大型露天煤礦綠色開采理論探討

馬玉彪

摘 要：我國現(xiàn)行的露天煤礦開采設(shè)計(jì)理論主要考慮的是露天開采安全技術(shù)的可行性和經(jīng)濟(jì)效益的最大化，其最大的缺陷是不論在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段還是在建設(shè)生產(chǎn)階段均未考慮露天開采對生態(tài)環(huán)境造成的損傷及破壞，屬于先開采、后治理（恢復(fù)）的被動開采模式。

關(guān)鍵詞：露天煤礦；綠色開采；生態(tài)環(huán)境

在提出露天煤礦綠色開采的基本思路的基礎(chǔ)上，提出露天煤礦綠色開采“綠色因子”的概念、內(nèi)涵，分析了露天煤礦開發(fā)過程中占用土地動態(tài)演變，對露天煤礦綠色開采綜合評價體系進(jìn)行探討。

一、露天煤礦綠色開采基本原則和思路

1.露天煤礦綠色開采基本原則。綠色礦山理論是一個系統(tǒng)理論，是多個因素組成的有機(jī)整體，在社會發(fā)展要求上與循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)、協(xié)調(diào)發(fā)展理論相一致，同時又體現(xiàn)了政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范性。綠色礦山理論要求露天礦山不論在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段或是建設(shè)生產(chǎn)階段，既要考慮經(jīng)濟(jì)效益，更要考慮社會、生態(tài)效益及可持續(xù)發(fā)展。以現(xiàn)代化綠色礦山理念為指導(dǎo)，通過研究國內(nèi)外資源開發(fā)、污染控制、工藝技術(shù)、生態(tài)恢復(fù)與重建、國家環(huán)境治理規(guī)劃等現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，露天煤礦綠色開采具備以下幾點(diǎn)基本原則：提高資源的開采效率，減少資源開采過程中能源、水資源與物料的消耗，以最小環(huán)境損傷實(shí)現(xiàn)最大資源回收率；以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為戰(zhàn)略考量，實(shí)現(xiàn)伴生與可再生礦物利用；既要從源頭減少煤炭開采對生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，又要注重過程污染控制與生態(tài)恢復(fù)重建；實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代工藝技術(shù)應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)效益合理性均衡；推進(jìn)企業(yè)綠色化管理，構(gòu)建和諧企業(yè)文化，實(shí)現(xiàn)社會人文生態(tài)和諧發(fā)展。

2.露天煤礦綠色開采的基本思路。露天煤礦綠色開采的基本思路是克服先開采后治理的傳統(tǒng)模式，即露天開采要與露天煤礦生產(chǎn)過程中所形成的固體環(huán)境、水體環(huán)境、大氣環(huán)境、生態(tài)環(huán)境整體化、全過程綜合考慮，達(dá)到全局優(yōu)化、可持續(xù)協(xié)調(diào)共贏的目的，使礦區(qū)的固體環(huán)境、水體環(huán)境、大氣環(huán)境及生態(tài)環(huán)境災(zāi)害最小、治理費(fèi)用較小的條件下，露天煤礦的經(jīng)營成本合理、經(jīng)濟(jì)效益較大。從開采源頭開始控制煤炭開采對生態(tài)環(huán)境的破壞，建立露天煤礦開采的新模式。因此在露天煤礦開采中引入“綠色因子”的概念，建立以露天開采成本為目標(biāo)函數(shù)，達(dá)到露天開采在設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中強(qiáng)制實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的目標(biāo)。為此，就要研究大型露天煤礦在綠色開采技術(shù)條件下的各工藝環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)配合關(guān)系；解決大型露天煤礦開采與生態(tài)環(huán)境重建協(xié)調(diào)發(fā)展問題，找到“開采”與“環(huán)境”平衡點(diǎn)，確保礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展，提出基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的露天煤礦現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)理論方法，最終建立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)評價體系。

二、露天煤礦開發(fā)過程中占用土地動態(tài)演變

露天煤礦開發(fā)過程中，土地的占用甚至破壞是露天煤礦開采的根本問題之一。剝離、開采、排棄甚至疏排水、道路建設(shè)、工業(yè)廣場建設(shè)等均要占用大量的土地資源，并且土地的占用是一個動態(tài)演變過程。采、剝、排工程的占地與生態(tài)環(huán)境重建在不同時段的工藝上、工序上等時空分布應(yīng)該協(xié)調(diào)一致。隨著采、剝、排工程的進(jìn)行，露天煤礦的土地占用和侵害逐漸顯現(xiàn)出來。采、剝、排工程的進(jìn)行使得剝離物從地下移至地表，剝離物排放地點(diǎn)發(fā)生變化，體積和位置也發(fā)生改變；同時巖層層位從有序排列到混合堆放。當(dāng)開始內(nèi)排時，一般來說占地可以達(dá)到動態(tài)平衡。因此內(nèi)外排土場的容量、邊幫角、外排角、內(nèi)排角的優(yōu)化是傳統(tǒng)意義上的巖土環(huán)境災(zāi)害力學(xué)問題，更是占地投資與經(jīng)濟(jì)效益問題。到界的內(nèi)、外排土場，就應(yīng)及時地進(jìn)行植被恢復(fù)與生態(tài)重建。不同地區(qū)礦區(qū)的氣候環(huán)境、巖層介質(zhì)不同，同時不同的排棄與管理方式，不同的植物種類與規(guī)格選擇，植被恢復(fù)與生態(tài)重建的投資費(fèi)用也不同。因此，如果設(shè)計(jì)和管理合理，內(nèi)外排土場的容量達(dá)到極限，并且將表土合理擺放與覆蓋，植被恢復(fù)與生態(tài)重建的成本就會降低。

三、露天煤礦環(huán)境災(zāi)害問題

1.固體環(huán)境災(zāi)害。固體環(huán)境災(zāi)害主要包括露天煤礦開采占用和破壞大量土地。（1）采場占用土地、外排土場占用土地、工業(yè)廣場占用土地，外排土場及排矸場污染物遷移到周圍土地、影響礦區(qū)景觀環(huán)境，污染周圍土地；（2）爆破震動：誘發(fā)滑坡、地表沉陷、破壞附近建筑物；（3）外排土場受雨水作用產(chǎn)生泥石流：破壞下游土地及建筑物。

2.水體環(huán)境災(zāi)害。水體環(huán)境災(zāi)害主要體現(xiàn)在露天煤礦開采導(dǎo)致原始水徑流條件的改變與水質(zhì)的污染。（1）采場疏干排水，破壞地下水力平衡、礦區(qū)附近地下水位下降、礦坑水排放污染地表水與土地；（2）排土場受雨水沖刷與淋溶，淋溶水污染周圍土地、淋溶水污染地表水體。

3.氣體環(huán)境災(zāi)害。氣體環(huán)境災(zāi)害主要包括：（1）煤自燃產(chǎn)生有毒有害氣體和煙塵，嚴(yán)重污染大氣；（2）汽車運(yùn)輸工藝，消耗燃油并排放大量的尾氣；（3）各環(huán)節(jié)作業(yè)產(chǎn)生飛塵（煤塵、巖塵）、噪音。

4.生態(tài)環(huán)境災(zāi)害。由于露天煤礦的生產(chǎn)，使得環(huán)境條件發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的改變，進(jìn)而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。土地養(yǎng)分減少，即土地肥力下降；水土流失，土壤中水份流失、土地沙化；植被破壞與退化，形成土地荒漠化，毀壞生物，動植物減少甚至滅絕。為了克服目前露天煤礦開采導(dǎo)致固體、水體、大氣及生態(tài)環(huán)境問題，就是要遵循露天開采與生態(tài)重建兩個獨(dú)立系統(tǒng)相融合，采用綠色開采，優(yōu)化設(shè)計(jì)，邊采邊調(diào)控，邊采邊治理，邊采邊修復(fù)。

四、露天煤礦綠色開采綜合評價

露天煤礦生產(chǎn)過程采用綠色開采技術(shù)后，需要建立開采技術(shù)指標(biāo)，采剝工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，開采過程環(huán)境指標(biāo)及生態(tài)重建環(huán)境指標(biāo)與相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，建立經(jīng)濟(jì)效益綜合評價指標(biāo)體系與評價方法，評價指標(biāo)量化方法。特定的露天煤礦生產(chǎn)過程中，固體環(huán)境、水體環(huán)境、氣體環(huán)境、生態(tài)環(huán)境綠色因子與指標(biāo)體系的構(gòu)成不僅與與礦巖準(zhǔn)備環(huán)節(jié)、采裝環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、排卸環(huán)節(jié)等密切相關(guān)，而且與露天煤礦設(shè)計(jì)、開采進(jìn)程、生態(tài)環(huán)境治理指標(biāo)等密不可分，在時空分布上都是動態(tài)的。如富水煤層的露天開采初期，抽排水是開采前、開采過程不可缺少的環(huán)節(jié)。礦區(qū)范圍內(nèi)的抽排水可以降低煤巖體內(nèi)的含水量，在提高煤質(zhì)的同時，增加邊幫的穩(wěn)定性；抽排的水還可以作為電廠用水、工業(yè)用水、民用或農(nóng)牧用水，當(dāng)然還可以用作露天煤礦煤體自燃滅火、降塵、綠化等。排放的煤體水可能造成污染。因此，抽排的水既是害又是利。各種影響因素相互影響，相互依存，相互作用，增加了建立露天煤礦綠色開采綜合評價體系的復(fù)雜性。綠色開采評價中，要分析固體環(huán)境、水體環(huán)境、氣體環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的災(zāi)害成本及其控制、治理、修復(fù)的費(fèi)用。在固體環(huán)境災(zāi)害評價方面，主要考慮外排土場位置、排棄高度等參數(shù)選擇，邊坡、排土場的穩(wěn)定性分析等；水體環(huán)境災(zāi)害評價方面，須考慮地表地下水的保護(hù)、利用、抽排及污染控制等；在氣體環(huán)境災(zāi)害評價方面，需要分析采場排土場飛塵產(chǎn)生機(jī)理、飛塵運(yùn)動規(guī)律及煤炭在破碎、洗選過程粉塵產(chǎn)生機(jī)理；在生態(tài)環(huán)境災(zāi)害評價方面，需要分析生態(tài)環(huán)境與露天開采的協(xié)調(diào)關(guān)系及生態(tài)環(huán)境修復(fù)技術(shù)等。

總之，對傳統(tǒng)露天開采存在的一系列環(huán)境災(zāi)害問題，提出了綠色礦山新理論，旨在實(shí)現(xiàn)資源高效開采、環(huán)境影響最小化、露天開采與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展；引入“綠色指數(shù)”定義，將其作為目標(biāo)函數(shù)對露天開采各工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行評價，找尋薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。建立了綠色指數(shù)評價體系，提出其評價目標(biāo)及選取原則，在此基礎(chǔ)上采用基于層次分析法的綜合模糊數(shù)學(xué)評判對該體系進(jìn)行評價，提出了建模思路，該方法具備可操作性。

參考文獻(xiàn)

[1]錢浩宇.綠色開采的概念與技術(shù)體系.2017.

[2]王玉石，淺談大型露天煤礦綠色開采理論探討.2017.

（作者單位：烏海市安監(jiān)局）