地質(zhì)礦產(chǎn)勘查及綠色開采技術(shù)的創(chuàng)新研究

陶藝玫

（四川省煤田地質(zhì)局一四一隊，四川 德陽 618000）

礦產(chǎn)資源勘查及開采對我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)與發(fā)展有重要作用，但實(shí)際的開采工作勢必影響周邊自然環(huán)境。對此，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期的低碳環(huán)保目標(biāo)，必須在資源開采過程中高度重視并應(yīng)用綠色開采技術(shù)，同時對其進(jìn)行創(chuàng)新，以滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

1 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查

礦產(chǎn)勘查需遵循以下幾項基本原則：

（1）因地制宜，該原則對礦產(chǎn)勘查而言是最基本也是最重要的，這主要由礦場具有很高的復(fù)雜性和多變性決定。通過大量實(shí)踐可知，從礦床具體情況出發(fā)，按照實(shí)事求是的要求決定勘查的每一項工作，只有這樣才能獲得與礦床實(shí)際情況相符的地質(zhì)與經(jīng)濟(jì)效果；若勘查脫離了礦床的實(shí)際情況，完全根據(jù)個人主觀判斷，將使勘查失去原本的意義，甚至造成較大的損失。要想根據(jù)礦床實(shí)際情況對各項工作進(jìn)行科學(xué)部署，需切實(shí)加強(qiáng)對礦床不同特點(diǎn)的實(shí)時觀察與研究，并加強(qiáng)和設(shè)計單位等參與方之間的聯(lián)系，確?？辈榕c礦床地質(zhì)情況相符的基礎(chǔ)上，滿足礦山設(shè)計和開采等方面的要求[1]；

（2）循序漸進(jìn)，這項原則反映出人對礦床進(jìn)行認(rèn)識的過程所遵循的客觀規(guī)律，即對礦床的認(rèn)識是一個循序漸進(jìn)的過程，無法一次完成，伴隨勘查不斷開展而深化，因此，對礦產(chǎn)勘查而言，應(yīng)遵循循序漸進(jìn)的原則，即從粗到細(xì)、從淺到深、從已知到未知，實(shí)際的勘查工作不能隨意超越程序；

（3）全面研究，該原則是勘查工作目的所決定的，主要反映在以下方面：對礦床開展的經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)與技術(shù)等各方面研究評價，避免勘查片面，對礦床所具有的工業(yè)價值予以全面闡述；

（4）綜合評價，在大自然中，礦床含有很多不同的有益組分，不可能以單礦物石形式存在，基于此，礦產(chǎn)實(shí)際上要進(jìn)行綜合利用，對此，礦產(chǎn)勘查時，必須重視經(jīng)濟(jì)合理這一基本原則，使礦床從單一的礦產(chǎn)變成綜合礦產(chǎn)，也能使沒有意義和價值的貧礦變成可開發(fā)和綜 合利用的礦床[2]；

（5）經(jīng)濟(jì)合理，在所有礦產(chǎn)勘查需遵循的基本原則中，這是一項十分重要的。對礦產(chǎn)勘查而言，其本身就屬于一種經(jīng)濟(jì)活動，受經(jīng)濟(jì)規(guī)律影響和制約，在礦產(chǎn)勘查時，始終都要嚴(yán)格遵循該原則。在能達(dá)到要求的勘查程度基礎(chǔ)上，采用適宜的方法，以最低的財力、人力與物力消耗，在相對較短的時間之內(nèi)獲得良好成果，包括地質(zhì)成果與經(jīng)濟(jì)成果。

2 礦產(chǎn)開采環(huán)境影響與破壞

如今，社會發(fā)展與人們生產(chǎn)生活都對礦產(chǎn)資源表現(xiàn)出越來越高的依賴性，但礦產(chǎn)資源的開采除了能為生產(chǎn)生活提供必要資源，還會造成不同程度的環(huán)境污染及破壞[3]。在礦產(chǎn)資源開采時，空氣、水資源與土地都有可能被污染破壞，具體表現(xiàn)為以下幾個方面。

（1）礦產(chǎn)開采經(jīng)常會給水資源造成破壞，一方面，資源開采時，排水系統(tǒng)逐漸疏干含水層可能導(dǎo)致地下水水位明顯下降，使地表環(huán)境被不同程度的破壞，并且還會使附近農(nóng)田生產(chǎn)受到影響，使產(chǎn)量降低，甚至引發(fā)土壤沙漠化；另一方面，資源開采還有可能對地表及地下水帶來污染。礦井水和矸石堆等在受到雨水淋溶以后會使流水中含有一定量的無機(jī)鹽，這些水排到附近水源后，必然會造成污染[4]。

（2）除水環(huán)境污染外，資源開采還有可能引起土壤資源污染及破壞。首先，采用井工方式進(jìn)行開采可能會使地表產(chǎn)生塌陷，而且矸石堆的壓占也比較嚴(yán)重，而若采用露天方式進(jìn)行開采，則會才來挖損與外排土場等方面的問題。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果可知，我國因礦產(chǎn)資源開采引起的地面沉陷的沉陷率可以達(dá)到2000m2/t[5]。

（3）對于桌邊自然生態(tài)環(huán)境，礦產(chǎn)開采同樣會對其造成污染及破壞，具體表現(xiàn)為以下兩個方面：其一，如果資源開采不盡合理，或采用傳統(tǒng)的開采方式，將使礦體產(chǎn)生一定移動，對整個巖體結(jié)構(gòu)造成破壞，導(dǎo)致巖層水或瓦斯大量泄露，進(jìn)而隨時可能引發(fā)瓦斯爆炸及突水涌水，不僅威脅開采安全，還會對環(huán)境帶來很大影響。此外，礦產(chǎn)開采導(dǎo)致區(qū)域地下水水位大幅下降，加重地表環(huán)境污染及破壞。其二，如果礦產(chǎn)開采不合理，則有可能導(dǎo)致巖層位移。如果巖層發(fā)生位移，將引起地表塌陷，進(jìn)而給農(nóng)田或既有建筑設(shè)施等造成破壞。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果，我國因礦產(chǎn)開采導(dǎo)致的地表破壞與土地資源占壓總面積可以達(dá)到4.4×109m2。

3 綠色開采主要作用

（1）當(dāng)前的礦產(chǎn)開采對綠色開采提出了很高的要求，在實(shí)際資源開采工作當(dāng)中嚴(yán)格實(shí)行綠色開采，采取合理可行的綠色開采技術(shù)，對資源開發(fā)及可持續(xù)發(fā)展有十分重要的作用與意義，必須引起相關(guān)人員的高度重視。然而，從當(dāng)前實(shí)際掌握的綠色開采技術(shù)來看，在技術(shù)水平方面還比較落后。很多企業(yè)在經(jīng)營與發(fā)展中都使用相對粗放的方式，所用開采技術(shù)的污染比較嚴(yán)重，排放量較高?；诖?，現(xiàn)階段綠色開采必須從不同的角度出發(fā)對開采技術(shù)進(jìn)行持續(xù)創(chuàng)新[6]。

（2）從廣義的角度講，綠色開采必須充分結(jié)合礦區(qū)中各項影響因素，如矸石堆、資源與地下水。而從企業(yè)自身角度講，企業(yè)必須在追究更高經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，對環(huán)境效益同樣要引起足夠的重視，并通過技術(shù)上的改造創(chuàng)新，形成一個高效且綠色的生產(chǎn)系統(tǒng)。

（3）對于綠色開采，需形成一套完善的效益評價體系，其目的在于從企業(yè)自身發(fā)展與環(huán)境效益之間的關(guān)系方面考慮，企業(yè)往往更多重視經(jīng)濟(jì)效益，這樣雖然無可厚非，但為了實(shí)現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展，需要通過形成一套完善的評價體系來為生產(chǎn)中的環(huán)境保護(hù)提供幫助，以此達(dá)到理想的環(huán)境效益。

4 綠色開采技術(shù)創(chuàng)新

4.1 保水開采

（1）防治水，包括探、排、截、堵，其中，截、堵是當(dāng)前最為有利的方法，即降低導(dǎo)水裂隙帶的實(shí)際高度和加強(qiáng)底板加固[7]。

（2）礦井水綜合利用與循環(huán)利用。對礦井水通常要借助物理化學(xué)法來處理，其中，物理方法包括自然沉降與過濾；而化學(xué)方法則以混凝法為主。完成對礦井水的處理后，應(yīng)遵循“先生產(chǎn)后生活和先井下后井上”的基本原則進(jìn)行綜合利用。以神東礦區(qū)為例，通過對井下水采空區(qū)矸石過濾專利技術(shù)的應(yīng)用，使井下水完成了循環(huán)復(fù)用。

4.2 土地與建筑物保護(hù)開采

4.2.1 充填開采

地表沉陷和開采厚度之間有著直接關(guān)系，即當(dāng)開采厚度增加時，地表沉陷變大。當(dāng)借助全部冒落法進(jìn)行頂板管理時，地表沉降可以達(dá)到開采高度的六成到八成；當(dāng)借助水砂充填法進(jìn)行頂板管理時，地表沉陷只要開采高度的一成到兩成。采用充填采煤法時，對地表沉陷的實(shí)際控制效果主要取決于整個采空區(qū)具體充填情況，若采用密實(shí)水砂進(jìn)行充填，則地表沉陷系數(shù)為0.02，而采用矸石進(jìn)行充填時，地表沉陷系數(shù)為0.6[8]。

4.2.2 條帶開采

該方法是現(xiàn)階段我國既有建筑物下部資源開采時地表沉陷控制常用技術(shù)手段，得到了十分廣泛的應(yīng)用。其原理為將需開采的部分劃分成若干正規(guī)條帶實(shí)施開采，每采一條即留一條，充分利用煤柱為上覆巖層提供可靠支撐，以此減少或避免上覆巖層發(fā)生沉陷，實(shí)現(xiàn)對地表移動與變形的有效控制，達(dá)到預(yù)期的地面保護(hù)效果。我國從六十年代就開始在市區(qū)下采煤工作中引用充填條帶法，并在此之后分別在很多礦區(qū)開展了這項技術(shù)的試驗(yàn)及實(shí)踐[9]。

國外的條帶開采狀況和我國基本相同，比如，波蘭在進(jìn)行城市下采煤的過程中主要借助水砂充填條帶方法，而其它國家主要借助的是冒落條帶。采用該方法對地表沉陷進(jìn)行控制也存在一些缺陷，即永久損失率相對較高，這也是該方法在地表沉陷控制中進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用的一個重要瓶頸。采空區(qū)條帶充填如圖1所示。

圖1 采空區(qū)條帶充填

4.2.3 分層開采

針對厚度較大的緩斜與傾斜煤層，通過傾斜分層開采，能減少開采時地表一次沉陷可能對地面既有建筑物造成的影響。在分層開采過程中，應(yīng)對具體的分層厚度進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保在開采過程中導(dǎo)致的地表沉陷及變形處在允許范圍之內(nèi)。

4.2.4 限厚開采

根據(jù)無地表水產(chǎn)生與切實(shí)滿足既有建筑保護(hù)要求，明確開采過程中煤層具體厚度，只對這一厚度范圍內(nèi)的煤進(jìn)行回采，實(shí)現(xiàn)對地表沉陷的有效控制，進(jìn)而為地表既有建筑物提供可靠的保護(hù)[10]。

4.2.5 三步法開采

三步法開采主要是指小條帶開采、注漿充填采空區(qū)與剩余條帶開采相結(jié)合的開采，通過對條帶式工作面合理布置實(shí)現(xiàn)跳躍式開采，通過對采空區(qū)的注漿加固使破裂的巖體具有一定承載能力，最后通過對上覆巖層的充分利用來有效控制巖層位移。

4.2.6 覆巖離層注漿

該方法是指在地面上鉆孔后，通過鉆孔為采空區(qū)內(nèi)上覆巖層存在的離層帶實(shí)施高壓注漿充填，以此實(shí)現(xiàn)對上覆巖層下沉有效控制，達(dá)到對地表沉降進(jìn)行控制的目的。

4.3 潔凈開采技術(shù)

這項技術(shù)指的是在保證礦產(chǎn)資源質(zhì)量的基礎(chǔ)上，從源頭上防止或減小污染產(chǎn)生及排放，確保礦產(chǎn)資源開采可能造成的環(huán)境污染及破壞都達(dá)到盡可能的限度。為了減少或從根本上防止矸石可能造成的污染，在實(shí)際工作中可采取下列技術(shù)：首先，采取減矸開采方法，如開拓部署、巷道布置與采掘工藝；其次，采取矸石填充開采方法，比如將掘進(jìn)產(chǎn)生的矸石直接充填在已經(jīng)廢棄的巷道與硐室中，也可將掘進(jìn)產(chǎn)生的矸石在采空區(qū)填充過程中使用。

5 結(jié)語

綜上所述，礦產(chǎn)資源勘查與開采是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)保障工作，但在資源開采過程中，可能造成環(huán)境污染與破壞。這就需要在不斷發(fā)展過程中切實(shí)做好綠色開采技術(shù)的研究與創(chuàng)新，以此提高各企業(yè)綠色生產(chǎn)水平，將資源開采可能對環(huán)境造成的污染與破壞降至最低。