淺談綠色開采技術(shù)在采礦工程中的應(yīng)用

閆忠軍

（中國有色集團撫順紅透山礦業(yè)有限公司，遼寧 撫順 113321）

長期以來，礦山為國家的經(jīng)濟發(fā)展提供了充足而堅實的能源保障，但也應(yīng)看到，礦山做出重要貢獻的同時，其開采過程引發(fā)了一系列采動損害與環(huán)境問題。煤層作為一種典型的沉積巖層，其覆巖通常是層狀巖體，在礦山開采后將出現(xiàn)大面積的移動與變形破斷，并形成各種采動裂隙，成為水與瓦斯等地質(zhì)流體的運移通道，若不加以控制會帶來井下突水、含水層結(jié)構(gòu)損傷、瓦斯突(涌)出等工程問題。巖層移動向上發(fā)展也導(dǎo)致了地表沉陷，對建(構(gòu))筑物、土地和生態(tài)環(huán)境造成影響?？梢哉f，自礦山開采業(yè)形成以來，采動損害與環(huán)境問題就一直存在。在經(jīng)濟快速發(fā)展的今天，由于開采規(guī)模與強度劇增，這一問題越發(fā)凸顯，甚至超出了環(huán)境容量，與當今和諧社會生態(tài)文明建設(shè)之間形成了矛盾。所以相關(guān)部門應(yīng)該高度重視礦產(chǎn)資源開發(fā)所造成的環(huán)境破壞問題，在綠色采礦技術(shù)的研發(fā)工作中加大資金投入，為我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展目標的實現(xiàn)保駕護航，保障我國采礦行業(yè)取得更大的發(fā)展。

1 采礦作業(yè)中應(yīng)用綠色開采技術(shù)的作用與意義

1.1 綠色開采技術(shù)為經(jīng)濟增長提供條件

礦山資源的開采不可避免地對生態(tài)環(huán)境造成破壞，影響周邊居民的生產(chǎn)與生活。隨著人們環(huán)境保護的意識增強，以前那種“傻大黑粗”式的礦產(chǎn)資源過度開發(fā)造成的環(huán)境污染，逐步引起了人們的重視。在國家大力提倡保護“綠水青山”的背景下，礦山企業(yè)及技術(shù)人員在開采中采用科學(xué)綠色采礦新技術(shù)，是保證礦山開采未來可持續(xù)發(fā)展的必然要求。國家在大力發(fā)展經(jīng)濟的同時，倡導(dǎo)經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護并重，先后出臺了許多相關(guān)政策，對一些污染企業(yè)進行重點控制與處罰。在礦山開采行業(yè)，科研學(xué)者與一線人員應(yīng)研發(fā)、創(chuàng)新礦山開采技術(shù)，以控制礦山周邊的地表沉陷、水資源污染、空氣污染等問題，促進礦山資源開采的綠色可持續(xù)發(fā)展。

1.2 改善礦山開采過于粗放的困境

縱觀我國的傳統(tǒng)礦山開采技術(shù)可以得出，其中存在著比較明顯的粗放特征。在礦山開采中實現(xiàn)粗放型管理，這導(dǎo)致礦山開采過程中的資源損耗率比較高。在粗放的礦山開采技術(shù)環(huán)境下，許多礦山開采工作都呈現(xiàn)出粗放型現(xiàn)象。開采效率低下、對于地表水資源和其他能源的影響比較大。因此，在綠色理論下不斷創(chuàng)新我國礦山開采技術(shù)，將各種綠色性能比較強的礦山開采技術(shù)應(yīng)用于具體操作中，可轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)礦山開采中的粗放管理困境，對實現(xiàn)礦山開采的精細化管理產(chǎn)生積極意義。特別是在我國生態(tài)文明建設(shè)思想的不斷倡導(dǎo)下，對綠色礦山開采技術(shù)提出更高要求。在實際發(fā)展中充分應(yīng)用綠色開采技術(shù)，可更好地實現(xiàn)礦山開采目標。

2 傳統(tǒng)采礦技術(shù)對環(huán)境造成的破壞

2.1 破壞土地資源

在開采淺埋煤層過程中，往往會產(chǎn)生大量的固體廢棄物，在礦山的周邊堆積，形成地表固體廢棄物；同時，礦山開采使土地植被與水資源遭到不可逆破壞，很容易造成土地沙化；加上外界自然環(huán)境的風(fēng)化、雨水的沖刷等，在陜北生態(tài)脆弱地區(qū)還會造成水土流失情況，給礦山周邊的自然生態(tài)環(huán)境造成嚴重的破壞，影響人們的生命財產(chǎn)安全。此外，由于長時間堆積的廢棄物沒有得到有效清理，占據(jù)礦區(qū)內(nèi)的大部分土地，不僅容易污染環(huán)境，影響周圍植被的正常生長，也會造成大量的土地資源浪費，有時還會演變?yōu)榈V區(qū)周圍環(huán)境的污染。

2.2 水資源破壞問題

礦產(chǎn)資源開發(fā)中的挖掘工作由于科學(xué)性不足，所以往往會在一定程度上改變地下水的賦存狀態(tài)，結(jié)果就是破壞了地下的水資源，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。首先，使地下水層產(chǎn)生一定的破壞，使得地下水資源的利用越發(fā)緊張。其次，就是會導(dǎo)致地下的部分水資源產(chǎn)生污染問題，使得地下水資源的利用愈發(fā)緊張。還有就是礦井進行排水時，會出現(xiàn)裂縫問題。這些裂縫的出現(xiàn)使得地表下的含水層出現(xiàn)疏干的現(xiàn)象，這樣就會造成地下徑流的改變，進而使得這些區(qū)域的地下水位大幅下降，嚴重威脅到當?shù)氐乃h(huán)境。最后，就是礦井水中存在大量的無機鹽，這些物質(zhì)往往對造成水質(zhì)的嚴重污染。由于周圍植被的生長都依賴于當?shù)氐乃Y源，所以水資源受到污染也會間接影響到當?shù)刂参锏纳L，同樣水資源的污染問題也必將加劇我國水資源短缺的困境。

2.3 大氣污染

礦區(qū)的地下開采作業(yè)涵蓋鉆井、爆破和開采廢料的運輸?shù)裙ぷ?，這個過程中會釋放出大量的粉塵，部分肥料會經(jīng)過氧化作用和空氣中的有害氣體結(jié)合在一起，逐漸形成細小的顆粒狀物質(zhì)，在氣流的影響下會有沙塵暴的產(chǎn)生，給周圍環(huán)境帶來嚴重的空氣污染。

3 采礦工程中綠色開采技術(shù)的應(yīng)用

3.1 末端治理型

末端治理型模式的核心思想是在礦山生產(chǎn)的最后環(huán)節(jié)，對即將進入自然環(huán)境的污染物進行處理，使其符合能夠向環(huán)境排放的環(huán)保標準。在金屬礦開采中，末端治理體現(xiàn)在企業(yè)對采選產(chǎn)生的廢水、廢氣經(jīng)過集中凈化處理后排放;對廢石和尾礦在礦山開采期間按照環(huán)保要求進行堆存，在尾礦庫庫容用盡后按照要求封閉并進行生態(tài)綠化或者復(fù)墾。這一模式僅需要在污染物進入環(huán)境前的最后環(huán)節(jié)采取治理措施，具有思路簡單的優(yōu)點。但是，也需要較大規(guī)模的污染物處理設(shè)施，且不能消除末端治理前已經(jīng)擴散的污染物。對于產(chǎn)生污染物較多的大中型金屬礦，治理效果有限。

3.2 廢棄物綠色利用技術(shù)

礦山開采形成的廢棄物除了水污染廢棄物、氣體污染廢棄物外，還有固體廢棄物，例如礦渣等，這些廢棄物會導(dǎo)致土地資源污染，影響生態(tài)環(huán)境，造成生態(tài)破壞的現(xiàn)象。廢棄物綠色利用技術(shù)目的在于重新利用廢棄物，科學(xué)處理廢棄物和回收可用的廢棄物等。廢棄物綠色利用技術(shù)重要體現(xiàn)在二次回收和二次提煉上面，經(jīng)過這種操作，可以回收可用的金屬資源，可以回收加工成肥料二次利用，可以回收成為建筑材料參與建筑工程，可以實現(xiàn)資源的高效利用，減低物質(zhì)成本耗費。廢棄物綠色利用技術(shù)對土地資源管理和再利用具有深遠意義。

3.3 全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)

進入深部開采，傳統(tǒng)的分級尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)難以實現(xiàn)料漿的長距離高倍線自流輸送，嚴重影響充填體質(zhì)量。為此，礦山建設(shè)了包含濃密機的全尾砂充填系統(tǒng)，全尾砂漿在濃密機中添加絮凝劑處理后，形成高濃度底流砂漿，結(jié)合濃密機上部疊層傾斜板組，實現(xiàn)溢流澄清。濃密機中的全尾砂漿存儲一段時間后通過倉體頂部階梯閥排出上部清水，進一步提高放砂濃度。開啟倉底均質(zhì)活化造漿裝置，并在放砂過程中間歇性地對高濃度全尾砂漿進行全倉擾動，在降低風(fēng)耗(能耗)的同時實現(xiàn)高濃度穩(wěn)態(tài)放砂。

3.4 鑿巖爆破技術(shù)

鑿巖爆破技術(shù)是金屬礦開采過程中的重要技術(shù)，同時在金屬礦開采的長期發(fā)展中也是一個薄弱的環(huán)節(jié)。因此，通過研究以不斷提高鑿巖爆破的效率對金屬礦的開采至關(guān)重要。目前，鑿巖爆破技術(shù)仍是地下開采的主要落礦手段，從最初的手工鑿巖到氣動鑿巖機、液壓鑿巖機、鑿巖臺車（牙輪鉆機、潛孔鉆機），乃至現(xiàn)在的鑿巖機器人，鑿巖技術(shù)逐漸從機械化開始向自動化、智能化、環(huán)保化方向發(fā)展。經(jīng)過長期的研究，國內(nèi)外相繼研發(fā)了適合各種條件的鑿巖設(shè)備。近年來，隨著鑿巖設(shè)備的完善，美國、加拿大等國家在地下開采中將露天鑿巖爆破技術(shù)引入進來，中深孔分段鑿巖被大直徑階段深孔替代，取得了不錯的應(yīng)用效果。例如瑞典研發(fā)了一系列掘進鑿巖臺車，具有鑿巖效率高、操作安全、污染小等優(yōu)點；我國自主研制了集行走、鑿巖和裝藥作業(yè)于一體的全電腦三臂鑿巖臺車，具有操作簡單、安全系數(shù)高、施工成本低等優(yōu)點，這些設(shè)備保證了鑿巖質(zhì)量與效率，降低了勞動強度與作業(yè)風(fēng)險，自動化、智能化、環(huán)保化水平達到了一個新高度。同時，由于地下開采的條件不同，且井巷掘進和采礦作業(yè)應(yīng)用條件不同，傳統(tǒng)地下礦山常用爆破方式呈現(xiàn)多樣化，普遍使用微差爆破、擠壓爆破和光面爆破等技術(shù)，在一定程度上改善了爆破質(zhì)量。隨著爆破技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)爆破技術(shù)逐漸向精準爆破、綠色爆破、智能爆破方向發(fā)展。精準爆破主要通過孔網(wǎng)參數(shù)精細化設(shè)計、爆破能耗理論研究及爆破方案模擬構(gòu)建礦山精準爆破體系；綠色爆破主要采用新型燃燒劑代替炸藥，無爆破氣體產(chǎn)生，大幅改善了井下空氣環(huán)境，實現(xiàn)了井下綠色爆破；智能爆破主要通過爆破智能設(shè)計、智能裝備、爆破振動智能預(yù)測及殘孔自動識別等共同構(gòu)成智能爆破系統(tǒng)，實現(xiàn)爆破技術(shù)的智能化。在技術(shù)不斷進步和創(chuàng)新的新時代，鑿巖爆破技術(shù)已經(jīng)由傳統(tǒng)的方法發(fā)展到機械物理破巖等非爆破巖技術(shù)。例如采用連續(xù)采礦機對中硬及以下礦巖進行機械破巖，工作效率高，施工條件好，有利于地壓控制；利用高壓水射流/熱力破碎的物理破巖技術(shù)，克服了單獨機械能破巖的限制，不產(chǎn)生粉塵和火花，大幅改善了作業(yè)環(huán)境。但由于能耗大、成本高、道具磨損嚴重等問題，至今尚未在我國進行普及推廣，同時在我國在研發(fā)高精尖技術(shù)方面還無法完全進行自主研發(fā)，且信息技術(shù)與人工智能技術(shù)起步晚，智能化的相關(guān)核心技術(shù)仍主要依賴國外。因此，目前我國硬巖礦山還尚未真正實現(xiàn)連續(xù)開采。

3.5 地下礦山是未來金屬礦開采的主戰(zhàn)場

當前，我國大多數(shù)黃金礦山和有色金屬礦山均采用地下開采的方式進行開采。我國對各種礦產(chǎn)資源的消耗隨著經(jīng)濟的發(fā)展不斷增多，金屬礦山由于長期開采，淺部資源越來越少，驅(qū)使礦山逐漸增加開采深度，部分露天礦山考慮生產(chǎn)成本因素逐步轉(zhuǎn)為地下開采，如江蘇鳳凰山鐵礦、安徽銅官山銅礦等，同時大部分地下礦山也開始轉(zhuǎn)向深部開采，如云南會澤鉛鋅礦、遼寧紅透山銅礦等。綜上，未來地下礦山比重將繼續(xù)上升，地下礦山將成為未來金屬礦開采的主戰(zhàn)場。

4 結(jié)束語

總的來講，在綠色環(huán)保工程大力發(fā)展的時代背景下，金礦開采工業(yè)必須按照綠色開采的基本原則，把環(huán)保觀念貫徹到采礦工程當中。利用綠色開采技術(shù)和科學(xué)的管理方案，減少大規(guī)模的資源浪費，促進礦區(qū)開采工程和環(huán)境保護工作的共同發(fā)展，給可持續(xù)發(fā)展工作打下堅實的基礎(chǔ)。