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谢和平:综合开发利用特殊地下空间,破解矿区关停并转升级难题

赛杰奥2019-06-18 23:01:58

21 世纪是开发利用地下空间的世纪,向地下要空间已经成为全球可持续发展的普遍共识。由谢和平院士领衔的行业协会、科研机构、大学、企业等核心研究团队,依托中国工程院和中国科学院咨询研究项目,对我国地下空间,特别是我国特殊地下空间的开发利用进行了5 年的研究探索,形成了我国特殊地下空间综合利用的原创成果。

 

本书(文)的特殊地下空间特指因采矿而人为开拓的地下空间,既不同于地下溶洞、地下河流等自然形成的地下空间,也不同于人工开掘的城市功能型地下空间,而是指资源和矿物开采后形成的地下空间,尤指煤矿、金属矿等固体矿开采后形成的地下空间,以及水溶法开采盐岩后形成的地下空间。具体而言,主要包括关停和废弃矿井的巷道、井底车场、硐室、采空区及盐腔等。

 

人类社会发展,极大地消耗了地球资源,加之地面环境承载力极其有限,因此“向地下要空间、要资源”成为人们寻求良好生存环境、探索人类可持续发展的有效途径。在生态环境需求日益提高、生态文明建设深入人心的今天,利用特殊地下空间具有重要的现实意义及深远影响。特殊地下空间无疑是重要资源。1991 年,在日本东京举办的第四届国际地下空间大会(Associated Research Centers for the Urban Underground Space,ACUUS)上提出的《东京宣言》认为:19 世纪是桥的世纪,20 世纪是高层建筑的世纪,21 世纪是开发利用地下空间的世纪。国际学者预测21 世纪末将有1/3 人工作生活在地下空间。地下空间开发利用得到越来越多的重视,被公认为是构建城市可持续发展和支撑国家核心战略的重要组成部分。

 

我国已进入社会经济发展的新时代、新常态,传统产业转型升级去产能、去库存导致大量矿井关闭,如直接简单封井会直接造成数万亿元地面地下固定资产的废弃和浪费,会间接地造成宝贵的地质和矿业遗址的损坏。同时,地下水位上升会直接造成地下水系污染,威胁水源地安全。我国因能源和资源开采后留下的特殊地下空间体量巨大,初步研究统计现有可利用矿井地下空间约100 万km 长(可绕赤道25 圈),体积达156 亿m³ 之巨。预计到2030 年,可利用矿井地下空间约172 万km 长(可绕赤道43 圈),体积达258.6 亿m³。

 

破解目前矿区传统式、低水平、不可持续的关停并转升级难题,做到特殊地下空间的科学规划、整体设计和有序利用,需要创新引领、高端起步。因此,我们提出了资源型城市矿区土地资源全新开发理念,即矿区地面空间主动规划打造绿水青山和集高新科技产业区、“双创”科技城等于一体的高端产业经济带;矿区地下空间打造地下实验室、地下工厂、地下仓库、地下电站、地下种植、地下停车场、地下清洁能源储能及水电系统等新型经济业态。

 

目前我国有资源型城市九十多座,这些城市应主动将矿区的地面土地资源纳入城市整体功能规划,主动将矿区作为近期、远期的新城区进行规划、建设,将矿区打造成高新开发区、科技创新中心、“双创”科技城等,形成新的高端产业经济带。这样,既充分利用了矿区地面土地(事实上节约了“良田”),又带动了矿区的高端转型升级。利用矿区得天独厚的地下空间优势,在矿区地下打造新型地下房地产业,特别是地下经济适用房、地下图书馆、地下博物馆、地下会议展览中心、地下音乐厅、地下养老院等,以及深地地热转换与空气循环系统、地下清洁能源(矿井)抽水储能及水电系统、地下水库、立体地下空间的交通网络和通信网络系统等,形成地下新型经济业态。这样,既可以避免煤矿采空区被充填造成极大的地下空间浪费,又可以缓解地面城市发展面临的人口增加、土地紧缺、住房紧张等突出问题。

 

特别是首都北京,土地资源寸土寸金,京西矿区紧邻首都中心城区,具有得天独厚的地理位置和交通优势,不仅煤矿开采可追溯到辽代,承载了800 年北京工业文明发展史,而且位于燕山运动地质构造遗产核心区、北京生态涵养区,其地下空间的开发利用无论是对北京的历史还是现今都具有重要的意义。因此,我们提出利用京西矿区关停煤矿宝贵的空间资源建立应急管理、安全监管监察、地下生态圈、国家地质公园、矿业遗址主题公园及深地科学研究等高新技术研发和教育培训基地,结合京西文化、旅游和生态建设,统筹规划、分步实施、持续建设,形成高科技和高端人才创新示范区,形成深地科技创新研发基地,并为疏解北京城市人口和交通拥堵及市民休闲度假提供新途径。

 

2012 年7 月
我们发表的《煤炭开采新理念——科学开采与科学产能》一文中提出煤炭的科学开采,对部分煤矿实施关停并转,以淘汰落后产能;
2015 年       
提出地下空间探索构想,特别是特殊地下空间的开发利用研究;
2016 年4 月
在中国煤炭工业协会“煤炭转型升级的思考与煤炭革命战略”报告中进一步提出了矿井转型的措施及对策,为国内关停矿井的转型明确了思路;
2017 年2 月
在煤矿废弃矿井转型升级与地下空间综合利用专家咨询会上,系统阐述了地下空间的利用现状与趋势,未来地下城市的规划与建设研究,以及京西废弃矿井地下空间综合利用的构想;
2017 年4 月
在于成都召开的“京西关停矿井空间开发利用总体方案”专家论证会上,为国内其他矿井的转型提供了示范案例;
2017 年7 月
发表了题为《关停矿井转型升级战略构想与关键技术》的科技论文,系统阐述了关停矿井资源化转型升级所涉及的关键技术,有望为未来关停矿井的资源化利用、立体式开发和全面转型升级提供解决思路;
2018年5月
我国特殊地下空间综合利用的原创著作——《特殊地下空间的开发利用》由科学出版社出版发行

 

经过将近5 年的系统研究,形成了我国特殊地下空间综合利用的原创成果。为了更好地推进关停矿井的转型升级,推动我国特殊地下空间综合利用,进一步推动建立我国特殊地下空间综合利用标准,乃至实现经济转型、引领产业革命,形成我国经济发展新的增长点,全面提升特殊地下空间综合利用的经济、社会、生态综合效益,课题组决定将这些成果以专著的形式进行呈现。

 

《特殊地下空间的开发利用》(谢和平等著. 北京:科学出版社,2018.5)以特殊地下空间综合科学利用为主线,以提升特殊地下空间综合利用率为目标,首次提出了特殊地下空间综合利用的功能定位。在广泛调研我国特殊地下空间容量的基础上,提出了特殊地下空间的判识和估算方法,创新提出了特殊地下空间开发利用的战略构想,尤其是特殊地下空间用于前沿科学探索的战略构想。系统提出了特殊地下空间综合利用的六大基本原则及特殊地下空间开发利用的四大设计理念,首次提出了特殊地下空间多元协调开发理念,阐述了特殊地下空间综合利用的关键技术。并结合京西关停矿井的实践情况,给出了京西关停矿井特殊地下空间开发利用的典型案例构想。


▲ 地下空间规划构想示意图


本书共8 章。

 

第1 章从煤矿、金属非金属矿、盐矿盐腔三个方面分别总结了资源开采后特殊地下空间综合利用现状,并阐述了特殊地下空间的功能定位和综合利用发展趋势;

 

第2 章对不同地下资源开采后形成的特殊地下空间特征和可利用判识进行了分析,并估算了我国煤矿、金属非金属矿和盐矿特殊地下空间容量;

 

第3 章提出了特殊地下空间开发利用构想,从人与特殊地下空间围岩相互作用的视角,分析了围岩对地下空间综合利用适建性的影响规律,论述了工业博物馆、地下疗养院、战略能源与资源储备、地下水库蓄能发电等开发利用方向的围岩适建性;

 

第4 章介绍了以工业遗产保护和经济、文化、环境等方面共同协调发展为目标的特殊地下空间利用的六大原则,以及安全、和谐、资源开发与特殊地下空间利用协同规划等四大设计理念;

 

第5 章围绕地下空间开发建设、安全保障、系统运行三个方面论述了特殊地下空间开发利用关键技术;

 

第6 章提出了特殊地下空间综合利用前沿科学构想,主要从人体行为心理健康、深地科学实验、地下医学与地下农业研究、地下生态城市建设等方面,论述了特殊地下空间构建前沿科学基地的科学探索构想;

 

第7 章论述了如何将地面资源与地下空间进行一体化联动、渗透与融合,实现对特殊地下空间立体多元协同开发利用;

 

第8 章给出了一个典型案例,以京西关停矿井为例介绍了特殊地下空间基本情况、内外部优势条件,并结合矿井关停顺序和建设条件提出了合理的开发利用规划目标。


▲ 京西矿区关停矿井地下空间开发利用与转型升级实践技术路线

 

本书各章编写人员具体如下,前言:谢和平、高明忠、周宏伟、刘见中;第1 章:谢和平、周宏伟、任世华、杨小聪、黄丹、李银平、刘伟;第2 章:陈佩佩、杨小聪、周宏伟、姜明、崔锋、范志忠;第3 章:谢和平、高明忠、邓建辉、刘志强、张茹、赵玉栋、刘吉峰、薛东杰、郑璐、赵家巍、李存宝;第4 章:张安林、刘志强、刘见中、王勇威;第5 章:刘见中、李玉瑾、刘志强、赵玉栋、范志忠;第6 章:刘志强、鞠杨、朱建波、徐恒、宋朝阳、赵云、高峰、邓建辉、高明忠、张泽天;第7 章:刘见中、赵路正;第8 章:张瑞新、阚兴、周建裕、韩小乾、马汉鹏、丁立明、崔永国、赵玉栋、李学彬、翟盛锐。全书由谢和平、杨小聪、周宏伟、鞠杨、张安林、刘志强、朱建波、崔永国、李学彬、陈佩佩、高明忠、赵路正统稿,谢和平审定。


本项目在研究过程中得到了中国科学院学部咨询评议项目“城市地下空间的开发利用”(编号:B-DX-2017-02)、中国工程院重点咨询研究项目“煤炭绿色开发利用与煤基多元协同清洁能源技术革命”(编号:2016-XZ-036)的资助;本书的出版得到了中国工程院、中国科学院、国家能源局、应急管理部、教育部科学技术委员会地学与资源环境学部、北京市人民政府、中国煤炭科工集团有限公司、深圳大学、四川大学、中国矿业大学(北京)、中国矿业大学、华北科技学院、北京矿冶科技集团有限公司、重庆大学、中国国际能源集团有限公司等单位的大力支持;在资料收集和现场考察过程中,得到了中国煤炭工业协会、中国煤炭学会、中国煤炭地质总局、北京京煤集团有限责任公司、北京昊华能源股份有限公司等单位的支持;王成善院士、钱鸣高院士、谢克昌院士、洪伯潜院士、周世宁院士、宋振骐院士、王国法院士、武强院士、康红普院士、凌文院士、顾大钊院士、董树文教授、赵坚教授等专家在本书研究过程中给予了无私的指导,在此一并表示衷心的感谢。

 

2018 年1 月


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本文为《特殊地下空间的开发利用》(谢和平等著. —北京:科学出版社,2018.5)一书“前言”,有删减,文中插图来自该书正文。标题为编者所加。


ISBN 978-7-03-057312-4 

责任编辑:李 雪


(本文编辑:刘四旦)



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