露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子體系構(gòu)建

宋子嶺，范軍富，趙東洋，周玉祥

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子體系構(gòu)建

宋子嶺，范軍富，趙東洋，周玉祥

（遼寧工程技術(shù)大學(xué)，遼寧 阜新 123000）

確定了露天煤礦綠色開采的內(nèi)涵、目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)途徑，定義了露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子的概念、確定了其內(nèi)涵及作用，建立了綠色開采評價(jià)指標(biāo)體系。對黑岱溝露天煤礦進(jìn)行了“綠色度”評價(jià)，綜合評定為Ⅱ級、達(dá)到“良”的綠色標(biāo)準(zhǔn)。

露天煤礦；綠色開采；“綠色度”；評價(jià)因子體系

0 引 言

2003年錢鳴高院士[1]提出了綠色開采的概念并對其內(nèi)涵進(jìn)行了界定，是努力遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)中綠色工業(yè)的原則，形成一種與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的，“低開采、高利用、低排放”的開采技術(shù)。這是我國關(guān)于綠色開采技術(shù)的最早的權(quán)威表述，也提出了綠色開采的目標(biāo)。煤炭開采方式分為井工開采和露天開采，2種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，開采方法、開采工藝有著較大的區(qū)別，其開采對環(huán)境的影響和破壞也不同，對于露天礦實(shí)現(xiàn)綠色開采的技術(shù)內(nèi)涵與井工礦在某些方面有著本質(zhì)的不同。如井工開采對環(huán)境的影響主要為煤矸石排放占用土地、有毒有害氣體污染大氣、采空區(qū)引起地表沉陷、井下通風(fēng)將有毒有害氣體排入大氣環(huán)境、受污染的礦井水向地表排放污染土地和水體等[2-3]。

露天煤礦開采所引起的環(huán)境破壞與污染主要為采場與排土場及工業(yè)廣場占用與破壞大量土地、破壞當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境、破壞礦區(qū)地下水力平衡、污染地下水和地表水、采場煤炭和排土場煤矸石殘煤自燃污染大氣環(huán)境、汽車工藝露天礦及膠帶運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)生大量煙塵污染大氣環(huán)境、爆破及大型設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)和噪音等，露天煤礦對礦區(qū)造成固體環(huán)境、水體環(huán)境、氣體環(huán)境與生態(tài)環(huán)境綜合性污染與破壞。為解決上述環(huán)境問題，實(shí)現(xiàn)綠色開采技術(shù)，對環(huán)境污染與破壞的控制，所采取的措施和技術(shù)完全不同于井工礦。因此，露天煤礦綠色開采有自己的概念內(nèi)涵[4-5]。

1 綠色開采內(nèi)涵、目標(biāo)及實(shí)現(xiàn)途徑

1.1 綠色開采概念及內(nèi)涵

根據(jù)露天礦開采工藝與方法，以及露天礦環(huán)境影響特點(diǎn)，露天礦綠色開采技術(shù)內(nèi)涵界定為以實(shí)現(xiàn)露天煤礦“低開采、高利用、低排放”為目標(biāo)，從露天礦開采規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、直至閉坑全過程進(jìn)行環(huán)境污染控制。采用以生態(tài)恢復(fù)為主要工藝環(huán)節(jié)的綠色開采工藝，以陡幫開采為主的開采方法，以土地占用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)制為管理手段，形成以綠色度或綠色因子為強(qiáng)制因素的評價(jià)指標(biāo)體系的綠色開采設(shè)計(jì)理論，從而實(shí)現(xiàn)露天礦生態(tài)恢復(fù)與開采一體化技術(shù)[6-7]。

這一概念包含以下內(nèi)涵：①露天礦開采與礦區(qū)固體環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系。如露天開采各工藝環(huán)節(jié)“礦巖準(zhǔn)備、采裝、運(yùn)輸、排卸、生態(tài)重建”的合理匹配關(guān)系，剝離物、煤炭對礦區(qū)土地的影響及其協(xié)調(diào)關(guān)系，穿孔爆破、采裝、運(yùn)輸、排土設(shè)備作業(yè)對周圍環(huán)境的影響及其協(xié)調(diào)關(guān)系等；②露天開采與水體（地下水與地表水）環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系。如露天采場與礦區(qū)地下水力關(guān)系，外排土場剝離物淋溶水對周邊土地及地表水的影響；③露天開采與大氣環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系。如露天礦爆破、采運(yùn)排作業(yè)所產(chǎn)生的煙塵、飛塵的產(chǎn)生機(jī)理及其對大氣環(huán)境的影響，采場內(nèi)煤炭自燃和排土場、排矸場殘煤自燃對大氣環(huán)境的影響；④露天開采與固體環(huán)境、水體環(huán)境、大氣環(huán)境及生態(tài)環(huán)境的綜合一體化協(xié)調(diào)關(guān)系。從而形成大型露天煤礦綠色開采理論體系和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評價(jià)體系。

1.2 綠色開采目標(biāo)

以最小的環(huán)境代價(jià)獲取最大的資源開采；從開采源頭控制露天礦對環(huán)境的影響與破壞；將“先開采后環(huán)境治理模式”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬拈_采源頭控制露天開采對環(huán)境破壞的新模式”；從露天礦設(shè)計(jì)到開采，直至閉坑全過程的環(huán)境污染控制。用露天煤礦“綠色度”指標(biāo)或“綠色因子”指標(biāo)強(qiáng)制達(dá)到環(huán)境保護(hù)目標(biāo)；露天開采與礦區(qū)的固體環(huán)境、水體環(huán)境、氣體環(huán)境及生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展；現(xiàn)露天礦可持續(xù)發(fā)展。

對于一個(gè)露天煤礦實(shí)現(xiàn)綠色開采的各項(xiàng)目標(biāo)需要確定一系列定量化指標(biāo)，以達(dá)到礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的具體目標(biāo)[8]。

1.3 綠色開采實(shí)現(xiàn)途徑

實(shí)現(xiàn)綠色開采的途徑是將目前“先開采后環(huán)境治理的傳統(tǒng)模式”改變?yōu)椤皬拈_采源頭控制對生態(tài)環(huán)境的污染與破壞的新模式”；提出露天煤礦綠色開采的總目標(biāo)，并建立綠色開采目標(biāo)函數(shù)以形成目標(biāo)的量化指標(biāo)；根據(jù)目標(biāo)指標(biāo)要求，采取一系列的綠色開采技術(shù)，如陡邊坡技術(shù)、陡幫開采技術(shù)、控制爆破技術(shù)、露天礦土地動(dòng)態(tài)管理機(jī)制、地表水與地下水污染控制技術(shù)、露天礦帷幕與降塵技術(shù)、綠色開采工藝、閉坑治理技術(shù)等，形成生態(tài)恢復(fù)與開采一體化技術(shù)；采用“綠色度”指標(biāo)對露天煤礦進(jìn)行綜合評價(jià)，以達(dá)到強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)綠色開采目標(biāo)[9-10]。

2 “綠色度”評價(jià)因子的概念、內(nèi)涵及作用

2.1 “綠色度”評價(jià)因子的概念、內(nèi)涵

“綠色度”指在一定時(shí)期內(nèi)露天煤礦開采過程中對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境采取保護(hù)及修復(fù)措施后的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)與理想條件下露天礦區(qū)所能達(dá)到的生態(tài)環(huán)境指標(biāo)的比值（單位為%），包括固體環(huán)境“綠色度”（主要為土地恢復(fù)）、大氣環(huán)境“綠色度”、水體環(huán)境“綠色度”，以及礦區(qū)生態(tài)環(huán)境“綠色度”，用相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境評價(jià)指標(biāo)計(jì)算。

露天煤礦“綠色度”指標(biāo)是表征一個(gè)露天煤礦生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)程度的綜合性指標(biāo)，其值越大表明該露天礦對生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)越好。它是一個(gè)相對指標(biāo)，需要首先建立我國目前技術(shù)條件下露天煤礦“綠色度”評價(jià)等級標(biāo)準(zhǔn)，影響“綠色度”指標(biāo)的因素既包括露天礦自然因素（如礦床賦存條件等），也包括開采技術(shù)水平（如開采工藝、開采參數(shù)、作業(yè)方式等）因素。

2.2 “綠色度”評價(jià)因子的作用

提出露天煤礦“綠色度”指標(biāo)，其主要作用是為綜合評價(jià)露天煤礦對生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)程度提供一個(gè)統(tǒng)一的、對不同露天礦具有可比性的評價(jià)指標(biāo)，可以建立我國露天煤礦綠色開采通用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

3 “綠色度”評價(jià)因子體系構(gòu)建及應(yīng)用

3.1 “綠色度”評價(jià)因子的分類

1）根據(jù)對露天煤礦生態(tài)環(huán)境影響形態(tài)，其影響因素分為固體環(huán)境影響因素、水體環(huán)境影響因素、氣體環(huán)境影響因素和生態(tài)環(huán)境影響因素，據(jù)此將露天礦“綠色度”評價(jià)因子的分為4種類型：固體環(huán)境“綠色度”、水體環(huán)境“綠色度”、氣體環(huán)境“綠色度”和生態(tài)環(huán)境“綠色度”。

固體環(huán)境“綠色度”——表征露天礦區(qū)固體環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)程度的綜合指標(biāo)。主要指露天礦區(qū)對土地的占用與破壞程度，一般以某一時(shí)期內(nèi)土地恢復(fù)與土地占用的比值表示，以及露天礦在某一時(shí)期占用土地的大小與我國理想露天煤礦占用土地大小的比值表示。

水體環(huán)境“綠色度”——表征露天礦區(qū)水體環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)程度的綜合指標(biāo)。主要指礦區(qū)及其所影響到的周邊一定范圍內(nèi)的地下水和地表水受到污染與破壞的程度。又分為地下水環(huán)境綠色度、地表水環(huán)境綠色度。

氣體環(huán)境“綠色度”——表征露天礦區(qū)氣體環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)程度的綜合指標(biāo)。主要指礦區(qū)及其所影響到的周邊一定范圍內(nèi)的大氣污染程度。

生態(tài)環(huán)境“綠色度”——表征露天礦區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)程度的綜合指標(biāo)。主要指礦區(qū)及其所影響到的周邊一定范圍內(nèi)的地形地貌、生態(tài)景觀、植被、土地污染與土壤質(zhì)量情況。

2）根據(jù)對生態(tài)環(huán)境影響因素的性質(zhì)不同，將露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子分為露天礦自然條件“綠色度”、開采技術(shù)水平條件“綠色度”。

露天礦自然條件“綠色度”——表征露天礦區(qū)自然地理?xiàng)l件、氣候條件、地質(zhì)地形條件、礦床賦存條件、水文地質(zhì)條件等自然因素對礦區(qū)及其周邊生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)的影響程度的綜合性指標(biāo)。這些自然因素對生態(tài)環(huán)境的影響是礦區(qū)固有的，不同露天礦區(qū)的差異性較大。一般會(huì)在不同程度上影響露天礦的固體環(huán)境、水體環(huán)境、氣體環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，自然因素的影響表現(xiàn)了不同礦區(qū)的差異性，在這方面我們只能最大程度地克服其對生態(tài)環(huán)境的影響，難以改變。

開采技術(shù)水平條件“綠色度”——表征露天礦的開采規(guī)劃設(shè)計(jì)與總體布局、開采規(guī)模、開采工藝、設(shè)備類型、開拓開采方式、作業(yè)方式與參數(shù)、環(huán)保措施等技術(shù)水平對生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)的影響程度的綜合性指標(biāo)。開采技術(shù)水平條件是人為因素所造成的生態(tài)環(huán)境影響，是強(qiáng)制采用綠色開采技術(shù)措施，提高露天礦“綠色度”的主要途徑。

3.2 “綠色度”評價(jià)因子體系構(gòu)建

依據(jù)露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子的分類，“綠色度”評價(jià)因子體系構(gòu)成如圖1、圖2所示。

圖1 按環(huán)境影響形態(tài)構(gòu)成“綠色度”評價(jià)因子體系

露天煤礦綜合“綠色度”的計(jì)算指標(biāo)的計(jì)算，見公式（1）：

式中：K總=露天煤礦綜合“綠色度”；

K固=露天煤礦固體環(huán)境“綠色度”；

K水=露天煤礦水體環(huán)境“綠色度”；

K氣=露天煤礦氣體環(huán)境“綠色度”；

K生態(tài)=露天煤礦生態(tài)環(huán)境“綠色度”；

ω固=露天煤礦固體環(huán)境權(quán)重；

ω水=露天煤礦水體環(huán)境權(quán)重；

ω氣=露天煤礦氣體環(huán)境權(quán)重；

ω生態(tài)=露天煤礦生態(tài)環(huán)境權(quán)重。

圖2 按環(huán)境影響性質(zhì)構(gòu)成“綠色度”評價(jià)因子體系

3.3 應(yīng)用

3.3.1 評價(jià)模型與指標(biāo)體系建立

1）露天煤礦“綠色度”評價(jià)模型的建立

①評價(jià)模型是所建立露天礦“綠色度”評價(jià)體系，涵蓋固體環(huán)境、水體環(huán)境、氣體環(huán)境和生態(tài)環(huán)境多個(gè)方面內(nèi)容。選取適當(dāng)?shù)脑u價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)對露天礦的開采現(xiàn)狀進(jìn)行量化評價(jià)。

②“綠色因子”要在符合實(shí)際情況的基礎(chǔ)上合理選擇。露天礦不同區(qū)域，其環(huán)境各有差異。在選擇評價(jià)因子時(shí)充分考慮露天礦多方面因素。

③層次分析法將定量與定性分析相結(jié)合，通過對比，將復(fù)雜的各個(gè)要素有層次地排列先后重要性，確定各要素的權(quán)重。

④建立評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的基本思路是結(jié)合國際或者國家現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)，對還未有標(biāo)準(zhǔn)的因子采用研究區(qū)域所在地區(qū)的歷史資料或平均水平進(jìn)行分級，建立等級標(biāo)準(zhǔn)。

2）“綠色因子”的篩選方法

①理論分析法。是建立在各門學(xué)科綜合理論的條件下，對露天煤礦綠色開采內(nèi)涵、特征進(jìn)行綜合分析，選取重要的特征指標(biāo)作為“綠色因子”。

②專家咨詢法。進(jìn)一步考慮被評價(jià)區(qū)域的自然環(huán)境特點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，征詢專家意見。

③頻度統(tǒng)計(jì)法。是對目前有關(guān)可持續(xù)發(fā)展評價(jià)研究和循環(huán)經(jīng)濟(jì)評價(jià)研究的報(bào)告、論文進(jìn)行頻度統(tǒng)計(jì)，選擇使用頻度較高的指標(biāo) 。

④單因子最大限制法。在性質(zhì)相同的指標(biāo)中選擇對目前露天礦綠色開采影響最大的因素作為評價(jià)的“綠色因子”。

⑤主成分分析法。將評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行重組，選取具有嚴(yán)格獨(dú)立意義的主成分作為評價(jià)指標(biāo)。

選擇專家咨詢法、理論分析法、頻度統(tǒng)計(jì)法和單因子最大限制法的篩選方法。

3）“綠色因子”的選取原則

露天開采“綠色度”的評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建應(yīng)遵循以下原則：①系統(tǒng)性原則；②科學(xué)性原則；③相對完備性原則；④可操作性原則；⑤結(jié)構(gòu)層次性原則；⑥針對性原則。

4）露天煤礦綠色開評價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)層次分析法基本原理，劃分為以下3個(gè)層次，目標(biāo)層：把露天開采“綠色度”作為評價(jià)工作的目標(biāo)，該層包括固體環(huán)境“綠色度”、水體環(huán)境“綠色度”、氣體環(huán)境“綠色度”、生態(tài)環(huán)境“綠色度”4個(gè)方面；準(zhǔn)則層：把影響露天開采的12個(gè)二級指標(biāo)歸納為準(zhǔn)則層，包括土地的占用A11、爆破震動(dòng)A12、礦區(qū)條件A13、地下水A21、地表水A22、穿爆環(huán)節(jié)A31、采裝環(huán)節(jié)A32、運(yùn)輸環(huán)節(jié)A33、排土場粉塵A34、污染控制與廢物利用A41、退化土地復(fù)墾質(zhì)量A42、重建生態(tài)資源保護(hù)與利用A43；指標(biāo)層：根據(jù)評價(jià)準(zhǔn)則進(jìn)一步細(xì)分為若干具體的評價(jià)指標(biāo)，每一個(gè)指標(biāo)層的評價(jià)指標(biāo)都將作為“綠色因子”應(yīng)用于評價(jià)中。在露天煤礦開采方面得出指標(biāo)層涵蓋66個(gè)“綠色因子”。

在一級指標(biāo)基礎(chǔ)上，確定了固體環(huán)境、氣體環(huán)境、水體環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的二級指標(biāo)、三級指標(biāo)。固體環(huán)境包含3個(gè)二級指標(biāo)，21個(gè)三級指標(biāo)；氣體環(huán)境包含4個(gè)二級指標(biāo)，28個(gè)三級指標(biāo)；水體環(huán)境包含2個(gè)二級指標(biāo)，8個(gè)三級指標(biāo)；生態(tài)環(huán)境包含3個(gè)二級指標(biāo)，12個(gè)三級指標(biāo)。

3.3.2 評價(jià)結(jié)果

應(yīng)用所建立的露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子體系及評價(jià)模型，對黑岱溝露天煤礦進(jìn)行了“綠色度”評價(jià)，并建立了我國露天煤礦“綠色度”評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，得到了黑岱溝露天煤礦“綠色度”指標(biāo)值，綜合評定為Ⅱ級、達(dá)到“良”的綠色標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論

1）露天煤礦實(shí)現(xiàn)綠色開采的途徑：將目前“先開采后環(huán)境治理的傳統(tǒng)模式”改變?yōu)椤皬拈_采源頭控制對生態(tài)環(huán)境的污染與破壞的新模式”；

2）露天煤礦“綠色度”指標(biāo)是表征一個(gè)露天煤礦生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)程度的綜合性指標(biāo)，其值越大表明該露天礦對生態(tài)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)越好,是一個(gè)相對指標(biāo)；

3）根據(jù)對露天煤礦生態(tài)環(huán)境影響形態(tài)，露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子的分為四種類型：固體環(huán)境“綠色度”、水體環(huán)境“綠色度”、氣體環(huán)境“綠色度”和生態(tài)環(huán)境“綠色度”；

4）根據(jù)對露天礦生態(tài)環(huán)境影響因素的性質(zhì)不同，可將露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子的分為兩種類型：露天礦自然條件“綠色度”、開采技術(shù)水平條件“綠色度”；

5）露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子應(yīng)用于露天煤礦綠色開采評價(jià)中。對岱溝露天煤礦進(jìn)行了“綠色度”評價(jià)，綜合評定為Ⅱ級、達(dá)到“良”的綠色標(biāo)準(zhǔn)。

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【責(zé)任編輯：解連江】

Construction of"green degree"evaluation factor system in open-pit coal mine

SONG Ziling,FAN Junfu,ZHAO Dongyang,ZHOU Yuxiang
(Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China)

The article determined the connotation,goal and realization way of green mining in open-pit coal mine,and defined the concept of"green degree"evaluation factor,and determined its connotation and function,and built the evaluation index system of green mining.The author carried out"green"evaluation on Heidaigou Open-pit Coal Mine,the comprehensive assessment result was the level II,which reached the"good green standard".

open-pit coal mine;green mining;"green degree";evaluation factor system

X22

B

1671－9816（2017）04－0071－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.021

宋子嶺，范軍富，趙東洋，等.露天煤礦“綠色度”評價(jià)因子體系構(gòu)建［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（4）：71-74.

2016-12-21

國家自然基金（煤炭聯(lián)合基金）重點(diǎn)項(xiàng)目（U1361211）；國家自然基金面上項(xiàng)目（51474119）

宋子嶺（1965—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，教授，博士，畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)采礦工程專業(yè)，現(xiàn)在遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院從事露天煤礦開采方面的研究與教學(xué)工作。