關(guān)閉礦山地下空間資源定量評估與再利用途徑

吉 莉，劉 峰，尚建選，董霽紅，黃艷利

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院，江蘇 徐州 221116；2 中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院，江蘇 徐州 221116；3.中國煤炭學(xué)會，北京 100013；4.陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710065；5.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221116)

0 引 言

礦產(chǎn)資源是人類賴以生存的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，開發(fā)利用礦產(chǎn)資源對人類社會的進(jìn)步起到巨大推動作用[1-2]。但同時礦產(chǎn)開采導(dǎo)致的地質(zhì)擾動及災(zāi)害、地形地貌、自然景觀、生態(tài)環(huán)境、土質(zhì)水系、人居安全健康等方面的負(fù)面效應(yīng)已在經(jīng)濟(jì)及工業(yè)發(fā)達(dá)國家、地區(qū)受到高度重視[3-4]，大量低效、污染的礦山企業(yè)被迫淘汰并引發(fā)關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型理念、機(jī)制、規(guī)范與實(shí)踐創(chuàng)新[5]。

據(jù)統(tǒng)計，2018年世界范圍內(nèi)關(guān)閉/廢棄礦山的數(shù)量超過100多萬座[6]，主要分布在北美、歐洲、南非、澳洲和東亞等地區(qū)。僅以加拿大安大略省為例，約有6 000座報廢礦井和近7 000座采空采石場和露天礦井[7]。自20世紀(jì)中葉開始，美國、加拿大、英國、德國等采礦業(yè)發(fā)達(dá)或地下空間開發(fā)技術(shù)相對先進(jìn)的國家率先開展了礦山關(guān)閉研究與實(shí)踐熱潮[8]，有效地降低了礦山關(guān)閉帶來的不利影響和沖擊。進(jìn)入21世紀(jì)，在全球關(guān)閉礦山數(shù)量急劇增加的現(xiàn)實(shí)壓力以及可持續(xù)發(fā)展與綠色經(jīng)濟(jì)理念推動下，國際組織和相關(guān)學(xué)者針對廢棄礦山與資源能源再生利用研究與實(shí)踐逐步拓展，積累了大量廢棄礦山轉(zhuǎn)型模式案例、理論體系和法律規(guī)范。針對礦山關(guān)閉造成一定程度的資源浪費(fèi)、資源轉(zhuǎn)型利用率低、生態(tài)環(huán)境受損等突出問題，如何科學(xué)開發(fā)利用關(guān)閉礦山資源，促進(jìn)資源枯竭型礦區(qū)轉(zhuǎn)型，已成為當(dāng)今世界能源環(huán)境領(lǐng)域的重要議題[9]。

中國是世界采礦大國之一，礦產(chǎn)資源豐富，已探明儲量的礦產(chǎn)多達(dá)148種，各類大中型礦山企業(yè)8萬余個[10]。隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和煤炭資源的持續(xù)開發(fā)，部分礦井已到達(dá)其生命周期終點(diǎn)，也有部分落后產(chǎn)能礦井因開采成本高、虧損嚴(yán)重，面臨關(guān)閉或廢棄。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅“十二五”期間就已在全國范圍內(nèi)淘汰落后煤礦7 100處，淘汰落后產(chǎn)能達(dá)5.5億t/a[11]，預(yù)計到2030年，我國廢棄礦井?dāng)?shù)量將達(dá)到1.5萬處[12]。以山西省為例，2005—2017年，累計關(guān)閉退出礦山約3 375座[13]。這些礦井在過去數(shù)十年的開采中，形成大體量的地下空間，傳統(tǒng)的封井措施必然會造成巨大的地下空間資源浪費(fèi)，致使井下上百億固定資產(chǎn)驟變?yōu)榱鉡14]。

然而針對關(guān)閉后的礦山應(yīng)如何發(fā)展，如何采用有效的模型方法與技術(shù)手段科學(xué)評估與管理剩余資源，國內(nèi)仍缺乏統(tǒng)一的理論框架與參考范例。因此，本文闡述了關(guān)閉礦山地下空間資源類型，針對不同資源類型給出可用空間估算方法，并從生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益3方面選取指標(biāo)構(gòu)建礦山轉(zhuǎn)型效益綜合評價指標(biāo)體系，得到礦山轉(zhuǎn)型綜合效益最大化。研究可為量化關(guān)閉礦山地下空間資源提供理論基礎(chǔ)與方法參考，并為其他關(guān)閉/廢棄礦井企業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型脫困和可持續(xù)發(fā)展提供切實(shí)可行的轉(zhuǎn)型藍(lán)本和參考范例。

1 關(guān)閉/廢棄礦山轉(zhuǎn)型相關(guān)研究

1.1 關(guān)閉/廢棄礦山涵義

國內(nèi)一般將“關(guān)閉礦山”定義為資源枯竭、地質(zhì)條件復(fù)雜、宏觀調(diào)控、市場影響、經(jīng)營狀況等造成的永久性停產(chǎn)礦山企業(yè)[15-16]。此外，也有部分學(xué)者將“關(guān)閉礦山”與“廢棄礦山”、“關(guān)停礦山”概念等同，并將其定義為“因采礦活動而導(dǎo)致的原地貌被破壞或者被占用，而產(chǎn)生的露天采礦場、塌陷區(qū)、排土場及尾礦庫等無經(jīng)濟(jì)價值的土地”[17]。國外對“關(guān)閉礦山”這一概念有數(shù)個術(shù)語來解釋，簡稱閉礦，通常被譯為“closed mine、mine closure、abandoned mine、disused mine、disused mine、shut-down mine”以及“discarded mine”等，查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，以“mine closure[18-19]”和“abandoned mine[20-21]”釋義最為普遍。

1.2 關(guān)閉礦山理論方法與技術(shù)體系

國外礦山多為露天礦，相應(yīng)的礦山關(guān)閉主要涉及環(huán)境保護(hù)、土地復(fù)墾和社會公眾等問題，其中礦區(qū)土地恢復(fù)是核心內(nèi)容，另外，社會公眾磋商和參與問題也需要給予足夠重視。美國、英國、加拿大、澳大利亞、德國等國已經(jīng)歷煤礦大規(guī)模開發(fā)和關(guān)閉的過程，這些國家非常重視關(guān)閉煤礦理論研究和管理模式的創(chuàng)新，已形成相對完善的關(guān)閉礦山修復(fù)理論框架和技術(shù)體系[22]，包括閉礦計劃、利益相關(guān)方參與、財經(jīng)保障、閉坑方法及標(biāo)準(zhǔn)、采后監(jiān)測及維護(hù)、責(zé)任交接等核心要素，且礦山關(guān)閉理念貫穿于礦業(yè)項(xiàng)目全生命周期過程，如圖1所示。

圖1 全生命周期的關(guān)閉礦山框架體系Fig.1 Framework system of closed mines for whole life cycle

國內(nèi)針對關(guān)閉礦山理論與技術(shù)體系研究起步較晚，但發(fā)展迅速，涉及內(nèi)容主要包括廢水治理規(guī)劃、固體廢棄物治理規(guī)劃、排土場治理規(guī)劃、氣體災(zāi)害和粉塵防治規(guī)劃、采礦塌陷防治規(guī)劃、礦區(qū)土地復(fù)墾規(guī)劃、閉礦景觀生態(tài)規(guī)劃等。在長期探索過程中，國內(nèi)科研機(jī)構(gòu)和相關(guān)學(xué)者針對關(guān)閉礦山地上/下空間資源化利用理論框架和技術(shù)體系也進(jìn)行了初步探索和研究，如圖2所示。在此基礎(chǔ)上，明確了關(guān)閉礦山資源化利用關(guān)鍵技術(shù)，包括關(guān)閉礦山長期安全評價與監(jiān)測、長期環(huán)境評價與監(jiān)測、開拓巷道空間利用技術(shù)等。

圖2 國內(nèi)關(guān)閉礦山資源利用理論框架與技術(shù)體系Fig.2 Theoretical framework and technical system of resource utilization of closed mines in China

2 關(guān)閉礦山地下空間資源定量評估

2.1 關(guān)閉礦山地下資源類型特征

2.1.1 關(guān)閉礦井地下資源類型

關(guān)閉礦山地下資源種類眾多，主要包括空間資源、井下設(shè)備、殘留煤炭資源等，見表1。井下空間主要有井筒、巷道、硐室及采空區(qū)等空間資源。井下設(shè)備主要包括井下采掘設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、排水設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備等。我國90%以上礦井為井工礦，煤炭資源的開采導(dǎo)致覆巖含水層破壞，為保證安全生產(chǎn)，礦井水必須大量排出，若這些礦井水不加處理直接排出，會污染地表湖泊、河流、水庫、池塘等，導(dǎo)致地表生態(tài)環(huán)境惡化。同時關(guān)閉煤礦還有因開采需要而殘留的煤炭資源。因此，隨著關(guān)閉礦井?dāng)?shù)量的大幅度增加，解決關(guān)閉礦井資源的轉(zhuǎn)型利用問題迫在眉睫。

表1 關(guān)閉礦井地下資源類型Table 1 Types of underground resources in closed mines

2.1.2 關(guān)閉礦山地下空間類型

煤礦閉井后通常會形成各類地下空間，這些地下空間包括工作面原有生產(chǎn)系統(tǒng)形成的各類井巷及煤炭開采形成的各種采空區(qū)。

①井筒：是礦井通往地面的主要進(jìn)出口，其斷面大小決定了礦井用途、井型、服務(wù)年限，在煤礦建設(shè)和生產(chǎn)中為井下提供各種動力支持和生命保障[23]。②巷道：是地表與礦體間鉆鑿出的各通路，用來運(yùn)煤、通風(fēng)、排水、行人及為設(shè)備采出煤炭開鑿的各種必要準(zhǔn)備工程[24]。③硐室：在設(shè)計之初通常會采用高強(qiáng)度的支撐材料和特殊的結(jié)構(gòu)形式，因此服務(wù)年限較長，礦井關(guān)停后，未來空間利用率較高。④采空區(qū)：由人為挖掘產(chǎn)生的“空洞”，采空區(qū)的存在使礦山安全生產(chǎn)面臨很大的安全問題[25]。

2.2 井下巷道可利用空間估算

巷道斷面形狀主要包括半圓拱形、圓形拱形和梯形，形狀規(guī)則見表2[26]，井下不同類型巷道可利用空間可根據(jù)式(1)計算：

表2 不同類型巷道規(guī)格及斷面計算Table 2 Different types of roadway specifications and section calculatiuon

(1)

式中：V為巷道可利用空間；S為巷道凈斷面積；L為巷道長度；i為巷道條數(shù)。

2.3 煤礦采空區(qū)可利用空間估算

1)煤炭采出體積V。煤炭采出體積V、地表沉陷體積V1、巖石卸壓膨脹體積V2及工作面采空區(qū)地下空間體積V3存在如式(2)的關(guān)系[27]：

V=V1+V2+V3

(2)

煤炭采出體積V可根據(jù)每年煤炭產(chǎn)量除以平均密度計算。

2)地表沉陷體積V1。地表沉陷體積V1與地表下沉系數(shù)η相關(guān)[28]，如式(3)所示：

V1=Vη

(3)

3)巖石卸壓膨脹體積V2。巖石卸壓膨脹體積V2可根據(jù)地下空間總量與膨脹系數(shù)K計算[29]，如式(4)所示：

V2=V3K

(4)

4)工作面采空區(qū)地下空間體積V3。

V3=V-V1-V2=V-Vη-V3K=

(5)

2.4 井下殘留煤炭資源估算

根據(jù)垂直剖面法計算保安煤柱，繼而計算殘余煤炭資源量[30]，具體計算如式(6)所示。

(6)

式中：M為估算煤柱資源量；D為煤柱寬度；L為估算煤柱長度；H′為煤層厚度；λ為煤的容重；i′為煤柱數(shù)量。

3 關(guān)閉礦山地下空間轉(zhuǎn)型利用路徑

3.1 不同資源利用模式

國內(nèi)外學(xué)者對礦山轉(zhuǎn)型研究較多，通過分析總結(jié)，礦山地下轉(zhuǎn)型主要有3個模式，包括地下資源再利用模式、生態(tài)發(fā)展模式和經(jīng)濟(jì)開發(fā)利用模式。地下資源再利用模式包括礦產(chǎn)資源再利用模式、水資源再利用模式、可再生能源利用模式、可再生能源儲存模式、地?zé)豳Y源利用模式；生態(tài)發(fā)展模式包括地下特種養(yǎng)殖、地下農(nóng)業(yè)、生態(tài)景觀模式；經(jīng)濟(jì)開發(fā)利用模式包括礦業(yè)旅游開發(fā)模式、地下倉儲模式、地下實(shí)驗(yàn)室、地下療養(yǎng)中心、地下工業(yè)模式。礦山地下空間利用模式具體內(nèi)容見表3[31-33]。每一種利用模式需要礦山滿足不同的條件，如德國巴特-克勞伊次納赫小城利用一個汞礦的天然放射性氡氣建立了世界上第一條地下氡氣通道，使用氡氣給游客治病。同時隧道內(nèi)還設(shè)有不同溫度的療養(yǎng)區(qū)，游客可嘗試“放射性蒸汽浴”。

表3 關(guān)閉礦山地下空間利用模式Table 3 Utilization mode of underground space in closed mines

3.2 關(guān)閉礦山地上/下綜合轉(zhuǎn)型方案選擇依據(jù)

根據(jù)礦井地下工程情況、地質(zhì)風(fēng)險、地表變形、地下空間體積、關(guān)閉礦山年限、采掘方式、區(qū)域發(fā)展排名、閉礦后維持人數(shù)、區(qū)域特色，選擇轉(zhuǎn)型方案，使轉(zhuǎn)型后的發(fā)展更加符合當(dāng)?shù)貙?shí)際。如地下觀光旅游開發(fā)對礦山地質(zhì)條件有一定要求，需要礦山圍巖穩(wěn)定，支護(hù)條件好，適合具有一定規(guī)模，地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定且安全系數(shù)較高，區(qū)位條件較為便捷的關(guān)閉礦山試行；地下存儲對礦井深度、礦區(qū)及周圍地質(zhì)構(gòu)造有較高要求，如果利用礦井的巷道、硐室等井下空間，其穩(wěn)定性和使用壽命也是必須考慮的因素，存放放射性廢物等工業(yè)廢物時，還需考慮放射性廢物與周圍巖層環(huán)境是否會產(chǎn)生理化反應(yīng)、廢物存放環(huán)境可能發(fā)生的變化等因素；地下能源及伴生能源的開發(fā)除了要考慮礦山自身資源稟賦、地質(zhì)條件外，還要考慮市場導(dǎo)向。礦區(qū)內(nèi)環(huán)境質(zhì)量較好、交通便利、基礎(chǔ)設(shè)施完善且附近有成熟景區(qū)的關(guān)閉礦山應(yīng)以休閑度假模式為轉(zhuǎn)型利用方向；采煤塌陷區(qū)容易造成積水的廢棄礦區(qū)應(yīng)以濕地恢復(fù)為主；地理區(qū)位差、復(fù)墾對土地資源數(shù)量改善有限、開采面無特殊景觀價值、新景觀資源也無法拓展的廢棄礦區(qū)應(yīng)首選植被恢復(fù)模式。關(guān)閉礦山可選擇的轉(zhuǎn)型方案并不單一，綜合效益最大化是方案選擇的標(biāo)準(zhǔn)。

礦山轉(zhuǎn)型綜合效益是指礦山企業(yè)為了尋求可持續(xù)發(fā)展，將廢棄礦井資源充分利用，再因地制宜轉(zhuǎn)型為其他發(fā)展模式過程后產(chǎn)生的多種效益，具體可劃分為生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益[34]。

生態(tài)效益是指關(guān)閉礦井通過開發(fā)利用帶來生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善，主要表現(xiàn)在涵養(yǎng)水源、保持水土、凈化環(huán)境等方面[35]。經(jīng)濟(jì)效益是最易獲取的數(shù)據(jù)和進(jìn)行量化的效益，主要來自于工業(yè)文化旅游，衡量指標(biāo)為礦山轉(zhuǎn)型投產(chǎn)初期政府的補(bǔ)貼、發(fā)展工業(yè)旅游后各景點(diǎn)門票收入及旅游業(yè)帶動當(dāng)?shù)夭惋嫎I(yè)發(fā)展的餐飲收入。社會效益是某種社會活動所產(chǎn)生的社會效果和影響，是一種間接效益。社會效益需要借助社會活動才能反饋于社會，衡量指標(biāo)主要為擴(kuò)大就業(yè)、提升城市形象、提高發(fā)展水平這3方面。

3.3 關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評估指標(biāo)體系構(gòu)建

關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評估需要依賴合理的評價指標(biāo)體系，科學(xué)設(shè)置評估指標(biāo)是客觀評價與反映礦山轉(zhuǎn)型綜合效益高低的重要基礎(chǔ)。這些評估指標(biāo)可反映礦區(qū)轉(zhuǎn)型過程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益，還可以反映礦區(qū)在轉(zhuǎn)型時的多目標(biāo)特征，如追求綜合效益最大化。

3.3.1 指標(biāo)體系的構(gòu)成

合理的關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評估指標(biāo)體系是基于關(guān)閉/廢棄礦山轉(zhuǎn)型發(fā)展的基礎(chǔ)理論，運(yùn)用全面的評價方法與手段，從多維度、多方面選取能夠反映礦山轉(zhuǎn)型帶來綜合效益的相關(guān)指標(biāo)。首先，按經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益3個劃分標(biāo)準(zhǔn)，并根據(jù)科學(xué)、可行的原則選擇合適指標(biāo)，最后構(gòu)建詳細(xì)的評價指標(biāo)體系。指標(biāo)選取時需堅(jiān)持指標(biāo)體系構(gòu)建原則，廣泛參考國內(nèi)外各研究機(jī)構(gòu)及學(xué)者的相關(guān)研究，結(jié)合礦山轉(zhuǎn)型應(yīng)用實(shí)踐，選擇具有代表性的典型礦山轉(zhuǎn)型項(xiàng)目，挑選并逐步細(xì)分指標(biāo)。

3.3.2 指標(biāo)體系的權(quán)重確定

評估指標(biāo)體系中每一個指標(biāo)的權(quán)重賦值對準(zhǔn)確評價關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型綜合效益尤為重要。層次分析法是一種定性與定量相結(jié)合的決策方法，該方法與綜合效益評估指標(biāo)體系特點(diǎn)相吻合，能夠?qū)υu估指標(biāo)進(jìn)行合理賦權(quán)，因此采用層次分析法計算各類指標(biāo)權(quán)重[36]。兩兩比較每一層次中各元素來判斷元素的相對重要性，構(gòu)造判斷矩陣。通過計算，確定評價指標(biāo)相對重要性的總體排序。

3.3.3 礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評價模型

1)分析綜合效益評價指標(biāo)系統(tǒng)中各因素間的相互關(guān)系，構(gòu)造層次分析結(jié)構(gòu)模型。評估指標(biāo)體系包括3部分，第1部分是目標(biāo)層(D)，只有一個因素，反映礦山轉(zhuǎn)型綜合效益的水平；第2部分是準(zhǔn)則層(P)，是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)層的中間環(huán)節(jié)，包含生態(tài)效益指標(biāo)P1、社會效益指標(biāo)P2、經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)P3；第3部分是指標(biāo)層(A)，包含涵養(yǎng)水土a11、凈化水源a12、凈化環(huán)境a13、擴(kuò)大就業(yè)a21、提升城市形象a22、提高發(fā)展水平a23、政府補(bǔ)貼a31、門票收入a32和餐飲業(yè)發(fā)展a33在內(nèi)的9個描述性和評估性指標(biāo)。礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評價指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評價指標(biāo)體系層次結(jié)構(gòu)Fig.3 Hierarchical structure chart of comprehensive benefit of evaluation index system for mine transformation

2)兩兩比較同一層次中要素與上一層次中某一準(zhǔn)則的重要性，形成矩陣進(jìn)行判斷。n個因素對準(zhǔn)則P的相對權(quán)重C，并通過一致性檢驗(yàn)。

3)被比較的因素對某一準(zhǔn)則的相對權(quán)重采用判斷矩陣計算。通過調(diào)查問卷獲得各指標(biāo)值，將指標(biāo)權(quán)重與指標(biāo)值相乘，得到轉(zhuǎn)型方案的綜合效益值，選擇綜合效益最大值的方案作為礦區(qū)轉(zhuǎn)型的最佳路徑。

4 渭河流域某礦地下資源評估與再利用途徑

4.1 渭河流域某礦地下空間資源概況

渭河流域某礦井關(guān)閉后，井下資源種類眾多，其中，井下可用空間主要包括主副斜井井筒，一水平運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷，井底車場、中央水泵房和通道、材料庫等硐室，以及井下殘留煤炭資源。

礦井主斜井凈寬4.0 m，凈高3.2 m，凈斷面積11.1 m2，斜長820 m。副斜井凈寬4.4 m，凈高3.25 m，凈斷面積12.2 m2，斜長561 m。根據(jù)計算可得該礦山井下可利用空間為1.18×105m3。包括：①礦井井筒可利用空間約為1.6×104m3。②一水平運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷可利用空間約為8.1×104m3。③井底車場及主要硐室可利用空間約為2.1×104m3。

此外，該礦區(qū)遺留煤炭資源主要包括井田內(nèi)鐵路和河流、水庫、工業(yè)廣場及村莊保護(hù)煤柱、工作面保護(hù)煤柱，經(jīng)計算總殘留煤炭資源量達(dá)5 600萬t。礦區(qū)地表無明顯變形，地下工程完全停滯，地質(zhì)風(fēng)險屬于低易發(fā)區(qū)，地表水系和地下水較為豐沛，采掘方式為斜井開拓，距離縣城145.5 km，關(guān)閉礦山年限3.8 a?；诘V區(qū)地下資源概況，該礦區(qū)地下資源轉(zhuǎn)型可選方案為地下倉儲和井下旅游。

4.2 渭河流域某礦轉(zhuǎn)型綜合效益評價

4.2.1 層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)該礦井的資源特點(diǎn)，參考國內(nèi)外有關(guān)指標(biāo)選取，設(shè)計目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。

4.2.2 建立判斷矩陣并確定權(quán)重

根據(jù)綜合效益評價層次結(jié)構(gòu)模型，建立判斷矩陣；利用層次分析法得到各指標(biāo)的權(quán)重分配，見表4。

表4 礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評價指標(biāo)權(quán)重匯總Table 4 Weight of evaluation index of comprehensive benefit for mine transformation

4.2.3 確定評價因素

根據(jù)廢棄礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評價指標(biāo)體系，設(shè)：

Z=(P1，P2，P3)=(生態(tài)效益指標(biāo)，社會效益指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo))，其中，Z為轉(zhuǎn)型綜合效益。P1=(a11，a12，a13)=(涵養(yǎng)水源，保持水土，凈化環(huán)境)，P2=(a21，a22，a23)=(擴(kuò)大就業(yè)，提升城市形象，提高發(fā)展水平)，P3=(a31，a32，a33)=(政府補(bǔ)貼，門票收入，餐飲業(yè)發(fā)展)。

4.3 地上/下綜合轉(zhuǎn)型方案效益

4.3.1 礦山轉(zhuǎn)型方案

根據(jù)該礦的區(qū)域位置和資源特征，提出3種地上+地下的轉(zhuǎn)型方案。

1)礦山公園+度假村模式。礦區(qū)內(nèi)部配套設(shè)施完善，地理位置優(yōu)越，交通便利，周邊擁有配套設(shè)施景區(qū)，根據(jù)這些特點(diǎn)將礦區(qū)打造成礦山公園或者旅游度假村進(jìn)行旅游資源開發(fā)。該轉(zhuǎn)型方案不僅可以體現(xiàn)礦業(yè)發(fā)展史內(nèi)涵，還可以保護(hù)工業(yè)遺跡。

2)礦山公園+礦山博物館。礦區(qū)經(jīng)長期開采，形成了豐富的工業(yè)遺跡和人文歷史，礦區(qū)內(nèi)設(shè)備保存完備，將礦區(qū)轉(zhuǎn)型成集礦山公園和礦山博物館為一體的模式，具備研究價值和教育功能。從礦業(yè)遺跡展示、公園綜合服務(wù)、科教互動體驗(yàn)等功能出發(fā)，建立國家礦山公園和礦山博物館。

3)礦山博物館+地下物資儲備。礦區(qū)地下空間資源豐富，利用礦井的特殊性質(zhì)，可將礦井地下空間打造成地下溫室，用來儲存和保鮮蔬菜水果、養(yǎng)殖和種植特種動植物(如適合在陰暗潮濕的環(huán)境中生長的動植物)、或者儲藏特種物質(zhì)；也可進(jìn)行地下水庫建設(shè)和礦井地下水儲存利用，解決西部地區(qū)實(shí)際難題。同時發(fā)展礦山博物館模式，將地上和地下空間進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，有效推動礦區(qū)轉(zhuǎn)型。

4.3.2 礦山轉(zhuǎn)型綜合效益

根據(jù)該礦的資源概況分析可知，其轉(zhuǎn)型利用符合礦業(yè)旅游開發(fā)要求，依托周邊旅游景區(qū)，該礦既可以做礦山公園，也可以利用礦區(qū)閑置建筑改建為休閑度假場所。不同開發(fā)利用模式帶來的綜合效益不同，綜合效益最大化是具體利用方案選擇的關(guān)鍵。利用層次分析法分析3種轉(zhuǎn)型模式帶來的綜合效益，尋求該礦最佳轉(zhuǎn)型方案。各指標(biāo)效益值如圖4所示。

圖4 渭河流域某礦不同轉(zhuǎn)型方案指標(biāo)效益數(shù)據(jù)Fig.4 Benefit under different transformation schemes of mine in Weihe River Basin

由圖4可知，3種轉(zhuǎn)型方案中，礦山博物館+地下物資儲備帶來的環(huán)境效益最高；礦山公園+礦山博物館帶來的經(jīng)濟(jì)效益最高。采用平均值描述各效益指標(biāo)值，見表5。根據(jù)表5得到各個指標(biāo)效益值及權(quán)重，據(jù)此計算不同方案下的綜合效益。經(jīng)計算，礦山公園+度假村模式的綜合效益Z1=3.623，礦山公園+礦山博物館的綜合效益Z2=3.748，礦山博物館+地下物資儲備庫的綜合效益Z3=3.551。通過比較，礦山公園+礦山博物館的綜合效益最大，因此，渭河流域某關(guān)閉礦山的最佳轉(zhuǎn)型方案為礦山公園+礦山博物館。

表5 不同轉(zhuǎn)型方案效益Table 5 Benefit of different transformation schemes

5 結(jié) 語

關(guān)閉/廢棄礦山地下空間轉(zhuǎn)型利用是礦井資源變廢為寶的關(guān)鍵措施，對我國實(shí)施綠色低碳循環(huán)發(fā)展具有重大意義。研究劃分了關(guān)閉礦山地下資源類型，提出不同類型井下空間計算方法和殘留煤炭資源估算方法，從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會3方面選取評價指標(biāo)，利用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，建立礦山轉(zhuǎn)型綜合效益評價模型，并以渭河流域某關(guān)閉礦山為例，定量評估該礦山地下空間資源，給出了礦山最佳轉(zhuǎn)型方案。研究響應(yīng)了國家2030年碳達(dá)峰的政策綱領(lǐng)，基于“增匯減源”的轉(zhuǎn)型路徑解決了關(guān)閉礦山企業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求，有效提高了礦山資源全生命周期利用效率，引領(lǐng)關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型發(fā)展新方向，為貫徹落實(shí)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)提供新思路。

我國關(guān)閉礦山成功轉(zhuǎn)型數(shù)量比例較低，部分轉(zhuǎn)型產(chǎn)業(yè)如地下醫(yī)療、地下國防利用等尚待突破，打造關(guān)閉礦山生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵科技尚待研究，關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型在空間、數(shù)量、新科技運(yùn)用上均有繼續(xù)探索的空間。在碳達(dá)峰和碳中和背景下，我國應(yīng)積極發(fā)展多元化關(guān)閉礦山轉(zhuǎn)型利用方向，將科技創(chuàng)新與制度保障相結(jié)合，加快關(guān)閉礦山綠色可持續(xù)轉(zhuǎn)型。