大型露天煤礦綠色開采理論探討

馬玉彪

摘 要：我國現行的露天煤礦開采設計理論主要考慮的是露天開采安全技術的可行性和經濟效益的最大化，其最大的缺陷是不論在規劃設計階段還是在建設生產階段均未考慮露天開采對生態環境造成的損傷及破壞，屬于先開采、后治理（恢復）的被動開采模式。

關鍵詞：露天煤礦；綠色開采；生態環境

在提出露天煤礦綠色開采的基本思路的基礎上，提出露天煤礦綠色開采“綠色因子”的概念、內涵，分析了露天煤礦開發過程中占用土地動態演變，對露天煤礦綠色開采綜合評價體系進行探討。

一、露天煤礦綠色開采基本原則和思路

1.露天煤礦綠色開采基本原則。綠色礦山理論是一個系統理論，是多個因素組成的有機整體，在社會發展要求上與循環經濟發展、復合生態系統、協調發展理論相一致，同時又體現了政策法規、技術標準的規范性。綠色礦山理論要求露天礦山不論在規劃設計階段或是建設生產階段，既要考慮經濟效益，更要考慮社會、生態效益及可持續發展。以現代化綠色礦山理念為指導，通過研究國內外資源開發、污染控制、工藝技術、生態恢復與重建、國家環境治理規劃等現行標準，露天煤礦綠色開采具備以下幾點基本原則：提高資源的開采效率，減少資源開采過程中能源、水資源與物料的消耗，以最小環境損傷實現最大資源回收率；以循環經濟為戰略考量，實現伴生與可再生礦物利用；既要從源頭減少煤炭開采對生態環境的污染和破壞，又要注重過程污染控制與生態恢復重建；實現現代工藝技術應用與經濟效益合理性均衡；推進企業綠色化管理，構建和諧企業文化，實現社會人文生態和諧發展。

2.露天煤礦綠色開采的基本思路。露天煤礦綠色開采的基本思路是克服先開采后治理的傳統模式，即露天開采要與露天煤礦生產過程中所形成的固體環境、水體環境、大氣環境、生態環境整體化、全過程綜合考慮，達到全局優化、可持續協調共贏的目的，使礦區的固體環境、水體環境、大氣環境及生態環境災害最小、治理費用較小的條件下，露天煤礦的經營成本合理、經濟效益較大。從開采源頭開始控制煤炭開采對生態環境的破壞，建立露天煤礦開采的新模式。因此在露天煤礦開采中引入“綠色因子”的概念，建立以露天開采成本為目標函數，達到露天開采在設計與生產中強制實現生態環境保護的目標。為此，就要研究大型露天煤礦在綠色開采技術條件下的各工藝環節協調配合關系；解決大型露天煤礦開采與生態環境重建協調發展問題，找到“開采”與“環境”平衡點，確保礦區可持續發展，提出基于生態環境保護的露天煤礦現代設計理念與設計理論方法，最終建立大型露天煤礦綠色開采理論體系和技術經濟指標評價體系。

二、露天煤礦開發過程中占用土地動態演變

露天煤礦開發過程中，土地的占用甚至破壞是露天煤礦開采的根本問題之一。剝離、開采、排棄甚至疏排水、道路建設、工業廣場建設等均要占用大量的土地資源，并且土地的占用是一個動態演變過程。采、剝、排工程的占地與生態環境重建在不同時段的工藝上、工序上等時空分布應該協調一致。隨著采、剝、排工程的進行，露天煤礦的土地占用和侵害逐漸顯現出來。采、剝、排工程的進行使得剝離物從地下移至地表，剝離物排放地點發生變化，體積和位置也發生改變；同時巖層層位從有序排列到混合堆放。當開始內排時，一般來說占地可以達到動態平衡。因此內外排土場的容量、邊幫角、外排角、內排角的優化是傳統意義上的巖土環境災害力學問題，更是占地投資與經濟效益問題。到界的內、外排土場，就應及時地進行植被恢復與生態重建。不同地區礦區的氣候環境、巖層介質不同，同時不同的排棄與管理方式，不同的植物種類與規格選擇，植被恢復與生態重建的投資費用也不同。因此，如果設計和管理合理，內外排土場的容量達到極限，并且將表土合理擺放與覆蓋，植被恢復與生態重建的成本就會降低。

三、露天煤礦環境災害問題

1.固體環境災害。固體環境災害主要包括露天煤礦開采占用和破壞大量土地。（1）采場占用土地、外排土場占用土地、工業廣場占用土地，外排土場及排矸場污染物遷移到周圍土地、影響礦區景觀環境，污染周圍土地；（2）爆破震動：誘發滑坡、地表沉陷、破壞附近建筑物；（3）外排土場受雨水作用產生泥石流：破壞下游土地及建筑物。

2.水體環境災害。水體環境災害主要體現在露天煤礦開采導致原始水徑流條件的改變與水質的污染。（1）采場疏干排水，破壞地下水力平衡、礦區附近地下水位下降、礦坑水排放污染地表水與土地；（2）排土場受雨水沖刷與淋溶，淋溶水污染周圍土地、淋溶水污染地表水體。

3.氣體環境災害。氣體環境災害主要包括：（1）煤自燃產生有毒有害氣體和煙塵，嚴重污染大氣；（2）汽車運輸工藝，消耗燃油并排放大量的尾氣；（3）各環節作業產生飛塵（煤塵、巖塵）、噪音。

4.生態環境災害。由于露天煤礦的生產，使得環境條件發生不可逆轉的改變，進而導致生態環境惡化。土地養分減少，即土地肥力下降；水土流失，土壤中水份流失、土地沙化；植被破壞與退化，形成土地荒漠化，毀壞生物，動植物減少甚至滅絕。為了克服目前露天煤礦開采導致固體、水體、大氣及生態環境問題，就是要遵循露天開采與生態重建兩個獨立系統相融合，采用綠色開采，優化設計，邊采邊調控，邊采邊治理，邊采邊修復。

四、露天煤礦綠色開采綜合評價

露天煤礦生產過程采用綠色開采技術后，需要建立開采技術指標，采剝工程經濟指標，開采過程環境指標及生態重建環境指標與相應的經濟指標，建立經濟效益綜合評價指標體系與評價方法，評價指標量化方法。特定的露天煤礦生產過程中，固體環境、水體環境、氣體環境、生態環境綠色因子與指標體系的構成不僅與與礦巖準備環節、采裝環節、運輸環節、排卸環節等密切相關，而且與露天煤礦設計、開采進程、生態環境治理指標等密不可分，在時空分布上都是動態的。如富水煤層的露天開采初期，抽排水是開采前、開采過程不可缺少的環節。礦區范圍內的抽排水可以降低煤巖體內的含水量，在提高煤質的同時，增加邊幫的穩定性；抽排的水還可以作為電廠用水、工業用水、民用或農牧用水，當然還可以用作露天煤礦煤體自燃滅火、降塵、綠化等。排放的煤體水可能造成污染。因此，抽排的水既是害又是利。各種影響因素相互影響，相互依存，相互作用，增加了建立露天煤礦綠色開采綜合評價體系的復雜性。綠色開采評價中，要分析固體環境、水體環境、氣體環境、生態環境的災害成本及其控制、治理、修復的費用。在固體環境災害評價方面，主要考慮外排土場位置、排棄高度等參數選擇，邊坡、排土場的穩定性分析等；水體環境災害評價方面，須考慮地表地下水的保護、利用、抽排及污染控制等；在氣體環境災害評價方面，需要分析采場排土場飛塵產生機理、飛塵運動規律及煤炭在破碎、洗選過程粉塵產生機理；在生態環境災害評價方面，需要分析生態環境與露天開采的協調關系及生態環境修復技術等。

總之，對傳統露天開采存在的一系列環境災害問題，提出了綠色礦山新理論，旨在實現資源高效開采、環境影響最小化、露天開采與環境保護協調發展；引入“綠色指數”定義，將其作為目標函數對露天開采各工藝環節進行評價，找尋薄弱環節并進行優化，從而實現環境保護。建立了綠色指數評價體系，提出其評價目標及選取原則，在此基礎上采用基于層次分析法的綜合模糊數學評判對該體系進行評價，提出了建模思路，該方法具備可操作性。

參考文獻

[1]錢浩宇.綠色開采的概念與技術體系.2017.

[2]王玉石，淺談大型露天煤礦綠色開采理論探討.2017.

（作者單位：烏海市安監局）