新疆天池能源南露天礦區(qū)綠色礦山建設思路研究

劉 亢， 孫 杰， 鄒 卓， 張 莉， 黃少青

(中國煤炭地質(zhì)總局勘查研究總院，北京 100039)

0 引言

我國能源以煤為主的基本國情和煤炭能源保障的極端重要性短期內(nèi)不會改變。2021年12月，中央經(jīng)濟工作會議提出：要立足以煤為主的基本國情，抓好煤炭清潔高效利用，增加新能源消納能力，推動煤炭和新能源優(yōu)化組合。2022年3月5日，習近平總書記參加十三屆全國人大五次會議內(nèi)蒙古代表團審議時強調(diào)，要積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和工作，立足富煤貧油少氣的基本國情，按照國家“雙碳”工作規(guī)劃部署，增強系統(tǒng)觀念，堅持穩(wěn)中求進、逐步實現(xiàn)，堅持降碳、減污、擴綠、增長協(xié)同推進。提高煤炭清潔高效開發(fā)利用水平，促進煤炭資源能源綠色轉(zhuǎn)型，建設煤礦綠色礦山，是新形勢下保證煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路[1-4]。

我國綠色礦山建設起源于 2007 年的中國國際礦業(yè)大會，綠色礦山包含科學采礦、綠色采礦等內(nèi)容，強調(diào)礦產(chǎn)資源開發(fā)全生命周期內(nèi)科學開采的可行性和環(huán)境影響的可控性[5-6]。2016年前，原國土資源部公布的國家級綠色礦山試點名單中111家為煤炭企業(yè)。2020年5月，自然資源部開展2020年綠色礦山遴選，發(fā)布《綠色礦山評價指標》[7]，由第三方評估機構(gòu)遴選評估，新增國家級煤礦綠色礦山62家。目前，國家級綠色礦山中煤礦數(shù)量達284家，其中新疆維吾爾自治區(qū)煤礦綠色礦山達7家[8-10]。

新疆天池能源南露天煤礦是國家核準的自治區(qū)首個千萬噸級露天煤礦，獲批國家工信部“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”高質(zhì)量網(wǎng)絡和公共服務平臺項目，在礦區(qū)綠化、固廢處置、智能化等方面取得長足進步，達到綠色礦山的建設的標準。

1 礦區(qū)概況

南露天煤礦位于準東煤田大井礦區(qū)，為傾斜巨厚煤層賦存，平均厚度達 76.14 m，擁有資源儲量33.8億t，已通過自治區(qū)3 000萬t/a的核定，是國家核準的自治區(qū)首個千萬噸級露天煤礦，是新疆最大的露天煤礦。

南露天煤礦位于吉木薩爾縣城北 100 km 處，行政區(qū)劃屬吉木薩爾縣管轄，勘查區(qū)面積50.41km2。勘查區(qū)屬天山-興安嶺地層區(qū)準噶爾盆地地層分區(qū)將軍廟地層小區(qū)和東準噶爾地層分區(qū)克拉麥里地層小區(qū)，出露地層有古生界泥盆系、石炭系、二疊系、中生界三疊系、侏羅系、白堊系、新生界新近系、第四系。

南露天礦位于帳篷溝背斜東翼南部，地層呈一走向北東-東，傾向南東-南的單斜構(gòu)造，傾角4°～15°；露頭附近，煤層傾角較大，傾角41°～45°，局部傾角達到50°。整體上南露天礦為緩傾斜的簡單單斜構(gòu)造，沿走向和傾向產(chǎn)狀變化不大。區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)破壞煤巖層的斷層，屬構(gòu)造簡單類型。

西山窯組為勘查區(qū)內(nèi)主要含煤巖組，共含煤1～9 層，平均總厚68.47 m，純煤平均總厚67.11 m，按西山窯組地層平均厚度118.09 m計，含煤系數(shù)為56.83%。其中可采的4 個編號煤層累計可采總厚69.25 m。煤層產(chǎn)狀平緩，傾角3°～20°，煤層埋藏深度為0～590.43m，適宜露天開采。

各煤層煤為低-高水分、特低-低灰、中高揮發(fā)分-高揮發(fā)分，中-高發(fā)熱量，含油，氣化指標較好的31號不黏煤，個別為41 號長焰煤，可作為良好的工業(yè)動力發(fā)電、火力發(fā)電、民用煤，也可作為化工用煤[11-12]。

2013年，新疆天池能源有限責任公司對南露天天池能源勘查區(qū)進行了首采區(qū)及先期開采地段的規(guī)劃。先期開采地段位置在勘查區(qū)西北部煤層露頭區(qū)，地表長4.70km、寬4.05km、面積13.03km2(圖1)，段內(nèi)可采資源儲量為743.41Mt，服務年限為25a。首采區(qū)選擇在先期開采地段境界內(nèi)，煤層埋藏淺、剝采比小、基建工程量小、外部聯(lián)絡方便的南部。首采區(qū)地表長 4.05km、寬 2.81km、面積 8.07 km2[13-14]。

圖1 南露天勘查規(guī)劃Figure 1 Open-air prospecting planning of south open-pit coal mines

2 開發(fā)現(xiàn)狀

南露天煤礦建設規(guī)模為 30Mt/a，2009年開始基建剝離，工作線長度約為1 000m，年推進度約為280m。2019年之前，自北向南在首采區(qū)縱向開采，沿煤層底板降深，底幫為北幫，工作幫為南幫，端幫為東西兩幫。2019 年底，完成采區(qū)直角轉(zhuǎn)向之后，工作幫為東幫緩幫，端幫為南北兩側(cè)幫，排土場建立在原西幫邊坡內(nèi)[15-16]。2020 年，已實現(xiàn)剝離物全部內(nèi)排，北幫為順傾邊坡，以坑內(nèi)半固定破碎站+帶式輸送機形式，布置3套采煤半連續(xù)系統(tǒng)。南幫為逆傾邊坡，坑底標高為340m，煤臺階共4個，內(nèi)排土場臺階高度30m，臺階坡面角33°，最小工作平盤寬度75m。南露天礦首采一區(qū)的剝離工作已基本完成，工作幫上部臺階已局部到界，下一步的工作以降段采煤和工作幫陡幫作業(yè)為主。首采一區(qū)開采完成之后，向首采二區(qū)轉(zhuǎn)向，推進方向由東南轉(zhuǎn)向東北，具體的采區(qū)劃分如圖2 所示[17-19]。

圖2 南露天煤礦采區(qū)分布[17]Figure 2 Distribution of mining area in south open-pit coal mine [17]

3 煤礦綠色礦山現(xiàn)狀

2016年前，原國土資源部公布的661家國家級綠色礦山試點名單中，111家為煤炭企業(yè)。2020年，自然資源部印發(fā) 《綠色礦山評價指標》和《綠色礦山遴選第三方評估工作要求》。根據(jù)指標要求進行第三方評估，新增國家級綠色礦山301家，其中煤礦62家，目前國家級綠色礦山中煤礦達284家[20-21]。

《綠色礦山評價指標》根據(jù)自然資源部發(fā)布的9項行業(yè)標準而制定，分為先決條件和評分指標。其中，先決條件包括5項指標，評分指標包括一級指標6項、二級指標21項、三級指標100項。由第三方評估機構(gòu)遴選評估，參選礦山需滿足所有先決條件，方可進入打分評價環(huán)節(jié)。各項指標加和得出評估最終得分，原則上進入遴選名單的礦山不低于800分，且各一級指標原則上不低于該級指標總分值的75%[22-23]。

目前，新疆維吾爾自治區(qū)國家級綠色礦山中煤礦的數(shù)量達7家[24-26]，分別為新疆宜化礦業(yè)有限公司新疆準東五彩灣礦區(qū)一號露天煤礦、國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司哈密大南湖一號礦井、新疆疆納礦業(yè)有限公司伊吾縣薩依蘇興盛煤礦、新疆神華天電礦業(yè)有限公司寬溝煤礦、新疆一成投資有限公司新疆拜城礦區(qū)一成煤礦、新疆準東西黑山礦區(qū)中聯(lián)潤世露天煤礦一期、伊吾廣匯礦業(yè)有限公司白石湖露天煤礦(表1)。

表1 2020年度新疆維吾爾自治區(qū)綠色礦山名單Table 1 List of Xinjiang green mines in 2020

4 綠色礦山建設探析

4.1 礦區(qū)環(huán)境

綠色礦山建設礦區(qū)環(huán)境指標包括礦容礦貌、礦區(qū)綠化等方面內(nèi)容。在礦區(qū)綠化方面，南露天煤礦建起全疆首套直裝式篩分樓和室內(nèi)分流站，全過程生產(chǎn)環(huán)節(jié)煤不落地，降低環(huán)境及土壤污染。南露天礦所屬天池能源公司在礦區(qū)各區(qū)域種植樹木45萬余株，綠化面積達38.67hm2。南露天礦制定了綠化規(guī)劃，綠化面積19.07hm2。2020年南露天煤礦被評為國家3A級旅游景區(qū)。

4.2 資源開發(fā)方式

綠色礦山建設資源開發(fā)方式指標包括資源開采、選冶加工、礦山環(huán)境恢復治理與土地復墾、環(huán)境管理與監(jiān)測等。在土地復墾方面，南露天煤礦編制了土地復墾方案。在環(huán)境管理與監(jiān)測方面，南露天煤礦對外排土場、采掘場制定了生態(tài)修復計劃，生態(tài)恢復物種以沙生植被為主；工程施工期間，控制施工及開采范圍，減少了對地表植被和礫幕的擾動；制定了地下水動態(tài)監(jiān)測計劃，開展了地下水跟蹤監(jiān)測工作。

4.3 資源綜合利用

綠色礦山建設資源綜合利用指標包括伴生資源綜合利用、綜合利用、固廢處置與綜合利用、廢水處置與綜合利用等。在固廢處置與綜合利用方面，南露天煤礦剝離物中基本無煤矸石，剝離物全部排入外排土場；生活垃圾清運至準東經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)生活垃圾填埋場集中處理；廢機油委托有資質(zhì)的單位處置；鍋爐爐渣運至當?shù)卮u廠制磚。在廢水處置與綜合利用方面，南露天煤礦建設了一座處理能力為360m3/d的礦坑水處理站，礦坑水經(jīng)處理后全部回用于地面灑水降塵、礦區(qū)綠化；建設了一座處理能力為500m3/d的生活污水處理站，生活污水經(jīng)處理后全部回用于礦區(qū)灑水降塵。

4.4 節(jié)能減排

綠色礦山建設節(jié)能減排指標包括節(jié)能降耗、廢氣排放、廢水排放、固廢排放、噪聲排放等方面。在固廢排放方面，南露天煤礦采用封閉式原煤倉，對散裝物料和出礦拉煤車輛加蓋篷布，配備了灑水車灑水降塵，原煤地面生產(chǎn)系統(tǒng)的破碎站、轉(zhuǎn)載站、給煤機等安裝了布袋除塵器，在封閉輸煤廊道內(nèi)安裝了噴霧灑水降塵裝置；工業(yè)場地鍋爐煙氣經(jīng)脫硫除塵后通過50m高煙囪排放。在噪聲排放方面，南露天煤礦在工期、運營期合理安排了施工、采煤時間，爆破采用微差爆破技術(shù)；選用了低噪聲設備，對篩分破碎設備、鍋爐房鼓引風機等高噪聲源采取了隔聲、減振、消聲等措施。

4.5 科技創(chuàng)新與智能礦山

科技創(chuàng)新、智能礦山方面，南露天礦建立了5G智能化綜合調(diào)度指揮中心，于2020年10月30日獲批國家工信部“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”高質(zhì)量網(wǎng)絡和公共服務平臺項目。規(guī)劃建設5G基站55個，并應用于5G+機器人智能巡檢、5G+無人駕駛、5G+視頻AI風險智能感知、5G+無人機智能巡檢等30余個典型場景。其中，火災預警系統(tǒng)由6組55倍雙光譜熱成像攝像頭組成，可以全天候?qū)θV煤層進行自動巡查捕捉，如果發(fā)現(xiàn)煤層出現(xiàn)高溫等異常情況，預警系統(tǒng)就會報警。露天煤礦綜合預警平臺由2.1萬個實時數(shù)據(jù)測點、511路視頻監(jiān)控以及8個信息化模塊構(gòu)成，共有風險管理、隱患管理、網(wǎng)格化管理、報警管理等17個功能模塊，可實現(xiàn)環(huán)境信息、設備溫度、振動、電流、電壓及煤炭產(chǎn)量、運量、銷量等數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲、管理和分析。該平臺于2021年8月完成二期建設，目前已穩(wěn)定運行10個月。

5 討論

5.1 未采區(qū)綠色礦山建設規(guī)劃

二采區(qū)和三采區(qū)可圍繞煤礦區(qū)開發(fā)利用全生命周期，進行綠色礦山建設規(guī)劃，實現(xiàn)“少擾動，高利用，低排放，快復墾”。南露天礦區(qū)多荒漠，植被少，生態(tài)脆弱，干旱、風厲等氣候條件惡劣，從資源、環(huán)境安全和農(nóng)業(yè)生態(tài)角度對礦區(qū)環(huán)境進行承載力評價，根據(jù)礦區(qū)自然條件與開發(fā)建設特點，在煤炭開采前對整個礦區(qū)進行生態(tài)開采方式設計?；谝阎獏^(qū)、相鄰區(qū)鉆探、物探、化探等成果資料，利用“地質(zhì)大數(shù)據(jù)”，對礦區(qū)煤系礦產(chǎn)資源進行綠色評價、分級分質(zhì)評價、特殊煤炭評價，煤系礦產(chǎn)資源組合類型及資源潛力評價等，提出適宜性綜合開發(fā)模式。

5.2 伴生資源綜合利用

南露天礦普、詳查工作中對部分鉆孔中煤樣進行了光譜半定量分析，煤中金屬元素有鍺、釩、鉻、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鎘、鉛、鉬、鍶、硼13 種，在各煤層中均程度不同地伴生，部分已達工業(yè)品位。在以往煤炭地質(zhì)勘查工作中，對煤系礦產(chǎn)資源綜合勘查和綜合評價重視不夠，許多與煤共伴生的其他礦產(chǎn)資源，尤其是煤層中及鄰近煤層的圍巖中所蘊含的礦產(chǎn)資源，需研究合理的煤與煤中伴生金屬礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)利用方案，充分利用煤炭資源，保障戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源。

5.3 生態(tài)環(huán)境修復治理

南露天礦位于卡拉麥里山南麓，處于卡拉麥里國家野生動物自然保護區(qū)的周邊，距保護區(qū)邊界約5km。地勢總趨勢呈北高南低的緩傾斜坡，海拔59～695m，最大相對高差100 m。地貌形態(tài)為殘丘狀的剝蝕平原，地表植被稀少，生長有耐旱的紅柳、駱駝刺等矮灌木。地表無常年水流，夏季降雨形成的暫時性水流大多向南排泄于沙漠中，部分在低洼地匯集蒸發(fā)，形成平坦的淤積泥板地。在開采過程中，需增強對野生動植物的保護意識，維護自然生態(tài)平衡。采后需進行工程治理、生態(tài)修復和生物修復，修復被破壞的土地、植被、景觀、生物群落等，采用微生物修復技術(shù)、細菌修復技術(shù)等，以減少水土流失，修復土壤基質(zhì)。