废弃煤矿如何转型再获新生？储气、储水、储油、储物资大有可为
“十三五”期间，全国累计退出煤矿5500处左右。到2030年，预计我国关闭/废弃矿井将达到1.5万处。废弃煤矿如何转型再获新生？
中国煤炭工业协会发布的《2020煤炭行业发展年度报告》显示，“十三五”期间，全国累计退出煤矿5500处左右、淘汰落后产能10亿吨以上。中国工程院重大咨询研究项目“我国煤矿安全及废弃矿井资源开发利用战略研究”预计，到2030年我国关闭/废弃矿井将达到1.5万处。
煤矿虽然废弃了，但仍有残存的煤炭资源以及大量的非常规天然气资源、空间资源等。受政策、开发思路不清晰、资金投入大等因素影响，目前绝大多数煤矿关闭后被直接废弃，但有一些废弃煤矿依托已有资源和自身优势，进行了积极探索，尝试着焕发新生。
本文，小编梳理了不同类型储物下的研究现状，研究了矿井遴选、密封性能、储物空间大小、储物时间等，提出了相应的地下空间储物评价指标和改造技术，形成了适合中国国情、自然地质条件的关闭/废弃矿井地下空间储物环境稳定性保障理论与技术。
当前尚未有专门针对关闭/废弃矿井地下储“物”空间的全面研究，不同类型储物下的矿井遴选、密封性能、储物空间大小、储物时间等方面尚需展开深入研究，以形成适合中国国情、自然地质条件的关闭/废弃矿井地下空间储物环境稳定性保障理论与技术。
不同类型储物稳定性研究现状
储气
中国液化天然气进口量将继续低速稳态增长，其对外依存度依然较高，亟需开辟新的建库领域，加快地下储气库能力建设。
目前全球共有3座煤矿地下储气库，分别位于比利时和美国（美国的储气库还在运行），均是为了满足天然气调峰需求而建设。
利用关闭/废弃矿井作为地下储气库，所注入的气必须能在地下空间保存至少20年，因此在废弃矿井选址时需要注意：渗透性较低的基岩可以作为较好矿井地下储气库封闭天然气盖层；矿井围岩应弹性模量较高、完整性较好；地下空间体积应满足要求；密封界面处的气渗应单独分析；位置选择时应尽量靠近天然气主管道或用气负荷中心。
利用关闭/废弃矿井作为地下储气库仍然有许多难题需要解决，包括：关闭/废弃矿井已形成的渗气途径密闭问题；原有开采方法所形成的采空区的稳定性问题；对于关闭/废弃矿井型地下储气库，采场顶板中存在大量方向各异的采动裂隙且应力状态不相同。
建议调研关闭/废弃矿井，通过废弃矿井信息库，为关闭/废弃矿井地下空间资源利用提供数据支持；深入研究不同类型废弃矿井空间地质条件、空间改造方式、密封性能、经济性和安全性；保障储气环境的稳定性，在解决了环境稳定性问题的基础上合理开发不同类型的废弃矿井，开辟新的建库邻域。
储水
中国工程院院士钱鸣高针对煤炭开采对地下水资源的影响提出煤矿绿色开采理念和煤矿保水开采技术。
开发关闭/废弃矿井的地下空间资源储水蓄能技术，对解决中国水资源匮乏问题有很大帮助。
虽然目前已经建成了多个地下储水库，但大多数建在正在生产的矿井中，为了保障地下水库空间环境的稳定，使其能够长期稳定的运行，需要解决许多关键性问题：进行水源预测，了解地下水的运移规律以及水量预测是建设地下储水库的前提；还需建立配套的监测和预警措施，以保障地下储水库的安全运行。
由于废弃/关闭矿井的水文地质条件更为复杂，库存空间更难确定，如何充分利用废弃/关闭矿井地下空间也是接下来要考虑的问题。
储油
中国国家石油储备主要采取地面罐和地下洞库2种形式。
大型储油罐是石油行业中用途最为广泛的储油方式，建设容易、储油量大、易管理，但其安全性是需要深入研究的课题。
地下储油库安全性、环保性和经济性都要更好，但选址前需要重点考虑区域围岩稳定性、顶板稳定性及地下水条件；此外，地下洞库与地下水密切相关，对渗透性更加严格，但目前针对关闭/废弃矿井的地下水动力学场的数值模拟分析的方法还较少。
因此，亟需对已有的储油方法进行改造或开发出新的储油方法。
废弃煤矿地下空间储油安全性高、运行成本低、火灾风险低、气温恒定，已有许多国家就废弃矿井储存石油展开相关实践。
处置低中放性核废料
由于经济、清洁等优点，核能越来越受到人们的重视，但妥善处理核废料也是必须要解决的问题。
若能将关闭/废弃矿井经过改性、筛选从而作为中低放废物的处置场所，不仅可以解决中低放废物的去向，还可以实现关闭/废弃矿井的再次利用。
德国、捷克已经率先开展了该方面的研究，中国起步较晚，目前仅有辽宁兴城某废弃铀矿2000年开始处置废物，2003年处置完毕。
利用关闭/废弃矿井处理中低放废物涉及体系较多，选址、监测、安全环境都应进行深入考虑，应构建试验和理论模型，综合多方面因素，经过详细论证，形成采用关闭/废弃矿井处置核废料的安全型、环境友好型储存方法。
储存物资
废弃矿井具有稳定的热环境，恒定的温度和湿度易赶走啮齿动物和昆虫，十分适合食物的储存，同时可以有效抵抗地面载荷，实现通风和低渗透的有效控制，已有国家利用废弃矿井储存农作物、新鲜食品及重要军事物资等。
地下空间也可以作为储存农作物种子的地点，废弃矿井地下空间稳定热环境，恒定温度和湿度的特点，保证了农作物种子的生理活性，是非常好的储存地点。
此外，废弃矿井地下空间具有安全和不易被发现的特点，因此可以用作重要物资和文件的储存场所。
把废弃矿井地下空间作为储物库，具有大大减少国家开支，方便管理；保证物资、装备、设施长期有效；保证在遇到突发状况时及时提供额外的物资设备；环境稳定性高，物资受环境因素影响小等优点，是未来物资储备的发展趋势。
关闭/废弃矿井围岩渗透性时效特征和改造方法
由于地下岩体随时间发展导致围岩中微小裂缝形成、延伸或贯通，一方面为岩体渗流提供了路径，导致岩体渗透特性增加，另一方面也对岩体强度力学特性造成了显著影响。
因此，在进行地下空间稳定性改造时，也应充分考虑渗透性和强度变形特性的时效特征效应。
关闭/废弃矿井空间的不同利用方式应满足不同的地质环境、煤层、水文等要求。
针对评价指标为好的关闭/废弃矿井地下储物空间，可以用来储存要求最高的中低放性核废料。
可以在矿井关闭前即做相应处理，例如采用煤柱支撑法处理采空区，以储存更多的中低放性核废料。
此外应考虑围岩密封性问题，通过浇筑混凝土或在巷道周围砌混凝土的方式来封堵天然裂隙或缺口，达到加强密封的作用。
同时应保证废弃矿井地质条件至少在万年以上与人类环境安全隔离，可长久安全运行。
针对评价指标为较好的关闭/废弃矿井地下储物空间，可以用来储气、储油、储水等要求相对较低的物资。
应采取纳米改性混凝土材料等新型材料进行密封处理，保证地下空间渗透性和稳定性达标，通过调整地下空间运行压力，保证其稳定性与密封性，减少天然地下水损失，以形成真正密闭的“储存容器”。
针对评价指标为一般的关闭/废弃矿井地下储物空间，可以用来储种子、文件、食品、粮食、水果等要求较低的物资。
对较大空间的矿井应采取分段开挖方式，在开挖同时对矿井内岩层进行支、护等措施；对存在断层的地下空间，应加强锚杆支护；优化开挖顺序，采取软件进行仿真模拟计算，对不同方案的围岩变形规律进行比较，找出最合理的方案，保证其长期稳定性。
还需考虑顶板移动变形、围岩变形稳定性、防水密封等方面，对密闭墙位置、断面尺寸、墙体厚度等进行设计，保证地下储物资的空间安全性。
针对评价指标为较差的废弃矿井地下储物空间，经过详细论证和大量改造后，可以用来储种子、文件、食品、粮食、水果等要求较低的物资。
还可以填充混凝土墙，使其稳定程度、渗透度达到要求标准，同时应控制地下水位，防止对矿井侵蚀导致储物空间寿命缩减，以达到长期处理储存物资的条件。
我国煤炭开采一般会排出大量的矿井水，并形成巨大高落差的地下空间。一些煤矿也在尝试着对这些水资源、空间资源进行开发。
从2010年开始，国家能源集团神东煤炭公司在大柳塔矿将废弃巷道封闭加固，建成了首个煤矿分布式地下水库。截至目前，神东矿区已累计建成33座地下水库，储水量达到3100万立方米，年供水量接近7000万立方米。
晋能控股煤业集团先后在四老沟矿、四台矿等矿井建设了5座地下水库。矿井水先在沉淀池沉淀、污泥池澄清，再到中间水池划分等级，经处理工艺进入调节池，最后到达净水储水池。矿井水经过处理后自然流向低处的地下水库，可再次服务于矿井生产。
地下水库存的水不仅可供生产生活所用，还可以与煤矿开采所形成的高落差地下空间结合，发展废弃矿井抽水蓄能发电。
据了解，目前，我国尚未有利用废弃矿洞建设抽水蓄能电站工程实例，但已有相关设想。
利用煤矿地下空间储气、储油、储存二氧化碳也有很大的潜力。中国工程院院士、石油地质与油气勘探专家赵文智介绍，“十三五”期间，我国废弃煤矿的地下空间就有15亿立方米，具备150亿立方米的地下储气能力。
目前，我国已有利用盐穴等储气的工程实践，尚未利用废弃煤矿地下空间进行储气、储油等。废弃煤矿地下储气、储油相关技术还处于摸索阶段，仍需加强技术研发，完善相关政策。
文章来源： 科技导报，中国煤炭网