綠色開采技術(shù)在傳統(tǒng)礦山中的應(yīng)用

張 華，和福平，訾 睿

(云南金沙礦業(yè)股份有限公司，云南 東川 654100)

0 引 言

礦業(yè)在推動中國經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，同時，社會經(jīng)濟的快速發(fā)展也伴隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的快速調(diào)整。當(dāng)前我國社會的主要矛盾也變成了人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾，“綠色青山就是金山銀山”“安全重于泰山”等安全、環(huán)保理念已深入人心。就新建礦山而言，綠色開采的理念貫穿與設(shè)計、建設(shè)、開采全過程，然而對于一些新中國成立之初就建設(shè)并開采至今的傳統(tǒng)礦山而言，綠色開采是新興概念。當(dāng)前，正是礦業(yè)發(fā)展的絕佳時期，這些傳統(tǒng)礦山應(yīng)抓住這次機遇，加強對綠色開采技術(shù)的應(yīng)用分析，順利完成轉(zhuǎn)型升級。

1 綠色開采技術(shù)的概念

綠色開采是在傳統(tǒng)采礦模式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種現(xiàn)代開采模式，它綜合考慮了資源利用效率與生態(tài)環(huán)境的影響，以資源開發(fā)利用率最高、對生態(tài)環(huán)境影響最小、使社會效益與經(jīng)濟效益協(xié)調(diào)優(yōu)化為目標(biāo)，是采礦行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。

2 傳統(tǒng)礦山在開采過程中存在的問題

2.1 開采回采率低

由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國有的礦業(yè)長期處于粗放式經(jīng)營狀態(tài)，其對礦產(chǎn)資源情況認(rèn)識不全面，開采回率較低，各項指標(biāo)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家。原因之一是我國礦產(chǎn)資源大多數(shù)資源稟賦差及采用傳統(tǒng)采礦工藝；其二是我國中小型礦山數(shù)量眾多，約占全國礦山總數(shù)的98 %，但其產(chǎn)量僅占全國的40 %～60 %，同時，小型礦山缺乏資金、技術(shù)、管理、人才等方面的支持，因而難以形成規(guī)模和良好經(jīng)濟效益，導(dǎo)致開采回采率整體偏低。以云南東川某礦業(yè)開采多年的銅礦為例，仍然采用傳統(tǒng)的淺孔留礦法電耙出礦工藝，礦柱資源浪費過多且安全隱患大。其現(xiàn)狀采場結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)見表1-3。

表1 某銅礦現(xiàn)狀部分采場結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計表Tab.1 Statistics of structural parameters of selected existing stopes in a copper mine

表2 某銅礦現(xiàn)狀采場礦柱占比統(tǒng)計表Tab.2 Statistics of the percentage of pillar extraction at existing stopes in a copper mine

表3 某銅礦現(xiàn)狀采場主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計表Tab.3 Statistics of main technical and economic indicators of existing stope in a copper mine

2.2 生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重

2.2.1 地質(zhì)災(zāi)害隱患多

礦山地質(zhì)災(zāi)害是指在礦產(chǎn)資源開采過程中，破壞了原有的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分布情況，從而發(fā)生井巷工程破壞、巖土體變形以及礦區(qū)水文、地質(zhì)條件以及自然環(huán)境發(fā)生重大變化，危害人們生命安全，影響礦山正常生產(chǎn)的災(zāi)害。礦山開采過程中常見的地質(zhì)災(zāi)害有滑坡、崩塌、泥石流、塌陷等。

對于新建礦山來說，在設(shè)計時期就以綠色礦山的標(biāo)準(zhǔn)進行，充分考慮生產(chǎn)建設(shè)與周邊自然環(huán)境的協(xié)調(diào)，做到邊開采邊治理，選用合理的采礦方法，充分考慮總圖布置，將地質(zhì)災(zāi)害對人員的傷害及經(jīng)濟損失降到最小。反觀某些傳統(tǒng)礦山，采礦技術(shù)落后，生產(chǎn)布局不合理，生態(tài)環(huán)保歷史欠賬多，地質(zhì)災(zāi)害誘因高，加之未形成規(guī)模效益，無法投入大量資金合理消除存在的地質(zhì)災(zāi)害隱患。久而久之，形成惡性循環(huán)。

2.2.2 大氣污染

礦區(qū)大氣污染物根據(jù)性質(zhì)可分為：氣態(tài)污染物和氣溶膠污染物，其中，氣態(tài)污染物包含含硫氧化物、含氮氧化物等，氣溶膠污染物包含粉塵、煙塵等。大氣污染物直接會對人體造成傷害，間接會影響礦區(qū)環(huán)境，影響人們正常生活，對礦山造成經(jīng)濟損失。目前，有的傳統(tǒng)礦山仍然采用氣腿鑿巖機鑿巖，掘進效率低，粉塵多，職工易患矽肺??；機械通風(fēng)不完善，炮煙中毒事件時有發(fā)生；選廠、檢化驗中心未安裝空氣凈化裝置，易導(dǎo)致工作人員慢性中毒；歷史遺留廢渣堆未進行治理，揚塵多。

2.2.3 水資源影響

在礦山開采過程中，對水資源的影響主要表現(xiàn)在對水資源的量、水資源的循環(huán)以及對水資源的污染。傳統(tǒng)礦山在建設(shè)初期普遍缺乏保水開采以及超前探水的觀念，大部分礦山甚至沒有水文地質(zhì)方面的技術(shù)人員，憑經(jīng)驗管理。經(jīng)過多年的開采，嚴(yán)重影響了地表水以及地下水的量，以礦山為主要支柱產(chǎn)業(yè)的地區(qū)普遍缺水，十年前還能稱為河流的現(xiàn)在已經(jīng)變成了季節(jié)性溪流，水資源的匱乏已經(jīng)嚴(yán)重了當(dāng)?shù)鼐用竦恼Ｉ?。同時，長期過度的開采已經(jīng)破壞了水資源的循環(huán)系統(tǒng)，枯水期沒水喝，雨季又易發(fā)泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。最嚴(yán)重的當(dāng)屬水資源的污染，開采污水及選廠污水中富含重金屬等有毒物質(zhì)，外排后流入到地表水甚至地下水中，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)鼐用竦娘嬘盟稗r(nóng)作物安全。

2.2.4 采空區(qū)安全隱患多

井下采空區(qū)主要為采礦后所形成的空區(qū)，主要存在下述危害類型：地壓失穩(wěn)、頂板及邊幫的垮塌冒落，其他危害如：造成通風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)、穿風(fēng)、高空墜落、水患(包括積水、涌水和突水)等可能的危害和伴生災(zāi)害。其中，垮塌、冒落分為小規(guī)模零星冒落和規(guī)模性突發(fā)冒落，規(guī)模性突發(fā)冒落產(chǎn)生的直接危害主要有：高速沖擊氣浪、礦震、空氣倒吸(虹吸)、飛石等，對井下作業(yè)生產(chǎn)的設(shè)備設(shè)施、人員的安全威脅最大。采空區(qū)的安全隱患之前一直未得到有效重視，并且很多傳統(tǒng)礦山采空區(qū)數(shù)量眾多，情況不明，嚴(yán)重影響當(dāng)下生產(chǎn)生活。

3 綠色開采技術(shù)的應(yīng)用分析

3.1 充填采礦法的應(yīng)用

充填采礦法是指在利用充填材料充滿采空區(qū)，進行地壓管理，有效控制圍巖崩落以及地表沉陷，力求達(dá)到生態(tài)環(huán)境平衡的采礦方法。目前，常用的充填采礦法有尾砂充填法、干式充填法、膠結(jié)充填法以及混合充填法等。其中，干式充填采礦法是利用采掘廢石等干式材料進行空區(qū)充填，通常用于嗣后充填，在解決采空區(qū)安全隱患的同時又解決地表排土場對生態(tài)環(huán)境的破壞；尾砂充填采礦法是采用泵送或自流的方式把選廠產(chǎn)生的尾砂排入采空區(qū)中，此種方式常用于嗣后充填，既維持了采空區(qū)的地壓穩(wěn)定，又解決了地表尾礦庫的問題；膠結(jié)充填采礦法是在砂漿的基礎(chǔ)上添加水泥等凝結(jié)劑，使充填物質(zhì)具有一定的強度，可直接在膠結(jié)體上工作，此種方法常用于邊采邊充，今后的發(fā)展前景最大；最后就是混合充填，3種充填方式配合使用。

采礦行業(yè)為國家崛起也為人民的美好生活提供了原材料，但是也不可避免的破壞了生態(tài)環(huán)境。所以，在礦山開采過程中，減少固體廢料排放甚至是零排放，有效治理采空區(qū)是今后發(fā)展的重點，而充填采礦法是重要途徑，也是能回收部分礦架資源，有效提高開采回采率，實現(xiàn)效益最大化的開采工藝之一。但我們的傳統(tǒng)礦山在采用充填采礦法的同時，也要注意因地制宜選擇合理的充填方式，同時要做好密閉及濾水工作，避免充填水污染地下水。

3.2 綠色污水處理技術(shù)

綠色污水處理技術(shù)在礦山工程中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在井下廢水的處理上。廢水可以儲存在中央水箱中，然后通過特殊的科學(xué)方法(如壓濾機)進行處理。綠色污水處理技術(shù)的主要技術(shù)要點在廢水處理和凈化方面，凈化技術(shù)旨在去除污水中的有害物質(zhì)。綠色污水處理技術(shù)通過水資源合格測試后，可應(yīng)用于農(nóng)業(yè)灌溉、園林灌溉、衛(wèi)生清潔等領(lǐng)域，實現(xiàn)水資源的管理和再利用。

3.3 廢石資源化綜合利用

任何事物都是相對的，就拿礦山開采過程中產(chǎn)生的廢石而言，如不合理利用會占用土地資源，造成地質(zhì)災(zāi)害，污染環(huán)境；如合理利用，則會變廢為寶，可以從中提取有價成分、制造微晶玻璃、覆土造田、生產(chǎn)建筑材料等。

3.3.1 提取有價成分

按照當(dāng)前的技術(shù)水平，無法達(dá)到有用礦物的百分百利用，尤其是我國共伴生礦產(chǎn)資源非常豐富，但是綜合利用率卻遠(yuǎn)低于國際水平。這其中，又以傳統(tǒng)礦山利用率最低，隨著科學(xué)技術(shù)的進步，最低可采品位越來越低，很多傳統(tǒng)礦山原來判定為廢石的現(xiàn)在也可以進行選冶。從廢石中回收提取有價元素的潛力巨大，同時也是廢石資源化利用的重要一步。

3.3.2 覆土造田

礦山開采過程中產(chǎn)生的廢石，其主要成分為無機物，不具備植物直接生長的條件，目前常用的方式就是覆土造地，然后進行植物種植。近年來，這種方法在我國得到廣泛應(yīng)用。例如，云南東川某礦業(yè)對已閉庫的尾礦庫和廢石場進行覆土造田處理，其中在尾礦庫上大規(guī)模種植花卉，打造花海，在有效治理固體廢棄物的同時又取得良好的社會、經(jīng)濟效益。見圖1。

圖1 東川某尾礦覆土復(fù)綠前后對比圖Fig.1 A visual comparison displaying the tailings in Dongchuan before and after reclamation progress

3.3.3 生產(chǎn)建筑材料

目前，在生產(chǎn)建筑材料領(lǐng)域，礦山開采產(chǎn)生的廢石用于生產(chǎn)建筑用磚、微晶玻璃，以及建筑用砂石骨料。云南東川某礦業(yè)以利用廢石生產(chǎn)建筑用磚，用于修筑礦區(qū)及周邊村莊道路，也產(chǎn)生了良好的綜合效益。并且，隨著對環(huán)境保護越來越重視，已基本禁止天然河砂的開采，機制砂是未來的發(fā)展方向，礦山廢石用于制作建筑材料將大有可為。

3.4 保水開采技術(shù)

鑒于采礦對地下水和地表水的不利影響和風(fēng)險，未來需要不斷優(yōu)化開采技術(shù)。保水開采技術(shù)的應(yīng)用可以顯示出明顯的優(yōu)勢，并成為未來關(guān)鍵技術(shù)。保水開采技術(shù)主要用于綜合分析開采過程中可能出現(xiàn)的各種不利因素，以確保對周圍所有水資源的有效保護。這還需要在采礦開始前對水資源進行有效的環(huán)境調(diào)查，以便更好地制定可持續(xù)的水資源保護方案，避免可能的嚴(yán)重污染和危害。對于采礦作業(yè)周圍的地下水資源，在采礦過程中需要有效保護。在對所有含水層進行研究后，應(yīng)結(jié)合自身開采需求合理設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo要素，以更好地提高節(jié)水效果。例如，在與地下水相關(guān)的需要保護的區(qū)域，可以使用表面滲碳來有效保護地下水，并應(yīng)對過去發(fā)生的其他自然災(zāi)害。此外，在開采過程中，還必須及時收集和處理所有潛在的水污染物，以避免在現(xiàn)場或周圍意外排放，特別是在一些地表水密度高的地區(qū)，但也必須進行良好的隔離和保護。為了避免對相關(guān)水資源質(zhì)量的影響，應(yīng)努力形成更理想的水資源綜合保護。

3.5 生態(tài)修復(fù)技術(shù)

在開采過程中，隨著深度開采，不可避免地會出現(xiàn)一些環(huán)境污染問題，及時處理這些環(huán)境污染問題不容忽視，這也是綠色開采技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。應(yīng)引起相關(guān)采礦管理人員的高度關(guān)注。要求采礦作業(yè)能夠在生產(chǎn)過程中實時解決環(huán)境中存在的嚴(yán)重污染問題，并選擇合適的生態(tài)修復(fù)技術(shù)。更好地解決相關(guān)問題，確保更有效的環(huán)境修復(fù)。例如，在采礦過程中土壤資源受到嚴(yán)重侵蝕和破壞的情況下，應(yīng)采取適當(dāng)和合理的綠化措施，以提高相關(guān)區(qū)域的綠化水平，從而產(chǎn)生更好的土壤和水穩(wěn)定性。例如，噴灑草藥的方法可以在許多地區(qū)產(chǎn)生理想的應(yīng)用效果，特別是對于一些礦山開采后出現(xiàn)的山坡，可以產(chǎn)生有效的綠化，從而有助于有效改善相關(guān)地區(qū)的自然環(huán)境，從而提高其可持續(xù)性。如果相關(guān)區(qū)域的生態(tài)破壞更嚴(yán)重，也可以用于生態(tài)多孔混凝土綠化，形成更理想的整體改善效果。

4 綠色開采技術(shù)的可行性提升措施

4.1 采礦工程中綠色開采技術(shù)管理

在實施植被保護措施時，利益相關(guān)者還應(yīng)采取適當(dāng)措施，加強對礦區(qū)的安全檢查，以便更好地了解相關(guān)管理制度。如果礦山存在各種不平衡裂縫，相關(guān)人員應(yīng)積極檢查所有沉積物，以確定所有裂縫的長度、寬度和主要方向，從而更好地確定危險程度。此外，必須嚴(yán)格控制采礦環(huán)境，明確礦場的安全運營。在后采區(qū)發(fā)生滑坡的情況下，應(yīng)采用確定滑坡原因和具體范圍的方法，并采取適當(dāng)措施提高安全檢查內(nèi)容。污染控制是排水作業(yè)的關(guān)鍵目標(biāo)，在此過程中需要統(tǒng)一的排水規(guī)劃。根據(jù)實際情況，必須全面解決礦區(qū)環(huán)境污染問題。此外，未來還需要基于生物技術(shù)的管理和控制，以更好地避免礦區(qū)土壤流失。除了在生產(chǎn)區(qū)種植適當(dāng)?shù)闹参锿猓€可以在種植后設(shè)專門的人員來維護植被，并設(shè)置各種障礙，以避免一些與土壤侵蝕有關(guān)的問題。同時，未來可以進一步防止廢水滲入農(nóng)田，從而危及周圍的經(jīng)濟發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展進程。

4.2 重視科技創(chuàng)新和設(shè)備研發(fā)

為了進一步發(fā)展和升級采礦技術(shù)，新設(shè)備是必不可少的前提，而生產(chǎn)工具是直接影響生產(chǎn)效率的非常重要的生產(chǎn)因素。除非生產(chǎn)工具得到保證，否則無法最大限度地提高生產(chǎn)效率。在許多情況下，這將導(dǎo)致不必要的損失和浪費。因此，在開采過程中，有必要加強研發(fā)新設(shè)備和深井監(jiān)測技術(shù)的研究。

4.3 管理技術(shù)的提升

綠色采礦技術(shù)不僅意味著技術(shù)應(yīng)用水平的提高，更重要的是人力資源管理和資源管理體系的完善。否則，即使是先進的應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備也無法得到適當(dāng)利用，最終結(jié)果也不會令人滿意。著眼于提高綠色采礦的質(zhì)量和效率，從企業(yè)組織模式和員工合作模式出發(fā)，結(jié)合科技進步，更新管理模式，關(guān)注未來綠色采礦技術(shù)在采礦業(yè)應(yīng)用的可行發(fā)展方向。例如，在聯(lián)合開采技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)積極消除資源開采工作組之間合作的障礙，處理需要聯(lián)合開采技術(shù)中出現(xiàn)的問題。根據(jù)具體矛盾和問題，積極從原有群體中選擇合適的專家，組建新的專項解決團隊，確保工作效率和資源利用率，最終提高綠色采礦技術(shù)的利用效率。

4.4 持續(xù)創(chuàng)建綠色礦山

近年來，礦山變綠成為我國礦山發(fā)展的主旋律，國家層面十分重視綠色礦山的建設(shè)工作。作為礦業(yè)權(quán)人更應(yīng)履行自己的社會責(zé)任，做好綠色礦山建設(shè)規(guī)劃，持續(xù)創(chuàng)建綠色礦山。

5 結(jié) 語

總之，在采礦業(yè)中應(yīng)用綠色開采技術(shù)不僅對保護和有效利用礦產(chǎn)資源至關(guān)重要，而且對保護自然環(huán)境也至關(guān)重要，使其能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)的開源概念。綠色開采技術(shù)具有防止污染、有效利用資源和促進可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢。這是我們必須應(yīng)用于采礦業(yè)的采礦技術(shù)，也是采礦技術(shù)未來發(fā)展的方向?，F(xiàn)有的綠色開采技術(shù)通過礦山填埋技術(shù)等手段的應(yīng)用取得了一定的成果，但仍然可以從改善管理技術(shù)和改變?nèi)藛T的思想觀念兩個方面提高綠色開采技術(shù)的使用效率，實現(xiàn)采礦業(yè)的最佳技術(shù)創(chuàng)新。