琅琊山铜矿地下开采空间开发利用前景分析

2018-06-20邱志勇邢善强张阳阳

中国矿业 2018年6期

邱志勇，邢善强，张阳阳，李超

(1．安徽省地质环境监测总站，安徽合肥230000；2．滁州铜鑫矿业有限责任公司，安徽滁州239000)

琅琊山铜矿拥有近六十年的开采历史，开采方法基本为分中段上向分层传统法开采，已经形成九个开采中段，三个开拓中段，目前的开采深度接近-500 m水平，已经形成了大量的水平开拓巷道。-185 m以上中段接近闭坑阶段。随着深部找矿成果的确认，未来将可能进一步向深部开采。作为紧邻国家级琅琊山森林公园和滁州市城区的国有矿山，挖掘该矿山已经形成的地下空间进一步开发利用将具有十分重要的现实意义。本文根据琅琊山铜矿地下开采空间的结构特征，结合城市建设和旅游风景区发展的需要，探讨分析该矿山地下开采空间的开发利用前景。

1 自然背景条件

1.1 地质条件

琅琊山铜矿位于安徽省滁州市城区西部，琅琊山丘陵区边缘，矿区范围地面高程46～115 m，主要为岗地和低丘地貌类型。琅琊山铜矿床的成矿母岩为一岩株[1]，即滁州岩体，系燕山期侵入的石英闪长玢岩，近南北向分布，长约2 500 m，宽600～800 m；岩体上大下小，似“伞形蘑菇”形态，其西、东与围岩接触带形成了矽卡岩型铜矿床[2-3]。围岩为寒武系至奥陶系碳酸盐岩，岩体西侧与碳酸盐岩接触带有若干小岩枝或岩脉穿插于围岩之中，出露于地表；岩体的东北部被白垩系碎屑岩所覆盖；中东部岩体多隐伏于第四系松散岩类之下，顶板埋深一般为13～24 m。

1.2 矿体赋存特征

琅琊山铜矿矿床为矽卡岩接触交代型富铜矿床，分布于滁州岩体与寒武系碳酸盐岩接触带及其前缘；接触带向岩体内部倾斜，矿体沿西、东两侧的接触带分布，呈“多”字型排列；西侧矿体由浅部向深部倾角由陡变缓(70～45°)，东侧矿体倾角较陡(70～80°)。

全矿区共有225个矿体，其特征是矿体规模小、数量多，矿体一般呈透镜状、扁豆状、囊状等，平面走向长数十米至百余米，一般延伸数十米至二百余米，一般厚度为2～10 m，最大30 m，平均厚度为3.2 m,其中，大于1万t铜金属量的矿体有四个矿体。

1.3 矿区水文地质条件

矿区西部、南部及东南部，岩体围岩由寒武系上统碳酸盐岩组成，厚度>350 m；近岩体处碳酸盐岩呈大小不等的“岩块”(或捕虏体)。碳酸盐岩岩溶总体上不甚发育，地下水主要赋存于裂隙中，由于裂隙发育的不均一，使裂隙水呈脉状分布，周边附近地下水位标高一般为13.33～37.75 m。

区内钻孔单位涌水量为0.004～0.01 L/(s·m)，富水程度弱，水量较小；矿区附近地下水没有统一的水位，各含水单元之间水力联系微弱。地下坑道出水点多是滴水，较大者为0.157 L/s，一般为0.021 L/s左右。-65m水平至-305m水平矿坑涌水量合计为497.3～869.79 m3/d，主要来源于碳酸盐岩裂隙岩溶含水岩组。多年来的采矿实践表明，随着开采深度、采矿断面增加，矿坑涌水量呈现增加趋势，开采深度深于-300 m后趋于稳定。

1.4 顶板围岩工程力学特征

构成矿体顶板围岩主要由滁州岩体——石英闪长玢岩组成，少部分为寒武系碳酸盐岩。石英闪长玢岩近地表浅部岩石风化，下部岩石新鲜完整，为矿体顶板，部分为矿体底板。据测试结果，岩体平均抗压强度为147.7 MPa，平均抗剪强度为20.7 MPa，硬度等级为6～8级，岩石质量较好。

碳酸盐岩经热变质作用局部为大理岩，岩石性脆，矿体及围岩稳定。据测试结果，平均抗压强度为88.2～130.3 MPa，平均抗剪强度为6.5～10.9 MPa，属坚硬岩(矿)石，岩石质量较好。参照有关分析方法确认其矿体围岩稳定性良好[4]。

2 矿山地下开采情况

2.1 井巷工程

矿山设计采用竖井开拓[5]，主副井设于矿床西矿带中部的下盘，在矿床南端设有南风井，在东矿带中部的下盘设有东风井，西矿带的下盘北端设有北风井。主井(双罐笼井，直径5.8 m)提升矿岩，副井(直径4.3 m，用5#单罐笼)提升人员、材料等。深部开拓盲主竖井一个(分布于明主井附近)，通过地下巷道与明主井相连接。明主井由地表向下至-245m，盲主井由-245m中段到-485m中段(全长280 m)。副井由地表向下至-405m中段(图1)。

图1 开拓及通风系统示意图

2.2 开采中段划分

全矿地下开采由上至下共12个中段。-245m以上有六个中段，分别为-35m中段、-65m中段、-95m中段、-125m中段、-185m中段、-245m中段，其中-35m中段、-95m中段为副中段。-245m 以下有六个中段，分别为-285m中段、-325m 中段、-365m中段、-405m中段、-445m中段、-485m中段，中段高度为40 m。

2.3 矿山开采方法

1) 充填法。用于厚度大于4 m的矿体，一般不留房间矿柱，只当采场面积较大时，则留直径5 m的点柱，走向长大于80～100 m时才留8 m的间柱，6 m房柱全采空。用水泥、尾砂1∶4配比胶结充填回采。

2) 留矿法。用于厚度小于4 m倾角大于60°矿岩稳固的矿体，采用浅孔留矿法。目前，-35m中段已经被充填封闭，-65m中段也即将被充填封闭。

2.4 可保留地下空间

-95m中段以下开采主干巷道一般可以保留，合计10个水平的开采中段主干巷道累计长度超过20 km。主干巷道断面为半圆形，内径2.5 m，形成的大巷、岔巷、硐室等可利用面积超过3×105m2。

随着深部找矿的发现[6]，未来中长期发展规划，采矿深度向-500～-1 000 m水平延伸，地下采矿后遗留空间面积巨大，预计将超过2×105m2，是一处开发利用前景良好的地下空间。

3 开发利用前景

琅琊山铜矿拥有得天独厚的有利条件，地处国家森林公园及城区边缘，矿区地下水贫乏，矿坑涌水量小；地下采空区围岩稳定性良好。对比类似矿山条件[7-8]，琅琊山铜矿地下开采空间可利用价值较高，适合建成矿山公园或人防工程，或者专门的地下物资储备库。

3.1 建设矿山公园

3.1.1 必要性

矿山公园展示的矿业遗迹景观是自然与人文历史的融合，体现了矿业发展历史的内涵，它具备研究价值和教育功能，是可供人们游览观赏、科学考察的特定空间地域。矿山公园规划建设为社会提供新的旅游资源，也为保护矿业遗迹和地质遗迹提供可能。

矿山公园建设具有循环经济模式的特点，即矿山生产的周期完结后，投入旅游产业经济循环中，有利于产业结构调整和促进经济发展。充分利用琅琊山铜矿具备的有利条件，完全有必要规划建设成一座美丽的矿山公园。

3.1.2 可行性

1) 区位条件优越。矿山东接滁州市区(本体即为城市矿山)，毗邻琅琊山风景名胜区和丰乐亭景区，两大景区均为滁州市着力开发的风景旅游观光带，其间增加别具特色的矿山公园，也为产业旅游和主题旅游增加了不可多得的题材和内容。此处交通十分便利，距京沪线、京沪高铁站均不超过10 km。

2) 矿业历史文化遗迹丰富。据史料考证滁州琅琊山铜矿在我国宋朝之前即有开采开发历史，距地表深度160 m内有多处“古老隆”出现，开采工艺十分复杂，20年前地面尚存在大量的古人冶炼炉渣。琅琊山铜矿古代采冶和现代开发存于一体，古代文明和现代工艺相得益彰，是不可多得的“穿越”和教育考察题材。

3) 科普和工业旅游选项。琅琊山铜矿原岩和原矿包含有沉积岩、岩浆岩、变质岩三大类，是科普教育的良好处所，现代化的矿山设备设施和采选工艺是工业旅游的优质线路，可作为琅琊山大旅游内容的补充和选项。

4) 安全条件良好。琅琊山铜矿地下采空区围岩稳定性良好、矿坑涌水量小是增强地下空间安全保障的先决条件。采取一些措施完全能够保障地下空间围岩的稳定，确保安全；对地下空间周边围岩渗水岩层采取灌浆封堵，阻隔地下水渗入，现行技术完全可行。在现行地下采矿条件的基础上，对废弃的巷道、矿房等开采空间进行改造，投入的成本不会很大，而产生经济效益、社会效益、环境效益的价值很高。

3.1.3 建设内容

保留改造现有的采场、出矿、运输遗址，可将“现代采矿旧址”展现出来。在采场中设置人体模型模拟采矿过程：用钻机在岩壁里打眼，往打好的眼里装炸药炸落矿石，“电耙”把落下来的矿石耙到铁轨附近，装岩机则把矿石装入矿车，最后矿车把矿石运至选矿厂进行破碎、选矿。

地下巷道还可展示矿区安全保障方式的升级换代变化。巷道的墙壁上，也可摆放各种采矿工具：从采矿工人随身携带的矿灯、水壶，到长得像重机枪的凿岩机，再到井下通风设备等。

巷道内还可展示山体内分布不均匀的矿石，即矿石富集区域和无矿区域,每当一个区域开采完，就会留下巨大的开采空间。

随着现代科学技术的发展，新方法、新技术、新手段的投入利用，均可展示出来。在勘查探明的基础上，还可以把地表浅部明朝、清朝以来的古代采矿遗址发掘出来，通过加固古代采矿遗址周边岩层，恢复模拟部分采矿形态，使得矿山公园的内容更加丰富。

3.1.4 学习借鉴提升

2004年国土资源部开展国家矿山公园建设以来，已经开展了3批次的国家矿山公园认定工作，全国各地按照《国家矿山公园建设指南》建设报批通过认定的国家矿山公园已经达到72座。2017年开始启动第四批国家矿山公园评审认定，国家鼓励企业开展矿山公园的建设。

琅琊山铜矿开采的权属单位为滁州铜鑫矿业有限责任公司，由国土资源部认定的国家级绿色矿山试点单位，该企业完全有能力、有条件通过学习借鉴国内先进经验，建设一座高质量的矿山公园。

3.2 建设人民防空工程

3.2.1 必要性

人民防空工程是为保障战时人员与物资掩蔽、人民防空指挥、医疗救护等单独修建的地下防护建筑。修建地下人防工程，是提高城市防空抗毁能力、保存战争潜力和有生力量的需要。地下人防工程有利于防御敌人的突然空袭，保护人民生命财产的安全；还可以为坚守城市的部队、民兵机动和前运后送，打地道战、街垒战、巷战提供工程依托，成为城市防卫作战工程保障的重要补充；其对夺取城市防空袭斗争和城市防卫作战的胜利，都将起到重要作用。

琅琊山铜矿紧邻城市和旅游风景区，接近长江黄金水道和战略要地南京市，滁州市城区人口约50万人，需要一座较大型的地下人防工程。琅琊山铜矿所具备的有利条件，地下开采空间更加适合改建为利用价值更高的地下人防工程，因此，在琅琊山铜矿地下开采的基础上建设地下人民防空工程是完全必要的。

3.2.2 可行性

1) 地下空间面积大，防护能力强。琅琊山铜矿地下开采形成的大巷、岔巷、硐室等可利用的空间约3×105m2，这些空间具备地下防空需要的更厚实、更坚固的顶板、底板和侧墙，除了具有坚实的承重能力外，还具有更强力的防核冲击波和常规炸弹爆轰波的抗力效果。按照抗力等级、防化等级判定其地下空间具有极强的防护能力。

2) 地下空间结构密闭。在现有通风井的基础上能够安装滤毒通风设备，提升防化学、生物战剂的能力,根据现有和未来矿山生产需要的进出口通道改造成安全进出口，对井下巷道进行必要的加固、改造、装修和安装防火设施，提升核战防护能力。

3) 防水条件良好。利用现行技术对地下空间周边围岩渗水岩层采取灌浆封堵，阻隔地下水渗入，确保地下空间安全和舒适的环境，完全能达到战时防护效能。

3.2.3 建设内容

需要设计施工专门的给水排水工程，根据需要适当增加出入口和通风口，充分利用地下空间规模大的特点，将地下空间可划分为多个防护单元、防爆单元和防火防烟分区，按照战时功能分别设立指挥通信区、医疗救护区、防空专业区、人员掩蔽休息区和其他生产车间、发电站、供水排水站、仓储库、监测站、广播站等配套工程区域。

为了平战结合的需要，地下空间上部未来可开发、改造作为地下宾馆(招待所)，地下商场(商店)，地下餐厅(饭店、饮食店、酒吧、咖啡厅)，地下娱乐活动场所(包括舞厅、电影院、展览室、录相放映厅、卡拉OK厅、游乐场、台球室等)，地下教室、办公室、试验(实验)室，地下医院(手术室、急救站、医疗站)等；深部空间可开发、改造作为生产车间、仓储库、电站、储水库等。

3.2.4 建设管理

人民防空工程建设属于国防工程建设和社会公益事业建设，实行统一计划，分级管理方式。由县级以上人民政府人防工程主管部门负责城市地下空间开发利用兼顾人民防空防护要求的管理和监督检查，与规划、计划、建设等部门搞好城市地下空间的规划、开发利用和审批工作。

国家鼓励社会各界投资建设人民防空工程。琅琊山铜矿地下开采空间改建成人防工程与新建人防工程不同，属于管理规章未做专门规定的建设项目，如果政府财政投入上述改建工程，或许仍需参照国家有关规定执行。

建议琅琊山铜矿地下人民防空改建工程由政府出资补助，企业开发利用管理，税收优惠政策，实行平战结合，使人防工程不仅能防空，还能在缓解城市用地、安置就业等方面发挥积极作用。

3.3 建设地下物资储备库

3.3.1 必要性

琅琊山铜矿紧邻城市和旅游风景区，接近长江和南京市，如果琅琊山铜矿地下开采空间不做其他用途，有必要直接改造成为地下物资储备库，由于地下采空区冬夏温度都保持恒温，在15～22 ℃，包装密封的食品保质期比地面延长了1.5～2倍，利用该矿较大面积的地下采空区储备粮食和其他食品，足够一个大城市居民的应急使用，将会产生显著的社会效益。

3.3.2 可行性

琅琊山铜矿地下开采形成的大巷、岔巷、硐室等可利用的空间约3×105m2，改建成地下物资储备库具备人防工程储备库的性质，拥有地下空间面积大,地下空间结构密闭,顶底板岩石承载力、抗剪切力强，防水条件良好等诸多优点，对井下巷道进行必要的加固、改造、装修和安装防火设施，利用专门的设备为空气除湿，通风设备不停地换气，克服潮湿问题后，有利于改建成超大型的地下物资储备库。

3.3.3 建设内容

根据需要适当增加出入口和通风口，充分利用地下空间规模大的特点，将地下空间可划分为多个物资储备单元，例如，食品区、医疗设备药品区、被服区、植物种子区、机械设备区等储存区域以及配套的生产车间、发电站、供水排水站等工程区域。

参考国外地下储备库储藏物资种类[9]，凡是紧急情况下所需要的一切东西都可以储备，包括肉类、食品、药品、医疗设备、植物油、植物种子、服装棉被、救生衣、睡袋、折叠床、肥皂、帐篷、组装的活动房、充气船和石油产品、煤炭、载重汽车、推土机和移动式发电站等等。但是不会储备美味珍馐、貂皮大衣、小轿车和电脑等奢华用品，这些东西的技术发展非常快，存储它们没什么意义，储备库里也不存储武器和军事设施，这些由军事机构负责。

国外储备库里的商品严格遵照保质期来保存。如，肉罐头保质期是6年，冷冻肉是2年；汽车甚至钢铁都有保质期；到保质期临近的时候商品就要更新，淘汰下来的则各尽其用。

3.3.4 建设管理

物资储备、应急使用属于社会公益性事业建设，国家制定了相关物资储备规章，例如，救灾物资储备、应急物资储备等管理规定，政府分级负责、部门分工协作的基本救灾体制等。根据国家《救灾物资储备库建设标准》[10]，琅琊山铜矿地下采空区改建成物资储备库的规模远远超过大型储备库规模标准，属于超大型储备库。建议琅琊山铜矿地下物资储备库改建工程由政府出资补助，企业开发利用管理，税收优惠政策，实行应对战争、应急救灾和缓解城市用地相结合。