关闭矿山空间资源特征解析与转型路径

董霁红，吉 莉，高华东，刘 峰，王 蕾，黄艳利

(1.中国矿业大学 环境与测绘学院，江苏 徐州 221116；2.中国矿业大学 公共管理学院，江苏 徐州 221116；3.中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州 221116；4.中国煤炭学会，北京 100013)

矿产资源是人类赖以生存的重要物质基础，开发利用矿产资源对人类社会的进步起到巨大推动作用。但同时，矿产开采也会带来地质地貌扰动、自然景观受损、生态环境与人居安全风险等负面影响。针对资源枯竭、开采成本大以及在过往长期不良发展中形成的“高位、污染、粗放、无序”被动式发展的矿井，将采取封井措施。一味选择封井不仅会造成一定程度的资源浪费，还可能诱发新的矿山环境污染风险和地质环境灾害。工业发达国家与地区高度重视这一问题，围绕关闭/废弃矿山的转型、机制、规范进行了大量研究与实践创新。

据统计，2018年世界范围内关闭/废弃矿山的数量超过100万座，主要分布在北美、欧洲、南非、澳洲和东亚等地区。仅以加拿大安大略省为例，约有6 000 座报废矿井和近7 000座采空采石场和露天矿井。自20世纪中叶开始，美国、英国、德国等采矿业发达或地下空间开发技术相对先进的国家率先开展了关闭矿山研究与实践热潮，有效降低了矿山关闭带来的不利影响和冲击。进入21世纪，在全球关闭矿山数量急剧增加的现实压力以及可持续发展与绿色经济理念推动下，国际组织和相关学者针对废弃矿山与资源能源再生利用研究与实践逐步拓展，积累了大量关闭/废弃矿山转型模式案例、理论体系和法律规范。

中国是世界采矿大国之一，矿产资源丰富，已探明储量的矿产多达148种，各类大中型矿山企业8万余个。随着我国经济社会的发展和煤炭资源的持续开发，部分矿井已到达其生命周期终点，也有部分落后产能矿井因开采成本高、亏损严重，面临关闭/废弃。2005年以来，国家相继出台“关于全面整顿和规范矿产资源开发秩序的通知”、“关于深化煤矿整顿关闭工作的指导意见”、“关于做好关闭不具备安全生产条件非煤矿山工作的通知”等去产能政策，一些资源枯竭及落后产能矿井和露天矿坑加快关闭，形成大量关闭/废弃矿井。据统计，2020年全国因化解产能或安全问题关闭煤矿数量达428处，退出煤矿产能约1.5亿t/a。预计到2030年，我国关闭矿井将达到1.5万处。我国已关闭矿井中赋存煤炭资源420亿t、非常规天然气近5 000亿m、地下空间资源约为72亿m，并且还具有丰富的矿井水资源、地热资源、旅游资源等。矿山直接关闭会造成巨大的资源浪费和国有资产流失。在全球碳达峰与碳中和“双碳战略”、低碳绿色可持续发展、循环经济的时代背景下，如何科学开发利用关闭矿山资源与促进资源枯竭矿区转型，已成为当今世界能源环境领域的重要议题。然而针对关闭后的矿山应如何发展，如何采用有效的模型方法与技术手段科学评估与管理剩余资源，国内尚缺乏理论框架与参考范例。

笔者分析了国内外关闭矿山研究热点与理论体系，探究识别关闭矿井地上/下空间资源类型，研究探讨不同资源类型可用空间估算方法和井下残留煤炭资源估算方法，系统比较全球主要矿业国家已有关闭矿山转型模式，给出关闭矿山转型路径技术体系，并以渭河流域15对关闭矿井为例，研究确定矿山最佳转型路径。

1 关闭矿山释义

1.1 关闭矿山(Mine closure/Abandoned mine)释义

..关闭矿山/废弃矿山/关停矿山

国内一般将“关闭矿山”定义为资源枯竭、地质条件复杂、宏观调控、市场影响、经营状况等造成的永久性停产矿山企业。此外，也有部分学者将“关闭矿山”与“废弃矿山”“关停矿山”概念等同，并将其定义为“因为采矿活动而导致的原地貌被破坏或者被占用，而产生的露天采矿场、塌陷区、排土场及尾矿库等无经济价值的土地”。关闭矿山的研究内容广泛，涉及社会、经济、管理、环境等多学科领域，以及地质、采矿等相关工程技术，还与国家政策、法律法规密切相关，研究内容主要涵盖：研究矿山开采过程中和结束后对整个矿区的全面(社会、政治、经济和生态环境)影响，从建立“绿色矿区”的战略角度出发，为决策者全程服务，趋利避害，以使决策结果达到最优化。目标是科学“消费”，合理开发，使整个矿区始终处于“安详”状态，实现矿区可持续发展。

国外关于“关闭矿山”概念有数个术语解释，简称闭矿，通常被译为“closed mine，mine closure，abandoned mine，disused mine，disused mine，shut-down mine”以及“discarded mine”等，其中“mine closure”和“abandoned mine”释义最为普遍。国外矿山企业多为露天矿，因此国外矿山关闭研究主要针对环境恢复与土地复垦问题，如由Springer出版的专著Ecorestoration of the coalmine degraded lands将“关闭矿山”定义为“Mine closure as a process refers to the period of time when the operational stage of a mine is ending or has ended and the final decommissioning and mine rehabilitation is being undertaken”(关闭矿山是指矿山的运行阶段正在结束或已经结束，同时正在进行矿山修复的一个阶段)；美国《矿产保护与开发规则》(The Mineral Conservation and Development Rules,MCDR)则将“关闭矿山”定义为：“Mine closure means steps taken for reclamation,rehabilitation measures taken in respect of a mine or part thereof commencing from cessation of mining or processing operation in a mine or part thereof”(关闭矿山是指自矿山或其部分停止采矿或加工作业开始，对矿山或其部分采取的复垦、修复措施)；而澳大利亚相关学者则将“关闭矿山”定义为“Abandoned mine refers to the permanent termination of the production activities and termination of the lease at the mine or dressing plant after completion of the disposal procedures for the cessation of production”(闭矿指一座矿山或选矿厂区在完成停产善后处理程序之后永久性中止生产活动并以解除租约为标志)。

..学术关注

利用CiteSpace可视化计量分析软件，以中国知网数据库为检索平台，以“关闭/废弃矿山”“关闭/废弃矿井”“闭坑矿山”“地下空间资源估算”“转型发展”“转型升级”“资源化利用”“二次开发”为主题进行检索，检索年限为1985—2021年，得到国内关闭矿山转型研究关键词聚类趋势变化图谱。国内关闭矿山转型相关文献成果出现2个高峰期：第1个高峰期出现在1992年前后，该时期研究领域较单一，研究主题主要以“废弃矿井”为关键词，以“塌陷坑”“地表塌陷”“下沉盆地”为主；第2个高峰期出现在2006年，2006年之后，各学科间的联系和交叉越来越紧密，“矿山环境”“生态修复”“植被恢复”“修复措施”“关闭煤矿”“地质环境”“开发利用”作为关键聚类词在这一时期发文量迅速上升。近年来，“景观重塑”“再生利用”“价值评估”“井下空间”“一井多用”等作为热点词成为学者研究的重点领域。说明我国目前关闭矿山转型模式单一，亟需利用先进技术，探索新的开发模式和理论框架来解决当前面临的关闭矿山资源化利用和转型发展问题。

国际数据以Web of Science为检索平台，在高级检索中输入TS=((closed* mine OR abandoned* mine OR disused* mine OR shut-down* mine OR discarded* mine)AND(redevelopment OR cycling OR reutilization OR transformation OR transition))，检索年限为1985—2021年，采用图谱聚类算法进行时间尺度聚类(Timeline View)提取聚类标签，得到国际关闭矿山转型研究关键词聚类图谱。国际关闭矿山转型领域的研究热点包含“using artificial stream”“technogenic soil”“mine closure”“molecular diversity”“benthic diatom assemblage”“fluid fine tailing”“abandoned bentonite mined land”“life cycle”8个方面。国际关闭矿山转型研究主要涵盖矿区水土污染、重金属和有毒气体泄露防治；闭矿后风险评估、金属矿山污染物泄露防治等估测方法与治理措施；矿山关闭后可持续发展路径、地面管理、地下空间资源利用与立体开发、商业开发评估与功能转变、生态修复标准框架制定等管理保护，开发利用，以及闭矿后的社会影响、新技术应用等方面。关闭矿山转型相关文献成果产出高峰期集中在1998—2013年，2015年前后，“China”作为高频关键词出现，说明随着我国关停矿山数量扩大，国家机构和科研人员对关闭矿山资源化利用与转型发展相关研究的迫切需求。

..问题评述

由于我国矿山企业和一些地区对关闭矿山再利用意识不强，综合利用支撑条件不足，多数矿井直接关闭或废弃，未开展关闭矿井资源的综合调查与评价，造成资源的巨大浪费。目前，我国对关闭矿山资源缺少统一和有效管理的政策，对全国关闭矿山矿产资源状况依然不清，尚未形成完善的矿井资源综合调查和地质评价的理论与技术体系。主要问题：

(1)国外关闭矿山框架体系贯穿于矿山勘探→投产→关闭全生命周期，期间须根据实际情况进行多次修改矫正，而国内关闭矿山方案往往是在矿企经营困难、面临破产的情况下才开始制定上报，技术方案滞后，指导作用有限。

(2)目前在对关闭矿山危害与剩余资源评估、勘查、设计、监测、开发利用等方面，尚未形成一套相对成熟的指导性标准和评价、验收体系；所采用监测、治理手段和方法相对单一，对于新技术、新方法、新理论的应用不够，关闭矿山开发利用的专业技术队伍建设进展缓慢。

(3)尚未出台全国及各地矿山关闭退出总体规划、专项规划和细化方案，关闭矿山退出机制不完善。

(4)我国关闭矿山退出主要借鉴与环境保护相关的法律规范，地方在执行关闭矿山监管、治理和开发利用时，缺乏针对关闭矿山的法律依据和标准。

(5)矿山退出后人员安置、资产债务处置和环境修复缺乏统一的参考标准，且关闭后的矿山多处于废弃状态，后续的人员管理缺乏。

(6)废弃矿井土地及相关资源综合利用投资动力缺乏，开发利用方式方法不多，资金来源不足，资本市场通道未打通。相比于国际上矿业发达国家，我国关闭矿山土地利用资金主要来源于政府，这种模式难以满足关闭矿山资源综合利用的资金需求。

……

1.2 关闭矿山研究理论体系框架

国外矿山多为露天矿，因此国外矿山关闭主要涉及环境恢复与土地复垦，主要指环境保护问题、管理问题和社会公众问题等，其中矿区土地恢复是其核心内容。另外，社会公众磋商和参与也被认为是一项需要给予足够重视的问题。美国、英国、加拿大、澳大利亚、德国等国家已经历了煤矿大规模开发和关闭过程，这些国家非常重视关闭煤矿理论研究和管理模式的创新，已形成相对完善的关闭矿山修复理论框架和技术体系，包括闭矿计划、利益相关方参与、财经保障、闭坑方法及标准、采后监测及维护、责任交接等核心要素，且矿山关闭理念贯穿于矿业项目全生命周期，如图1所示。

图1 矿山全生命周期阶段示意

国内针对关闭矿山的理论与技术体系研究起步较晚，但发展迅速，涉及内容包括废水治理规划、固体废弃物治理规划、排土场治理规划、气体灾害和粉尘防治规划、采矿塌陷防治规划、矿区土地复垦规划、闭矿景观生态规划等。在长期探索过程中，国内科研机构和相关学者针对关闭矿山地上/下空间资源化利用理论框架和技术体系也进行了初步探索和研究(图2)。

图2 关闭矿山资源化利用理论框架与技术体系

首先提出关闭矿山评价标准并明确责任体系，然后对采空区覆岩长期沉陷规律和采空区水、气与污染物质的多场地耦合与迁移规律进行研究；基于此，制定关闭矿山地上/下空间长期稳定性评价标准，并指明关闭矿山地上/下空间和资源利用方法。在此基础上，明确关闭矿山资源化利用关键技术，包括关闭矿山的长期安全评价与监测技术、长期环境评价与监测技术、开拓巷道空间利用技术、采空区利用技术、生态环境修复技术等。

1.3 关闭矿山评价方法及应用分析

由于不同矿山的资源特征不同，其关闭后的再利用方向尚不明确，通过调研汇总列出关闭矿山主要的评价方法，以便不同的关闭矿山根据其资源特征选用相应评价方法。关闭矿山评价方法主要包括指数分析法、生态足迹法、状态空间法、承载力评价法、系统动力学方法、聚类分析法等，见表1。

表1 关闭矿山评价方法与适用性

以渭河流域15对关闭矿井为例，主要采用聚类分析法和层次分析法确定了矿井转型路径。通过聚类分析法分别对15对矿井地上和地下资源进行分类，将资源状况相近的矿区聚合，如地表变形、地下空间体积、地下工程情况、地质风险、采掘方式、建筑新旧度、区域发展排名、闭矿后维持人数、区域特色等情况，其分析更加直观、易于观察，再根据陕西省行政区划及矿山资源特征，实现15对关闭矿井资源聚合分类。划分矿山地上/下资源的目的，是要根据各矿井资源特点、区域位置的不同进行分类，指导矿山转型，使转型后的发展更加符合当地实际。

关闭矿山可选择的转型路径并不单一，综合效益最大化是路径选择的标准。基于层次分析法计算不同转型路径的综合效益以确定矿山最佳转型路径。综合效益具体可划分为生态效益、经济效益和社会效益，根据科学、可行的原则选择合适效益指标，构建评价指标体系。

分析综合效益评价指标系统中各因素间的相互关系，构造层次分析结构模型，包括3部分:第1部分是目标层；第2部分是准则层，包含生态效益指标、社会效益指标、经济效益指标；第3部分是指标层，包含涵养水土、净化水源、净化环境、扩大就业、提升城市形象、提高发展水平、政府补贴、门票收入和餐饮业发展在内的9个描述性和评估性指标。两两比较同一层次中要素与上一层次中某一准则的重要性，形成矩阵进行判断，采用层次分析法计算各类指标权重。通过调查问卷获得各指标值，将指标权重与指标值相乘，得到转型方案的综合效益值，选择综合效益最大值的路径作为矿区最佳转型路径。

2 关闭矿山资源类型识别与空间特征

2.1 基于多源数据的矿区资源识别

根据遥感影像选择无人机飞行场地及飞行目标规划，对目标区域实施飞行作业，获得矿区全景图(图3)，再对无人机航拍数据进行存储、转移与分析，最后完成矿区地面资源分类。通过高分遥感影像与低空无人机数据的相互配合，依据矿区工业场地特征，识别矿区地上资源，包含地表水资源、土地资源、工业广场和生活区建筑。

图3 煤矿无人机航拍全景

根据矿井水文地质类型划分资料、生产矿井地质资料、矿井综采工作面说明资料、综采工作面设计图、采掘工程平面图、巷道平面布置图、采区地质说明书、开采现状报告、工作面设备回撤等资料识别矿山地下资源类型，包括地下水资源、残留煤炭资源、地下空间资源、井下设备。三维建模煤矿井下巷道布局，如图4所示。

图4 三维建模煤矿井下巷道布局示意

2.2 关闭矿山资源类型与特征

关闭矿山地表水资源指矿区及其周边池塘、河流、湖泊、水库等水体，矿山土地资源包括废弃地、开采造成的塌陷地(排土场、废石堆、尾矿等)以及矿区周边耕地，矿区工业广场主要包括建(构)筑物(办公楼、调度楼、井口建筑群、选煤厂、动力及辅助设施等)、地面线性设施(铁路、公路、电力及通讯线路等)、井上设备(提升、运输、通风、排水、供电、压风和选煤厂设备等)，矿山生活区满足矿山职工居住要求，一般由福利、文教、卫生、商业及住宅区所组成，包括食堂、浴室、锅炉房、俱乐部、矿区医院、职工宿舍等。关闭矿山资源类型，如图5所示。

图5 关闭矿山资源类型

关闭矿山地下水资源包括井底水仓储水、采空区积水、井田所在水系统内的地下水，残留煤炭资源主要包括矿山关闭前未开采煤层以及大巷、井筒、工作面、断层、井田边界等位置的保护煤柱，井下空间主要有井筒、巷道、硐室及采空区等空间，井下设备主要有采掘设备(采煤机、掘进机、装煤机、凿岩机、乳化液泵站等)、运输设备(刮板输送机、带式输送机、转载机、人行车、架线电机车、绞车、矿车等)、排水设备(水泵、电机等)、供电设备以及其他管路、电缆、通讯等设备。

3 关闭矿山地上/下空间资源评估

关闭/废弃矿山遗留资源中，地上工业广场空间资源、地下空间资源和残留煤炭资源是较为重要的遗留资源。因此，以陕西朱家河煤矿为例，计算地上工业广场建筑空间、地下空间与残留煤炭资源量。其他资源如地上/下残留设备资源可根据矿山关闭回撤资料进行统计，地上、下水资源量可通过河流流量、湖泊或水库储水量、地下水位估算，土地资源量可通过丈量统计。

3.1 地上工业广场建筑空间资源评估

废弃工业场地一般不受煤炭开采影响或受影响较小，工程地质条件较好，交通、供电、供水、供气等设施齐全，可以直接对其规划利用。对于工业广场建筑占地面积的可用空间，可根据式(1),(2)计算：

(1)

(2)

式中，为建筑物占地面积，m；,,分别为建筑物的长、宽、高，m；为估算的建筑可用空间，m。

以陕西朱家河关闭矿山为例，朱家河煤矿关闭后，矿井地面建筑设施保存较完整。矿井工业广场建筑主要包括办公区、生活区、生产区及辅助生产区建筑。办公区建筑主要包括行政办公楼、车库、办公化验室等；生活区包括宿舍楼、职工餐厅、活动中心、健身房等；主要建筑生产区包括主变室、机修厂、转运站、库房、筛选车间及辅助生产的圆形储煤场、水处理沉淀池、污水处理间等建筑。

通过实测统计方式对矿区建筑进行测量，根据式(1),(2)计算建筑物占地面积及空间体积。其中，办公区建筑占地面积2 375.7 m，空间体积2.2×10m；生活区建筑占地面积5 074.8 m，空间体积3.4×10m；生产区建筑占地面积5 696.2 m，空间体积3.8×10m；辅助生产区建筑占地面积9 951.6 m，空间体积1.0×10m。整个工业广场建筑空间体积达1.04×10m。

3.2 地下资源空间定量评估

..井下空间估算

(1)井下巷道和硐室。硐室和井下巷道的空间形状类似，空间计算方法相似，以井下巷道为例给出空间估算方法。巷道的断面形状主要包括半圆拱形、圆形拱形和梯形，形状规则见表2。

表2 不同类型巷道的规格及断面计算

井下不同类型巷道可利用空间可根据式(3)计算：

(3)

式中，为巷道可利用空间，m；为巷道净断面积，m；为巷道长度，m。

(2)井筒。井筒可利用空间可根据式(4)计算：

(4)

式中，为井筒可利用空间，m；为井筒净断面积，m；为井筒高度，m。

以朱家河煤矿为例，该矿井下可用空间主要包括主副斜井井筒、井底车场、中央水泵房、通道、材料库等硐室及一水平运输大巷和回风大巷。井下总体可利用空间为1.18×10m，其中：① 一水平运输大巷和回风大巷净断面积均为12.3 m，巷道长度均为3 298 m，根据式(3)计算得到其空间体积约为8.1×10m。② 矿井主斜井净断面积11.1 m，斜长820 m。副斜井净断面积12.2 m，斜长561 m，根据式(4)，计算得到朱家河煤矿矿井井筒空间体积约为1.6×10m。③ 矿井井底车场及主要硐室可利用巷道长度1 609 m，井底车场及主要硐室空间体积约为2.1×10m。

..井下残留煤炭资源估算

残留煤炭资源主要包括矿山关闭前未开采煤层和保护煤柱，其中，未开采煤层资源量可根据矿山关闭资料得到。保护煤柱指在煤矿开采范围内为地面建筑和安全矿井生产而保留的不开采的煤，例如为保护区内地表铁路、桥梁、城镇和村庄而在相应地下区内保留的保护煤柱。保护煤柱的计算方法有3种，包括垂直剖面法、垂线法和数字标高投影法，其中以垂直剖面法最为常用。根据垂直剖面法计算保护煤柱，继而计算残余煤炭资源量，具体计算如式(5)所示。

(5)

式中，为估算煤柱资源量，t；为煤柱占地面积(煤层按水平煤层计算)，m；为煤层厚度，m；为煤的密度，t/m。

以朱家河煤矿为例，计算其残留煤炭资源量。朱家河煤矿4个采区共计42个工作面进行了开采作业，主要采用炮采及综采方式，主采煤层厚度为2.6 m，工作面间留设20～40 m保护煤柱，煤的密度为1.40 t/m，根据式(5)计算得到工作面煤柱残留煤炭资源约144.10万t。井田内铁路及河流、水库、断层、井田边界、大巷及风井、小窑采空区、工业广场以及村庄下压煤总资源量达5 515.14万t。朱家河煤矿总残留煤炭资源量近5 600万t。

3.3 资源转型适宜程度

在制定关闭矿山资源开发利用模式前需进行转型适宜性评价，这不仅要注重关闭矿山转型带来的社会经济价值还要关注生态价值。

(1)矿山转型约束因子。转型约束因子包含评估性因子和含描述性因子，主要包括矿山禀赋、自然条件、外在因素、经济可行性4个方面(图6)。矿山禀赋包括采掘方式、资源和设施、矿山类型、转型潜力和矿山规模；自然条件包括地表沉陷、土壤侵蚀、围岩情况、污染状况和开采深度；外在因素包括区位条件、公众支持度、市场需求、技术需求和政策完备性；经济可行性包括产业结构、经济占比、矿业产值、从业人数和经济增长度。

图6 关闭矿山转型约束因子

每个约束因子的权重值对准确评价关闭矿山转型适宜性尤为重要。约束因子及权重根据关闭矿山的实际情况，采用专家打分等方法赋值。约束因子对转型适宜程度打分根据转型方向，结合定性、定量分析方式综合判断是否适宜于转型类型，转型潜力按照可选择的转型方案数赋分，其余按矿山实际采取等级打分制，参考GB/T 50218—2014《工程岩体分级标准》、GB 50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》、SL190—2007《土壤侵蚀分类分级标准》等相关规范进行打分，综合分值采取百分制。

(2)关闭矿山转型适宜性评价模型。根据不同开采方式、矿山实际情况选取转型约束因子，选择权重确定方法并进行赋权，计算转型适宜程度综合约束因子值：

(6)

式中，为综合约束因子值；为第个约束因子的权重；为第个约束因子中第个分约束因子的权重；为第个约束因子的第个分约束因子值；为约束因子总数；为第个约束因子中包含的分约束因子个数。

(3)关闭矿山转型适宜程度。根据转型适宜程度初步确定关闭矿山能否转型以及可行的转型模式。关闭矿山转型适宜等级Ⅰ表示转型路径特别困难；等级Ⅱ表示转型路径困难；等级Ⅲ表示转型路径较为困难；等级Ⅳ表示转型路径较为适宜；等级Ⅴ表示转型路径适宜(表3)。

表3 关闭矿山转型适宜程度

4 关闭矿山转型路径研究

4.1 全球主要矿业国家转型对比

(1)主要矿业国家关闭矿山转型模式对比。针对关闭/废弃矿山仍然存在大量地上/下资源，国内外对煤矿、金属和非金属矿、盐矿等关闭/废弃矿井进行开发利用，比较了全球主要矿业国家的关闭矿山成功转型方式，见表4。

表4 全球主要矿业国家关闭/废弃矿山转型对比

(2)境内外矿山资源转型开发利用模式。针对关闭矿山资源分为地上资源和地下资源，进一步总结分析境内外关闭矿山地上/下资源开发利用模式，包括地上开发利用和地下空间资源综合利用。地上开发利用包括矿山公园、矿山博物馆、工业遗迹等，地下空间开发利用包括地下存储、地下实验室、能源开发等(表5)。

表5 境内外矿山资源转型利用模式[38]

国外发达国家如美国、德国等较早完成工业化，这些国家较早关注关闭矿山产业转型、环境破坏、资源浪费等问题，因地制宜进行了多路径关闭矿山转型探索。在部分经典转型案例中，结合地上和地下空间综合开发，还有部分利用废弃矿井的巷道、硐室及所开采类型矿产特点进行不同类型的物品存储、地下实验、地下能源再开发、地下医疗等。其中，利用关闭矿山井下空间是矿井开发利用主要模式，该模式具有节约土地、保护环境、不受风尘噪声污染、温度湿度等环境条件稳定，还具有节省前期建设投资等优点。

国内工业化进程起步较晚，借鉴国外成功经验并结合自身特点，也进行了较多关闭矿山转型探索。就转型类型分析，国内关闭矿山较多转型为博物馆、生态公园等工业旅游或工业景观类型，比较著名的有徐州市潘安湖治理和上海“深坑酒店”模式。此外，神东矿区废弃矿坑建立地下水库探索走在世界前列。废弃矿坑潜在能源再利用及各类物品地下存储方面国内也取得了进展，地下养殖技术较其他转型方式简单，在国内外关闭矿山转型中均有成功案例。但国内对于利用关闭矿山进行地下实验、地下医疗、地下城市及公共基础设施建设等新型产业的发展较国外还有一定差距，未来需发展多元化关闭矿山转型利用新方向，加快关闭矿山绿色可持续转型。

4.2 关闭矿山转型路径技术体系

基于关闭矿山转型约束条件、转型适宜等级、资源条件等给出了关闭矿山转型路径技术体系，提出了资源转型路径确定步骤，并以渭河流域15对关闭矿井为例，给出矿山最佳转型路径。

..关闭矿山转型技术路径

总结分析国内外关闭矿山开发利用方案，得到关闭矿井地上/下空间综合利用技术体系，如图7所示。矿山地上资源转型分为4个模式：矿业旅游开发利用模式、自然生态修复模式、融合地下空间利用模式、修复与开发综合利用模式，矿山地下资源转型大致分为3个模式：地下资源再利用模式、经济利用开发模式、低碳生态发展模式。

图7 关闭矿山地上/下空间综合利用技术体系

每一种开发利用模式需要矿山满足不同的资源要求，如：地下观光旅游开发对矿山地质条件有一定要求，需要矿山围岩稳定，支护条件好，适合具有一定规模，地质构造稳定且安全系数较高，区位条件较为便捷的关闭矿山试行；地下存储对矿井深度、矿区及周围地质构造有较高要求，如果利用矿井的巷道、硐室等井下空间，其稳定性和使用寿命也是必须考虑的因素，存放放射性废物等工业废物时，还需考虑放射性废物与周围岩层环境是否会产生理化反应、废物存放环境可能发生的变化等因素；地下能源及伴生能源的开发除了要考虑矿山自身资源禀赋、地质条件外，还要考虑市场导向。矿区内环境质量较好、交通便利、基础设施完善且附近有成熟景区的关闭矿山应以休闲度假模式为转型利用方向；采煤塌陷区容易造成积水的废弃矿区应以湿地恢复为主；地理区位差、复垦对土地资源数量改善有限、开采面无特殊景观价值、新景观资源也无法拓展的废弃矿区应首选植被恢复模式。

..转型路径提出步骤

根据矿山资源特征，结合约束因子，采用资源转型适宜性模型对关闭矿山进行初步评价，总结得到关闭矿山在某些方面潜在的资源优势，据此初步提出关闭矿山多种转型路径，再根据层次分析法计算转型路径的综合效益，将综合效益最大的转型路径确定为矿山最适转型路径，并进行关闭矿山具体的方案规划设计。转型路径确定步骤如图8所示。

图8 关闭矿山转型路径确定步骤

..渭河流域15对关闭矿井转型路径

考虑关闭矿山地上/下资源特征以及区域经济发展趋势，综合评价渭河流域 15对关闭矿井社会-经济-生态效益，给出最适转型路径，见表6。

表6 渭河流域15对关闭矿井最适转型路径

4.3 关闭矿山转型发展方向

在加速实现全球碳中和的国际共识背景下，未来矿山转型更加注重绿色可持续发展，关闭矿山资源化利用需进行跨学科和跨领域的理论研究和大数据技术应用。在遵循生态圈构建与自循环原则，废旧利用、开发与保护统一原则，地上与地下协调、系统化立体开发原则，平战、平灾结合和远期与近期呼应原则，可持续发展原则五大原则下构建多元化转型模式，满足当前及未来社会经济发展和国家战略需求。我国要实行关闭矿山绿色可持续转型关键需将科技创新与制度保障相结合。

一是公共服务设施建设，如结合呼吸道、肺结核等疾病研究的地下医院、地下疗养院，为缓解地上城市压力开发的地下物流系统、地下公墓、地下图书馆等，部分与深地领域相关院校如矿业类大学可尝试产学研结合的“矿山校区”。

二是清洁能源开发，除了对已有太阳能发电、地下水电站、压缩空气储能进行研究外，还包括零排放高效能盐矿储氢、甲烷提取、尾矿深部原位开采、选育矿井微生物进行生物采矿等。

三是地下生态型智慧城市，已有国家建设了功能完善的地下应急避难所、地下城市。同时随着核聚变人造太阳、地下生态系统可持续性的研究、地下农业及养殖业等技术的不断完善，已有国家开展了地下生态城市实验，如俄罗斯计划于2020年在西伯利亚的废弃矿坑中进行研究。

此外，我国积极探索基于5G技术，融合物联网、大数据、云计算等信息技术进行全生命周期绿色智慧矿山开发，如华为参与开发“智能矿山联合解决方案”。国际上新技术发展也逐步引领矿业开发领域的新变革，深部探测技术、矿业开采全生命周期的环保治理、增加碳汇的矿业生态修复等研发助力绿色矿山、智能矿山发展。

5 结 语

煤炭行业部分矿井关闭造成一定程度的资源浪费、资源转型利用率低、生态环境受损等问题。关闭/废弃矿山资源转型利用研究有助于解决关闭矿山资源转型利用的理论问题与现实需求，提高矿山资源全生命周期利用效率，实现绿色矿山高质量发展。研究划分了关闭矿山地上/下资源类型，给出了关闭矿井地上/下空间资源定量评估方法及残留煤炭资源的估算方法，构建了矿山转型适宜性评估模型，比较总结了国内外关闭矿山转型发展路径的实践案例，给出了渭河流域15对关闭矿井的转型利用路径。研究可为量化关闭矿山地下空间资源提供理论基础与方法参考，并为其他关闭矿井企业实现转型脱困和可持续发展提供切实可行的转型蓝本和参考范例。