采礦工程中綠色開采技術的相關運用研究

仝海偉

（沈陽錦鴻工程技術有限公司，遼寧 沈陽 110180）

采礦工程會導致巖層移動、破壞，引起地表沉陷、環境污染、農田設施破壞等問題。隨著開采深度增加，礦山發生災害的風險加大，威脅生產安全。新形勢下，必須對開采技術進行改進和創新，遵循綠色開采、保護生態的原則。以下結合實踐，探討了綠色開采技術在采礦工程中的應用。

1 我國采礦工程的發展現狀

金屬礦山的開采，能為經濟社會發展提供重要資源。傳統開采技術下，地下水系統被人為改變，一些可以開發的地下水源消失不見；大型機械和爆破技術的應用，會造成植被破壞、空氣污染。具體來看，如果礦井水進入農田，會導致農作物減產；進入河流水域，會造成魚類死亡；進入地下水源，會造成水質污染。針對采礦工程引起的生態破壞、環境污染問題，已經成為世界各國關注的焦點[1]。《中國節能技術政策大綱》指出：新建礦山在經濟、技術條件的允許下，優先采用露天開采模式，利用大型化、配套化的采礦設備，不斷創新開采技術。在此背景下，為了響應國家節能、降耗、環保的發展要求，金屬礦山的開采，必須實行綠色開采技術，建設環保節約型礦山。

2 綠色開采技術的內涵和意義

2.1 內涵

針對礦山進行綠色開采，其內涵是認識到礦石、瓦斯、地下水等，均是可以利用的資源，應該共同開發、合理利用，避免資源破壞和浪費。綠色開采技術的出發點，是金屬礦山在開采過程中，盡量減少對環境和資源的不利影響，獲得經濟效益和生態效益的最大化。

2.2 意義

本質上看，礦山屬于環境系統的一個組成部分，對礦山開采進行保護治理，可以將資源開發和生態保護有機結合，提高資源利用效率。一直以來，采礦作業存在重生產、輕保護的現象，導致礦山生態環境嚴重破壞。在此背景下，國家從省、市、縣三級入手，編制了礦產資源的規劃方案，調整礦山布局，關閉一批、改進一批、發展一批[2]。這些措施實施后，生態建設取得一定效益。但是，礦山開采過程中，要想減少對自然環境的破壞，就必須創新開采技術手段，實現資源的循環利用。大力發展綠色開采技術，對規范開采、節約資源、保護環境具有重要作用，也是建設文明礦山的第一步，是經濟轉型、社會發展的重要一環，能推動礦山可持續發展。

3 采礦工程中綠色開采技術的運用

3.1 離層注漿減沉技術

基于巖石控制理論下，地下開采作業時，應保證巖層不斷裂失穩，保護地面建筑物，提高地下開采效益。離層注漿減沉技術的應用，首先要確定覆巖的關鍵層位置，分析離層、破斷特征，開展技術可行性研究，制定完善的鉆孔注漿工藝方案。結合實踐，關鍵層初次破斷前，離層區發育明顯、離層量大，有利于注漿充填；如果關鍵層發生破斷，離層區的離層量小，不利于注漿充填。因此，離層注漿技術的應用，必須在關鍵層初次破斷前進行，提高覆巖的強度和穩定性，發揮出減沉效果。

3.2 采空區充填開采技術

對采空區進行充填，尤其適用于經濟發達地區，有利于在建筑物下方開采作業。但是，該技術的最大限制，是充填采礦成本高，因此發展應用緩慢。該技術的應用，其一能防止采空區過度挖空，保護礦山結構，減少對地表植被的破壞，保留地面上的道路、建筑物。其二采礦作業更加安全，采空區對山體的影響小，能保護工作人員的安全。其三常規開采時，礦石損失率在30%以上，充填開采技術能回收利用礦石，提高資源利用效率[3]。其四充填材料以廢石、廢渣、尾礦為主，可以解決堆放問題，減少土地占用，實現雙贏效果。

3.3 礦石瓦斯共采技術

我國礦山的變質程度高，含氣飽和度小，由于巖層滲透率低，不利于開采前預抽瓦斯。隨著礦山開采，巖層在移動過程中，其滲透率會明顯提高，為瓦斯抽取提供了有利條件。因此，采用礦石瓦斯共采技術，建立兩個開采系統，不僅能獲得潔凈能源，還能保證采礦安全。具體到技術層面，應根據巖層運動的特點，分析節理裂隙場分布對上臨近層瓦斯涌出的影響，以及對下層開采卸壓高度的影響，這是瓦斯開采技術方案的重要依據。

3.4 減少矸石排放技術

采礦必然會排放矸石，繼而影響環境。要想減少矸石排放量，可以設置巷道，但如何維護巷道成為一個難點。在以往，巷道維護方案是：大斷面預留量+可伸縮支架+巷旁充填。目前，則大多采用錨桿支護方案，需要解決的關鍵問題，是科學設置支護參數，形成抗剪切錨桿[4]。減少矸石的排放，可以從以下幾點入手：第一，利用廢棄物覆蓋矸石，減少風吹帶來的影響，避免造成環境污染。第二，矸石處理過程中，結合物理、化學性質，合理選擇溶劑，對矸石進行分解。第三，對矸石綜合利用，提煉矸石中的金屬，提高經濟效益；或者將矸石作為建筑材料使用，提高附加值。

3.5 優化爆破技術

在露天礦山中，傳統爆破技術受到孔道、臨空面、炸藥因素的影響，而且對環境破壞嚴重，會產生空氣污染。優化爆破技術，可以從臺階高度、裝藥方法、起爆方法、炸藥單耗等方面入手。

以裝藥方法的優化為例，一方面可以使用連續性裝藥裝置，既保證炸藥充足，又能避免人工裝藥，降低人員成本，保護人員安全。另外在裝藥長度上，應充分利用穿孔長度，在改善爆破效果的同時，降低爆破作業成本，將節約的資金用于生態恢復上。

3.6 井下開采技術

從礦床的特點出發，結合地表工業場地、舊巷道的布局，采用中央并列式開采模式，將片盤、采區結合在一起。具體開采時，劃分幾個作業段，控制頂板壓力，對回采工作面進行垂直開切，后退式回采礦石；放頂時，對工作面進行有效支護，壓力降低后自上而下開采。舉例來說，如果礦體厚度在2.5m以內，采用長壁法開采，利用淺眼落礦，每個炮眼深度控制在1.1m～1.3m之間，和工作面的夾角為60°[5]。炮眼的排列為等腰三角形，爆破后，使用電耙子將礦石移動至巷道，利用電機車運輸至車場。如果礦體厚度在3m～5m之間，采用房柱法，礦房內不留礦，一次開采完；如果礦體厚度超過5m，采用房柱留礦法開采，具體開采作業方法不再詳細描述。

4 綠色采礦技術的未來展望

4.1 資源利用集約化

綠色采礦技術的未來發展，要實現資源利用的集約化，要求如下：第一，礦山開采作業更加合理，注重技術創新，提高生產水平和產品檔次。第二，礦產資源的利用率達到95%以上，最大程度上減少廢棄物，尾礦和廢渣要全部處置。第三，在開采方式上，以開發利用規劃為準，將多種開采技術相結合，例如臺階式開采、中深孔爆破。第四，提高開采作業的機械化程度，減輕人員作業量，保護人員安全，遵循以人為本的理念。第五，減少土地占用，一邊開采、一邊綠化，礦區裸露面積要低于50%。第五，生產工藝具有環保性，落實環境影響評價制度，積極防治污染、治理水土流失，構建可持續采礦生產模式。

4.2 礦山管理規范化

礦山管理的規范化，要從以下幾點入手：第一，結合礦山特點，建立生態保護管理機制，既要明確分工和責任，又要有完善的工作方案，設置合理的管理目標。第二，資源管理、環境保護、安全生產等各方面，均要有規章制度，確保資料、報表齊全。第三，礦區內有整潔的外貌、良好的秩序，針對常見的地質災害，制定應急預案，及時消除隱患。第四，閉坑礦區及時復墾、復綠，滿足驗收標準要求，突出生態環保效益。

5 結語

綜上所述，采礦工程中綠色開采技術的應用，能提高資源利用效益，保護生態環境，實現經濟效益和生態效益的最大化。文中以離層注漿減沉技術、采空區充填開采技術、礦石瓦斯共采技術、減少矸石排放技術、優化爆破技術技術、井下開采技術為例，介紹了綠色開采技術的應用，希望為實際生產工作提供借鑒。