綠色開(kāi)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(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用，同時(shí)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(guó)社會(huì)的主要矛盾也變成了人民日益增長(zhǎng)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(kāi)采的理念貫穿與設(shè)計(jì)、建設(shè)、開(kāi)采全過(guò)程，然而對(duì)于一些新中國(guó)成立之初就建設(shè)并開(kāi)采至今的傳統(tǒng)礦山而言，綠色開(kāi)采是新興概念。當(dāng)前，正是礦業(yè)發(fā)展的絕佳時(shí)期，這些傳統(tǒng)礦山應(yīng)抓住這次機(jī)遇，加強(qiáng)對(duì)綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用分析，順利完成轉(zhuǎn)型升級(jí)。

1 綠色開(kāi)采技術(shù)的概念

綠色開(kāi)采是在傳統(tǒng)采礦模式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代開(kāi)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(kāi)發(fā)利用率最高、對(duì)生態(tài)環(huán)境影響最小、使社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)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(kāi)采過(guò)程中存在的問(wèn)題

2.1 開(kāi)采回采率低

由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)有的礦業(yè)長(zhǎng)期處于粗放式經(jīng)營(yíng)狀態(tài)，其對(duì)礦產(chǎn)資源情況認(rèn)識(shí)不全面，開(kāi)采回率較低，各項(xiàng)指標(biāo)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。原因之一是我國(guó)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(guó)中小型礦山數(shù)量眾多，約占全國(guó)礦山總數(shù)的98 %，但其產(chǎn)量?jī)H占全國(guó)的40 %～60 %，同時(shí)，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(jì)效益，導(dǎo)致開(kāi)采回采率整體偏低。以云南東川某礦業(yè)開(kāi)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(fèi)過(guò)多且安全隱患大。其現(xiàn)狀采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1-3。

表1 某銅礦現(xiàn)狀部分采場(chǎng)結(jié)構(gòu)參數(shù)統(tǒng)計(jì)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(chǎng)礦柱占比統(tǒng)計(jì)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(chǎng)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)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(kāi)采過(guò)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(kāi)采過(guò)程中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害有滑坡、崩塌、泥石流、塌陷等。

對(duì)于新建礦山來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)時(shí)期就以綠色礦山的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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(kāi)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(duì)人員的傷害及經(jīng)濟(jì)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(wú)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(huì)對(duì)人體造成傷害，間接會(huì)影響礦區(qū)環(huán)境，影響人們正常生活，對(duì)礦山造成經(jīng)濟(jì)損失。目前，有的傳統(tǒng)礦山仍然采用氣腿鑿巖機(jī)鑿巖，掘進(jìn)效率低，粉塵多，職工易患矽肺病；機(jī)械通風(fēng)不完善，炮煙中毒事件時(shí)有發(fā)生；選廠、檢化驗(yàn)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(jìn)行治理，揚(yáng)塵多。

2.2.3 水資源影響

在礦山開(kāi)采過(guò)程中，對(duì)水資源的影響主要表現(xiàn)在對(duì)水資源的量、水資源的循環(huán)以及對(duì)水資源的污染。傳統(tǒng)礦山在建設(shè)初期普遍缺乏保水開(kāi)采以及超前探水的觀念，大部分礦山甚至沒(méi)有水文地質(zhì)方面的技術(shù)人員，憑經(jīng)驗(yàn)管理。經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)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(chēng)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睢Ｍ瑫r(shí)，長(zhǎng)期過(guò)度的開(kāi)采已經(jīng)破壞了水資源的循環(huán)系統(tǒng)，枯水期沒(méi)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(kāi)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(lèi)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?zèng)_擊氣浪、礦震、空氣倒吸(虹吸)、飛石等，對(duì)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(kāi)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(jìn)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(jìn)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(shí)又解決地表排土場(chǎng)對(duì)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(kù)的問(wèn)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(qiáng)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(guó)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(kāi)采過(guò)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(diǎn)，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(kāi)采回采率，實(shí)現(xiàn)效益最大化的開(kāi)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(shí)，也要注意因地制宜選擇合理的充填方式，同時(shí)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?xún)?chǔ)存在中央水箱中，然后通過(guò)特殊的科學(xué)方法(如壓濾機(jī))進(jìn)行處理。綠色污水處理技術(shù)的主要技術(shù)要點(diǎn)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(guò)水資源合格測(cè)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(shí)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(duì)的，就拿礦山開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的廢石而言，如不合理利用會(huì)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(huì)變廢為寶，可以從中提取有價(jià)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(jià)成分

按照當(dāng)前的技術(shù)水平，無(wú)法達(dá)到有用礦物的百分百利用，尤其是我國(guó)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(guó)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(jìn)步，最低可采品位越來(lái)越低，很多傳統(tǒng)礦山原來(lái)判定為廢石的現(xiàn)在也可以進(jìn)行選冶。從廢石中回收提取有價(jià)元素的潛力巨大，同時(shí)也是廢石資源化利用的重要一步。

3.3.2 覆土造田

礦山開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的廢石，其主要成分為無(wú)機(jī)物，不具備植物直接生長(zhǎng)的條件，目前常用的方式就是覆土造地，然后進(jìn)行植物種植。近年來(lái)，這種方法在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用。例如，云南東川某礦業(yè)對(duì)已閉庫(kù)的尾礦庫(kù)和廢石場(chǎng)進(jìn)行覆土造田處理，其中在尾礦庫(kù)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(shí)又取得良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。見(jiàn)圖1。

圖1 東川某尾礦覆土復(fù)綠前后對(duì)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(kāi)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(duì)環(huán)境保護(hù)越來(lái)越重視，已基本禁止天然河砂的開(kāi)采，機(jī)制砂是未來(lái)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(kāi)采技術(shù)

鑒于采礦對(duì)地下水和地表水的不利影響和風(fēng)險(xiǎn)，未來(lái)需要不斷優(yōu)化開(kāi)采技術(shù)。保水開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用可以顯示出明顯的優(yōu)勢(shì)，并成為未來(lái)關(guān)鍵技術(shù)。保水開(kāi)采技術(shù)主要用于綜合分析開(kāi)采過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種不利因素，以確保對(duì)周?chē)兴Y源的有效保護(hù)。這還需要在采礦開(kāi)始前對(duì)水資源進(jìn)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(hù)方案，避免可能的嚴(yán)重污染和危害。對(duì)于采礦作業(yè)周?chē)牡叵滤Y源，在采礦過(guò)程中需要有效保護(hù)。在對(duì)所有含水層進(jìn)行研究后，應(yīng)結(jié)合自身開(kāi)采需求合理設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)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(hù)的區(qū)域，可以使用表面滲碳來(lái)有效保護(hù)地下水，并應(yīng)對(duì)過(guò)去發(fā)生的其他自然災(zāi)害。此外，在開(kāi)采過(guò)程中，還必須及時(shí)收集和處理所有潛在的水污染物，以避免在現(xiàn)場(chǎng)或周?chē)馔馀欧牛貏e是在一些地表水密度高的地區(qū)，但也必須進(jìn)行良好的隔離和保護(hù)。為了避免對(duì)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(hù)。

3.5 生態(tài)修復(fù)技術(shù)

在開(kāi)采過(guò)程中，隨著深度開(kāi)采，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些環(huán)境污染問(wèn)題，及時(shí)處理這些環(huán)境污染問(wèn)題不容忽視，這也是綠色開(kāi)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(guò)程中實(shí)時(shí)解決環(huán)境中存在的嚴(yán)重污染問(wèn)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(wèn)題，確保更有效的環(huán)境修復(fù)。例如，在采礦過(guò)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(duì)于一些礦山開(kāi)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(kāi)采技術(shù)的可行性提升措施

4.1 采礦工程中綠色開(kāi)采技術(shù)管理

在實(shí)施植被保護(hù)措施時(shí)，利益相關(guān)者還應(yīng)采取適當(dāng)措施，加強(qiáng)對(duì)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(zhǎng)度、寬度和主要方向，從而更好地確定危險(xiǎn)程度。此外，必須嚴(yán)格控制采礦環(huán)境，明確礦場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)。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(guò)程中需要統(tǒng)一的排水規(guī)劃。根據(jù)實(shí)際情況，必須全面解決礦區(qū)環(huán)境污染問(wèn)題。此外，未來(lái)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(zhuān)門(mén)的人員來(lái)維護(hù)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(wèn)題。同時(shí)，未來(lái)可以進(jìn)一步防止廢水滲入農(nóng)田，從而危及周?chē)慕?jīng)濟(jì)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

4.2 重視科技創(chuàng)新和設(shè)備研發(fā)

為了進(jìn)一步發(fā)展和升級(jí)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(wú)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(fèi)。因此，在開(kāi)采過(guò)程中，有必要加強(qiáng)研發(fā)新設(shè)備和深井監(jiān)測(cè)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(jìn)的應(yīng)用技術(shù)和設(shè)備也無(wú)法得到適當(dāng)利用，最終結(jié)果也不會(huì)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(jìn)步，更新管理模式，關(guān)注未來(lái)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(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)積極消除資源開(kāi)采工作組之間合作的障礙，處理需要聯(lián)合開(kāi)采技術(shù)中出現(xiàn)的問(wèn)題。根據(jù)具體矛盾和問(wèn)題，積極從原有群體中選擇合適的專(zhuān)家，組建新的專(zhuān)項(xiàng)解決團(tuán)隊(duì)，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(lái)，礦山變綠成為我國(guó)礦山發(fā)展的主旋律，國(guó)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(huì)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(yǔ)

總之，在采礦業(yè)中應(yīng)用綠色開(kāi)采技術(shù)不僅對(duì)保護(hù)和有效利用礦產(chǎn)資源至關(guān)重要，而且對(duì)保護(hù)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(kāi)源概念。綠色開(kāi)采技術(shù)具有防止污染、有效利用資源和促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。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(lái)發(fā)展的方向。現(xiàn)有的綠色開(kāi)采技術(shù)通過(guò)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(gè)方面提高綠色開(kāi)采技術(shù)的使用效率，實(shí)現(xiàn)采礦業(yè)的最佳技術(shù)創(chuàng)新。