山西白家庄废弃矿山地下旅游资源开发设计方案研究

刘钦节,韩 运,杨 科,董志勇

(1.安徽理工大学 矿业工程学院,安徽 淮南 232001;2.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;3.山西焦煤集团有限责任公司,太原 030024;4.合肥综合性国家科学中心能源研究院(安徽省能源实验室),合肥 230031)

随着工业化、城镇化进程的深入推进,矿产资源被大量开发,导致废弃的矿山、矿坑不断增多,在一定程度造成了资源浪费[1-2]。与此同时,我国近些年来经济改革进入到“供给侧”改革阶段,“去产能”的提出,更是加快了矿井的关停速度。为避免资源浪费,矿山闲置资源向旅游方向开发,成为资源再利用的重要途径之一。国家旅游局发布的《全国工业旅游发展纲要(2016—2025年)》强调,保护工业文化遗产,积极推动工业旅游融合发展,形成了完整的工业旅游产品体系。

国内已有多位专家、学者就关停矿区旅游开发问题,开展了大量研究[3-6]。袁亮院士等[1]提出工业旅游是解决矿井资源问题的重要举措;韩运等[7]提出基于“三觉五性”的体验式设计方法,实现地下空间功能型改造,增强旅游趣味性;汪秋菊等[8]根据矿区旅游开发条件,构建了旅游开发环境评价指标体系;徐柯健[9]以北京首云铁矿为例,针对性提出工业旅游开发规划和开发思路;常春勤等[10]全面分析了世界各国废弃矿井旅游案例、开发形式,以及地下空间的主要限制条件;高文文[11]将废弃矿坑利用模式分类为旅游文娱型等多种类型,并进行定性分析和对比;赵双健等[12]提出利用矿山废弃地进行景观再造,发展生态旅游。

发展废弃矿山工业旅游,不仅能够充分满足游客对旅游产品新、异、美、知、乐的需要,也符合老工业基地改造的基本要求[13-14]。既能够充分利用关停矿区的资源,也是推进资源型城市转型的新途径[15-18]。基于废弃矿井地下空间旅游资源开发利用模式研究[7],笔者选取山西白家庄矿为例进行旅游开发方案研究,促进白家庄矿区经济增长,为类似矿井转型发展提供参考和借鉴。

1 山西白家庄矿工程概况

1.1 矿井历史状况

山西西山白家庄矿业有限责任公司前身白家庄矿,始建于1934年8月,是西山地区最早的生产矿井。2005年1月10日,经政策性破产重组改制为“山西西山白家庄矿业有限责任公司”,属国有控股企业。2016年响应“推进供给侧结构性改革”要求,原有两对生产井口“南坑、2#井”已于10月底关闭停产,退出产能100万t,平稳有序地完成了“关闭停产、转岗分流”这个重大历史性任务,成为西山煤电集团首个关停转产矿井。

1.2 矿井地理及交通状况

白家庄矿位于太原市万柏林区白家庄村、桃杏村至晋源区晋源镇赵家山一带,距太原市中心约20 km。井田呈一北宽南窄和不规则多边形,井田东西宽约1～5 km,南北长约6～7 km,面积16.149 7 km2。矿区距太原市西北环高速公路西山入口约5 km,距西中环南内环立交桥约6 km,另有运煤铁路专线自太原火车站直达,交通条件十分便利,为旅游产业发展提供了便捷条件。

1.3 旅游资源条件

白家庄煤矿现有整体保存完好的三对矿井、西北煤矿第一厂矿长楼等35处工业遗产,上述遗产均位于太原西山国家矿山公园核心区。

1929年6月,在西山白家庄动工兴建庆丰窑,建设1#井,井深121 m,井口直径2 m左右,由于生产能力较低,于1963年关闭。为了满足煤炭需求和工艺需求,1935年1月,建设2#井,井深167 m,2016年响应国家去产能要求关停。1941年开凿松树坑井口,深217 m,口径3.5 m,因煤炭资源枯竭报废,于1990年封闭。1953年11月,在龙泉窑废址上建设小南坑矿井,采用一对斜井开拓,是西山最早使用正规斜井开拓方式建设的矿井,主斜井井口水平标高1 016 m,倾角15°,斜长104 m,同步建设配套运输系统至煤库。1955年,小南坑建成投产。在2016年响应国家去产能要求关停,并永久封闭。

建筑遗迹主要包括10间房与石头窑、矿办大楼、电厂、储装运系统和选煤厂等典型建筑物;其中,储装运系统作为工业生产遗迹之一,整个系统包括始建于1934年的煤库、铁路、装车系统和始建于1962年的通向2#井斜井的运输系统。西北煤矿第一厂办公楼,建于1934年,是两层石材窑洞式楼房,就地取材采建设,且冬暖夏凉、结实坚固。这些不同时期典型的建筑物展现了矿山发展历史、煤炭综合利用的过程,推动矿山工业旅游发展。图1、图2为白家庄矿井和地面的工业遗产。

图1 白家庄矿井工业遗产Fig.1 Industrial heritage in Baijiazhuang mine

图2 白家庄地面工业遗产Fig.2 Ground industrial heritage in Baijiazhuang

因此,白家庄矿具有良好的区域优势和开发利用条件,充分结合矿井地面工业遗产优势,选定二号井进行井下工业旅游开发方案设计,并与现有地面旅游条件形成完整旅游体系,提升矿井经济效益,必将大大推动山西白家庄矿区的转型发展。

2 白家庄矿山旅游设计思路

2.1 2#井历史及开拓概况

2#井于1934年组织建井,至今已有80多年的开采历史,经历过民国、抗日战争、解放战争以及近代开采等时期。由于开采历史悠久,开拓方式比较广泛,主要包括立井、斜井开拓方式,其中:

1)立井开拓始建于建井初期,先后经历了民国、抗日战争、解放战争时期,主要运输大巷包括十五尺正巷、南大巷等,均于1982年封闭。

2)斜井开拓方式始用于1962年,其中840水平斜井开拓系统于1962年贯通投用,710水平开拓系统于1979年贯通投用至今。

2.2 2#井保留系统巷道情况

2#井开采水平为840、710水平,两个水平通过710水平主、副暗斜井相连通。其中,840水平已开采完毕,主要保留主、副斜井，840运输大巷，840回风大巷，桃杏回风斜井。生产巷道除用于原煤拉运的840水平运输大巷外,已全部封闭;710水平为主要开采水平,主要开采五盘区的上组2#煤。另710水平“二系统”主采下组煤层,受水患影响其系统及巷道已与20世纪90年代封闭。因此,840巷道更适合进行矿井旅游开发。

2.3 “三觉五性”设计方法

为充分挖掘废弃矿山旅游资源,有效提升实际旅游效益,文中采用“三觉五性”设计方法[7],即视觉、触觉和听觉以及知识性、观赏性、参与性、娱乐性和趣味性。“三觉”设计着重游客体验,主要依靠外界环境给予不同感知器官的冲击。增强外界环境设计,例如矿井明暗、大小和色彩等,以此满足游客体验感和新鲜感。“五性”设计着重于项目体现形式,例如历史文化宣传和采煤工艺体验等多种活动。依据不同性质设计,全面的展示创意与设计感。

旅游设计过程应该充分运用“三觉五性”设计方法,结合2#井历史及开拓概况,并根据2#井保留系统巷道情况,从多方面多角度开发利用,有效避免废弃矿井旅游开发存在的“旅游项目设计单一”、“游览路线规划不足”及“空间环境设计简单”等问题。此外,应注重旅游项目之间关联性,井下旅游与地面工业遗产观光项目主题需连贯设计,形成一个完整的旅游体系,从而增强矿井旅游的体验感和吸引性。

3 白家庄旅游矿设计方案

3.1 井下旅游基地初步设计

根据井下系统巷道留设情况以及水平、盘区现状,拟利用原2#井立井和斜井、南大巷以及840水平井下系统巷道等,建设井下旅游基地。主要特点是井下巷道采煤生产系统较为完善,可利用空间条件较好,现有巷道利用率高,维护工程量小,沿途可建设的娱乐项目较多。

井下旅游设计充分结合白家庄丰富的矿业文化,明确功能分区,细化功能部署方法;项目主题连贯设计,体验内容丰富,形式多样;依据不同群体特性规划合适的游览路线,并借助“三觉五性”设计方法,避免项目设计单一、体验感不足的缺陷,提高井下探秘游的吸引力和趣味性。

3.2 具体旅游项目设计

1)矿业文化展览区。该展览区主要讲述煤炭形成由来、开采发展总进程、开采技术发展史、西山白家庄发展史等,通过馆内陈列文物藏品、文献资料、文物照片、专业书籍、开采用具、西山煤炭产品等展示当地特色的历史文化，如图3所示。

图3 矿业文化展览Fig.3 Mining culture exhibition

2)采煤工艺进化区。从矿业文化展览区走出后,行人可步入采煤工艺进化区,对煤炭工业进行初步了解,沿途观赏从古至今煤炭开掘工艺,从人力化、机械化、自动化向智能化转变,感受传统煤炭工业与现代智能化工业的碰撞，如图4所示。

图4 人工采煤工艺展示Fig.4 Display of manual mining

3)矿井交通体验区。基于井下复杂的交通运输条件,分段体验各种交通运输方式,亲身体验矿工工作的环境;以矿井平巷人车为主,平巷人车运送人员能改善劳动条件,减轻工作人员的体力,保证运输安全,提高生产效率,是矿山安全生产和现代化矿井不可缺少的运输设备之一，如图5所示。

图5 矿井平巷人车Fig.5 Lane vehicles in mine

4)避难硐室观摩区。待行人从矿井运输体验区出来后,可观摩构筑严密的避难硐室。硐室内设有自救器等设备,可供参观体验,并宣传井下避难硐室的重要性及避险方法，如图6所示。

图6 避难硐室Fig.6 Refuge chamber

5)娱乐休闲区。井下娱乐休闲区可设置多种不同的体验项目。例如，5D矿工生活体验和井下电影院等项目，适合大人带领儿童去游玩；相比较密室逃脱、养生体验馆等项目更适合成人去体验游玩。此外,根据游客需求可配上基础设施,如井下特色旅店和餐馆,供游客休息和补充体力,可借助井下可恒温储藏的特性,将840大巷正前原火药库改造成集井下旅店和餐馆为一体的休憩区,在休憩区内可储藏食物、酒水等商品,供给游客所需,为景点获取一定收益，如图7所示。

图7 矿井特色餐厅Fig.7 Mine specialty restaurant

6)采矿基础实验室。采矿基础实验室可以实现室内无法进行的实验测试内容,同时帮助游客了解采矿生产及科研活动实施情况。此外,还可以采用智能演示仪为游客展示矿井空间不同历史时期的变化,全方位了解矿井开采的整个过程，如图8所示。

图8 原位实验测试过程Fig.8 In-situ test process

7)智能矿井指挥控制中心。智能矿井指挥控制中心能够实现矿井下采煤、掘进、运输各个生产环节清晰映射。作为矿井安全运行指挥中枢,各系统数据传输的稳定性非常重要。该体验项目非常适合实训学生参观和学习,便于充分了解现场情况，如图9所示。

图9 智能矿井指挥控制中心Fig.9 Intelligent mine command control center

8)采掘现场体验区。拟在840水平正前区域建设3个采掘现场体验区,并展示采煤设备,适合从业人员、学生等感兴趣群体,参观和亲自体验。3个采掘现场体验区包括开拓工艺体验区、掘进工艺体验区、回采工艺体验区。以上3个区域需设专职培训员管理,行人进入体验区后,若有意亲身体验,需进行快速、简易培训,在专职培训员监管下方可进行开机体验。待游人培训完毕后,可前往840水平行人斜井乘坐架空乘人装置(猴车)升井，如图10所示。

图10 采掘现场体验区Fig.10 Mining site experience area

9)斜井运输体验区。待游人培训完毕后,可前往840水平行人斜井乘坐观光缆车升井,主要以乘坐猴车和普通缆车为主，如图11所示。其中,猴车是原井下矿工快进入工作区的代步工具,因人在上面的坐姿像猴子所以被称为猴车,比较适合成年人体验,而普通缆车更适合小朋友。

图11 观光缆车Fig.11 Sightseeing cable cars

井下旅游基地总行程约为1 600 m,步行时长计划控制在1.5 h以内。以上方案在建设期间应安设符合煤矿安全建设标准的监测监控、供水施救、压风自救等6大避险系统,确保游人参观安全,并应在每个观摩地点附近设置卫生间以及临时救护间。

3.3 井下旅游基地路线设计

依据上面旅游项目进行路线合理规划,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水平留设系统巷道设计井下旅游方案，如图12所示。

图12 2#井旅游设计方案Fig.12 Tourism design of well No.2

行人游览总体路线为:首先从2#井原立井罐笼体验入井,沿十五尺大巷、八尺副巷、南大巷的展览基地和娱乐基地进行游玩,然后普通游客去840水平行人斜井乘坐观光缆车升井或进入井下实验基地或实训基地,进行采掘现场培训、学习和体验。与传统废弃矿山地下旅游不同之处,本方案基于智能采矿专业大学生的现场实训与实习需求,打造全国首个智能采矿实训实践基地,清晰呈现智能采矿过程,为这类未来智能采矿工程师们提供真实、全面及安全的学习平台,将实习与游览相结合,增强实习体验,珍惜劳动成果,强化安全教育。实训学生路线从游客服务中心行至智能矿井指挥控制中心,进行系统的专业指导和学习,最后进行实验或者实训演练。

根据适用人群,设计如下三种游览路线供游客选择:

1)儿童推荐路线。游客服务中心→①矿业文化展览区→②采煤工艺进化区→③矿井交通体验区→④避难硐室观摩区→⑤娱乐休闲区(5D矿工生活体验和井下电影院等)→⑥斜井运输体验区(缆车、猴车)。

2)成人推荐路线。游客服务中心→①矿业文化展览区→②采煤工艺进化区→③矿井交通体验区→④避难硐室观摩区→⑤娱乐休闲区(密室逃脱、养生体验馆等)→⑥采矿基础实验室→⑦采掘现场体验区→⑧斜井运输体验区(缆车、猴车)。

3)实训学生推荐路线。游客服务中心→智能矿井指挥控制中心→智能采掘设备操控区→智能采煤工作面示范区→井下智能运输参观区→斜井运输体验区(缆车、猴车)等。

4 结论

1)旅游开发是避免资源浪费的新路径,山西白家庄矿具有良好的区域优势和特色,井上下协同旅游开发并成功运营,必将推动资源型城市转型发展,形成产业示范与带动效应。

2)废弃矿山旅游开发,可借鉴“三觉五性”设计方法,充分考虑矿井状况,进行合理开发利用;注重旅游项目之间关联性,将井下旅游与地面工业遗产观光项目相结合,构成完整的旅游体系,从而增强矿井旅游的体验感、创新性和吸引力。

3)旅游基地利用2#井开发,根据适用人群设计3种游览路线供游客选择,儿童、成人和实训学生皆有适合的规划路线游玩。其中,实训学生推荐路线将游览和实训相结合,摆脱传统实训的无趣与枯燥,为学生实训提供了良好的学习环境。