河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用模式探讨

殷全增，陈中山，冯启言，耿丽娟，台立勋，李 芳，刘 宁

河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用模式探讨

殷全增1，陈中山1，冯启言2,3，耿丽娟1，台立勋1，李 芳1，刘 宁1

(1. 河北省煤田地质局物测地质队，河北 邢台 054000；2. 中国矿业大学 江苏省老工业基地资源利用与生态修复协同创新中心，江苏 徐州 221116；3. 中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州 221116)

关闭煤矿资源评价与利用，具有资源、环境双重效益，可为煤矿企业提供一条转型发展路径。在河北省主要矿区关闭煤矿资源调查工作的基础上，通过对国内外关闭煤矿资源再利用典型案例的总结，重点归纳了河北省关闭煤矿农林用地、建设用地、塌陷水域综合利用、矿山公园模式、关闭煤矿资源综合利用、矸石山利用、井下空间利用等7类19种资源再利用推荐模式，分析了推荐模式选择因素，划分了资源类型。依据矿山地质环境影响程度、问题类型及矿山区位差异，按照推荐模式选择原则，提出适合不同关闭煤矿山资源利用模式。综合考虑关闭煤矿背景条件和资源开发利用条件，对河北省主要矿区118个关闭煤矿提出了资源再利用途径。在相关研究基础上，针对河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用存在的支撑条件不足、安全评价、支撑政策和管理办法欠缺、资源调查评价与利用技术指南欠缺等现实问题，提出了资源利用典型项目建设、及时掌握关闭煤矿综合信息、构建关闭煤矿资源调查与评价技术指南、开展相关治理工程做好资源利用统筹工作、加强科技投入和关键技术研发、树立矿井全生命周期理念并重视矿业资产的后周期管理及完善闭坑管理等建议，以期选择生态敏感性较弱、资源丰富、区位条件优越、符合当地经济社会发展需求、便于协调开发利用的关闭煤矿作为重点研究对象，开展资源综合利用工业性试验和示范工程，系统构建关闭煤矿资源评价体系，实现关闭煤矿资源利用与生态保护协同发展。

关闭煤矿；资源再利用；推荐模式；工业遗迹；井下空间；矸石利用

国外地质工作者早在20世纪中叶就开始探索关闭煤矿资源的再利用。我国以往煤矿相关工作侧重地质环境调查、地质环境保护与治理规划以及治理恢复等方面，随着国内关闭矿井日益增多和相关技术的发展，国内关于关闭矿井研究也逐渐得到重视。河北省是个煤炭大省，开发时间长、强度大。煤炭的开发为国民经济发展带来了巨大财富，同时也产生了一些矿山问题。早期煤炭的开发，小、乱、散、粗放型开采，构成了诸如工业广场废弃、大量土地压占、矿山地质环境治理等后矿山问题[1-2]。随着煤炭资源枯竭、开采安全限制及国家淘汰落后产能和化解过剩产能政策的实施，河北省大量煤矿被关闭，煤炭企业对关闭矿井再利用意识淡薄，多数矿井直接关闭或废弃，未开展关闭矿井资源的再开发利用，不仅造成资源的巨大浪费，还有可能诱发后续的安全、环境及社会等问题[3]。开展关闭煤矿地质环境治理与资源利用模式研究，不仅能够减少资源浪费、变废为宝，提高剩余资源开发利用效率，而且可为相关煤矿企业提供一条转型发展路径[4]。如何充分利用关闭煤矿的各种资源，对矿区可持续发展具有重要意义。

本次主要通过调查分析河北省118个关闭煤矿，主要集中在峰峰、邯郸、邢台、井陉、蔚县、宣下、开滦、兴隆等矿区。笔者依据关闭煤矿的资源禀赋及利用可行性，提出河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用模式，并为后续资源开发利用提出相应问题与建议。

1 国内外关闭煤矿资源再利用模式

1.1 国外煤矿资源再利用

国外早在20世纪中叶就开始探索关闭矿井资源再利用问题，积累了博物馆、矿山地质公园、物资储备、瓦斯利用、矿井水资源利用等开发技术和实践经验，开拓形成了矿山公园、地下空间利用、水热联用、瓦斯利用等关闭煤矿资源化利用的模式[4-8]。例如，德国鲁尔工业区开发了博物馆、公共游憩空间利用等资源再利用模式，在北杜伊斯堡景观公园和“北极星公园”进行应用，许多废弃矿山排土场上已经实施了风力发电项目[6]；荷兰对大型煤矿进行水热联用等模式开发，在奥兰治纳苏Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ 3座大型煤矿进行应用，2014年海尔伦煤矿进入“矿井水3.0”时代[4]；2017年，德国煤炭巨头鲁尔集团将Prosper-Haniel 煤矿改造成一个抽水蓄能设施，改造工程将通过在煤矿上下层建设蓄水池实现[4]；德国利用废弃矿井处置了低中放射性废物1.988万m3（约12.5万桶），美国利用关闭矿井地下空间建立了第1个地下文件存储中心，是废弃矿井地下空间资源利用的典型案例[7-8]；英国对关闭的300座地下煤矿中的30座进行废弃煤矿瓦斯开发利用，其中，以凯灵利(Kellingley)废弃煤矿和曼斯菲尔德废弃煤矿(皇冠农场煤矿)瓦斯开发利用项目最为代表[9]。近年来，基于环境保护和资源能源转型升级的新要求，综合利用技术、措施和手段不断更新，信息化、科技化、产业化和商业化模式不断创新，一些资源枯竭型城市资源再利用的开发典型案例增多，形成了农林用地、建设用地、水域综合利用、遗留物资利用、矸石利用等新的再利用模式，为我国关闭/废弃矿井资源的综合利用提供了经验。

1.2 国内关闭煤矿资源再利用案例

我国在矿山生态修复方面积累了大量经验，但关闭煤矿资源开发利用研究起步较晚，国内关闭煤矿开发利用主要体现在矿山公园、地下水库、瓦斯利用等方面[3,9-18]，见表1。

1.3 关闭煤矿资源再利用模式

通过对国内外煤矿资源再利用典型案例[19-21]进行归纳，总结出8种主要再利用模式，见表2。

2 河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用推荐模式

2.1 关闭煤矿分类

1) 按关闭原因分类

河北省2015年前煤矿关闭主要为资源枯竭型和淘汰落后产能型，其中“十二五”期间关闭小煤矿237座，淘汰落后产能1 650万t/a。2015年后，按照国家供给侧结构性改革部署开始实施化解过剩产能，近五年实际关闭煤矿139座。

表1 国内煤矿资源利用典型案例

表2 关闭煤矿资源主要再利用模式

2) 按生产能力分类

考虑时限性等实际情况，研究工作主要针对河北省近5年关闭煤矿，其中大型煤矿为7座，中型煤矿为23座，小型煤矿为109座。本次研究区内实际调查关闭煤矿为118座，其中大中型煤矿30座。

3) 按经营实体身份分类

具体可分为国有煤矿、集体煤矿(地方煤矿)及个体煤矿。据调查，关闭煤矿开采经营实体身份的不同，关闭煤矿档案也千差万别。国有煤矿档案资料真实、正规、数据可靠，且资料的保存时间相对较长；个体煤矿因管理不够严谨，档案资料杂乱且误差较大，且大多数资料保存不全。

2.2 关闭煤矿资源调查

通过对河北省主要矿区118个关闭煤矿重点调查，初步掌握了研究区主要关闭煤矿剩余煤炭资源、土地、煤层气(瓦斯)、遗留物资、矿井水、地下空间、煤矸石等资源情况。其中，主要关闭煤矿剩余资源量大于0.5亿t矿井为16处，剩余煤炭总量约19.93亿t；压占土地资源约22.84 km2(含工业广场、矸石山(堆)、矿山道路等)；高瓦斯矿井5处；矿井水文地质类型为复杂–极复杂矿井6处，主要关闭煤矿采空区水位恢复稳定后预计积水总量约1.04亿m3；地表沉陷积水11处，面积约3.87 km2；遗存岩巷、井底车场及斜井空间约380万m3，采空区稳沉后预测总容积约1.06亿m3；遗存煤矸石约1 446万m3。

2.3 关闭煤矿可利用资源类型划分

通过归纳总结国内外煤矿生态修复与资源利用模式，并结合实地调查得出，河北省关闭煤矿可利用资源类型主要为土地(农林用地、建设用地)、水、剩余煤炭、煤层气、遗留物资、地下空间、煤矸石等资源。本次研究通过细化治理与利用模块、子模块，分析资源利用方法及适用性，见表3。

表3 关闭煤矿资源利用类型详细情况

2.4 推荐模式原则及选择因素

依据矿山地质环境影响程度、问题类型及区位差异，本着因地制宜、综合整治、宜耕则耕、宜林则林、宜渔则渔、宜草则草、宜工则工、宜景则景的原则和治理预期效果，按照保证安全、生态优先，因地制宜、因矿施策和多元治理、整体推进的模式选择原则，提出适合不同关闭煤矿的资源利用模式，从而实现社会、经济和生态效益“多赢”目的[19]。

推荐模式的选择要综合考虑关闭煤矿背景条件和资源开发利用条件。其中背景条件主要包括自然环境、人文环境、采矿遗迹、历史文化、社会文化等，资源开发利用条件包括资源禀赋、经济发展水平、交通通达度、市场距离、生态环境因素和地质环境安全等，详见表4。

2.5 推荐模式分类

依据利用模式和治理预期效果，按照土地资源、水资源、遗存资源、空间资源等进行分类，将河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用推荐模式主要分为7类19种，详见表5。

2.6 不同矿区推荐模式

依据自然环境等关闭煤矿背景条件和资源禀赋等资源开发利用条件，在资源类型划分、模式选择因素初步分析的基础上，结合实地调查，对本次研究的118个关闭煤矿提出推荐利用模式。其中，适合建设用地模式的煤矿40个(同一个关闭煤矿在同一个单项推荐模式中可能符合多个利用方向，下同)、农林用地模式88个、塌陷水域综合利用10个、矿山公园模式11个、剩余煤炭利用12个、瓦斯利用9个、热能利用5个、遗留物资利用26个、井下空间利用模式7个、矸石利用模式24个，详见表6。

表4 关闭煤矿资源再利用推荐模式选择因素

表5 河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用推荐模式分类

表6 河北省主要矿区关闭煤矿资源推荐模式

注：同一个关闭煤矿在同一个推荐模式中可能符合多个利用方向。

3 资源综合利用存在问题

1) 支撑条件不足

多数矿井直接关闭或废弃，未开展相关资源调查与评价，不仅造成资源浪费，在一定程度上极可能引发环境、生态及安全问题[18]。

2) 安全评价

煤矿直接关闭后极易引发地质灾害问题，如塌陷、矿井水隐患、采空区瓦斯逸出而带来的安全隐患等[22]。亟需构建一套可量化的资源综合利用安全评价体系，需要对关键性指标进行选取[23]，尤其要对关闭煤矿的采掘历史、地质背景、资源条件等指标进行先期梳理与掌握。在各风险因素研究的基础上形成安全与风险评价技术标准，指导关闭煤矿资源综合开发利用。

3) 支持政策和管理办法欠缺

诸如剩余煤炭资源地下气化、矿井水利用等，资源再利用等监测系统少，监督管理及综合利用缺乏有效的依据和标准，目前支持政策和管理办法仍欠缺。需要相关部门出台系列支持政策和管理办法，简化审批程序，向资源利用倾斜。

4) 资源调查、评价与利用技术指南欠缺

资源再利用离不开调查、评价与资源利用技术等工作，亟需构建关闭地下矿井地表形变预测方法及柱式采空区煤柱稳定性评价方法[13]，研发关闭矿井地质灾害治理关键技术与材料，保障关闭地下矿井地面建构筑物及土地再利用安全，以促进关闭矿井地质环境监测、调查、评价、资源再利用、环境管理方面规范化。

4 建议

a. 积极推进关闭煤矿资源利用典型项目建设。先期资源专项调查的基础上，对利用前景好的资源进行开发利用可行性研究。并积极推进资源再利用典型项目建设，率先在资源条件好、建设成本低、市场消纳条件好的地区，确定一批典型项目建设，形成以点带面开发利用格局。

b. 及时、切实掌握关闭煤矿综合信息。煤矿关闭后，主副井基本永久封闭，地表水、地下水、矿井水监测网络缺乏，缺少动态监测数据。同时，关闭煤矿的数量、地质环境问题、资源利用情况也会随着时间发生变化，经过5～10 a后需要进一步调查并更新数据，切实掌握关闭煤矿的综合信息，为资源的精准利用和规划部门提供决策支持。

c. 完善关闭煤矿资源调查与评价技术指南。关闭煤矿资源调查与评价技术指南需要尽快编制与应用，争取早日形成企业或行业标准。

d. 开展相关治理工程，做好与资源利用的统筹。主要包括地质灾害、地形地貌景观破坏、含水层破坏等防治工程，加强灾害监测、矸石堆放场治理、景观生态恢复、土地复垦、植被重建以及地下水动态监测等工作。相关工作应与资源综合利用工作相协调。同时关闭煤矿生态修复工程应纳入区域生态修复规划及山水规划中去。

e. 加强科技投入，加强关键技术研发。剩余煤炭和瓦斯开发再利用、地下水污染防控与矿井水综合利用、地下空间利用等技术创新，为实现绿色闭坑提供技术支撑。关注关闭煤矿立体空间协调开发与绿色产业生态发展，研究矿区地下特定空间协同利用、地上地下生态空间开发以及矿区地面特色小镇开发等模式。

f.树立矿井全生命周期理念，实现环境持续改善和资源开发的绿色接替，重视矿业资产的后周期管理，完善闭坑管理。随着科技进步，逐步将资源开发和环境保护纳入一个统一体系。对即将关闭的矿井，尽快开展关闭矿井资源再利用规划，充分衔接生态环境保护相关规划，提前编制资源再利用及生态修复方案，提前谋划资源再利用相关手续。应选择生态敏感性较弱、资源丰富、区位条件优越、符合当地经济社会发展需求、便于协调开发利用的关闭煤矿作为重点研究对象，开展资源综合利用工业性试验和示范工程，系统构建关闭煤矿资源评价体系，实现关闭煤矿资源利用与生态保护协同发展。

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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

语音讲解

P62；X752

A

1001-1986(2021)06-0113-08

2021-07-03；

2021-09-16

河北省省级一般公共预算财政资金项目(343-0401-JBN-BEWQ，343-0402-YQN-7IAY)

殷全增，1965年生，男，河北邢台人，正高级工程师，从事煤田地质、物探等工作. E-mail：13931909280@126.com

陈中山，1983年生，男，甘肃定西人，高级工程师，从事煤田地质、物探等工作. E-mail：583594023@qq.com

殷全增，陈中山，冯启言，等. 河北省主要矿区关闭煤矿资源再利用模式探讨[J]. 煤田地质与勘探，2021，49(6)：113–120. doi: 10.3969/j.issn.1001-1986.2021.06.014

YIN Quanzeng，CHEN Zhongshan，FENG 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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(责任编辑 范章群)