采礦工程中綠色開(kāi)采技術(shù)的相關(guān)運(yùn)用研究

仝海偉

（沈陽(yáng)錦鴻工程技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110180）

采礦工程會(huì)導(dǎo)致巖層移動(dòng)、破壞，引起地表沉陷、環(huán)境污染、農(nóng)田設(shè)施破壞等問(wèn)題。隨著開(kāi)采深度增加，礦山發(fā)生災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)加大，威脅生產(chǎn)安全。新形勢(shì)下，必須對(duì)開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，遵循綠色開(kāi)采、保護(hù)生態(tài)的原則。以下結(jié)合實(shí)踐，探討了綠色開(kāi)采技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用。

1 我國(guó)采礦工程的發(fā)展現(xiàn)狀

金屬礦山的開(kāi)采，能為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供重要資源。傳統(tǒng)開(kāi)采技術(shù)下，地下水系統(tǒng)被人為改變，一些可以開(kāi)發(fā)的地下水源消失不見(jiàn)；大型機(jī)械和爆破技術(shù)的應(yīng)用，會(huì)造成植被破壞、空氣污染。具體來(lái)看，如果礦井水進(jìn)入農(nóng)田，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)；進(jìn)入河流水域，會(huì)造成魚(yú)類死亡；進(jìn)入地下水源，會(huì)造成水質(zhì)污染。針對(duì)采礦工程引起的生態(tài)破壞、環(huán)境污染問(wèn)題，已經(jīng)成為世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)[1]?！吨袊?guó)節(jié)能技術(shù)政策大綱》指出：新建礦山在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的允許下，優(yōu)先采用露天開(kāi)采模式，利用大型化、配套化的采礦設(shè)備，不斷創(chuàng)新開(kāi)采技術(shù)。在此背景下，為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能、降耗、環(huán)保的發(fā)展要求，金屬礦山的開(kāi)采，必須實(shí)行綠色開(kāi)采技術(shù)，建設(shè)環(huán)保節(jié)約型礦山。

2 綠色開(kāi)采技術(shù)的內(nèi)涵和意義

2.1 內(nèi)涵

針對(duì)礦山進(jìn)行綠色開(kāi)采，其內(nèi)涵是認(rèn)識(shí)到礦石、瓦斯、地下水等，均是可以利用的資源，應(yīng)該共同開(kāi)發(fā)、合理利用，避免資源破壞和浪費(fèi)。綠色開(kāi)采技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)，是金屬礦山在開(kāi)采過(guò)程中，盡量減少對(duì)環(huán)境和資源的不利影響，獲得經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的最大化。

2.2 意義

本質(zhì)上看，礦山屬于環(huán)境系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，對(duì)礦山開(kāi)采進(jìn)行保護(hù)治理，可以將資源開(kāi)發(fā)和生態(tài)保護(hù)有機(jī)結(jié)合，提高資源利用效率。一直以來(lái)，采礦作業(yè)存在重生產(chǎn)、輕保護(hù)的現(xiàn)象，導(dǎo)致礦山生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞。在此背景下，國(guó)家從省、市、縣三級(jí)入手，編制了礦產(chǎn)資源的規(guī)劃方案，調(diào)整礦山布局，關(guān)閉一批、改進(jìn)一批、發(fā)展一批[2]。這些措施實(shí)施后，生態(tài)建設(shè)取得一定效益。但是，礦山開(kāi)采過(guò)程中，要想減少對(duì)自然環(huán)境的破壞，就必須創(chuàng)新開(kāi)采技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。大力發(fā)展綠色開(kāi)采技術(shù)，對(duì)規(guī)范開(kāi)采、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境具有重要作用，也是建設(shè)文明礦山的第一步，是經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型、社會(huì)發(fā)展的重要一環(huán)，能推動(dòng)礦山可持續(xù)發(fā)展。

3 采礦工程中綠色開(kāi)采技術(shù)的運(yùn)用

3.1 離層注漿減沉技術(shù)

基于巖石控制理論下，地下開(kāi)采作業(yè)時(shí)，應(yīng)保證巖層不斷裂失穩(wěn)，保護(hù)地面建筑物，提高地下開(kāi)采效益。離層注漿減沉技術(shù)的應(yīng)用，首先要確定覆巖的關(guān)鍵層位置，分析離層、破斷特征，開(kāi)展技術(shù)可行性研究，制定完善的鉆孔注漿工藝方案。結(jié)合實(shí)踐，關(guān)鍵層初次破斷前，離層區(qū)發(fā)育明顯、離層量大，有利于注漿充填；如果關(guān)鍵層發(fā)生破斷，離層區(qū)的離層量小，不利于注漿充填。因此，離層注漿技術(shù)的應(yīng)用，必須在關(guān)鍵層初次破斷前進(jìn)行，提高覆巖的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，發(fā)揮出減沉效果。

3.2 采空區(qū)充填開(kāi)采技術(shù)

對(duì)采空區(qū)進(jìn)行充填，尤其適用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，有利于在建筑物下方開(kāi)采作業(yè)。但是，該技術(shù)的最大限制，是充填采礦成本高，因此發(fā)展應(yīng)用緩慢。該技術(shù)的應(yīng)用，其一能防止采空區(qū)過(guò)度挖空，保護(hù)礦山結(jié)構(gòu)，減少對(duì)地表植被的破壞，保留地面上的道路、建筑物。其二采礦作業(yè)更加安全，采空區(qū)對(duì)山體的影響小，能保護(hù)工作人員的安全。其三常規(guī)開(kāi)采時(shí)，礦石損失率在30%以上，充填開(kāi)采技術(shù)能回收利用礦石，提高資源利用效率[3]。其四充填材料以廢石、廢渣、尾礦為主，可以解決堆放問(wèn)題，減少土地占用，實(shí)現(xiàn)雙贏效果。

3.3 礦石瓦斯共采技術(shù)

我國(guó)礦山的變質(zhì)程度高，含氣飽和度小，由于巖層滲透率低，不利于開(kāi)采前預(yù)抽瓦斯。隨著礦山開(kāi)采，巖層在移動(dòng)過(guò)程中，其滲透率會(huì)明顯提高，為瓦斯抽取提供了有利條件。因此，采用礦石瓦斯共采技術(shù)，建立兩個(gè)開(kāi)采系統(tǒng)，不僅能獲得潔凈能源，還能保證采礦安全。具體到技術(shù)層面，應(yīng)根據(jù)巖層運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，分析節(jié)理裂隙場(chǎng)分布對(duì)上臨近層瓦斯涌出的影響，以及對(duì)下層開(kāi)采卸壓高度的影響，這是瓦斯開(kāi)采技術(shù)方案的重要依據(jù)。

3.4 減少矸石排放技術(shù)

采礦必然會(huì)排放矸石，繼而影響環(huán)境。要想減少矸石排放量，可以設(shè)置巷道，但如何維護(hù)巷道成為一個(gè)難點(diǎn)。在以往，巷道維護(hù)方案是：大斷面預(yù)留量+可伸縮支架+巷旁充填。目前，則大多采用錨桿支護(hù)方案，需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，是科學(xué)設(shè)置支護(hù)參數(shù)，形成抗剪切錨桿[4]。減少矸石的排放，可以從以下幾點(diǎn)入手：第一，利用廢棄物覆蓋矸石，減少風(fēng)吹帶來(lái)的影響，避免造成環(huán)境污染。第二，矸石處理過(guò)程中，結(jié)合物理、化學(xué)性質(zhì)，合理選擇溶劑，對(duì)矸石進(jìn)行分解。第三，對(duì)矸石綜合利用，提煉矸石中的金屬，提高經(jīng)濟(jì)效益；或者將矸石作為建筑材料使用，提高附加值。

3.5 優(yōu)化爆破技術(shù)

在露天礦山中，傳統(tǒng)爆破技術(shù)受到孔道、臨空面、炸藥因素的影響，而且對(duì)環(huán)境破壞嚴(yán)重，會(huì)產(chǎn)生空氣污染。優(yōu)化爆破技術(shù)，可以從臺(tái)階高度、裝藥方法、起爆方法、炸藥單耗等方面入手。

以裝藥方法的優(yōu)化為例，一方面可以使用連續(xù)性裝藥裝置，既保證炸藥充足，又能避免人工裝藥，降低人員成本，保護(hù)人員安全。另外在裝藥長(zhǎng)度上，應(yīng)充分利用穿孔長(zhǎng)度，在改善爆破效果的同時(shí)，降低爆破作業(yè)成本，將節(jié)約的資金用于生態(tài)恢復(fù)上。

3.6 井下開(kāi)采技術(shù)

從礦床的特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合地表工業(yè)場(chǎng)地、舊巷道的布局，采用中央并列式開(kāi)采模式，將片盤(pán)、采區(qū)結(jié)合在一起。具體開(kāi)采時(shí)，劃分幾個(gè)作業(yè)段，控制頂板壓力，對(duì)回采工作面進(jìn)行垂直開(kāi)切，后退式回采礦石；放頂時(shí)，對(duì)工作面進(jìn)行有效支護(hù)，壓力降低后自上而下開(kāi)采。舉例來(lái)說(shuō)，如果礦體厚度在2.5m以內(nèi)，采用長(zhǎng)壁法開(kāi)采，利用淺眼落礦，每個(gè)炮眼深度控制在1.1m～1.3m之間，和工作面的夾角為60°[5]。炮眼的排列為等腰三角形，爆破后，使用電耙子將礦石移動(dòng)至巷道，利用電機(jī)車(chē)運(yùn)輸至車(chē)場(chǎng)。如果礦體厚度在3m～5m之間，采用房柱法，礦房?jī)?nèi)不留礦，一次開(kāi)采完；如果礦體厚度超過(guò)5m，采用房柱留礦法開(kāi)采，具體開(kāi)采作業(yè)方法不再詳細(xì)描述。

4 綠色采礦技術(shù)的未來(lái)展望

4.1 資源利用集約化

綠色采礦技術(shù)的未來(lái)發(fā)展，要實(shí)現(xiàn)資源利用的集約化，要求如下：第一，礦山開(kāi)采作業(yè)更加合理，注重技術(shù)創(chuàng)新，提高生產(chǎn)水平和產(chǎn)品檔次。第二，礦產(chǎn)資源的利用率達(dá)到95%以上，最大程度上減少?gòu)U棄物，尾礦和廢渣要全部處置。第三，在開(kāi)采方式上，以開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃為準(zhǔn)，將多種開(kāi)采技術(shù)相結(jié)合，例如臺(tái)階式開(kāi)采、中深孔爆破。第四，提高開(kāi)采作業(yè)的機(jī)械化程度，減輕人員作業(yè)量，保護(hù)人員安全，遵循以人為本的理念。第五，減少土地占用，一邊開(kāi)采、一邊綠化，礦區(qū)裸露面積要低于50%。第五，生產(chǎn)工藝具有環(huán)保性，落實(shí)環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度，積極防治污染、治理水土流失，構(gòu)建可持續(xù)采礦生產(chǎn)模式。

4.2 礦山管理規(guī)范化

礦山管理的規(guī)范化，要從以下幾點(diǎn)入手：第一，結(jié)合礦山特點(diǎn)，建立生態(tài)保護(hù)管理機(jī)制，既要明確分工和責(zé)任，又要有完善的工作方案，設(shè)置合理的管理目標(biāo)。第二，資源管理、環(huán)境保護(hù)、安全生產(chǎn)等各方面，均要有規(guī)章制度，確保資料、報(bào)表齊全。第三，礦區(qū)內(nèi)有整潔的外貌、良好的秩序，針對(duì)常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，制定應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)消除隱患。第四，閉坑礦區(qū)及時(shí)復(fù)墾、復(fù)綠，滿足驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，突出生態(tài)環(huán)保效益。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采礦工程中綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用，能提高資源利用效益，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的最大化。文中以離層注漿減沉技術(shù)、采空區(qū)充填開(kāi)采技術(shù)、礦石瓦斯共采技術(shù)、減少矸石排放技術(shù)、優(yōu)化爆破技術(shù)技術(shù)、井下開(kāi)采技術(shù)為例，介紹了綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用，希望為實(shí)際生產(chǎn)工作提供借鑒。