文摘:简述了合理利用地下采空区的重要性和紧迫性。对采空区的利用进行了全面的阐述，包括储水、储油、储气、填埋生活和工业垃圾、修建地下生活和工作设施等，对采空区的治理和利用具有一定的参考价值。

开采地下矿区空问题是在地球表面适宜国民经济，保障生产安全所必需的空土地日益减少，地表建筑物和人类活动对环境的破坏日益增加的基础上提出的。

如今，世界垃圾的产量和占地面积惊人。据国家环保局统计，到1999年，我国各类工业固体废物累计存量近100亿吨，其中每年新增废石场和尾矿库就要占用土地200 ~ 300 km2[1]。2000年以后，我国每年产生的尾矿将达到6亿多吨，其综合利用率只有7%左右。大量的尾矿只能长期堆积在地表的尾矿库中[2]。1989年，东京23个区产生的垃圾超过500万吨，从1990年到2000年，日本的垃圾增加了33%[3]。

人多地少是中国现在和未来的大问题。因此，有效保护土地迫在眉睫。合理开发最重要的国家资源——地下采矿空场，将矿山或附近城市产生的废弃物、生活垃圾、工业垃圾埋于地下，或将地表雨水、矿坑涌出的水储存于地下等。，既能治理采矿空场，限制岩层和地表移动，又能保护采矿空区上部地表环境。合理利用这些宝贵的地下资源，对节约耕地、保护环境、控制矿山地压具有重要的现实意义。

一、具有开采空油田的水、油、气储存

(1)水的储存

矿业空场用于储存工业用水，不需要专门的输送系统和设备，成本较低。只要地表的水分流得当，中国南方的矿井水位自然会上升，甚至会填满所有的采矿空田，只有矿井里涌出水来。对于蓄水，唯一能做的就是浇筑混凝土墙，封住洞口等出口。开采磷等对人类生命无害的矿体形成的采矿空场，闭坑后要对采矿空场进行适当的清理和消毒，也可储存生活用水。适当留出取水口，必要时取出补给。

只有独立井田或单个矿体闭坑后的采矿空井田和上向开采时中下段的采矿空井田可以用来蓄水。否则在开采相邻矿体时容易造成透水事故，如广西南丹特大透水事故。

在一些山区，如果条件允许，可以在采矿空田修建地下水库，避免修建地表水库占用耕地。铜山铜矿宝山井田就是一个很好的例子[4]。

(2)石油和天然气的储存

原油和天然气的超产或战略储备也可以像水一样储存在地下开采空领域。为了防止油气泄漏，必须对采空场进行特殊的防渗处理。日本学者Hisamatsu等[5]提出用水雾封堵地下空孔储存的天然气，并用3D AE技术评价水封的裂纹扩展效果。我国学者陈和李勇[6]对矿山井下帷幕灌浆的可靠性进行了研究。

今天的地下空洞是储存石油和天然气的常见例子。例如，芬兰的石油和燃料储备在地下一年，美国在碳酸盐岩和盐岩中建造了1×108m3的燃料储备[3]。

可见，利用合适的地下开采空油田储备油气，将节省大量的工程和科研费用。因为采矿空场在几年的开采过程中已经形成，不再需要挖地下空洞，工程技术人员已经非常清楚如何维持采矿空场的稳定。

第二，利用采矿空场掩埋生活和工业垃圾。

(1)掩埋选矿尾矿

选矿产生的部分或全部尾矿，在加入适当的固化材料或离心脱水浓缩后，通过管网系统输送至采矿空场掩埋，既可避免修建地表尾矿库，又可起到充填采矿空场的作用。对于填埋尾矿，应注意地下空场的封堵和滤水，避免漏浆和露浆。随着充填采矿法应用比例的增加或高水固化技术的发展，彻底取消地面尾矿库，充填采矿空领域全部尾矿指日可待。目前，山东金岭铁矿[7]和安徽铜官山铜矿[4]已建成地下尾矿库，许多矿山正在逐步减少地面排沙量。

只需要浇筑一定量的混凝土隔墙，就可以在坑下建立尾矿库，避免了在地表购买建库用地的巨额费用，也避免了对库区环境的影响。为避免安全隐患，建坑下尾矿库时空井田深部或附近不应有可开采矿体，且空井田不在未来错动区边界内，库区应避开坑下涌水。

(2)掩埋和开采废石

采矿废石就地分离至采矿空场地，或通过运输等方式掩埋在空场地。其容量一般较小，适用于中小型矿山空现场处理或辅助处理。只要组织协调得当，完全可以实现地表无排土场开采。

矸石充填简单灵活，没有复杂的充填系统，每吨充填费用一般在5 ~ 7元左右。在许多矿山中，为了弥补充填材料的不足，节省运输和排土费用，往往采用废石充填来辅助尾矿充填[8，9]。据何统计，每立方米矸石提升排放需要50元，而井下充填只需7.16元，清理费4.0元。废石和尾矿大部分返回地下，也可以避免地面倾倒和尾矿堆积占用大量农田。

(三)填埋生活、工业废物和核废料

中国城市生活垃圾和工业垃圾排放量特别巨大。北京每天的排放量达15000吨。仅武汉的武泰闸垃圾场日处理量就达2000吨，武汉还有6 ~ 7个类似垃圾场。我国垃圾年产量约为1.5亿吨，增长率约为9%[10]。目前，我国垃圾和工业废渣的主要处理方法是填埋。垃圾处理每年要占用大量耕地。利用地下采矿空场填埋垃圾，是缓解耕地紧缺和填埋占用耕地矛盾的好办法。

将生活垃圾和工业废渣填埋到城市附近或充填材料严重不足的矿山，既能经济地充填处理采矿空场地，又能填埋垃圾，两全其美。

虽然目前我国正在发展垃圾焚烧技术，但我国垃圾的成分与国外不同，灰分、土壤等不可燃成分占垃圾含量的60%以上。因此，填埋仍将是未来中国最主要的垃圾处理方式。为了节约土地，在采矿空场地填埋具有广阔的前景。特别是埋藏条件好、节理裂隙不发育或连通性差的采矿空场地，经过适当的围封和密封，将是放射性工业废物——核废料和化学废物的理想填埋地之一。

1996年以前，俄罗斯已经积累了6.4亿立方米的核废料，其中一些是固态的，含有大约1.5 gci的活性放射性(1ci = 37g衰变次数/秒)。切尔诺贝利核电站辐射泄漏值只有50 ~ 250mci)。为了修建地下洞穴掩埋核废料，防止辐射泄漏，俄罗斯科学院做了大量艰苦的研究，耗费了巨额的研究和建设资金。如今，将核废料埋在地下洞穴的趋势正在上升。例如，瑞典、德国、美国、英国、西班牙、比利时等国家都修建了一个或多个地下洞穴[3]。

目前中国有两座核电站，其中秦山核电站已经投产。随着核能开发利用的加快，我国核电站的数量将会增加，核废料的数量将会接近并超过世界发达国家的水平。掩埋核废料也将是中国将要面临的一个大问题。现在中国应该选择条件较好或者即将关闭的空领域，尽早做好准备。

总之，利用地下采矿空场地是解决不同形式的工业废物和人类活动废物短缺的最可取的方法之一。

三。利用采矿空场地建造地下生活工作室空。

近十年来，发生了大量自然灾害(地震、飓风)和有害的技术现象(酸雨、技术引发的地震、石油污染、区域战争和冲突以及大规模破坏)。最好的保护方法是建立地下工程。因为人类在地面上所能建造的任何设施的强度都无法与岩体相比。基岩的抗拉强度和抗压强度分别是同类混凝土结构的1.5 ~ 2倍和4 ~ 5倍[11]。

研究表明，地震对地下设施的影响远小于对地面的影响。日本成山地下水电站(深250米，高10米，宽20米，长10米，基岩为页岩和砂岩)，当发生2.9 ~ 7.4级地震时，其对机房的影响比同类地区地表结构的影响减少一半(日比野等1992)。再比如1976年的唐山大地震，震中及其附近的所有建筑物和构筑物全部被毁，数万人遇难，而附近的煤矿正在移交，数百人安然无恙地走出地面[3]。

如果有潜在危害的地面设施受到战争影响，如核电站、化工厂等，计算表明，无论采用何种保护层加厚的结构，都无法抵御现代武器。火箭头炸弹的穿透深度是15米，甚至到基岩。地下工程最小埋深50m，我国地下矿体开采深度一般在100 m以下，防护和安全性能有保障。

总之，利用采矿空车场建造地下生活工作室，具有重要的战略防御意义和重大的安全生产现实意义。对于人口稠密的国家和第三世界国家来说，发达国家通过地下开采空建设核电站、工厂和实验室的经验值得借鉴。

(1)建造地下核电站[3]

和平安全利用核能将是未来世界能源的主流。在过去的40年里，人类对核能的需求增加了2.2倍。随着人口的增加，从2025年到2050年，对核能的需求将至少翻一番。

地下核电站比地上安全经济，废弃后容易被淘汰。对比俄国使用的四组地下和地上в β эр-1000堆的成本数据可以看出，在不考虑废弃后的淘汰措施的情况下，建立地下核电站的成本仅高出15%。如果考虑淘汰，成本几乎相等。根据日本的数据，计算时要考虑土地的成本，所以地下核电站比地上成本低17%。另外，建设地下电站，防止重大事故时反应堆扩散的问题，目前并不存在，其危害程度可以忽略不计。而且核电站服役期满后的地下埋藏问题，技术上并不复杂，也很可靠。

在未来的30 ~ 40年内，全世界将有350多座建在地面上的核电站停止使用。但根据国外的数据，没有一个国家准备好以适当的方式终止和掩埋核电站。

(2)建造地下工厂[3]

建立一些高精度的地下生产有很大的优势，地下创造的有利条件，如温度、湿度、粉尘以及没有外界的噪音和振动干扰，对其生产非常重要。世界上这些地下工厂的经验证明，这里生产的产品不仅质量好，而且劳动生产率可提高高达18 ~ 20%。

(3)建造地下实验室[12]

美国南达科他州的霍姆斯特克金矿是19世纪淘金热的产物。到2001年底，已经运营了125年，开采深度2.4Km，是美国最深的金矿，也要走到尽头了。新成立的美国国家科学家协会希望将金矿改造成美国最大的粒子物理实验室。

四。结论

(一)无论是保护环境、保证安全生产，还是满足企业经济效益发展的要求，地下开采空井田的利用将越来越受到重视。

(2)开采后进行全尾砂充填，废石全返回地面，避免建立地表排土场和尾矿库，最终实现无废石高效开采。

(3)结合国家和地区、长期和短期经济发展，建立地下水库或垃圾、废渣填埋场，充分利用地下空房，少占耕地，保护环境，造福子孙后代。

(4)结合国家安全，充分合理利用地下空室，做好战略储备和防护，确保核能安全应用和重要国防、实验、生产设施的绝对安全。

参考

吴·。低废开采技术研究。化学矿物与加工，1999(10):1 ~ 3；

郭金峰。地下矿山无废开采技术研究。金属矿山，2001，296(3):12 ~ 14；

3 H H，梅尔尼科夫。地下开采空区的好处和问题。曹雨虹译。国外金属矿山，1999(2):24 ~ 28；

4任兴发。空区及坑下尾矿库治理的探讨与实践。铜陵有色金属，2000，9(6):33 ~ 38；

5 Hisamatsu K等人，Yunomori现场水力压裂试验期间的井下三轴声发射测量和地下裂缝动态特性的估计。继续。AEⅶ进展，1994，日本:425 ~ 430；

陈，李勇。帷幕灌浆的可靠性分析。岩石力学与工程学报，1998，17(增刊):956 ~ 960；

7.王建、董、石飞军等。地下尾矿库的建设与应用。金属矿山，2001，总296(2):29-30；

8.黎均平。某金矿采场岩矿崩落预测研究。工业安全与粉尘防治，1994，20(10):29 ~ 33；

9何德宗。井下废石充填采矿空区的实践。铜陵有色金属，1999，8(3):31 ~ 32 & 48；

10庄伟强。固体废物处理和利用。北京:化学工业出版社，2001，135；

1叶金瀚。岩石力学参数手册。北京:水利电力出版社，1991；

2季风。这座金矿将被改造成地下实验室。科学时报，2001-06-05，(3)。