環(huán)境保護(hù)背景下地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及綠色開采技術(shù)創(chuàng)新

張書仁，黃朝陽

（1.崇義縣自然資源局，江西 贛州 341300；2.江西省贛州市自然資源局，江西 贛州 341000）

地質(zhì)礦產(chǎn)勘查是依據(jù)先進(jìn)的地質(zhì)科學(xué)理論，參考大量的地質(zhì)資料結(jié)合野外地質(zhì)觀察信息，采用地質(zhì)測量、物化探等綜合地質(zhì)技術(shù)和方法，得到地質(zhì)礦產(chǎn)切實信息資料的一項工作。按照一般的礦產(chǎn)資源開采流程，地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作是礦產(chǎn)開發(fā)工作中的第一個環(huán)節(jié)，可以為后續(xù)的開采工作提供較為精準(zhǔn)的參考數(shù)據(jù)，從而提高礦產(chǎn)開采工作的效率。由于環(huán)境保護(hù)概念的提出，礦產(chǎn)開采所使用的技術(shù)發(fā)生了改革，當(dāng)前諸多地質(zhì)礦產(chǎn)的開采都逐步運(yùn)用新的技術(shù)，即綠色開采技術(shù)[1]。

綠色開采技術(shù)的應(yīng)用原則是實現(xiàn)循環(huán)綠色環(huán)保經(jīng)濟(jì)工業(yè)，重點突出高效率、低開采、低排放的開采技術(shù)理念。綠色開采是地質(zhì)礦產(chǎn)資源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢，實施綠色開采技術(shù)對促進(jìn)現(xiàn)代礦產(chǎn)資源的發(fā)展具有重要意義。當(dāng)前，綠色開采技術(shù)只針對礦產(chǎn)的開采過程，未能實際應(yīng)用到地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)過程中，因此對于環(huán)境的保護(hù)未起到作用，礦產(chǎn)周圍的環(huán)境依然會造成負(fù)面影響。另外，由于綠色開采技術(shù)需要投入更多的人力與經(jīng)濟(jì)成本、實施難度較大，在實際的開采工作中綠色開采技術(shù)的利用率較低，因此，對環(huán)境保護(hù)的作用不大。為了解決當(dāng)前礦產(chǎn)開發(fā)工作中存在的一系列問題，從地質(zhì)礦產(chǎn)勘查和礦產(chǎn)開采兩個方面進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新，在保證礦產(chǎn)資源開發(fā)工作順利實施的同時，要實現(xiàn)對環(huán)境最大化程度的保護(hù)。

1 環(huán)境保護(hù)背景介紹

當(dāng)前，環(huán)境保護(hù)已經(jīng)成為人們亟待解決的問題，協(xié)調(diào)人類與環(huán)境的關(guān)系最為主要，從而保證經(jīng)濟(jì)與社會的持續(xù)發(fā)展。環(huán)境保護(hù)一般可以分為土地環(huán)境保護(hù)、水資源環(huán)境保護(hù)、空氣資源環(huán)境保護(hù)、森林資源環(huán)境保護(hù)等多個方面，而礦產(chǎn)資源的開采會直接污染礦區(qū)周圍的土地環(huán)境、水環(huán)境和空氣環(huán)境，對于森林資源的影響較小，可能會影響周圍少量植被的生長，但影響程度較低。環(huán)境保護(hù)的方式可以分為兩個方面，一方面是對未遭受環(huán)境污染與破壞的區(qū)域進(jìn)行保護(hù)，可以最大程度的降低該區(qū)域內(nèi)環(huán)境被污染和破壞的可能性，另一方面就是對已經(jīng)受到污染和破壞的環(huán)境區(qū)域進(jìn)行治理，控制環(huán)境的污染程度不會進(jìn)一步惡化。

2 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查分析

根據(jù)中國《找礦突破戰(zhàn)略行動綱要》理念，在進(jìn)行地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作中需要遵循統(tǒng)籌規(guī)劃、拓寬領(lǐng)域、合理布局等原則，在相關(guān)的法律法規(guī)約束下，保證勘查工作的規(guī)范性。地質(zhì)礦產(chǎn)勘查的基本內(nèi)容是匯集地質(zhì)、礦產(chǎn)、地球物理、地球化學(xué)以及遙感地質(zhì)等多個層面的資料，建立地質(zhì)礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)庫，結(jié)合控礦元素理論、找礦標(biāo)志、礦產(chǎn)預(yù)測等工作，直到發(fā)現(xiàn)目標(biāo)礦體。地質(zhì)礦產(chǎn)勘查需要經(jīng)歷五個步驟，一、根據(jù)勘查任務(wù)和收集的相關(guān)資料，編寫項目勘查設(shè)計；二、按照批準(zhǔn)的設(shè)計和審查意見，實現(xiàn)原始資料的編錄與取樣，并制定勘查工程的施工管理策略；三、遵循室內(nèi)與室外相結(jié)合理念，整理并整合地質(zhì)資料；四、在勘察工作結(jié)束前，對野外資料的質(zhì)量進(jìn)行驗收；五、最終編寫地質(zhì)礦產(chǎn)的勘察報告[2]。目前由于地質(zhì)礦產(chǎn)勘查投入資金力度不足且勘查工作體制落后，導(dǎo)致地質(zhì)礦產(chǎn)資源勘查技術(shù)停滯不前，為此需要對地質(zhì)礦產(chǎn)勘查技術(shù)進(jìn)行改革，為礦產(chǎn)綠色開采提供更加精準(zhǔn)的勘察數(shù)據(jù)。

3 礦產(chǎn)開采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前中國的礦產(chǎn)類型可以分為露天和地下兩個部分，其中露天礦產(chǎn)大多使用露天開采技術(shù)，利用一系列采掘設(shè)備在露天環(huán)境下，以山坡露天或凹陷露天的方式，逐漸向下剝離巖石，采出有用礦物的一種采礦方法[3]。而地下采礦技術(shù)包括地下開采、自然支撐采礦方法、人工支撐采礦方法以及崩落采礦法等。無論是地下礦產(chǎn)開采還是露天礦產(chǎn)開拓，礦產(chǎn)的采準(zhǔn)還是回采，都要經(jīng)過鑿巖、爆破、通風(fēng)、裝載、支護(hù)和運(yùn)輸提升等工序，難免會帶來環(huán)境問題和安全問題。其中礦產(chǎn)開采通常會產(chǎn)生的環(huán)境問題包括水土流失嚴(yán)重、土地沙漠化、地面塌陷、廢水排放、矸石露天等。

4 提出綠色技術(shù)創(chuàng)新方案

以解決當(dāng)前礦產(chǎn)開采技術(shù)引發(fā)的環(huán)境問題為目的，在環(huán)境保護(hù)背景下，分別從地質(zhì)礦產(chǎn)勘查與礦產(chǎn)開采兩個方面提出創(chuàng)新方案[4]。礦山資源綠色開發(fā)的目標(biāo)，為盡可能減輕礦產(chǎn)開發(fā)生產(chǎn)對地質(zhì)生態(tài)環(huán)境影響，同時也減少其對相關(guān)資源造成的負(fù)面影響。因此，綠色技術(shù)的創(chuàng)新原則就是要體現(xiàn)開采工業(yè)與生態(tài)環(huán)境兩者之間的兼容性，和可持續(xù)發(fā)展性，在保證礦產(chǎn)高效開發(fā)的同時，還能做到低排放。

4.1 構(gòu)建綠色開采技術(shù)的動力機(jī)制

在國內(nèi)大多學(xué)者技術(shù)創(chuàng)新動力機(jī)制研究成果的基礎(chǔ)上，提出了創(chuàng)新純收益最大化動力模式，并得出對應(yīng)的技術(shù)創(chuàng)新動力函數(shù)為：

其中R 和Re分別表示的是技術(shù)創(chuàng)新純收益和創(chuàng)新預(yù)期收益，βi為綠色開采技術(shù)的創(chuàng)新風(fēng)險概率，而C 則代表創(chuàng)新預(yù)期成本。

4.2 創(chuàng)新地質(zhì)礦產(chǎn)勘查技術(shù)

地質(zhì)礦產(chǎn)勘查技術(shù)包括物化探測技術(shù)、化探技術(shù)和時空定位技術(shù)，其中物化探技術(shù)就是通過對成礦演化過程中各個因素的分析，深入對礦產(chǎn)演化形成的深入認(rèn)識，從而找到深層次的礦產(chǎn)資源形成的原因，并確定能夠制約礦產(chǎn)資源形成的環(huán)境條件與因素?；郊夹g(shù)就是利用化學(xué)知識進(jìn)行礦產(chǎn)資源的定位與找尋，而時空定位技術(shù)以地質(zhì)運(yùn)動和礦產(chǎn)資源的整體情況為基礎(chǔ)，通過科學(xué)的方式預(yù)測礦產(chǎn)資源的位置，最后結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)理論。而在此次的勘察技術(shù)創(chuàng)新過程中，合理利用周圍環(huán)境優(yōu)勢，并實現(xiàn)對技術(shù)的優(yōu)化，借助現(xiàn)代化和智能化的技術(shù)手段，實現(xiàn)對地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作的精準(zhǔn)測量。除了技術(shù)創(chuàng)新之外，為了保證地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作的效率，還應(yīng)該科學(xué)化制定勘查工作規(guī)劃，創(chuàng)新工作理念，并健全勘查工作體制。充分考慮勘查人才資源和所有的基礎(chǔ)資源，建立相應(yīng)的勘察工作管理機(jī)制，加強(qiáng)對勘查人員的技術(shù)培養(yǎng)以及技術(shù)創(chuàng)新，使其真正掌握環(huán)境保護(hù)背景下的勘查技術(shù)和勘查要求。

4.3 創(chuàng)新地質(zhì)礦產(chǎn)綠色開采技術(shù)

4.3.1 地質(zhì)礦產(chǎn)水源保護(hù)開采技術(shù)

地質(zhì)礦產(chǎn)水源保護(hù)開采技術(shù)即為保水技術(shù)，該技術(shù)的主要目的是防治滲流突變并導(dǎo)致礦區(qū)重大突水事故的發(fā)生。在礦產(chǎn)開采之前，充分了解周圍水資源的分布情況，并根據(jù)地質(zhì)礦產(chǎn)的勘察結(jié)果對礦產(chǎn)開采區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)定位，針對含水層、隔水層等特殊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行跟蹤與分析。保水技術(shù)科學(xué)的結(jié)合了采礦工藝和地面注漿技術(shù)，通過合理控制礦區(qū)周圍的巖層運(yùn)動，實現(xiàn)隔水層、裂縫帶的“裂隙彌散”，減弱導(dǎo)水裂隙帶的形成。

4.3.2 地質(zhì)礦產(chǎn)充填減沉與條帶開采技術(shù)

在礦產(chǎn)工程的綠色開采中，主要著重保護(hù)周邊的土地環(huán)境以及建筑物，充填減沉開采技術(shù)針對采空區(qū)進(jìn)行回填式技術(shù)，可以分為條帶開采和充填開采兩種形式，有效的防治地面出現(xiàn)沉陷和減緩巖層沉降危害，保證地表結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.3.3 地質(zhì)礦產(chǎn)水源保護(hù)開采技術(shù)

在礦產(chǎn)的開采過程中將有害氣體與開采的礦產(chǎn)資源共同作為開采對象，其目的是防治有害氣體的泄露，降低對周圍空氣環(huán)境的污染。利用共才技術(shù)不僅可以完成對目標(biāo)礦產(chǎn)資源的開發(fā)，還能夠?qū)崿F(xiàn)對有害氣體能源的合理開發(fā)與應(yīng)用，提高能源的開采效率。然而在實際的操作過程中，由于有害氣體氣態(tài)形式存在礦產(chǎn)環(huán)境中，這為共采技術(shù)的應(yīng)用帶來較大的難度。在共采技術(shù)實現(xiàn)中可以將抽采有害氣體的鉆孔沿著目標(biāo)礦層的走向進(jìn)行排布，通過對現(xiàn)場勘查結(jié)果數(shù)據(jù)的分析，結(jié)合礦產(chǎn)區(qū)域中的有害氣體含量，設(shè)置懸空的數(shù)量與分布間隔。

4.3.4 矸石廢料綜合利用技術(shù)

礦產(chǎn)開發(fā)過程中產(chǎn)生的大量矸石廢料，是污染占用礦源周圍土地資源的主要因素。遵循因地制宜原則，可以將矸石作為原料填充到采空區(qū)空間內(nèi)，即實現(xiàn)了矸石廢料的再利用，也為充填減沉與條帶開采技術(shù)提供材料，實現(xiàn)綠色開采技術(shù)的綜合應(yīng)用。

4.3.5 融合現(xiàn)代化的技術(shù)手段

在環(huán)境保護(hù)背景下，地質(zhì)礦產(chǎn)勘查工作和綠色開采工作都需要充分融合現(xiàn)代化的技術(shù)手段，例如在礦產(chǎn)勘查工作中利用全球定位系統(tǒng)和遙感技術(shù)，其中全球定位系統(tǒng)的實現(xiàn)原理如圖1所示。

圖1 全球定位系統(tǒng)應(yīng)用機(jī)制

在開采技術(shù)的運(yùn)行過程中可以引入監(jiān)控系統(tǒng)，實時監(jiān)測礦產(chǎn)的開采動態(tài)，并結(jié)合實時信息調(diào)整技術(shù)的應(yīng)用方式和開采方案。

5 實證分析

為了證明提出的綠色開采技術(shù)創(chuàng)新方案，在實際礦產(chǎn)資源開發(fā)工作中的應(yīng)用效果，設(shè)置實證分析實驗。實驗的目的是對比綠色開采技術(shù)創(chuàng)新前后的技術(shù)效率以及對環(huán)境保護(hù)工作的影響。選擇一個未開發(fā)的煤礦項目作為實證分析的研究項目，實驗項與對比項的初始勘查資源相同，將整個采礦項目按照地理位置劃分成多個區(qū)域，分別使用不同的開采技術(shù)統(tǒng)計對應(yīng)的技術(shù)效率和減排性能。其中技術(shù)效率的統(tǒng)計方法就是計算礦物開采量與其消耗時間的比值，而減排性能就是對比綠色開采技術(shù)運(yùn)行前后環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的變化情況。經(jīng)過綠色開采技術(shù)的應(yīng)用，分別得出對應(yīng)的實證分析結(jié)果，如表1所示。

表1 實證分析對比結(jié)果

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，通過綠色開采技術(shù)創(chuàng)新方法的應(yīng)用，綠色開采技術(shù)效率得到了有效提升，且從環(huán)境的保護(hù)性能來看，相比于初始環(huán)境數(shù)據(jù)，應(yīng)用傳統(tǒng)的綠色開采技術(shù)后環(huán)境質(zhì)量下降程度更加嚴(yán)重，而應(yīng)用創(chuàng)新的綠色開采技術(shù)后，環(huán)境質(zhì)量與初始數(shù)據(jù)差異較小，即對環(huán)境的破壞程度更低。

6 結(jié)語

綜上所述，礦產(chǎn)資源的綠色開采技術(shù)作為實現(xiàn)礦產(chǎn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)措施，具有不可忽視的發(fā)展趨勢。通過綠色開采技術(shù)的創(chuàng)新，可以有效的控制礦產(chǎn)資源開采對環(huán)境的污染和破壞力度，大大提升了礦產(chǎn)開采效率，同時也對周圍環(huán)境進(jìn)行了保護(hù)，有利于實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開采的高效化運(yùn)行與發(fā)展。