金屬礦山能源管理及節(jié)能途徑探究

蒲洪平

（攀鋼集團礦業(yè)有限公司生產(chǎn)服務(wù)分公司（能動中心），四川 攀枝花 617000）

目前我國礦山的能源消耗主要集中在采礦過程，占據(jù)總能耗的60%～70%。其中，輔助和附帶的采礦環(huán)節(jié)占總消耗的30% ～40%。在選礦領(lǐng)域，破碎工序所耗能量僅占7%～10%，而磨削過程的耗能比例通常在40%～60%之間。一些選礦企業(yè)的能源消耗更是高達65%～70%，因此，做好金屬礦山能源管理及節(jié)能控制已然成為一項亟待解決的重要課題，近幾年，政府部門一直在積極采納新的工藝和設(shè)備，進行技術(shù)升級，以實現(xiàn)節(jié)能減耗的目標。

1 金屬礦山節(jié)能途徑

1.1 完善礦山開采技術(shù)

優(yōu)化礦山開采技術(shù)可以顯著提升金屬礦山的節(jié)能水平?，F(xiàn)代化的礦山開采技術(shù)通常采納高效能源利用的設(shè)計，如運用高壓變頻調(diào)速技術(shù)、永磁渦流軟驅(qū)動技術(shù)等。這些技術(shù)能有效降低能源消耗，進而降低礦山的能源成本。同時，這些節(jié)能技術(shù)還能直接減少燃燒和能源轉(zhuǎn)換過程中的碳排放，協(xié)助礦山實現(xiàn)減排目標。此外，完善的礦山開采技術(shù)能夠優(yōu)化生產(chǎn)流程，提升設(shè)備利用率和產(chǎn)能，減少停工和維護時間，因而增進礦山運營效率，實現(xiàn)資源的最大化應(yīng)用。新技術(shù)的引入還有助于降低能源和資源的浪費，降低運營成本。此外，通過提高設(shè)備效率和減少損耗，還能減少維護和更換的開支。

節(jié)能技術(shù)的采納也能夠減輕環(huán)境不良影響，包括降低噪音、減緩廢氣和廢水排放，改善空氣和水質(zhì)環(huán)境［1］。此外，引入節(jié)能技術(shù)有助于實現(xiàn)礦山的可持續(xù)發(fā)展目標，使其在資源開發(fā)中更加環(huán)保，增強社會責(zé)任感。為實現(xiàn)節(jié)能目標，礦山開采技術(shù)不斷進行創(chuàng)新和改進。這些技術(shù)創(chuàng)新推動了科學(xué)研究和工程實踐的進步，有助于開掘新的礦產(chǎn)資源開采方式，促進整個行業(yè)的發(fā)展。綜上所述，通過完善礦山開采技術(shù)，金屬礦山能夠在多個層面實現(xiàn)節(jié)能目標，為礦山業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出積極貢獻。

1.2 優(yōu)化礦山開采體系

相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)根據(jù)科學(xué)的產(chǎn)能需求，對金屬礦和非金屬礦的生產(chǎn)能力進行優(yōu)化。改進“科學(xué)產(chǎn)能”的評估方式，不斷對小型礦場以及“高耗能”、“高污染”礦場進行優(yōu)化整合，推動礦場向高品質(zhì)方向發(fā)展。在規(guī)劃資源有效應(yīng)用策略時，應(yīng)綜合考慮各類礦物資源的特征及供需格局，采納科學(xué)的布局，以實現(xiàn)定制化的開發(fā)利用目標。要踐行因地制宜、因礦施策的原則，推動礦山向著環(huán)境因素調(diào)整，助力智能生產(chǎn)的實現(xiàn)，穩(wěn)步前行朝著綠色礦山的建設(shè)目標。

同時，有關(guān)部門還應(yīng)積極提升產(chǎn)業(yè)的集聚度，主動鼓勵大規(guī)模礦業(yè)集團的培植和發(fā)展，著眼于維護生產(chǎn)能力的穩(wěn)固，推進產(chǎn)業(yè)升級，增進效益的關(guān)鍵舉措。這些舉措將融入國家要緊的成長策略之中，同樣支持國家資源安全保障產(chǎn)業(yè)園的塑造。此外，還要強化初始階段的調(diào)控，致力于削減碳排放。不停地鞭策能源架構(gòu)向著潔凈、低碳、高效的方向發(fā)展，逐漸引入潔凈能源，如氫燃、風(fēng)力、水能以及太陽能，以逐漸替代傳統(tǒng)化石燃料，如煤炭、原油和天然氣。這將明顯縮減二氧化碳排放，深刻推動能源格式的變革提升［2］。從而塑造綠色、低碳的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

1.3 提升礦山節(jié)能管理水平

在能源消耗方面，深入研究和分析金屬礦山的能耗情況是必要的。通過對不同開采方式、生產(chǎn)流程以及設(shè)備使用情況的綜合分析，可以全面了解企業(yè)的能源使用現(xiàn)狀。這些分析結(jié)果將有助于制定相應(yīng)的節(jié)能對策，從而優(yōu)化能源利用，減少浪費，降低能源成本，提升整體效率。為了更好地推動節(jié)能減排，設(shè)立節(jié)能管理平臺是一個有效的手段。這個平臺可以為金屬礦山企業(yè)提供信息交流、經(jīng)驗分享、最佳實踐案例等，鼓勵行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)軍企業(yè)在節(jié)能減排方面扮演重要角色。通過這種合作機制，可以在行業(yè)內(nèi)形成一種競爭態(tài)勢，推動各企業(yè)不斷改進，以更高效的方式使用能源資源，減少對環(huán)境的不良影響。

同時，金屬礦山的開采往往對土地和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的影響。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，有關(guān)部門應(yīng)該著重考慮生態(tài)修復(fù)和產(chǎn)業(yè)重構(gòu)。通過對受礦區(qū)開采影響的土地和廢棄地進行生態(tài)修復(fù)，重新規(guī)劃和引入可持續(xù)產(chǎn)業(yè)，可以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和碳循環(huán)功能的重建。這種方式不僅有助于減輕環(huán)境壓力，還可以為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)創(chuàng)造就業(yè)機會和經(jīng)濟效益。

2 金屬礦山開采技術(shù)分析

2.1 低碳采礦技術(shù)及裝備創(chuàng)新

在面對挑戰(zhàn)和追求可持續(xù)性的背景下，探索創(chuàng)新的低碳化開采技術(shù)已成為采礦業(yè)的重要發(fā)展方向。這種創(chuàng)新不僅要重新思考傳統(tǒng)的采礦方式，還要更新開采方法和工藝，通過科技創(chuàng)新的引領(lǐng)，實現(xiàn)全面流程的低碳、規(guī)模化開采。這意味著需要建立高效能源利用的技術(shù)體系，覆蓋了從鉆孔到爆破、鏟裝、運輸、吊裝、通風(fēng)再到充填等各個環(huán)節(jié)，以最小化金屬礦產(chǎn)資源的碳排放水平。

在降低碳排放的途徑方面，一項關(guān)鍵策略是采用清潔電力替代礦用柴油和其它高碳材料。這種做法不僅可以直接減少設(shè)備的碳排放，還能促進設(shè)備的智能化應(yīng)用，從而實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。同時，對于硬巖礦的開采，還可以研發(fā)適用的機械化破巖工具，以進一步提高開采效率。

另一方面，相較于傳統(tǒng)的平緩傾角礦石開采方式，梯級組合高傾角露天采煤技術(shù)和工程方案則是另一項創(chuàng)新。通過有效增加工作面的傾斜度，可以降低生產(chǎn)成本10% ～30%，年產(chǎn)量超過30%的增幅。這一創(chuàng)新克服了常規(guī)平緩傾角礦石開采所帶來的投資高、產(chǎn)能有限、成本昂貴、能源消耗大等挑戰(zhàn)。

在面對深海礦產(chǎn)資源開采時，一個可行的方法是在礦山周邊建設(shè)選礦工廠，將廢石和尾礦填充至礦山空區(qū)，以實現(xiàn)資源的本地積聚和回收。這一舉措不僅能顯著降低提升和填充的能耗，還減少了漿體運輸?shù)哪芰啃枨?，從而降低地面固體廢棄物占用，減輕環(huán)境影響，為環(huán)保貢獻積極作用。因此，這一領(lǐng)域的發(fā)展前景非常樂觀。

2.2 資源綜合利用技術(shù)與總體固碳技術(shù)

在資源開發(fā)領(lǐng)域，各相關(guān)單位正致力于充分利用共存礦產(chǎn)資源，確保資源最大化采用和有效利用。與此同時，他們也在推動礦山固體廢棄物的規(guī)模綜合應(yīng)用以及特定固體廢棄物的高附加值循環(huán)應(yīng)用上的進展。在追求碳凈零排放目標的過程中，廉價碳捕獲與封存（CCS）技術(shù)顯得不可或缺，具備巨大的能源安全性和減排潛力，但目前其經(jīng)濟效益尚不明顯，因此需要進行技術(shù)創(chuàng)新以解決這一問題。

以鐵精礦石為例，當(dāng)前主要采用的運輸方案是管道運輸。這一方案在運輸領(lǐng)域呈現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，他將低能耗、環(huán)境友好和成本效益融合為一體。其卓越的運載能力使其能夠輕松勝任大規(guī)模物流需求，而且管道被地道地埋入地下，不僅避免了土地資源的浪費，還減少了運輸過程中的噪聲產(chǎn)生。此外，管道運輸在面對當(dāng)?shù)貧夂蜃兓瘯r也能夠保持高穩(wěn)定性，這是其他運輸模式難以做到的。

在礦石預(yù)處理方面，多級分層粉碎技術(shù)，特別是高壓滾筒粉碎機，成為了一種新穎的破碎設(shè)備。這種技術(shù)的設(shè)計理念基于物料的分層粉碎原則，以高壓粉碎為主，使得顆粒含量高，顆粒尺寸范圍在0～3 mm之間。相比于傳統(tǒng)的錐形破碎機、棒磨機和球磨機，使用高壓滾筒粉碎機和球磨機能夠顯著降低能耗，實現(xiàn)20%～50%的能源節(jié)約［3］。

2.3 工業(yè)固體廢棄物的全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)調(diào)利用技術(shù)

為了促進可持續(xù)資源利用，相關(guān)單位應(yīng)聚焦于典型區(qū)域，加深尾礦、廢石等有價元素的綜合利用，同時優(yōu)化建筑原材料的協(xié)同應(yīng)用。實時循環(huán)回收的鋼渣粉高效研磨技術(shù)可作為基礎(chǔ)，用于實現(xiàn)不同粒徑尾礦和廢石集料的水泥基一體化制備和應(yīng)用。此外，對于非金屬尾礦的高效綜合利用，可以運用高效分選技術(shù)，如石墨和高嶺土等非金屬尾礦的分選，礦物的干濕分選技術(shù)，多礦物的改性與組合工藝，低溫鍛燒活化工藝，以及尾礦材料化處理等方法。

對于品位較低的極貧礦和表層礦石，可以采用濕法粗粒化預(yù)選技術(shù)，通過這一策略能夠充分利用顆粒較大的極貧赤鐵礦，這種方法不僅有效降低了開采的品位底線，還實現(xiàn)了極貧赤鐵礦資源的有效開發(fā)，并使其有機地融入整體資源體系中。在此基礎(chǔ)上，進一步提升分選品位不僅能夠穩(wěn)定分選結(jié)果，還能降低分選成本，產(chǎn)生積極影響。

在礦石深加工過程中，大量水源是不可避免的需求。熱泵技術(shù)作為一種新型能源利用方式，因其節(jié)能、環(huán)保和高效的特點而備受關(guān)注。在各地如河北鋼鐵公司中關(guān)礦、唐山首鋼馬蘭莊礦等項目中，已成功應(yīng)用熱泵技術(shù)，取得了顯著的經(jīng)濟效益。

2.4 其他降碳及礦山生態(tài)措施

運用高壓變頻調(diào)速技術(shù)以及永磁渦流軟驅(qū)動技術(shù)，能夠有效減少礦山中高壓高功率設(shè)備的能源消耗，在特別是高壓設(shè)備方面，其節(jié)電效果顯著。此外，這些技術(shù)還能夠降低電網(wǎng)的諧波污染，提高整體電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時，采用永磁渦流軟驅(qū)動技術(shù)可為大功率風(fēng)機、水泵、輸送設(shè)備等提供高效節(jié)能解決方案，確保設(shè)備平穩(wěn)運行，簡化調(diào)整，帶來超過30%的節(jié)電率提升。

另一方面，針對礦山生態(tài)修復(fù)和可持續(xù)能源發(fā)展，可以推行“光伏＋”礦山生態(tài)修復(fù)模式。這一模式充分利用礦區(qū)的地理位置和土地資源，通過在轉(zhuǎn)場地、固廢堆放區(qū)、采空塌陷區(qū)等地區(qū)開展光伏發(fā)電，將生態(tài)恢復(fù)與能源生產(chǎn)有機結(jié)合［4］。根據(jù)實際情況，可以探索不同模式，如“光伏＋生物質(zhì)”、“光伏＋藥材”、“光伏＋草牧”等，充分發(fā)揮礦山地區(qū)的多樣性和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

考慮到當(dāng)前我國礦山固體廢物的整體利用率較低，可以借鑒其他工業(yè)固體廢物的高效利用經(jīng)驗。比如，粉煤灰、煤矸石和熔渣的利用率相對較高，鐵尾礦渣可以用作建筑材料原料，鐵路隧道基底材料，生產(chǎn)硅肥和土壤改良劑等，從而實現(xiàn)資源的循環(huán)利用，同時也有助于減少碳排放。

3 金屬礦山能源管理及開采體系優(yōu)化路徑

3.1 全面優(yōu)化金屬礦山節(jié)能機制

為適應(yīng)新的能源管理體系，相關(guān)單位可設(shè)立礦產(chǎn)資源開發(fā)碳減排工作小組，制定行業(yè)碳排放減少總體規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上，成立礦產(chǎn)資源開發(fā)碳減排辦公室，進一步明確責(zé)任分工，完善政府政策規(guī)制和市場調(diào)控，以促進碳排放的減少。同時不斷優(yōu)化金屬礦山的運行機制，著眼于節(jié)能減排，建立一套適用于金屬礦山的節(jié)能標準體系，強化企業(yè)的目標責(zé)任制。這將進一步提升了金屬礦山在節(jié)能環(huán)保方面的管理水平，創(chuàng)新經(jīng)濟政策的激勵機制，同時還應(yīng)建立獎懲措施，推動節(jié)能減排機制的落實。

此外，為強化對金屬礦山的有效監(jiān)管，需要創(chuàng)建專門的礦山監(jiān)察機構(gòu)，加強對金屬礦山的監(jiān)察力度。明確監(jiān)察機構(gòu)的職責(zé)，強化監(jiān)督、檢查和考核工作通過信息化和智能化手段，構(gòu)建高效的碳排放監(jiān)管體系。同時建立完善的碳排放權(quán)審批體系。借鑒西方發(fā)達國家的經(jīng)驗，加速國內(nèi)碳排放法律法規(guī)與國際接軌。通過總結(jié)相關(guān)法律法規(guī)和審計制度的經(jīng)驗，加快建立我國碳排放審計立法，確保審計工作的合法性和依據(jù)［5］。這將使金屬礦山的碳排放監(jiān)管更具信息化和智能化特點，以確保金屬礦山在節(jié)能減排方面的合規(guī)運營。

3.2 強化金屬礦山政策管控

根據(jù)我國礦產(chǎn)資源開發(fā)的節(jié)能目標，需要構(gòu)建一系列針對金屬礦山的政策體系，為強化工業(yè)節(jié)能和減排管理，應(yīng)將“安全”、“技術(shù)”、“經(jīng)濟”以及“環(huán)境”這四大效益的整個過程融入到其中。對于礦產(chǎn)資源開采企業(yè)而言，應(yīng)制定相應(yīng)的節(jié)能措施，明確能源消耗的責(zé)任以及具體的能源消耗目標。在此基礎(chǔ)上，還需加大對礦產(chǎn)資源研究機構(gòu)和高等院校的支持，以促進科技成果的轉(zhuǎn)化和落地。建立健全的崗前培訓(xùn)制度，嚴格執(zhí)行持證上崗制度，確保從業(yè)人員具備節(jié)能減碳的相關(guān)知識和技能。

同時推動工業(yè)升級轉(zhuǎn)型，并建立低能耗礦產(chǎn)資源開發(fā)科研平臺。整合各方力量，包括產(chǎn)業(yè)、學(xué)術(shù)界等，建立國家科研平臺，推動科技成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。這將為金屬礦山在“碳約束”環(huán)境下的發(fā)展提供必要的技術(shù)、管理和政策支持，有助于推動金屬礦山行業(yè)的綠色發(fā)展。

3.3 做好金屬礦山節(jié)能管理

首要的是，有關(guān)機構(gòu)應(yīng)當(dāng)強化對能源利用的監(jiān)測，為能源管理提供數(shù)據(jù)支撐，為企業(yè)確立科學(xué)、合理的能源使用標準提供支持。同時，結(jié)合國家能源政策，綜合考慮企業(yè)的能源特性以及經(jīng)營目標，擬定與企業(yè)發(fā)展策略相契合的能源規(guī)劃。在這一基礎(chǔ)上，要確保能源消耗評估的嚴謹性和科學(xué)性，需要加強能源消耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計工作，同時推動企業(yè)間進行能源消耗比較，以提升整體能源效率。

在此基礎(chǔ)上，相關(guān)單位需要構(gòu)建一種創(chuàng)新的能源管理模式。本文設(shè)想構(gòu)建的能源管理系統(tǒng)基本方案如下：（1）建立能源管理中心，強化集約化的能源管理；（2）轉(zhuǎn)變能耗的后處理方式，重視能耗前處理和能耗過程管理；（3）融合多元化的能耗管理模式，使其與企業(yè)的能耗管理過程相融合；（4）將節(jié)能工程管理納入能源主管部門和投資方的合作中；（5）深入研究能耗管理與生產(chǎn)、管理、成本管理的關(guān)系，以降低成本、提高效益；（6）強化能源管理的組織領(lǐng)導(dǎo)，構(gòu)建三層網(wǎng)絡(luò)化的能源管理體系。

除此之外，有關(guān)部門還應(yīng)積極借鑒國際、國內(nèi)那些在能效方面表現(xiàn)優(yōu)異的企業(yè)，吸取他們的能源管理理念和經(jīng)驗，采用能效對標的管理方式，鼓勵企業(yè)構(gòu)筑起內(nèi)部節(jié)能的良性循環(huán)系統(tǒng)。還需探討適合企業(yè)的節(jié)能管理基本方法、工作流程、指標評估體系以及激勵機制，不斷推進企業(yè)的節(jié)能管理水平和節(jié)能指標的提升［6］。同時，依據(jù)所在地區(qū)的相關(guān)的節(jié)能法律法規(guī)和以及礦山的實際運營情況，對礦山開采單位的能源利用過程和財務(wù)過程進行檢驗、核查、計算、分析和評價。通過這些手段，尋找節(jié)能方法并提出合理的能源利用建議。同時，重要用能單位也應(yīng)強化能源檢查，進行節(jié)能審查，以實現(xiàn)節(jié)能降耗、提高能源利用效率的目標，最終實現(xiàn)企業(yè)節(jié)能經(jīng)濟效益的穩(wěn)步提升。

4 結(jié) 語

本文探討了實現(xiàn)金屬礦山的可持續(xù)發(fā)展所需的關(guān)鍵因素。研究表明，為實現(xiàn)這一目標，相關(guān)部門需要在多個層面進行協(xié)同努力。目前，金屬礦山依然在技術(shù)資金的投入、國際標準的協(xié)調(diào)、社會輿論的認同等方面存在著問題，限制了該領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。因此，在礦山節(jié)能化發(fā)展中具有重要作用的相關(guān)單位以及政府部門應(yīng)該鼓勵創(chuàng)新、強化國際合作，以尋求更為有效的發(fā)展路徑。