京西关停矿井开发利用规划研究

李学彬，周玉颖，张 军，朱仁静，崔永国

(1.华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心)，河北 廊坊 065201；2.北京京煤集团有限责任公司，北京 102300)

随着我国矿山资源的枯竭和开采成本的提高，很多矿山都针对转型、机制、规范问题进行了大量的探索和实践创新。截至2018年，全球已有超过一百万个被关闭/遗弃的矿山，主要分布在北美、南非、欧洲、澳洲以及东亚等地区。随着全球矿山关闭数量的迅速增长和可持续发展、绿色经济等概念的驱动，国内外有关机构和学者逐渐拓展了对关停矿山资源的回收和利用的研究和实践，总结出了一批典型案例、理论体系和法规[1]。

中国是世界上最大的矿业国家之一，拥有8万多座中大型煤矿，由于经济、社会的发展和煤矿的开采，中东部一些煤矿已经走到了寿命的尽头，也有的煤矿由于开采成本高、亏损严重，正濒临倒闭或报废。根据统计，由于产能和安全问题，在2020年关停了428座煤矿，淘汰了1.5亿t/a的矿井。到2030年，全国将有15000个煤矿被关闭[2]。煤矿的直接关闭将导致大量的资源浪费和国家财产的损失。在双碳战略、低碳、绿色、循环经济的大背景下，如何实现关停矿井资源化转变，是当前国际上的一个重大课题。但是，关于关停矿井的发展以及如何利用有效的模式和技术手段对剩余资源进行科学的评价和管理，目前还没有一个理论框架和可供借鉴的实例[3，4]。

随着地下资源的不断开发，资源必然减少甚至枯竭，无论是出于环保压力还是出于资源枯竭的压力，矿井关停是必须要面临的无奈之举[5-8]，矿井特殊地下空间是因采矿而人为开拓的地下空间，主要包括关停和废弃矿井的巷道、井底车场、硐室、采空区以及盐腔等，特殊地下空间无疑是重要资源，国际上通过战略能源储备、压缩空气储能、温室气体处置、地下功能设施建设(如地下实验室、地下工厂、地下仓库、地下电站、地下停车场等)以及地下观光旅游等方式大力推进特殊地下空间综合利用，虽然积累了一些成功的工程案例[9-12]，但总体上，如何科学规划、整体设计、合理利用特殊的地下空间，仍是一个面临极大挑战的课题。

1 京西矿井现状

京西矿区的矿井是辽、元、明、清三代的皇家矿井，承载着北京近一千年的工业文明历史[13-15]，加之京西矿区地处燕山地质的典型构造带，具有丰富的地质特征，被称为“地质百科全书”，北京新出台的城市总体规划，把京西作为首都的重要生态保育和水源地，并把西山永定河文化带作为首都的重点区域[16]。

根据北京市煤矿产能退出方案[12，17，18]，京西矿区大安山煤矿已于2019年停业煤炭开采，大台煤矿已于2020年停业煤炭开采，木城涧煤矿已于2018年退出生产。煤矿关停后，煤矿地面工业广场不仅包括机修厂、办公楼、储煤场、井架、厂房车间、绞车房、铁路装配站等工业设备，还包括食堂、宿舍、体育场、礼堂等生活设备基本闲置，同时，由于矿井长期的开采，形成了大量的井巷，这些井巷在矿井生产中起着运输人员、设备和物料的作用，具有良好的安全稳定性。因此，为了充分利用井巷，必须提前设计和配置必要的支护、监控和维护体系；为了更好地开发和利用地下空间，这些地下通道必然是新的空间发展的重要途径。

据不完全统计，京西关停煤矿将建成可利用的专用地下空间71万m3，地上工业广场77.4万m2，年产值944亿元，京西关停煤矿地面地下空间统计见表1，京西矿区煤矿地面广场布置如图1所示。

图1 京西矿区煤矿地面广场布置Fig.1 Layout of coal mine ground square in western Beijing mining area

表1 京西关停煤矿地面地下空间统计Table 1 Statistics of surface and underground space of closed coal mines in western Beijing

2 总体规划

根据京西煤矿关闭的先后次序、矿井地下空间的易用性和维护成本，初步确定京西矿区的总体发展思路是：以千军台井为起点，以木城涧矿井为核心，大安山、大台煤矿向东西二翼拓展，由浅到深，由易到难，以关停矿井的地下资源为基础，先以科研基地、科普基地、矿业博物馆等直接或改扩建利用为主，再延伸到地下生态系统的试验、地下和公共设施的示范工程，再到全民的教育、休闲、旅游等综合性业务[12]。

京西关停煤矿综合开发利用项目总体上分为三个阶段[19]，即科学规划，精诚合作，将其纳入北京总体规划，逐步引入高新技术产业、教育产业、健康产业、休闲产业、养老产业等新兴产业，形成“技术研发为引领、健康产业为龙头、文旅休闲为特色、绿色智慧能源为基础”的可持续绿色生态产业带[20]，如图2所示。

图2 京西煤矿关停矿井综合利用开发方案Fig.2 Comprehensive utilization and development planning of closed mine in western Beijing

3 京西基地建设功能定位及原则

为了贯彻落实党中央、国务院关于安全生产和突发事件的决策部署，为了适应首都职能定位的调整，加快企业的转型升级[12]，华北科技学院和北京京煤集团有限责任公司联合建设“国家级安全生产事故预控与应急处置技术实验实训和科普基地(一期)”简称京西基地，作为京西关停矿井开发利用的首期工程，力争建成国际一流的集专业实习、科学研究、培训实训、教育科普为一体的基地。总体原则：

1)以京西矿区为例，利用目前已经停产关闭的矿山设备和系统等暂停使用的资源，尽快建成安全应急研究基地。

2)在京西的研发中心，充分调动一线的安全生产技术和管理的工程技术人才，实现企业和学校的强强结合，形成优势互补的局面，不断提高安全、应急研究、学校培训的针对性和实效性。

3)将专项经费重点用于重大灾害发生机制的重现与防治典型范式研究、灾害预防控制工程模拟、安全与应急训练能力提升研究与实践、安全与应急新型教材、安全与应急素质提升理论和实践教学体系等建设，为灾害双重预防控制机制、应急处置技术和全民安全素质提升打造技术研发平台。

4)在推进煤炭产能退出过程中，减轻企业职工安置的压力，降低国有资产的损失，创新转型升级的方式，为全国煤矿关闭、退出、转型升级探索经验、提供示范。

5)京西科研中心、华科培训中心利用地理和师资队伍的优势，利用网络进行资源的互联互通，不仅能为北京的煤矿、非煤矿山等高风险行业的企业总部和所属单位提供安全、应急技术支持，还能为全国的安全、应急工作提供宣传、教育、科普和传播应急科学知识的服务。

4 京西基地建设内容及其布局特点

4.1 建设内容

京西科研中心建设内容包括应急管理信息化研发实训平台、防灾减灾救灾技术支撑平台、应急管理特色学历教育课程体系、应急实训演练及知识文化科普平台、应急管理能力培养课程体系和基础条件建设6部分，具体由26个建设模块组成[16]，如图3所示，共需要配置专业仪器、设备1827台(套)、开发课程54门(类)、图书文献(含电子图书)156套、引进培训师资180人次、改扩建工程设施1609套(项)。

图3 建设模块结构Fig.3 Construction module structure

1)防灾减灾救灾技术支撑平台建设总体方案是通过井下巷道与地面实验室的视频、音频及环境参数的网络互连实现综合实训环境，构建支撑安全发展战略价值理论、灾害预控及调查分析能力、地铁事故预防与安全运营关键技术研究、地下空间通风系统可靠性及抗灾能力模拟验证研究、灾害事故预防及调查分析评鉴及实训等功能的综合支撑技术平台。

2)应急管理信息化研发实训平台通过井下实训巷道和地面实验室综合建设，构建满足支撑应急管理数据分析、煤矿百米巷道无人掘进技术研究、地下空间灾害预控及围岩控制技术研究、矿山地质及灾害防控的技术平台。

3)应急实训演练与知识文化科普平台通过虚拟现实技术将城市灾害演示与应急救援演练、矿井知识普及、矿井水害治理模拟分析等功能结合起来，开展城市灾害事故应急演练、建筑火灾事故分析、矿井典型事故体验等实训和科普工作。

4)应急管理特色学历教育课程体系通过虚实结合的方式，依托木城涧煤矿千军台地面和井下巷道的科技研发，以木城涧煤矿千军台地上和井下巷为依托，通过“虚实相融”的应急管理专业教育课程体系，构建既满足面向本科生、研究生开展安全监管与应急管理特色课程教育，又满足全国安全监管监察干部远程虚拟实操实训、安全生产技能知识更新和安全监管监察人才培养、全民安全生产宣传教育等需求的课程体系。

5)应急管理能力培养课程体系建设主要包括三个部分：安全监管能力培养课程研发中心、煤矿安全监察能力培养课程研发中心和应急管理法律法规课程研发中心。通过网络教学、集中授课、模拟培训、实训演练等方法，加强对10余个行业领域的应急管理队伍的业务能力、行政执法能力和综合管理能力的提升。

6)基础条件建设包括师资队伍建设、信息化建设、基础设施改造和图书文献建设四个部分，建设地点为京东和京西建设，其中，信息化建设包括6个建设项目：基地智慧化运营平台、基地“一卡通”系统、信息化中心建设、智慧教室建设、教育云机房建设和视频应用系统建设。

4.2 建设布局

京西基地的建设采用了新旧结合、两地融合的模式，包括京西科研中心和京东实习基地，京西科研基地的建设与京煤集团的转型发展相结合，对京西矿区的地面、地下设施和资源进行了充分的改造，形成了比较完整的技术研究体系，并具备了相应的技术研究和开发能力；京东实训基地是一个以“互联网+”的方式，将理论研究、虚拟仿真和实战演练相融合，实现“京东”和“京西”的资源共享，提高人才培养的能力。

4.2.1 京西科研基地

京西科研基地保留原有千军台场地主要地面建筑，如联合建筑、调度中心、机修车间1、机修车间2等，依据研讨、科研、住宿、餐饮等需求进行结构加固、鉴定、功能、装修、调整、节能及消防等方面改造，成为应急办公楼、应急科研楼、应急救援技术装备检测检验中心、事故调查分析评鉴中心等，按照最大保障200名科研人员和100名其他人员生产生活服务设计的办公、就餐、住宿。

按照经济性、系统性、多样性和安全性的原则，利用千军台井+706 m水平、+570 m水平地下空间及部分保留设备构成系统完备的矿井，包括较为完善的采煤、掘进、通风、运输、提升等系统，结合实验平台的建设需求，根据矿井实际情况，开发应急装备、应急演练、科普、学员实训、实习等功能模块，各建设模块利用木城涧煤矿千军台井下巷道总长约3147 m，如图4所示。

图4 地下空间模块布置Fig.4 Layout of underground space modules

4.2.2 京东实训基地

华科南校区场地作为实验实训和科普基地选址，以南校区现有的建筑为基础，依据教学、研讨、科研、住宿、餐饮等需求进行结构加固、鉴定、功能、装修、调整、节能及消防等方面改造。

满足开展监管监察实训工作的基本条件，南校区场地现有主要地面建筑包括教学楼、食堂、1号公寓楼、2号公寓楼等，根据培训人数的要求，对1号公寓楼和2号公寓楼进行装修改造，满足300名干部培训和住宿以及50名兼职教师办公要求，同时为一定数量的学生实习实训提供条件。

在教学楼内设置了安全生产应急管理理论研究中心、应急管理特色学历教育、应急管理能力培养等相关课程体系，利用“京东”“京西”等网络资源的共享与交互，提高大学生实训与虚拟环境的实用化。

5 京西项目建设方案

2017年2月份，根据国家安监总局党组的指示，华北科技学院与京煤集团公司联合申请了安全生产预防及应急专项经费，并在华北科技学院南校区和京西煤矿关闭矿井建立了国家安全生产事故预控与应急处置技术研发实训基地(一期)，以提高安全生产技术研发水平和教学课程研发能力，同时促进京煤企业的转型升级[12]。

目前，京西项目已经完成千军台井700工业广场地形测绘、招标代理委托、可研建设方案编写、抗震检测鉴定、千军台6号宿舍楼和办公楼加固工程、造价咨询、装修改造施工图设计、部分模块招标等，正在进行井下改造计划、场地改造绿化方案及施工图设计、建设方案评审及审批等工作。

1)防灾减灾救灾技术支撑平台包括：安全生产应急管理理论研究中心、智能化检测检验平台和事故调查分析评鉴中心三个部分。通过井下巷道视频联网实训和地面实验室综合建设，构建满足支撑安全发展战略价值理论、灾害事故预防及调查分析能力的技术平台，具备开展安全生产应急管理基础理论研究、安全人文精神研究、安全发展战略宣教作品创作、灾害事故应急救援执行装备检测检验、城市灾害预控和地下工程安全关键技术研发、典型事故案例和事故调查报告分析研究、灾害事故预防及调查分析评鉴及实训功能。

2)应急管理信息化研发平台包括：灾害预控与应急管理数据分析平台、典型事故情景在线平台、煤矿百米巷道无人掘进研究系统、智能化无人值守回采工作面技术研究系统、地下工程灾害预控与支护研究系统和矿山地质及灾害防控系统5个部分。矿山地质及灾害防控系统(包括矿井水害预警系统、矿山安全地球物理探测系统和矿山地质灾害监测、监控实训系统三个子系统)。通过井下实训巷道和地面实验室综合建设，构建满足支撑安全生产数据分析、典型事故情景再现、百米巷道无人掘进技术研究、地下工程灾害预控与支护研究、矿山地质及灾害防控的技术平台，开展安全生产数据分析、典型安全事故情景再现、煤矿行道无人掘进技术、地下工程灾害预控与支护、矿山地质及灾害防控等方面研究和培训工作。

3)应急管理特色学历教育课程体系包括：三维数字化矿山仿真系统、矿井损害隐患探查和治理机制再处置技术研发系统、矿山地质综合研究系统和安全监管监察类专业人员研究测试体系建设4个部分。通过井下巷道虚拟实训和地面实验室综合建设，构建既满足面向本科生、研究生开展安全监管与应急管理特色课程教育，又满足全国监管监察干部远程虚拟实操实训、安全生产知识技能知识更新和安全监管监察人才培养、全民安全生产宣传教育等需求的课程体系。

在应急管理特色学历教育体系采用虚实结合的方式，依托木城涧煤矿千军台地面和井下巷道的科技研发，在华北科技学院南校区面向本科生、研究生和国家安全监管监察干部进行人才培养。

4)基础条件建设包括：师资队伍建设、信息化建设、基础设施改造和图书文献建设4个部分，建设地点为两地建设。信息化建设包括6个建设项目：基地智慧化运营平台、基地一卡通系统、信息化中心建设、智慧教室建设、教育云机房建设和视频应用系统建设，采购相关仪器设备共计981台。信息化建设除能满足目前业务需求之外，还应该能够满足5年内因业务增长而带来的性能需求。安全监管监察能力建设类纸质图书为实训基地提供传统文献信息和电子文献保障。

6 结 论

1)京西矿井关停后将形成71万m3的地下空间和77.4万m2的地面工业广场，近千亿资产被闲置，特别是地下空间及其设备、系统等难以有效利用，同时也造成技术及人才资料的流失。

2)京西关停矿井开发利用工程整体分为三期规划，纳入北京整体规划，多方寻求项目支持，建立产学研团队，打造以“科普教育为引领、健康产业为龙头、文旅休闲为特色、绿色智慧能源为基础”的可持续绿色生态产业带。

3)国家级安全生产事故预控与应急处置技术实验实训和科普基地(一期)工程以建设成为国际一流的集专业实习、培训实训、科学研究、教育科普为一体的基地为目标，有助于增强国家安全与应急管理能力现代化水平，促进北京京西地区文化、旅游以及京煤公司转型升级的发展，科学有效地利用地面和地下资源，提升华北科技学院安全与应急特色教学、培训、科研、社会服务水平。