吴金焱. 荷兰海尔伦市废弃煤矿矿井水地热能开发利用工程实践[J]. 中国煤炭，2020，46(1)：94–98.

WU Jinyan. Practice on geothermal energy development and utilization from abandoned coal mine water in Heerlen of Netherlands[J]. China Coal，2020，46(1)：94–98.

[19] 王婷婷，曹飞，唐修波，等. 利用矿洞建设抽水蓄能电站的技术可行性分析[J]. 储能科学与技术，2019，8(1)：195–200.

WANG Tingting，CAO Fei，TANG Xiubo，et al. Technical feasibility analysis of utilizing mine to construct pumped storage plant[J]. Energy Storage Science and Technology，2019，8(1)：195–200.

[20] 吴涛. 我国废弃煤矿矿井水的分布及开发利用方向探讨[J]. 煤炭与化工，2020，43(1)：49–53.

WU Tao. Discussion on the distribution and development direction of mine water in abandoned coal mines in China[J]. Coal and Chemical Industry，2020，43(1)：49–53.

[21] 邱华富，刘浪，王美，等. 金属矿采矿—充填—建库协同系统及充填储库结构[J]. 石油学报，2018，39(11)：1308–1316.

QIU Huafu，LIU Lang，WANG Mei，Mining-backfill-storage building synergetic system in metal mine and its backfill storage structure[J]. Acta Petrolei Sinica，2008，39(11)：1308–1316.

[22] 汪志东. 利用采空区及废弃巷道实现矿井水直排的探索与实践[J]. 中小企业管理与科技(下旬刊)，2015(1)：95–96.

WANG Zhidong. Exploration and practice of mine drainage using goaf and abandoned roadway[J]. Management & Technology of SME，2015(1)：95–96.

[23] 赫英臣. 煤矿废弃井巷可作为废物处置的安全场地[J]. 煤炭学报，1999，24(4)：95–100.

HE Yingchen. Mine abandoned workings for safety disposal of wastes[J]. Journal of China Coal Society，1999，24(4)：429–434.

[24] 张立俊. 衰老矿井地下设施资源开发利用研究[J]. 山东煤炭科技，2011(5)：146–147.

ZHANG Lijun. Development and application study on underground equipment Resource in decay coal mine[J]. Shandong Coal Science and Technology，2011(5)：146–147.

[25] 李俊平，冯长根，曾庆轩. 采空场应用综述[J]. 金属矿山，2002(10)：4–6.

LI Junping，FENG Changgen，ZENG Qingxuan. A review of the utilization of mined area[J]. Metal Mines，2002(10)：4–6.

[26] 赵玉栋，郭振亮. 关停矿井“木矿千坑”转型发展为技术研发实训基地的设计[J]. 煤矿安全，2019，50(10)：253–256.

ZHAO Yudong，GUO Zhenliang. Design of technical research and training base based on transformation and development of closed mine[J]. Safety in Coal Mines，2019，50(10)：253–256.

[27] 袁亮，张平松. 煤炭精准开采透明地质条件的重构与思考[J]. 煤炭学报，2020，45(7)：2346–2356.

YUANG Liang，ZHANG Pingsong. Framework and thinking of transparent geological conditions for precise mining of coal[J]. Journal of China Coal Society，2020，45(7)：2346–2356.

[28] 马英. 大型矿区资源与环境协调开发评价模型及应用[J]. 煤炭工程，2018，50(5)：25–28.

MA Ying. Research and application of evaluation model for coordinated development of resources and environment in large mining areas[J]. Coal Engineering，2018，50(5)：25–28.

[29] 李柯岩. 关闭煤矿资源开发利用现状与政策研究[J]. 中国矿业，2019，28(1)：97–101.

LI Keyan. Study on current situation and policy of closed coal mine resources development and utilization[J]. China Mining Magazine，2019，28(1)：97–101.

[30] 胡鑫蒙，蒋秀明，赵迪斐. 我国废弃矿井处理及利用现状分析[J]. 煤炭经济研究，2016，36(12)：33–37.

HU Xinmeng，JIANG Xiuming，ZHAO Difei. Present situation analysis on disposal and utilization of China’s abandoned mine[J]. Coal Economic Research，2016，36(12)：33–37.

[31] 刘文革，韩甲业，于雷，等. 欧洲废弃矿井资源开发利用现状及对我国的启示[J]. 中国煤炭，2018，44(6)：138–141.

LIU Wenge，HAN Jiaye，YU Lei，et al. Enlightenment of China on resource exploitation and utilization status of European abandoned coal mines[J]. China Coal，2016，44(6)：138–141.

Research on the model of accurate exploitation and utilization of underground space resources in closed/abandoned mines

LIU Qinjie1,2, WANG Jinjiang2, YANG Ke1,2, DI Shengjun3, DONG Zhiyong3

(1. State Key Laboratory of Mining Response and Disaster and Prevention and Control in Deep Coal Mines, Huainan 232001, China; 2. School of Mining Engineering, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, China; 3. Shanxi Coking Coal Group Co., Ltd., Taiyuan 030024, China)

With the continuous development and utilization of green coal resources, the problem of abandoned mines at the end of the full cycle of coal mine development and utilization has gradually emerged, and the subsequent development and utilization of underground space resources in closed/abandoned mines has become an urgent problem to be solved. Based on the statistical analysis of the status quo of underground space resources in closed/abandoned mines in China and the difference in the location and form of underground space caused by mining demand, the underground space resources of closed/abandoned mines are classified into goaf space resources and roadway space resources, chamber space resources; the use of space resources as a single energy accumulation site and the use of closed/abandoned mine underground space resources in multiple directions and multiple fields to coordinate the development and utilization of the resources were explored; and thereout a model of the classification, the grading and accurate utilization of the underground space of the closed/abandoned mines was proposed to build the accurate development and utilization system model with survey analysis, initial judgement of engineering analogy, detailed assessment of model building, software decision-making system as the main process. The accurate utilization pattern and the system model for the accurate development and utilization were used to analyze further the patterns of the single and multiple development and utilization so as to provide the reference for the researches and practices of the underground space resources of the closed/abandoned mines.

closed/abandoned mines; space resources; development and utilization pattern; classification and grading

TD80

A

1001-1986(2021)04-0071-08

2020-12-10；

2021-03-24

山西省科技重大专项揭榜项目(20191101016)；中国工程院院地合作项目(2020SX5)

刘钦节，1980年生，男，山东临沂人，博士，副教授，从事废弃矿井资源开发利用与深部岩石力学领域的研究工作.E-mail：qjliu@aust.edu.cn

王金江，1995年生，男，甘肃甘谷人，硕士研究生，从事废弃矿井资源开发利用的研究.E-mail：2546325894@qq.com

“关闭/废弃矿井地质探查、资源评价与开发利用”专题 编者按 碳达峰、碳中和背景下，关闭/废弃矿井地质探查、资源评价与开发利用是实现煤炭产业清洁安全高效低碳发展、促进煤矿安全生产、优化能源结构、实现温室气体减排等方面的重要举措。随着煤炭资源不断开采及我国煤炭去产能政策的有力实施，一批资源枯竭及产能落后矿井将陆续关停废弃，但关闭/废弃矿井中仍赋存着大量的煤层气、水及空间等资源有待开发利用；随着浅部煤炭资源采空后，采空区阻隔致使下组煤煤层气尚未得到有效抽采。针对上述问题，依托中国工程院院地合作项目(2020SX5)、山西省揭榜招标项目(20201101001)等，选登4篇论文，重点论述关闭/废弃矿井地下空间资源及空间旅游资源精准开发利用模式、废弃矿井煤层气地面钻井开发关键问题与对策以及过采空区抽采下组煤煤层气技术。通过专题报道，以期引起学术界和产业界的更多关注，加速废弃矿井资源利用工作。

刘钦节，王金江，杨科，等. 关闭/废弃矿井地下空间资源精准开发利用模式研究[J]. 煤田地质与勘探，2021，49(4)：71–78. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.04.009

LIU Qinjie，WANG Jinjiang，YANG Ke，et al. Research on the model of accurate exploitation and utilization of underground space resources in closed/abandoned mines[J]. Coal Geology & Exploration，2021，49(4)：71–78. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.04.009

(责任编辑 范章群)