基于綠色開采的綠色礦山建設

陳 斌,張有乾,艾 聰

基于綠色開采的綠色礦山建設

陳 斌①,張有乾,艾 聰

(中國礦業大學礦業工程學院)

煤炭在我國一次能源中占有主導地位,然而與煤炭生產相關的資源破壞、環境損害以及生產事故問題也十分突出。本文結合綠色開采理念及其技術體系,從資源與環境的角度,對綠色礦山及其綠色生態系統的建設提出了進一步的研究和發展的建議。

綠色礦山;綠色開采;環境;生態

目前,我國經濟的發展嚴重依賴煤炭能源的支撐,煤炭產量迅猛增長,對資源和環境的影響日益凸顯。盡管我國目前的煤炭產量和消費已占全世界的1/3,但我國煤炭行業所存在的粗放型煤炭開采還存在著十分嚴峻的資源浪費、環境破壞以及開采安全等問題。為解決上述矛盾,我國大力推進綠色礦山建設,綠色礦山是礦產資源開發利用與經濟社會發展、生態環境保護相協調的礦山,以實現資源利用節約集約化、開采方式科學化、企業管理規范化、生產工藝環保化、閉坑礦山生態化為目的。由此可見,綠色礦業是我國礦業發展的必由之路。近年來,我國學者提出了綠色開采理念及其技術體系,綠色開采是一種以資源利用最大化,環境破壞最小化為目的,安全、高效且利于可持續發展的煤炭開采技術體系,對綠色礦山建設的發展具有重要意義。

1 采礦引起的礦山環境問題

隨著我國煤炭產量的不斷增加,煤炭開采所帶來的環境問題愈加突出。礦山人為活動對包括礦山地面以上的空間環境(近地面的大氣圈)、地面環境和采礦活動影響下的井下環境在內的礦山環境造成了一定程度的影響和破壞,形成了獨特的礦區生態環境問題,如矸石堆積如山,地面沉陷,地下水干枯,礦山附近的大氣污染,自然災害頻發等。

1)土地資源的占用與破壞。地表塌陷、水土流失、沙漠化、固體廢棄物對土地的壓占和污染嚴重破壞土地資源。井工開采主要體現在地表塌陷以及矸石山壓占;露天開采主要體現在直接挖損與外排土場壓占。目前,我國煤礦采空區大面積沉陷180余處,沉陷面積達8.7萬公頃之多;沉陷盆地及大型沉陷坑1 600多處,全國300個礦業城鎮,40個礦業城受塌陷影響,嚴重影響者為25座。露天礦剝土、礦山疏干排水、植被破壞、礦山崩塌,導致水土流失嚴重。黃土區神府東勝礦區,礦區開采后,由原輸沙量3 021萬t/d增加到6 753萬t/d[1]。此外,煤礦開采會產生占煤炭產量10%～20%的矸石 ,目前我國煤矸石累計堆存近40億t,占用土地1萬公頃[2]。

2)水資源的破壞。煤炭開采活動對水資源的破壞主要體現在人為疏干排水和采動形成的導水裂隙對煤系含水層的自然疏干,破壞了地下含水層的原始徑流;同時礦井水中普遍含有煤粉、巖粉懸浮物及可溶性的無機鹽類,污染水資源。全國煤礦每年排出礦井水約22億 t,對地表河、海、水庫等水資源污染較嚴重,并會使礦區土地貧化,污染植被,同時,也破壞了礦區地下水循環系統,甚至導致礦區水位下降。

我國水資源匱乏,特別是西北地區國有重點大型礦區集中,礦井污水的排放更加劇了地區缺水[3]。

3)大氣環境的破壞。礦區大氣環境的破壞主要是由以下幾個方面導致的,一是矸石山自燃釋放大量的二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳;二是瓦斯排放;三是爆破煙塵[4]。礦井瓦斯產生的溫室效應是二氧化碳的21倍,我國煤礦年排放瓦斯 120億 m3,平均利用率不到20%,不僅是一種資源的浪費,也是對大氣環境的破壞。

4)誘發地質災害。泥石流、滑坡等自然災害發生概率伴隨著開采規模的擴大、強度的加大而加大,尤其以大型的露天開采礦區最為集中。神府東勝礦區自開發以來,發生規模不等的泥石流200多次,造成的經濟損失巨大,是比較典型的礦山泥石流分布區。

2 綠色礦山建設

隨著科學技術的不斷進步,生活水平的提高,人們對礦業開發又有了更高的要求,不僅要實現無廢開采,還要充分體現人們在礦業開發中的和諧理念,提出了綠色礦業的理念。2008年中國國際礦業大會以“綠色礦業、企業戰略、推動礦業持續繁榮”為主旨,有力地推動了綠色礦業的發展。綠色礦山,絕不是簡單的礦山復墾和綠化。綠色礦山建設是一項復雜的系統工程,有著全面深刻內涵和實質內容,根據我國國情和礦情,走綠色礦業發展之路勢在必行,而建設綠色礦山則尤其重要。

1)綠色開采理論體系。綠色開采是一種以資源利用最大化,環境破壞最小化為目的,安全、高效且利于可持續發展的煤炭開采技術體系,對綠色礦山建設的發展具有重要意義。其技術體系見圖1[5,6]。

圖1 綠色開采體系

2)礦山生態環境建設。為使環境破壞最小化,資源利用最大化,在礦區特有條件下,充分利用綠色開采技術,然后輔以建立帶有礦區特色的生態系統,進而達到資源利用節約集約化、開采方式科學化、企業管理規范化、生產工藝環保化、閉坑礦山生態化的綠色礦山建設標準。

a)推行現代立體農業和生態農業。我國東部平原礦區經濟基礎好,自然條件優越,因地制宜地積極發展現代立體農業和生態農業是實現高產高效的根本保證。現代立體農業的具體實現可利用基塘復墾技術,生態農工業布局則以生物鏈復墾技術為主。

現代立體農業的顯著標志是充分利用物種的時間差、作物生長空間差,充分高效的利用土地。基塘復墾是對采煤沉陷地采取“挖深墊淺”措施獲得一定比例的旱田和水田,并按生態學原理對其進行立體開發的復墾技術,其關鍵是建立合理的基地時空立體結構,從而達到現代立體農業的目標。

生態農業主要是運用生態學中的物種共生和物資循環再生等原理以及系統工程的優化方法,實現物資多層次利用,已達到高產高效。在礦區土地復墾中稱之為礦區生態工程復墾。礦區生態工程復墾并不以一種復墾開發為目標,而是按照生態學中生態位原理、食物鏈原理和養分循環原理等,實現多種經營、系統經營,這也是現代大農業的發展之路。綠色礦山生態體系示例見圖2。

圖2 綠色礦山生態體系示例

b)結合綠色開采多元化發展。綠色開采是形成綠色礦業及礦區綠色家園的重要組成部分。在綠色開采技術體系的基礎上,綜合應用綠色礦山生態體系,在科學規劃指導下和高新技術支撐下,既保護環境、合理利用資源,又最大限度地獲得經濟利益,必將大力推動我國綠色礦山建設。見圖3。

圖4 綠色礦山建設系統流程圖

圖3 基于綠色開采的綠色礦山建設體系簡例

c)可行性研究與穩定性論證。在礦區生態系統建立規劃時期,必須合理考慮本地區實際氣候、地理條件以及礦區自身環境條件,建立因地制宜的生態環境系統。并咨詢相關專家對其可行性進行綜合分析。

礦區的生態體系建設與一般土地開發不同,受到采礦活動的制約。因此,在高產高效復墾規劃中必須首先進行沉陷地穩定性論證,利用礦山開采沉陷理論,通過地表下沉預計,科學劃分出穩沉區、非穩沉區以及近期可穩沉區與遠景穩沉區,正確預計出穩沉后的地形地貌,為規劃提供依據。綠色礦山建設系統流程見圖4[6]。

3 展 望

由上可知,我國礦山建設還存在諸多環境問題,綠色礦山建設是我國礦業發展的必由之路,綠色開采是形成礦區綠色家園的重要技術組成部分。實現綠色礦業,前提是建立在環境評價基礎上的科學規劃,核心是持續創新包括綠色開采之內的關鍵技術。伴隨著科技水平的不斷進步和國內外實踐探索的陸續開展,綠色礦山建設的實現成為可能。當前需要的是對該體系的進一步完善,以及繼續從政策層面上加大對綠色礦山建設的支持和引導。

走綠色礦業之路,建設綠色礦山,發展循環經濟、建設循環型社會,就要求在礦業科技進步方面,加大研究開發能力,努力強化綠色礦山建設的技術支撐。在政府的引導和管理下,是我國整體資源利用轉化為開放的良性循環經濟模式。主要包括以下幾個方面：

1)加大科技投入,促進技術創新,努力發展綠色開采技術,完善綠色礦山建設體系。

2)加大立法、執法力度,建立和完善礦產資源開發與生態環境保護相匹配的政策法規,強化對礦山環境管理的監控。

3)政府應以市場為導向,通過引導培育和部分投入,使礦山環境治理和土地復墾產業化。

[1] 喬繁盛.建設綠色礦山發展綠色礦業[J].中國礦業,2009,18(8)：04-06.

[2] 許家林,錢鳴高.綠色開采的理念與技術框架[J].科技導報,2007,28(7)：61-64.

[3] 譚績文.礦山環境學[M].北京：地震出版社,2008：23-26.

[4] 李東峰,蘇成林.綠色開采創新理念與礦區可持續發展[J].山東煤炭科技,2009(5)：161-163.

[5] 繆協興,錢鳴高.中國煤炭資源綠色開采研究現狀與展望[J].采礦與安全工程學報,2009,26(1)：13-14.

[6] 錢鳴高.資源與環境協調(綠色)開采[J].煤炭科技,2006(1)：01-04.

[7] 孫維中.淺談綠礦山建設[J].煤炭工程,2006(4)：60-61.

Green Mine Construction of Based on Green Mining

Chen Bin,Zhang You-qian,Ai Cong

The coal holds the dominant position in our country energy,some problems relating to coal mining are serious,such as resources destruction,environmental damage,and production accident.This article unifies the green mining idea and the technical system,from the resources and the environment angle,proposed the f urther research and the development suggestion to the green mine and the green ecosystem construction.

Green mine;Green mining;Environment;Ecology

TD[99]

B

1672-0652(2010)06-0050-04

陳 斌 男 1990年出生 中國礦業大學在讀本科生 徐州 221116

2010-04-15