特殊地下空間的開發利用=Development and Utilization of S epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容介紹
　　21世紀是開發利用地下空間的世紀，嚮地下要空間已經成為全球可持續發展的普遍共識。本書依托中國工程院和中國科學院谘詢研究項目，由謝和平院士領銜的行業協會、科研機構、大學、企業等核心研究團隊，對我國地下空間，特彆是我國特殊地下空間的開發利用進行瞭5年的研究探索，形成瞭我國特殊地下空間綜閤利用的原創成果。
　　本書的特殊地下空間特指資源和礦物開采後形成的地下空間，尤指煤礦、金屬礦等固體礦物開采後形成的地下空間，以及水溶法開采鹽岩後形成的地下空間。全書以特殊地下空間開發利用為主綫，以提升特殊地下空間綜閤利用為目標，首次提齣瞭特殊地下空間綜閤利用的功能定位。在廣泛調研我國特殊地下空間容量的基礎上，形成瞭特殊地下空間判識與估算方法，首次繪製瞭全國生産煤礦井下可利用地下空間分布圖、距地級市50km以內煤礦井巷可有效利用的地下空間分布圖、全國煤礦有序退齣井巷可利用地下空間分布圖；係統提齣瞭特殊地下空間綜閤利用的六大基本原則及特殊地下空間開發利用的四大設計理念，創新提齣瞭特殊地下空間開發利用的方嚮、方式及科學利用的戰略構想；首次提齣瞭特殊地下空間多元協同開發理念，闡述瞭特殊地下空間綜閤利用關鍵技術。並結閤京西關停礦井實踐情況，給齣瞭京西關停礦井特殊地下空間開發利用的典型案例構想。

目錄
目錄
前言
第1章 特殊地下空間開發利用現狀分析 1
1.1 國外特殊地下空間開發利用現狀分析 1
1.1.1 煤礦地下空間開發利用現狀 1
1.1.2 金屬非金屬礦地下空間開發利用現狀 3
1.1.3 鹽礦地下空間開發利用現狀 7
1.2 我國特殊地下空間開發利用現狀分析 9
1.2.1 煤礦地下空間開發利用現狀 9
1.2.2 金屬非金屬礦地下空間開發利用現狀 15
1.2.3 鹽礦地下空間開發利用現狀 18
1.3 特殊地下空間開發利用趨勢分析 19
1.3.1 利用規模分析 19
1.3.2 利用方式及功能定位分析 19
參考文獻 21
第2章 特殊地下空間可利用判識分析與估算 23
2.1 特殊地下空間可利用判識分析 23
2.1.1 特殊地下空間類型及特徵 23
2.1.2 特殊地下空間可利用判識分析 36
2.2 煤礦可利用地下空間估算 40
2.2.1 煤礦井巷可利用地下空間估算 40
2.2.2 煤礦采空區可利用地下空間估算 67
2.3 其他礦山可利用地下空間估算 76
2.3.1 金屬非金屬礦可利用地下空間估算 76
2.3.2 鹽礦可利用地下空間估算 79
參考文獻 81
第3章 特殊地下空間開發利用構想 82
3.1 特殊地下空間岩石特性分析與開發利用 82
3.2 特殊地下高新技術研發示範基地、實訓基地 89
3.3 特殊地下空間工業博物館 91
3.4 特殊地下空間地下療養院 94
3.5 特殊地下空間戰略能源與資源儲備 97
3.6 地下礦井水庫抽水蓄能發電係統 103
3.6.1 地下礦井水庫抽水蓄能發電係統的建設意義 103
3.6.2 抽水蓄能發電技術發展現狀 106
3.6.3 地下及廢棄礦井抽水蓄能發電現狀 110
3.6.4 竪井式蓄能電站 113
3.6.5 建設地下礦井水庫抽水蓄能發電係統的關鍵問題 116
3.7 地下數據分析與控製中心 118
3.8 特殊地下空間生活與工業廢料的安全封存 124
3.8.1 特殊地下空間廢料的安全封存方法 125
3.8.2 特殊地下空間廢料的安全封存技術 127
3.9 井下智能停車庫係統 130
參考文獻 133
第4章 特殊地下空間利用原則與設計理念 136
4.1 特殊地下空間開發利用的基本原則 136
4.1.1 地麵資源與地下空間協同開發利用原則 137
4.1.2 工業遺産保護與空間創新利用和開發協調發展原則 137
4.1.3 特殊地下空間同步構建自循環生態圈原則 137
4.1.4 特殊地下空間係統化立體開發原則 138
4.1.5 特殊地下空間服務於國傢戰略安全原則 138
4.1.6 特殊地下空間可持續發展原則 138
4.2 特殊地下空間開發利用的設計理念 139
4.2.1 特殊地下空間開發利用本質安全的設計理念 139
4.2.2 以人為本的和諧、文明的設計理念 140
4.2.3 特殊地下空間開發利用的彈性化的設計理念 140
4.2.4 資源開發與特殊地下空間利用協同的設計理念 141
第5章 特殊地下空間開發利用關鍵技術 143
5.1 特殊地下空間建設關鍵技術 143
5.1.1 特殊地下空間內外部環境安全性檢測關鍵技術 143
5.1.2 特殊地下空間多途徑再利用建設關鍵技術 144
5.1.3 地下空間綜閤環境要素控製技術 148
5.2 特殊地下空間利用運行管理技術 148
5.2.1 建立特殊地下空間基礎地質大數據 148
5.2.2 供電管理技術 149
5.2.3 通風管理技術 150
5.2.4 運輸管理技術 150
5.2.5 排水管理技術 150
5.2.6 通信管理技術 150
5.2.7 環境保護管理技術 150
5.3 特殊地下空間利用安全保障關鍵技術 151
5.3.1 特殊地下空間災害事故分類 151
5.3.2 特殊地下空間災變及穩定性動態監測預警平颱 152
5.3.3 特殊地下空間安全屋建設 154
5.3.4 特殊地下空間抗震 156
5.3.5 特殊地下空間安全風險評估及應急預警管理機製 160
參考文獻 162
第6章 特殊地下空間前沿科學探索構想 164
6.1 地下資源利用探索構想 164
6.1.1 礦産資源再利用探索構想 164
6.1.2 水資源再利用探索構想 166
6.1.3 可再生能源儲存探索構想 167
6.1.4 地熱資源利用探索構想 167
6.2 太空科學模擬探索構想 168
6.2.1 星體環境模擬探索構想 168
6.2.2 宇航員心理試驗探索構想 169
6.2.3 太空自生存環境構建探索構想 169
6.3 大科學實驗係統探索構想 171
6.3.1 微重力科學實驗探索構想 171
6.3.2 現代提升科學試驗探索構想 172
6.3.3 彈射火箭發射試驗探索構想 176
6.3.4 深地物質科學研究探索構想 176
6.3.5 現代化地下數據儲存探索構想 177
6.3.6 現代破岩技術實驗探索構想 178
6.3.7 風洞科學試驗探索構想 179
6.3.8 現代生物科學實驗探索構想 179
6.3.9 深地空間科學觀測探索構想 180
6.4 特殊地下空間醫學科學探索構想 181
6.4.1 地下醫學科學實驗探索構想 181
6.4.2 地下醫學的研究方嚮 182
6.5 特殊地下空間心理學科學探索構想 184
6.5.1 光環境與行為心理健康科學探索構想 184
6.5.2 聲環境與行為心理健康科學探索構想 184
6.5.3 熱環境與行為心理健康科學探索構想 185
6.5.4 空氣環境與行為心理健康科學探索構想 186
6.5.5 心理環境與行為心理健康科學探索構想 186
6.5.6 其他科學探索構想 187
6.6 特殊地下空間農業發展探索構想 187
6.6.1 特殊地下空間農業利用現狀 187
6.6.2 地下農業生産要素評價 188
6.6.3 地下種植、養殖關鍵技術探索構想 189
6.6.4 地下智慧農業生産係統探索構想 190
6.6.5 地下農業生態係統共性科學問題探究 190
6.7 特殊地下空間生態城市探索構想 191
6.7.1 地下生態城市示範區 192
6.7.2 地下生態景觀 193
6.7.3 地下井筒式停車庫 194
6.7.4 礦井抽水蓄能發電設施 195
6.7.5 地下醫學和地下療養院 196
6.7.6 地下農業種植區 197
參考文獻 198
第7章 特殊地下空間立體多元協同開發利用構想 200
7.1 地麵地下一體化空間開發利用構想 200
7.1.1 地麵地下一體化科學開發思路 200
7.1.2 地下空間利用與地麵建築一體化構想 202
7.1.3 地下智能停車場（庫）與地麵空間一體化構想 202
7.1.4 地下空間利用和綠地生態一體化構想 202
7.1.5 地下空間利用與交通一體化構想 202
7.1.6 地下空間利用與商業街區一體化構想 203
7.2 資源型城市轉型發展空間綜閤利用構想 203
7.2.1 空間功能利用構想 203
7.2.2 資源利用構想 204
7.3 礦區特色小鎮發展建設構想 205
參考文獻 208
第8章 京西關停礦井開發利用規劃案例 209
8.1 京西礦區關停礦井地麵地下空間基本情況 209
8.1.1 京西礦區關停礦井現狀和可利用空間 211
8.1.2 京西礦區關停礦井開發利用內外部優勢條件 216
8.2 京西礦區關停礦井開發利用規劃 224
8.2.1 京西礦區關停礦井開發利用總體目標 224
8.2.2 京西礦區關停礦井開發利用基本原則與技術路綫 226
8.2.3 京西礦區關停礦井開發利用工程 229
8.3 《國傢災害預控與應急處置技術研發實訓基地（Ⅰ期）建設方案》 242
8.3.1 研發實訓基地（Ⅰ期）功能定位 242
8.3.2 研發實訓基地（Ⅰ期）建設內容與布局 243
8.3.3 典型災害預控與應急處置技術科研平颱建設 245
8.3.4 應急管理與安全監管乾部實訓係統建設 265
8.3.5 應急管理與安全監管實習實踐體係建設 270
8.3.6 工程進展 276
參考文獻 279

在綫試讀
第1章 特殊地下空間開發利用現狀分析
　　世界上有數量龐大的關停、廢棄礦井，包括煤礦、金屬非金屬礦、鹽礦等，對這些廢棄礦井的特殊地下空間加以綜閤利用，既能避免現有地下空間的浪費，又能節省構建地下空間的建設費用。本章將簡要綜述並特殊地下空間國內外開發利用現狀，從煤礦、金屬非金屬礦、鹽礦三個方麵分彆總結資源開采後特殊地下空間綜閤利用情況，並進一步闡述瞭特殊地下空間的功能定位和綜閤利用發展趨勢。
　　1.1 國外特殊地下空間開發利用現狀分析
　　1.1.1 煤礦地下空間開發利用現狀
　　早在20世紀中期，國外就開始探索煤礦地下空間開發利用，發展瞭多種再利用途徑，典型案例主要集中在德國、芬蘭、荷蘭、美國等國傢（謝和平等，2017a）。
　　1. 工業旅遊景區
　　德國魯爾礦區曾是歐洲*大的工業區，為第二次世界大戰後聯邦德國的“經濟奇跡”做齣巨大貢獻。20世紀中期，魯爾區的經濟持續衰退，大批煤鋼企業相繼破産，更麵臨嚴重的人口外遷和環境汙染問題。為實現轉型發展，魯爾區對具備一定價值的廢棄工業場地和設施采取的是工業遺産保護和再利用的策略，其目的在於保護和傳承該地區繁榮時期的工業文化，同時以工業遺産帶動旅遊資源的開發，將工業遺産保護和再利用作為魯爾區轉型的一個方麵。
　　魯爾區係統地製定瞭自稱“工業文化之路”的區域性旅遊規劃。例如，針對工業區典型的埃森煤礦，政府並沒有拆除占地廣闊的廠房和煤礦設備，而是買下全部的工礦設備，使煤礦工業區的結構完整地保留下來，將原來的煤鐵工廠變身為煤礦博物館、展覽館、工業設計園等（圖1-1、圖1-2），2001年埃森煤礦被聯閤國教育、科學及文化組織列為世界文化遺産之一。
　　圖1-1 原鍋爐房改造的博物館外觀
　　圖1-2 煤礦煉焦廠改造的小餐廳內景
　　除魯爾區外，德國下西裏西亞上勞西茨縣從鄰近地區的河流裏抽水注入廢礦坑，把廢礦區變成一個總麵積約70km2的湖泊群，並開發形成以生態和工業文化為主題的旅遊景點。芬蘭奧陶剋恩普市利用廢棄礦井建立瞭地下礦井博物館和地下兒童樂園，實地錶演采礦作業，展示采礦器具。
　　2. 地熱發電站
　　荷蘭海爾倫市麵對幾處大型煤礦關閉後形成的若乾塌陷區問題，提齣瞭充分開發利用廢棄礦井地熱資源的構想，計劃投資5處廢棄礦井通道，深度為250～700m，用於建設新型地熱發電站。當地政府與韋勒住房協會閤作，曆時兩年建成瞭第*座地熱發電站，並於2008年10月正式投入運行。
　　這座新型發電站利用廢棄礦井通道從地下800m深處泵齣熱水，産生蒸汽，推動渦輪機轉動使發電機産生電能。此外，發電站還用新建管道把熱水輸往附近300多處民宅、商店、圖書館和大型辦公樓以調節室溫，待水冷卻後再輸迴礦井深處以循環加熱（圖1-3）。
　　圖1-3 地熱開發利用示意圖
　　據研究人員估算，這座新型地熱發電站與傳統火力發電站相比，CO2排放量可以減少55%。研究人員正在加緊開發碳捕獲及儲存技術，希望能把該發電站排放的CO2加工成液態，並泵入其他廢舊礦井封存，以實現CO2??零排放。隨著這座新型發電站的落成，不僅當地居民可以享受到價格適中的能源供應，而且當地的環境汙染也得到瞭顯著改善。
　　3. 地下抽水蓄能發電站
　　國外在地下抽水蓄能發電站的研究上已經有一些項目處於計劃階段，其中德國魯爾區對即將廢棄的一處煤礦進行瞭建造半地下抽水蓄能發電站的可行性研究，研究中計劃利用其中一個深度為971～1008m，儲水量為450000～750000m3的巷道，建立一個功率為300MW的抽水蓄能發電站。
　　1.1.2 金屬非金屬礦地下空間開發利用現狀
　　隨著礦山資源的開發利用，金屬非金屬礦山形成瞭大量閑置的地下空間（采空區、硐室、巷道等）。如果維護保養不及時或一旦閉坑，受技術、安全、經濟等因素的影響，這些地下空間再利用的效率和可能性極低，造成地下空間的浪費。將金屬非金屬礦山地下空間因地製宜地加以改造利用，是目前許多礦業大國進行地下空間開發利用和推進礦域經濟可持續發展的重要途徑。
　　隨著社會經濟的發展，礦山地下空間開發利用將社會效益、經濟效益、環境效益高度統一，需求日益強烈。由於金屬非金屬礦山地下空間密閉程度高、屏蔽性好、環境穩定、岩體強度高、存在勢差及具備良好的工程基礎，多年來礦業發達國傢對地下空間開發利用進行瞭長期有效的探索應用，如改造為博物館、展覽館，進行旅遊開發，儲存液體燃料、武器、農副産品，堆存工業廢料，建造研究中心、檔案館，培植養殖等。
　　1. 博物館、地下旅遊和文娛活動
　　結閤金屬非金屬礦山自身資源開發的曆史和特點，可以將金屬非金屬礦山地下空間打造成礦山博物館和文教科普場景，也可以將其建設文娛或專用展覽館，進行旅遊開發和文化教育。南非約翰內斯堡的黃金礦城，遊客可搭乘纜車深入地下220m的礦坑，參觀並親身體會昔日黃金開采的經曆，同時也可以觀賞原始部落的舞蹈錶演和鑄金過程；英國諾福剋地區著名的格蘭姆斯格雷福斯燧石礦，集遊覽、考古與資源開發於一體為世人所知；英國康沃爾郡利用廢舊黏土大礦坑建造瞭世界上*大的植物溫室展覽館，種植來自世界各地不同氣候條件下的數萬種植物（鄭敏和趙軍偉，2003）。
　　2. 工業垃圾及生活垃圾填埋
　　將礦山自産或附近城市的廢料、生活垃圾、工業廢渣等埋藏到井下，既能處理采空區，保護采空區上部的地錶環境，又能節省大量土地，在節約耕地、保護環境和控製采空區安全風險、高效利用地下空間等方麵具有現實而重大的意義。部分井下廢棄空間經過加固處理，防水、防火能力強，密閉、屏蔽程度較高，可作為核廢料、化學廢料的排放場地和廢棄爆破器材的銷毀場地。
　　（1）礦山尾廢：世界範圍內應用越來越廣泛的充填采礦法，就是將堆存於地錶的礦山尾廢（尾礦、廢石），加入適量固化材料或脫水濃縮後，輸送到采空區填埋處理。
　　（2）生活垃圾：瑞典在20世紀60年代建設並實施采用壓縮空氣嚮地下空間吹運存儲垃圾係統，與垃圾收集、處置係統配套，投資在3～4年可得到迴報。
　　（3）工業廢料：英國應用地下空間填埋有害的化學廢料，如設有1000萬m3地下空間處置電解鋅廢料；意大利在多羅米蒂山和皮埃濛特區的兩座老礦山的坑道儲存工業廢料（奧塞拉，1994）。
　　3. 物資儲備
　　井下硐室密閉程度較高，且由於地熱的原因，自然形成地下溫室，可以作為戰略物資、普通物資、其他物資的儲備基地。
　　美國得剋薩斯州開采瞭70年的卡爾鹽礦，在廢棄的坑道兩側建有1.5萬個房間的地下倉庫，用於收藏珍貴物品和文件資料；美國堪薩斯城的石灰石礦將房柱法采空區建設為2000多萬立方米的儲存室、廠房和辦公室；美國紐約羅斯戴爾的石灰石礦，將房柱法采空區改造成6600萬m3的檔案館；紐約的赫德森地下褐鐵礦中有3200萬m3空間也用作檔案館；美國紐卡斯爾某礦山地下空間被改造成車輛和遊艇的停放間，同時在該礦中布置瞭30萬m3空間用於儲存檔案和食物（奧塞拉，1994）；摩爾多瓦剋利科瓦酒窖利用開采完成後的石灰石礦殘留空區儲存紅酒和食物；瑞典哈爾斯巴卡螢石礦和法國奧恩河畔邁鐵礦被用作油庫（容積分彆為100萬m3和500萬m3）；美國還將地下采空區與國傢戰略防禦結閤，在碳酸質岩石和鹽岩體內建成瞭一個燃料總儲量為1億m3的戰略儲存庫（梅爾尼科夫，1999）。
　　4. 地下水庫、地下水力發電站
　　利用礦山采空區構建地下水庫，可避免或減少建設地麵水庫對耕地的占用，同時在礦井中可進一步改造、建設供水係統或廢水處理係統。通常地下開采會形成從地麵到井下的巨大垂直落差，實施水力蓄能，可實現電廠調峰和水力發電的功能。
　　美國實施瞭“含水層儲存恢復（ASR）工程計劃”。紐約的大型供水係統完全布置在地下岩層中。瑞典、荷蘭和德國的含水層儲存恢復工程的供水量在總供水量中分彆占比20%、15%和10%。同時，還利用地下空間開展雨水收集利用和汙水迴用，如芬蘭赫爾辛基地下汙水處理場設在地下深度為100m的岩洞中，可處理70萬居民的生活汙水和城市工業廢水（畢忠偉等，2005）。
　　5. 地下實驗室、辦公室等生活、工業空間
　　將礦山地下空間建設為生活、工業空間具有重要的戰略防禦意義，人口密集的國傢尤為值得藉鑒。
　　日本成山地下水電站在發生2.9～7.4級地震時，地震對機器室的影響比對同類地區地錶構築物的影響減輕瞭一半；俄羅斯庫爾斯剋州古布金礦研究設計瞭利用采空區布置采礦輔助工廠車間（加工鐵石英岩的地下選廠、蓄水電站、蓄氣電站、水力儲氣室）；南非深井采礦中（垂深超過3000m），在井下建造良好的工人宿捨和生活區，大大減少瞭每天提升人員的耗能和影響；美國*深的南達科他州的霍姆斯特剋金礦開采深度達2400m，美國國傢科學傢協會正在把該金礦改建成美國*大的粒子物理實驗室（李俊平等，2002）；日本的原砂川礦把76

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