山西白家莊廢棄礦山地下旅游資源開發(fā)設(shè)計(jì)方案研究

劉欽節(jié),韓 運(yùn),楊 科,董志勇

(1.安徽理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院,安徽 淮南 232001;2.深部煤礦采動(dòng)響應(yīng)與災(zāi)害防控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 淮南 232001;3.山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司,太原 030024;4.合肥綜合性國家科學(xué)中心能源研究院(安徽省能源實(shí)驗(yàn)室),合肥 230031)

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的深入推進(jìn),礦產(chǎn)資源被大量開發(fā),導(dǎo)致廢棄的礦山、礦坑不斷增多,在一定程度造成了資源浪費(fèi)[1-2]。與此同時(shí),我國近些年來經(jīng)濟(jì)改革進(jìn)入到“供給側(cè)”改革階段,“去產(chǎn)能”的提出,更是加快了礦井的關(guān)停速度。為避免資源浪費(fèi),礦山閑置資源向旅游方向開發(fā),成為資源再利用的重要途徑之一。國家旅游局發(fā)布的《全國工業(yè)旅游發(fā)展綱要(2016—2025年)》強(qiáng)調(diào),保護(hù)工業(yè)文化遺產(chǎn),積極推動(dòng)工業(yè)旅游融合發(fā)展,形成了完整的工業(yè)旅游產(chǎn)品體系。

國內(nèi)已有多位專家、學(xué)者就關(guān)停礦區(qū)旅游開發(fā)問題,開展了大量研究[3-6]。袁亮院士等[1]提出工業(yè)旅游是解決礦井資源問題的重要舉措;韓運(yùn)等[7]提出基于“三覺五性”的體驗(yàn)式設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)地下空間功能型改造,增強(qiáng)旅游趣味性;汪秋菊等[8]根據(jù)礦區(qū)旅游開發(fā)條件,構(gòu)建了旅游開發(fā)環(huán)境評價(jià)指標(biāo)體系;徐柯健[9]以北京首云鐵礦為例,針對性提出工業(yè)旅游開發(fā)規(guī)劃和開發(fā)思路;常春勤等[10]全面分析了世界各國廢棄礦井旅游案例、開發(fā)形式,以及地下空間的主要限制條件;高文文[11]將廢棄礦坑利用模式分類為旅游文娛型等多種類型,并進(jìn)行定性分析和對比;趙雙健等[12]提出利用礦山廢棄地進(jìn)行景觀再造,發(fā)展生態(tài)旅游。

發(fā)展廢棄礦山工業(yè)旅游,不僅能夠充分滿足游客對旅游產(chǎn)品新、異、美、知、樂的需要,也符合老工業(yè)基地改造的基本要求[13-14]。既能夠充分利用關(guān)停礦區(qū)的資源,也是推進(jìn)資源型城市轉(zhuǎn)型的新途徑[15-18]?；趶U棄礦井地下空間旅游資源開發(fā)利用模式研究[7],筆者選取山西白家莊礦為例進(jìn)行旅游開發(fā)方案研究,促進(jìn)白家莊礦區(qū)經(jīng)濟(jì)增長,為類似礦井轉(zhuǎn)型發(fā)展提供參考和借鑒。

1 山西白家莊礦工程概況

1.1 礦井歷史狀況

山西西山白家莊礦業(yè)有限責(zé)任公司前身白家莊礦,始建于1934年8月,是西山地區(qū)最早的生產(chǎn)礦井。2005年1月10日,經(jīng)政策性破產(chǎn)重組改制為“山西西山白家莊礦業(yè)有限責(zé)任公司”,屬國有控股企業(yè)。2016年響應(yīng)“推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革”要求,原有兩對生產(chǎn)井口“南坑、2#井”已于10月底關(guān)閉停產(chǎn),退出產(chǎn)能100萬t,平穩(wěn)有序地完成了“關(guān)閉停產(chǎn)、轉(zhuǎn)崗分流”這個(gè)重大歷史性任務(wù),成為西山煤電集團(tuán)首個(gè)關(guān)停轉(zhuǎn)產(chǎn)礦井。

1.2 礦井地理及交通狀況

白家莊礦位于太原市萬柏林區(qū)白家莊村、桃杏村至?xí)x源區(qū)晉源鎮(zhèn)趙家山一帶,距太原市中心約20 km。井田呈一北寬南窄和不規(guī)則多邊形,井田東西寬約1～5 km,南北長約6～7 km,面積16.149 7 km2。礦區(qū)距太原市西北環(huán)高速公路西山入口約5 km,距西中環(huán)南內(nèi)環(huán)立交橋約6 km,另有運(yùn)煤鐵路專線自太原火車站直達(dá),交通條件十分便利,為旅游產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了便捷條件。

1.3 旅游資源條件

白家莊煤礦現(xiàn)有整體保存完好的三對礦井、西北煤礦第一廠礦長樓等35處工業(yè)遺產(chǎn),上述遺產(chǎn)均位于太原西山國家礦山公園核心區(qū)。

1929年6月,在西山白家莊動(dòng)工興建慶豐窯,建設(shè)1#井,井深121 m,井口直徑2 m左右,由于生產(chǎn)能力較低,于1963年關(guān)閉。為了滿足煤炭需求和工藝需求,1935年1月,建設(shè)2#井,井深167 m,2016年響應(yīng)國家去產(chǎn)能要求關(guān)停。1941年開鑿松樹坑井口,深217 m,口徑3.5 m,因煤炭資源枯竭報(bào)廢,于1990年封閉。1953年11月,在龍泉窯廢址上建設(shè)小南坑礦井,采用一對斜井開拓,是西山最早使用正規(guī)斜井開拓方式建設(shè)的礦井,主斜井井口水平標(biāo)高1 016 m,傾角15°,斜長104 m,同步建設(shè)配套運(yùn)輸系統(tǒng)至煤庫。1955年,小南坑建成投產(chǎn)。在2016年響應(yīng)國家去產(chǎn)能要求關(guān)停,并永久封閉。

建筑遺跡主要包括10間房與石頭窯、礦辦大樓、電廠、儲裝運(yùn)系統(tǒng)和選煤廠等典型建筑物;其中,儲裝運(yùn)系統(tǒng)作為工業(yè)生產(chǎn)遺跡之一,整個(gè)系統(tǒng)包括始建于1934年的煤庫、鐵路、裝車系統(tǒng)和始建于1962年的通向2#井斜井的運(yùn)輸系統(tǒng)。西北煤礦第一廠辦公樓,建于1934年,是兩層石材窯洞式樓房,就地取材采建設(shè),且冬暖夏涼、結(jié)實(shí)堅(jiān)固。這些不同時(shí)期典型的建筑物展現(xiàn)了礦山發(fā)展歷史、煤炭綜合利用的過程,推動(dòng)礦山工業(yè)旅游發(fā)展。圖1、圖2為白家莊礦井和地面的工業(yè)遺產(chǎn)。

圖1 白家莊礦井工業(yè)遺產(chǎn)Fig.1 Industrial heritage in Baijiazhuang mine

圖2 白家莊地面工業(yè)遺產(chǎn)Fig.2 Ground industrial heritage in Baijiazhuang

因此,白家莊礦具有良好的區(qū)域優(yōu)勢和開發(fā)利用條件,充分結(jié)合礦井地面工業(yè)遺產(chǎn)優(yōu)勢,選定二號井進(jìn)行井下工業(yè)旅游開發(fā)方案設(shè)計(jì),并與現(xiàn)有地面旅游條件形成完整旅游體系,提升礦井經(jīng)濟(jì)效益,必將大大推動(dòng)山西白家莊礦區(qū)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

2 白家莊礦山旅游設(shè)計(jì)思路

2.1 2#井歷史及開拓概況

2#井于1934年組織建井,至今已有80多年的開采歷史,經(jīng)歷過民國、抗日戰(zhàn)爭、解放戰(zhàn)爭以及近代開采等時(shí)期。由于開采歷史悠久,開拓方式比較廣泛,主要包括立井、斜井開拓方式,其中:

1)立井開拓始建于建井初期,先后經(jīng)歷了民國、抗日戰(zhàn)爭、解放戰(zhàn)爭時(shí)期,主要運(yùn)輸大巷包括十五尺正巷、南大巷等,均于1982年封閉。

2)斜井開拓方式始用于1962年,其中840水平斜井開拓系統(tǒng)于1962年貫通投用,710水平開拓系統(tǒng)于1979年貫通投用至今。

2.2 2#井保留系統(tǒng)巷道情況

2#井開采水平為840、710水平,兩個(gè)水平通過710水平主、副暗斜井相連通。其中,840水平已開采完畢,主要保留主、副斜井，840運(yùn)輸大巷，840回風(fēng)大巷，桃杏回風(fēng)斜井。生產(chǎn)巷道除用于原煤拉運(yùn)的840水平運(yùn)輸大巷外,已全部封閉;710水平為主要開采水平,主要開采五盤區(qū)的上組2#煤。另710水平“二系統(tǒng)”主采下組煤層,受水患影響其系統(tǒng)及巷道已與20世紀(jì)90年代封閉。因此,840巷道更適合進(jìn)行礦井旅游開發(fā)。

2.3 “三覺五性”設(shè)計(jì)方法

為充分挖掘廢棄礦山旅游資源,有效提升實(shí)際旅游效益,文中采用“三覺五性”設(shè)計(jì)方法[7],即視覺、觸覺和聽覺以及知識性、觀賞性、參與性、娛樂性和趣味性?！叭X”設(shè)計(jì)著重游客體驗(yàn),主要依靠外界環(huán)境給予不同感知器官的沖擊。增強(qiáng)外界環(huán)境設(shè)計(jì),例如礦井明暗、大小和色彩等,以此滿足游客體驗(yàn)感和新鮮感?！拔逍浴痹O(shè)計(jì)著重于項(xiàng)目體現(xiàn)形式,例如歷史文化宣傳和采煤工藝體驗(yàn)等多種活動(dòng)。依據(jù)不同性質(zhì)設(shè)計(jì),全面的展示創(chuàng)意與設(shè)計(jì)感。

旅游設(shè)計(jì)過程應(yīng)該充分運(yùn)用“三覺五性”設(shè)計(jì)方法,結(jié)合2#井歷史及開拓概況,并根據(jù)2#井保留系統(tǒng)巷道情況,從多方面多角度開發(fā)利用,有效避免廢棄礦井旅游開發(fā)存在的“旅游項(xiàng)目設(shè)計(jì)單一”、“游覽路線規(guī)劃不足”及“空間環(huán)境設(shè)計(jì)簡單”等問題。此外,應(yīng)注重旅游項(xiàng)目之間關(guān)聯(lián)性,井下旅游與地面工業(yè)遺產(chǎn)觀光項(xiàng)目主題需連貫設(shè)計(jì),形成一個(gè)完整的旅游體系,從而增強(qiáng)礦井旅游的體驗(yàn)感和吸引性。

3 白家莊旅游礦設(shè)計(jì)方案

3.1 井下旅游基地初步設(shè)計(jì)

根據(jù)井下系統(tǒng)巷道留設(shè)情況以及水平、盤區(qū)現(xiàn)狀,擬利用原2#井立井和斜井、南大巷以及840水平井下系統(tǒng)巷道等,建設(shè)井下旅游基地。主要特點(diǎn)是井下巷道采煤生產(chǎn)系統(tǒng)較為完善,可利用空間條件較好,現(xiàn)有巷道利用率高,維護(hù)工程量小,沿途可建設(shè)的娛樂項(xiàng)目較多。

井下旅游設(shè)計(jì)充分結(jié)合白家莊豐富的礦業(yè)文化,明確功能分區(qū),細(xì)化功能部署方法;項(xiàng)目主題連貫設(shè)計(jì),體驗(yàn)內(nèi)容豐富,形式多樣;依據(jù)不同群體特性規(guī)劃合適的游覽路線,并借助“三覺五性”設(shè)計(jì)方法,避免項(xiàng)目設(shè)計(jì)單一、體驗(yàn)感不足的缺陷,提高井下探秘游的吸引力和趣味性。

3.2 具體旅游項(xiàng)目設(shè)計(jì)

1)礦業(yè)文化展覽區(qū)。該展覽區(qū)主要講述煤炭形成由來、開采發(fā)展總進(jìn)程、開采技術(shù)發(fā)展史、西山白家莊發(fā)展史等,通過館內(nèi)陳列文物藏品、文獻(xiàn)資料、文物照片、專業(yè)書籍、開采用具、西山煤炭產(chǎn)品等展示當(dāng)?shù)靥厣臍v史文化，如圖3所示。

圖3 礦業(yè)文化展覽Fig.3 Mining culture exhibition

2)采煤工藝進(jìn)化區(qū)。從礦業(yè)文化展覽區(qū)走出后,行人可步入采煤工藝進(jìn)化區(qū),對煤炭工業(yè)進(jìn)行初步了解,沿途觀賞從古至今煤炭開掘工藝,從人力化、機(jī)械化、自動(dòng)化向智能化轉(zhuǎn)變,感受傳統(tǒng)煤炭工業(yè)與現(xiàn)代智能化工業(yè)的碰撞，如圖4所示。

圖4 人工采煤工藝展示Fig.4 Display of manual mining

3)礦井交通體驗(yàn)區(qū)。基于井下復(fù)雜的交通運(yùn)輸條件,分段體驗(yàn)各種交通運(yùn)輸方式,親身體驗(yàn)礦工工作的環(huán)境;以礦井平巷人車為主,平巷人車運(yùn)送人員能改善勞動(dòng)條件,減輕工作人員的體力,保證運(yùn)輸安全,提高生產(chǎn)效率,是礦山安全生產(chǎn)和現(xiàn)代化礦井不可缺少的運(yùn)輸設(shè)備之一，如圖5所示。

圖5 礦井平巷人車Fig.5 Lane vehicles in mine

4)避難硐室觀摩區(qū)。待行人從礦井運(yùn)輸體驗(yàn)區(qū)出來后,可觀摩構(gòu)筑嚴(yán)密的避難硐室。硐室內(nèi)設(shè)有自救器等設(shè)備,可供參觀體驗(yàn),并宣傳井下避難硐室的重要性及避險(xiǎn)方法，如圖6所示。

圖6 避難硐室Fig.6 Refuge chamber

5)娛樂休閑區(qū)。井下娛樂休閑區(qū)可設(shè)置多種不同的體驗(yàn)項(xiàng)目。例如，5D礦工生活體驗(yàn)和井下電影院等項(xiàng)目，適合大人帶領(lǐng)兒童去游玩；相比較密室逃脫、養(yǎng)生體驗(yàn)館等項(xiàng)目更適合成人去體驗(yàn)游玩。此外,根據(jù)游客需求可配上基礎(chǔ)設(shè)施,如井下特色旅店和餐館,供游客休息和補(bǔ)充體力,可借助井下可恒溫儲藏的特性,將840大巷正前原火藥庫改造成集井下旅店和餐館為一體的休憩區(qū),在休憩區(qū)內(nèi)可儲藏食物、酒水等商品,供給游客所需,為景點(diǎn)獲取一定收益，如圖7所示。

圖7 礦井特色餐廳Fig.7 Mine specialty restaurant

6)采礦基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室。采礦基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)無法進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)測試內(nèi)容,同時(shí)幫助游客了解采礦生產(chǎn)及科研活動(dòng)實(shí)施情況。此外,還可以采用智能演示儀為游客展示礦井空間不同歷史時(shí)期的變化,全方位了解礦井開采的整個(gè)過程，如圖8所示。

圖8 原位實(shí)驗(yàn)測試過程Fig.8 In-situ test process

7)智能礦井指揮控制中心。智能礦井指揮控制中心能夠?qū)崿F(xiàn)礦井下采煤、掘進(jìn)、運(yùn)輸各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)清晰映射。作為礦井安全運(yùn)行指揮中樞,各系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性非常重要。該體驗(yàn)項(xiàng)目非常適合實(shí)訓(xùn)學(xué)生參觀和學(xué)習(xí),便于充分了解現(xiàn)場情況，如圖9所示。

圖9 智能礦井指揮控制中心Fig.9 Intelligent mine command control center

8)采掘現(xiàn)場體驗(yàn)區(qū)。擬在840水平正前區(qū)域建設(shè)3個(gè)采掘現(xiàn)場體驗(yàn)區(qū),并展示采煤設(shè)備,適合從業(yè)人員、學(xué)生等感興趣群體,參觀和親自體驗(yàn)。3個(gè)采掘現(xiàn)場體驗(yàn)區(qū)包括開拓工藝體驗(yàn)區(qū)、掘進(jìn)工藝體驗(yàn)區(qū)、回采工藝體驗(yàn)區(qū)。以上3個(gè)區(qū)域需設(shè)專職培訓(xùn)員管理,行人進(jìn)入體驗(yàn)區(qū)后,若有意親身體驗(yàn),需進(jìn)行快速、簡易培訓(xùn),在專職培訓(xùn)員監(jiān)管下方可進(jìn)行開機(jī)體驗(yàn)。待游人培訓(xùn)完畢后,可前往840水平行人斜井乘坐架空乘人裝置(猴車)升井，如圖10所示。

圖10 采掘現(xiàn)場體驗(yàn)區(qū)Fig.10 Mining site experience area

9)斜井運(yùn)輸體驗(yàn)區(qū)。待游人培訓(xùn)完畢后,可前往840水平行人斜井乘坐觀光纜車升井,主要以乘坐猴車和普通纜車為主，如圖11所示。其中,猴車是原井下礦工快進(jìn)入工作區(qū)的代步工具,因人在上面的坐姿像猴子所以被稱為猴車,比較適合成年人體驗(yàn),而普通纜車更適合小朋友。

圖11 觀光纜車Fig.11 Sightseeing cable cars

井下旅游基地總行程約為1 600 m,步行時(shí)長計(jì)劃控制在1.5 h以內(nèi)。以上方案在建設(shè)期間應(yīng)安設(shè)符合煤礦安全建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測監(jiān)控、供水施救、壓風(fēng)自救等6大避險(xiǎn)系統(tǒng),確保游人參觀安全,并應(yīng)在每個(gè)觀摩地點(diǎn)附近設(shè)置衛(wèi)生間以及臨時(shí)救護(hù)間。

3.3 井下旅游基地路線設(shè)計(jì)

依據(jù)上面旅游項(xiàng)目進(jìn)行路線合理規(guī)劃,旅游基地利用2#井立井和斜井、十五尺正巷、八尺副巷、南大巷和840水平留設(shè)系統(tǒng)巷道設(shè)計(jì)井下旅游方案，如圖12所示。

圖12 2#井旅游設(shè)計(jì)方案Fig.12 Tourism design of well No.2

行人游覽總體路線為:首先從2#井原立井罐籠體驗(yàn)入井,沿十五尺大巷、八尺副巷、南大巷的展覽基地和娛樂基地進(jìn)行游玩,然后普通游客去840水平行人斜井乘坐觀光纜車升井或進(jìn)入井下實(shí)驗(yàn)基地或?qū)嵱?xùn)基地,進(jìn)行采掘現(xiàn)場培訓(xùn)、學(xué)習(xí)和體驗(yàn)。與傳統(tǒng)廢棄礦山地下旅游不同之處,本方案基于智能采礦專業(yè)大學(xué)生的現(xiàn)場實(shí)訓(xùn)與實(shí)習(xí)需求,打造全國首個(gè)智能采礦實(shí)訓(xùn)實(shí)踐基地,清晰呈現(xiàn)智能采礦過程,為這類未來智能采礦工程師們提供真實(shí)、全面及安全的學(xué)習(xí)平臺,將實(shí)習(xí)與游覽相結(jié)合,增強(qiáng)實(shí)習(xí)體驗(yàn),珍惜勞動(dòng)成果,強(qiáng)化安全教育。實(shí)訓(xùn)學(xué)生路線從游客服務(wù)中心行至智能礦井指揮控制中心,進(jìn)行系統(tǒng)的專業(yè)指導(dǎo)和學(xué)習(xí),最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或者實(shí)訓(xùn)演練。

根據(jù)適用人群,設(shè)計(jì)如下三種游覽路線供游客選擇:

1)兒童推薦路線。游客服務(wù)中心→①礦業(yè)文化展覽區(qū)→②采煤工藝進(jìn)化區(qū)→③礦井交通體驗(yàn)區(qū)→④避難硐室觀摩區(qū)→⑤娛樂休閑區(qū)(5D礦工生活體驗(yàn)和井下電影院等)→⑥斜井運(yùn)輸體驗(yàn)區(qū)(纜車、猴車)。

2)成人推薦路線。游客服務(wù)中心→①礦業(yè)文化展覽區(qū)→②采煤工藝進(jìn)化區(qū)→③礦井交通體驗(yàn)區(qū)→④避難硐室觀摩區(qū)→⑤娛樂休閑區(qū)(密室逃脫、養(yǎng)生體驗(yàn)館等)→⑥采礦基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室→⑦采掘現(xiàn)場體驗(yàn)區(qū)→⑧斜井運(yùn)輸體驗(yàn)區(qū)(纜車、猴車)。

3)實(shí)訓(xùn)學(xué)生推薦路線。游客服務(wù)中心→智能礦井指揮控制中心→智能采掘設(shè)備操控區(qū)→智能采煤工作面示范區(qū)→井下智能運(yùn)輸參觀區(qū)→斜井運(yùn)輸體驗(yàn)區(qū)(纜車、猴車)等。

4 結(jié)論

1)旅游開發(fā)是避免資源浪費(fèi)的新路徑,山西白家莊礦具有良好的區(qū)域優(yōu)勢和特色,井上下協(xié)同旅游開發(fā)并成功運(yùn)營,必將推動(dòng)資源型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展,形成產(chǎn)業(yè)示范與帶動(dòng)效應(yīng)。

2)廢棄礦山旅游開發(fā),可借鑒“三覺五性”設(shè)計(jì)方法,充分考慮礦井狀況,進(jìn)行合理開發(fā)利用;注重旅游項(xiàng)目之間關(guān)聯(lián)性,將井下旅游與地面工業(yè)遺產(chǎn)觀光項(xiàng)目相結(jié)合,構(gòu)成完整的旅游體系,從而增強(qiáng)礦井旅游的體驗(yàn)感、創(chuàng)新性和吸引力。

3)旅游基地利用2#井開發(fā),根據(jù)適用人群設(shè)計(jì)3種游覽路線供游客選擇,兒童、成人和實(shí)訓(xùn)學(xué)生皆有適合的規(guī)劃路線游玩。其中,實(shí)訓(xùn)學(xué)生推薦路線將游覽和實(shí)訓(xùn)相結(jié)合,擺脫傳統(tǒng)實(shí)訓(xùn)的無趣與枯燥,為學(xué)生實(shí)訓(xùn)提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。