河南嘹歌山石灰石礦綠色礦山的規(guī)劃設計

栗紅玉，易麗萍，廖正彪，呂亞偉，王榮

礦產資源開發(fā)與利用過程中對大氣、水系、土壤所產生的污染和資源損耗，給自然環(huán)境和人類生活帶來了負面影響。綠色礦山建設發(fā)展模式，是礦山可持續(xù)發(fā)展的最佳途徑[1]。

河南嘹歌山礦開采的礦種主要為石灰石，作為石灰質原料供水泥廠燒制水泥熟料。該礦山礦體基本裸露于地表，賦存淺，水文及工程地質條件簡單，適合于露天開采。由于生產管理不到位，礦山開采中的粉塵、噪聲、固體廢棄物的排棄污染了周邊環(huán)境，甚至誘發(fā)山體滑坡、泥石流等地質災害的發(fā)生，致使生物多樣性銳減[2]。開展綠色礦山建設是該礦山可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

本文通過分析河南嘹歌山石灰石礦開采中存在的問題，從資源開發(fā)、綜合利用、礦區(qū)環(huán)境治理、數字化礦山建設、邊坡在線監(jiān)測、社會和諧工程等方面對該礦山進行綠色化改造。

1 工程概況

1.1 礦區(qū)開采現狀

嘹歌山石灰石礦區(qū)地勢西高東低，西部為低山區(qū)，東部為丘陵地帶，礦區(qū)最高標高552m，最低標高352.2m，相對高差199.8m。由于斷層及溝谷切割，礦區(qū)由南礦段、中礦段及北礦段三部分組成。礦體由鮞狀灰?guī)r與豹皮灰?guī)r組成，頂板為條帶狀白云質灰?guī)r，底板為薄層泥質灰?guī)r。礦區(qū)水文及工程地質條件簡單。

該礦山于2007年9月開工建設，2008年6月建成投產，設計規(guī)模年產石灰石180萬噸，采用公路—汽車開拓運輸方案，露天開采方式，自上而下水平分層開采法，臺階高度為15m。礦山開采工作面見圖1。破碎站布置在南礦段南面，位于爆破安全境界線以外。該礦山自2011年起因種種原因一直處于停采狀態(tài)。近幾年，附近百姓在礦區(qū)內進行一面坡式的民采方式，礦區(qū)范圍內共形成24個露天采坑。

圖1 礦區(qū)開采工作面

1.2 存在的問題

現有礦山開采方式對礦區(qū)周邊環(huán)境造成了嚴重破壞，而且資源綜合利用率低，信息化管理水平有待加強，主要體現在以下方面：

1.2.1 礦山地表生態(tài)遭到嚴重破壞

礦山開采初期，地表剝離、道路修建、生活設施建設等工作以及附近百姓的私挖濫采形成的民采坑破壞了地表環(huán)境。其中，民采坑分布零散占地最廣，臺階大多不規(guī)則，高度多在10～30m；坡度較陡，多在70°～80°；采掘面凌亂，巖石破碎裸露，大量剝離的廢土廢渣隨意堆放，需要進行治理（見圖2）。

圖2 22號民采坑現狀圖

1.2.2 道路揚塵嚴重，局部邊坡存在安全隱患

礦區(qū)道路均為泥結碎石路面，由于沒有進行很好的保養(yǎng)維護，問題日益顯著，主要包括：

（1）大部分道路已經被碾壓損壞，坑洼不平，運礦汽車行駛時的揚塵及尾氣嚴重不符合排放標準要求。

（2）道路兩側水溝雜草叢生，伴有碎石，排水不暢，下雨時，路面翻漿嚴重。

（3）邊坡巖面裸露，局部邊坡較陡，穩(wěn)定性差，存在滑坡、泥石流的安全隱患。

（4）道路兩側綠色覆蓋率低。

1.2.3 廢石利用率較低

該礦山固體廢棄物主要為礦體表層剝離的廢土以及礦體內賦存的白云巖夾層等。礦山原設計是將剝離物運至廢石場堆存，民采時則是將其隨意堆放，排棄的廢石不僅占用大量土地，而且易誘發(fā)泥石流等地質災害的發(fā)生。

1.2.4 礦山管理效率低

該礦山不同品位礦石搭配、礦石運輸量的計量、開采進度的追蹤、設備使用及維修情況、能源消耗指標統(tǒng)計分析等均采用人工方式，存在生產效率低、錯誤率高等問題。礦山的信息化管理水平有待加強。

2 綠色礦山建設原則

礦山生產應遵循“開采方式科學化、資源利用高效化、企業(yè)管理規(guī)范化、生產工藝環(huán)?；?、礦山環(huán)境生態(tài)化”的基本要求，努力實現礦山發(fā)展的資源效益、環(huán)境效益和社會效益的協調統(tǒng)一，資源開發(fā)與環(huán)境保護并舉，礦山發(fā)展與社區(qū)繁榮共贏[3]。

（1）因地制宜，協調發(fā)展。結合自身發(fā)展的實際情況，總結分析生產過程中在資源綜合利用、環(huán)境保護、和諧社區(qū)建設等方面存在的問題與矛盾，做好環(huán)保、復墾和社區(qū)等方面的工作，確保礦山協調發(fā)展[4]。

（2）突出重點，科技興礦。要在綠色礦山建設的重點領域開展專題設計，對采取的先進技術、方法及手段及時進行總結，發(fā)展構建體現自身特色的綠色礦山發(fā)展模式。堅持科技創(chuàng)新原則，穩(wěn)步推進技術升級改造與創(chuàng)新體系建設。加強與相關單位合作，建立礦山物聯網系統(tǒng)，將礦山數字化納入礦山發(fā)展規(guī)劃。主動監(jiān)控礦區(qū)內生產狀況與實時地質環(huán)境變化，并根據數據系統(tǒng)自動反饋環(huán)保、產能達標狀況，提高礦區(qū)全面監(jiān)控水平與安全管理水平[5]。

（3）合理規(guī)劃，注重實施。依據綠色礦山建設的基本條件及行業(yè)標準制定切實可行的規(guī)劃發(fā)展目標，通過規(guī)劃重點工程建設項目，將規(guī)劃指標落到實處。各項建設工程應做好資金安排，合理統(tǒng)籌，狠抓落實，保證規(guī)劃指標的順利完成[6]。

（4）統(tǒng)籌協調各項工作。嚴格執(zhí)行上級規(guī)劃部署的任務和目標，做好綠色礦山建設規(guī)劃與當地國民經濟和社會發(fā)展規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃、礦產資源規(guī)劃等規(guī)劃的銜接，積極落實，統(tǒng)籌協調工作[7]。

（5）開發(fā)與保護并舉。資源開發(fā)堅持“誰開發(fā)誰保護，誰污染誰治理”的原則，堅持礦山開發(fā)與保護并舉，保障礦山的可持續(xù)發(fā)展。做好道路硬化與地質災害監(jiān)測工作，確保礦區(qū)地質環(huán)境穩(wěn)定。最大限度地降低對周邊生態(tài)環(huán)境的破壞，大力推進生產過程中同步綠化與土地復墾工作[8]。

（6）公眾參與，集思廣益。在礦山內部積極宣傳綠色礦山發(fā)展理念，鼓勵礦山職工為綠色礦山規(guī)劃建言獻策，參與礦山規(guī)劃建設，注重專家咨詢和公眾參與，廣泛聽取多方面意見，積極鼓勵礦區(qū)周邊村民參與綠色礦山建設，增強規(guī)劃編制的公開性，提高規(guī)劃透明度和科學決策水平[9]。

3 綠色礦山建設內容

針對礦山存在的種種問題，本次規(guī)劃設計積極響應《水泥灰?guī)r綠色礦山建設規(guī)范》對礦山建設在礦區(qū)環(huán)境、資源開發(fā)方式、資源綜合利用、節(jié)能減排、數字化礦山等方面提出的要求，從以下六個方面對該礦山進行改造升級，確保礦山綠色、協調、可持續(xù)發(fā)展。

3.1 資源開發(fā)利用

由于北礦段及中礦段周邊環(huán)境比較復雜，南礦段東部牽涉村莊及住戶較多，企業(yè)現僅對南礦段西部礦體進行開采設計，主要內容包括：

（1）生產規(guī)模。礦山年產礦石量180萬噸，經計算，該礦段服務年限約17年。待該礦段開采完畢后，再對北、中兩礦段實施開采。

（2）開采方式。采用自上而下分臺段開采的方式，工作面垂直走向布置，沿走向推進。臺階高度15m，工作面臺階坡面角75°，臺階終了坡面角65°，安全平臺4m，清掃平臺8m，安全平臺與清掃平臺交替設置。

（3）開拓方式。礦山仍采用公路開拓方式，工作面至破碎站采用汽車運輸，破碎后的石灰石碎石由膠帶輸送機運輸至水泥廠。

（4）主機設備。礦山穿孔、采裝、運輸等主要設備均選用具有國內先進水平的高效、環(huán)保、節(jié)能設備，其中，穿孔選用KQG-150型露天潛孔鉆機，采裝選用斗容為4.0m3的液壓挖掘機，運輸選用載重量為30t的礦用自卸汽車，大塊礦石的二次破碎選用液壓碎石機擊碎。

3.2 資源綜合利用

本礦山開采產生的主要廢棄物為夾石和廢土，如果直接運至廢石場堆放，既占用土地，又存在發(fā)生泥石流的安全隱患。為此，項目部綜合考慮夾石、廢土的化學成分及物理力學特性，決定對其規(guī)劃綜合利用，實現礦山開發(fā)零排廢的目標，同時給企業(yè)帶來經濟效益。

（1）廢渣綜合利用。在本礦山規(guī)劃設計一條年處理150萬噸廢石的綜合利用項目，主要生產20～30mm、10～20mm、5～10mm、0～5mm骨料及機制砂。該項目設計采用顎式破碎機+反擊破碎機生產骨料，破碎后的物料經過兩次篩分，其中＞30mm的物料形成閉合回路返回至反擊破碎機，30～20mm以及10～20mm物料輸送至成品庫，0～5mm物料通過選粉機和立軸破碎機生產機制砂，輸送至成品庫。在成品庫底直接用汽車裝車運輸。整條生產線采用空壓機站集中供風，各卸料點設置袋收塵器，保證生產線粉塵排放濃度＜10mg/m3，滿足國家和地方的排放要求。生產線獨立設置電力室及中央控制系統(tǒng)，實現整條生產線的自動化控制。

項目建成后，每年可生產150萬噸機制砂及骨料，實現銷售收入5 200萬元，實現利潤830萬元。這樣既充分利用了廢石，又能為企業(yè)增加收益。

（2）廢土綜合利用。土壤是進行土地復墾的基本要素，本項目設計將剝離廢土運往暫時不開采的北礦段及中礦段的遺留露天坑，用于日后土地復墾使用。

3.3 礦區(qū)環(huán)境治理

3.3.1 土地復墾

本項目擬對暫不進行開采的北、中礦段11個民采坑進行土地復墾，復墾面積約25.57ha。

植被恢復綠化前，首先要對單獨存放的剝離表土層進行土壤改良，摻配有機肥，提高土壤有機質含量。有機肥采用高溫堆肥的制作方法，以農作物秸桿、人畜糞便、樹木落葉、青草、綠肥、垃圾等為原料，經高溫堆漚處理后，可殺滅病菌和蟲卵，使草籽失去再生能力，該方法具有腐熟快、原料充足，易于操作等特點。

礦山綠化采用喬、灌、草相結合的方式。綠化品種的選擇以鄉(xiāng)土樹種和草種為主，兼顧美化要求。喬木樹種選擇馬尾松、側柏、刺槐等，灌木選擇毛柳、酸棗、紫穗槐，綠化草種選擇白羊草、羊胡子草、蒿類，藤本選爬山虎。近期可綠化區(qū)域植被恢復率達60%，遠期可綠化區(qū)域植被恢復率將達100%，見圖3。

圖3 礦區(qū)采終植被恢復效果圖

3.3.2 噪聲、粉塵防治

礦山開采在穿孔、爆破、二次破碎、鏟裝、汽車運輸、破碎等生產環(huán)節(jié)都會產生大量粉塵及噪聲，采取的主要措施包括：

（1）礦山爆破采用多排孔微差爆破；

（2）噪聲源連續(xù)的區(qū)域，工人佩帶個人防護設施；

（3）采區(qū)周邊及道路兩側種植具有降噪、防塵功能的樹木；

（4）將破碎站進行密封，并加裝收塵器等環(huán)保設備除塵，封墻采用降噪材料；

（5）礦區(qū)主要運輸道路路面硬化，并采取定期灑水、清洗路面等措施，在礦區(qū)出口處設置洗輪機，防止粉塵外帶；

（6）廠界設置粉塵、噪聲監(jiān)測設施，確保礦山粉塵、噪聲符合國家規(guī)范要求。道路兩側綠化效果圖見圖4。

圖4 道路綠化效果圖

3.3.3 規(guī)范標識標牌

按規(guī)范要求，完善道路、采區(qū)、破碎站的相關警示標牌及安全宣傳標語，加強安全監(jiān)督，確保礦山生產安全。

3.4 數字礦山建設

3.4.1 礦體三維數字化

傳統(tǒng)的二維設計方式采用人工進行配礦設計及編制采剝進度計劃，周期長，誤差大，更新慢。本次設計采用SURPAC三維地質采礦軟件，根據地質數據建立礦體模型，對礦體各個區(qū)段的品位進行統(tǒng)計分析，可直觀反映出礦區(qū)的貧富區(qū)段，還可根據生產勘探數據進行實時更新，生產效率大大提高。

對于品位波動較大的礦體，可利用礦體模型中的品位數據，進行精準配礦設計，提前編制采剝進度計劃，從而保障礦石品位平穩(wěn)，合理有序地供給水泥廠生產水泥熟料。

3.4.2 視頻集中監(jiān)控系統(tǒng)

為了能直觀地了解礦山各作業(yè)地點的運營情況，礦山在開采、運輸、破碎、計量等區(qū)域規(guī)劃設計工業(yè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)由視頻采集系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)，管理、控制部分，顯示部分組成。

通過該系統(tǒng)，管理者可以遠程實時跟蹤礦山生產進度，監(jiān)督生產的安全狀況，及時發(fā)現問題，制定對策，避免發(fā)生事故，造成人員、財產損失。

3.4.3 智能計量系統(tǒng)

以往礦山計量系統(tǒng)采用人工開票、人工統(tǒng)計的方式，每個磅房須配備2～3名計量員，既浪費人力，又效率低下。為了提升礦山的信息化管理水平，使計量過程精細化、準確化、高效率，本礦山計劃采用一卡通智能計量系統(tǒng)。

該系統(tǒng)具體流程為：自動識別車輛信息—車輛過皮—自助領取IC卡—車輛過毛—自助歸還IC卡—自助票據打印。

3.5 邊坡在線安全監(jiān)測系統(tǒng)

礦山邊坡的安全監(jiān)測技術一直是礦山開采的薄弱環(huán)節(jié)，為保證礦山安全生產，對于巖體破碎、危害性較大的邊坡，建立邊坡在線監(jiān)測系統(tǒng)。

監(jiān)測系統(tǒng)主要由數據感知部分（位移傳感器）、數據采集部分（采集單元）、數據傳輸部分和控制分析部分（監(jiān)控中心軟件）等部分組成。

通過建立巖土體地表沉降監(jiān)測網，實時遠程監(jiān)測邊坡各測點的位移變化，通過無線網絡將監(jiān)測數據及時傳輸到監(jiān)測中心，由專用的計算機數據分析軟件處理，判斷邊坡的整體穩(wěn)定性，快速準確預警預報山體邊坡崩塌、滑坡等災害，有效避免災情發(fā)生造成的損失。

3.6 社區(qū)和諧工程

該礦山企業(yè)根據自身優(yōu)勢，將綠色礦山建設與周邊新農村建設相結合，為當地農村建設提供力所能及的物資支持。具體舉措如下：

（1）建立村和企業(yè)和諧共建委員會，以此作為構建村企溝通平臺。根據地方與礦山企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃，充分考慮雙方的共同利益，適時啟動村企共建工程，整合雙方資源，發(fā)揮雙方優(yōu)勢。

（2）投入資金對周邊村莊道路進行硬化改造，并對附近村莊加強綠化，增加健身娛樂設施，以改善村民居住環(huán)境。

（3）將綠色礦山的土地復墾等工作分包給當地村民，既可以充分利用村民的種植經驗，提高綠化效率，也可以帶動當地經濟的發(fā)展，提高村民的生活水平。

（4）支持當地的教育事業(yè)，積極舉辦捐資助學活動，解決當地貧困兒童的教育問題。

4 結語

深化綠色礦山建設，發(fā)展綠色礦業(yè)是立足于我國國情，更好地解決我國礦產資源供需矛盾、資源開發(fā)與環(huán)境矛盾等一系列問題的全新思維和最有效途徑[10]。該礦山根據自身特點對綠色礦山的建設進行了全面規(guī)劃，既實現了資源節(jié)約和環(huán)境保護，又促進了地方經濟的發(fā)展，提高了當地群眾的生活水平。