信陽上天梯珍珠巖礦綠色建設思路分析*

韓復興 楊大干 黃 晨

(1 安陽貝利泰陶瓷有限公司 河南 安陽 456300)(2 信陽市生態環境局上天梯分局 河南 信陽 464117)

前言

河南信陽珍珠巖礦床位于桐柏-商城近東西向火山巖帶西部上天梯一帶。區內出露地層為白堊系陳棚組(K1c)和周家灣組(K2z)火山巖系。其中陳棚組楊家灣段(K1c5)為一套火山熔巖，是珍珠巖的主要賦礦層位，由珍珠巖、流紋巖、燧石巖及膨潤土和沸石組成。礦床由6個礦體組成，最大的礦體長1 400 m，寬300～800 m，厚60～120 m，其它礦體長50～800 m，寬50～570 m，厚10～60 m。礦體多產于火山熔巖層中部，底板為凝灰質頁巖，在頁巖與珍珠巖之間為層狀膨潤土，頂板為流紋巖、砂礫巖、膨潤土等，局部可見流紋巖舌狀體插入于珍珠巖礦體之中。礦體形態受古地形控制，總體上呈豆莢狀、囊狀、似層狀等，傾向北東，傾角 8°～ 10°。按其脫?；潭确譃檎渲閹r和脫玻化珍珠巖兩種自然礦石類型。前者多呈灰色，斷口具強玻璃光澤，透明-半透明，全玻璃質結構，具典型的圓形、橢圓形珍珠狀構造；脫?；渲閹r呈灰白色，半透明，具典型的珍珠狀構造，柱狀節理發育，節理面上多發育一層白色膨潤土(脫?；a物)。礦石成分主要為酸性火山玻璃 ,偶見長石、石英斑晶。

下面分析信陽上天梯珍珠巖礦及其副礦的開發建設利用思路。

1 基本思路

依據《全國國土規劃綱要(2016～2030年)》第六章“綜合整治”之第五節“加快礦產資源開發集中區綜合整治”之“加快綠色礦山建設”提出的“進一步完善分地區分行業綠色礦山建設標準體系，全面推進綠色礦山建設，在資源相對富集、礦山分布相對集中的地區，建成一批布局合理、集約高效、生態優良、礦地和諧的綠色礦業發展示范區，引領礦業轉型升級，實現資源開發利用與區域經濟社會發展相協調。到2030年，全國規模以上礦山全部達到綠色礦山標準”，礦產資源開發集中區綜合整治目標。

礦山開采必須要嚴格遵守國家環境保護和礦山安全法律、法規有關規定，按礦山環境影響評價報告、水土保持方案、礦山安全設計及其審批意見實施，嚴格執行環境保護和礦山安全生產“三同時”制度進行，并遵循安全、綠色和智慧3大基本原則。

2 基本原則

2.1 安全原則

信陽上天珍珠巖礦露天開采技術方案，是基于安全、環保、綠色發展方向和礦山的地質結構和綜合開采利用價值來提出的。信陽上天珍珠巖礦露天礦山開采方案是一項涵蓋很多方面的綜合性工程，其中不僅包括了常見的運輸、采礦、通風等，還包括企業管理、爆破、機械、環境保護等諸多內容，與其他行業相比，其自身的不安全因素較多，工作本身和工作場所都具有一定的危險性。所以，開采一定要注重安全管理措施的實施效果，科學有效地實施各項安全作業，從而保障相關人員的人身安全。

信陽上天梯珍珠巖礦露天礦開采由剝巖、采礦和掘溝3個環節組成，其主要生產工藝程序包括：穿孔、爆破、礦(巖)的鏟裝、礦巖的運輸及巖石的排卸。信陽上天梯珍珠巖礦露天開采技術方案包括以下5大防護措施：

2.1.1 爆破安全管理

爆破是礦山露天開采常用的一種手段之一，同時其也是最容易出現事故的主要因素之一。因此，要想杜絕出現礦山安全事故，就要從嚴格規范爆破安全制度入手。首先，爆破技術人員必須接受過嚴格的爆破技術訓練和專業的安全教育，并能夠掌握科學精確的爆破安全規程和正確的安全操作方法。其次，爆破作業的爆破準備、藥包加工以及爆破檢查等環節都必須保證科學、準確和無遺漏。再次，在進行正式爆破之前，還要對爆破環境以及天氣情況等進行了解，嚴禁在夜間、雷雨、黃昏等時間實施爆破作業。爆破前還要對炮孔進行再次確認，防止出現亂孔、積水和卡孔等問題。最后，起爆前，所有人員必須撤離到預先準備好的安全地點，從而防止早爆事故造成傷亡。爆破完畢后，相關人員還要能夠嚴格按照規定的等待時間進入爆破地點進行檢查。對于爆破作業頻次和爆破量不是特別大的企業，建議找專業的爆破公司進行專業爆破，減少投入和防護費用。

2.1.2 采裝安全管理

采裝工作是整個采礦業最重要的組成部分，它不僅包括挖掘機和裝載機對于相關材料的獲取和裝載，還包括各類設備的運轉以及相關車輛的運輸。挖掘機警報器和喇叭必須完好，在進行如移動或者工作等各種操作時都必須先行發出相應信號；挖掘機、裝載機等進行作業時，任何人不得在其鏟斗和懸臂下面以及工作面活動范圍內進行停留；禁止向相關的運輸設備裝載過滿和裝載不均，以免引起翻車等意外事故；裝卸貨物時，汽車司機不得無故停留在司機駕駛室以及裝載設備活動范圍之內；在相關運輸設備進行運轉時，無關人員不得進入設備運轉范圍內；材料裝載期間，相關工作人員不得在非吸煙區進行吸煙；挖掘機在經過相關地方時，應做好線路保護措施；相關的設備維護人員以及各類司機或者操作人員應嚴格按照設備操作流程進行有效性操作，實時檢查設備的運營情況，保證設備在運轉時不會發生漏電等意外事故。

2.1.3 防塵措施

由于露天采礦處在一個相對開放的空間，必須具備相應的防塵措施，避免防塵措施不到位而出現污染問題。礦山的綜合防塵措施有8個大部分構成，分別是實施濕式作業、注重個體防護、不斷改革生產工藝、嚴格通風除塵、加強科學管理、保證密閉塵源、以及定期測定檢查和強化宣傳教育。露天礦山防塵的主要措施是灑水降塵和采取濕式作業，還有應注意以下事項：

(1)礦山在生產過程中，相關人員每天都要接觸到相關的有毒物質，而去除這些有毒物質的最好辦法就是通風排毒。

(2)當發現出現意外泄露等問題時，一定要先采取通風排毒措施、穿戴好相關的防毒面具之后才能進入現場，實施搶救。

(3)建立健全科學的衛生設施，做好定期健康檢查與環境監測。

2.1.4 防水及排水措施

礦山防水排水是露天礦最重要的工程之一，對于整個礦區安全有著巨大的影響，因此，無論是進行設計以及施工過程中都要確保工程的科學性和有效性，確保其安全無誤。在常規的礦區排水設計過程中，一般有以下4種排水設施：①具有山坡特征的露天礦，這種礦一般采取自流排水系統；②適用于過水面積較小，水流量不大的礦區，可以使用底部集中排水系統；③適合那些開采較深，水流量較大的礦區，也就是使用分段截流排水系統；④適用于涌水量非常大的露天礦，這種礦區可以采取地下井巷排水系統。這4種排水系統可以相互使用，因實際情況而決定。

除了需要排水，防水也要重視，在日常礦區運作中，對于一些防水設施和材料也要經常性地進行檢查，確保在出現問題時，能夠發揮其作用。

2.1.5 邊坡的處理與防范

邊坡安全管理是露天礦山安全管理工作的重要構成部分，對于露天開采是否安全有著直接的關系。露天礦山在進行日常安全管理的時候，應該遵從以下原則：首先，認真貫徹“采剝并舉，剝離先行”的方針；其次，一線的安全管理人員應對采場進行全面檢查，發現易坍塌的大塊浮石、松石等安全問題及時進行報告以及處理；再次，要加強雨季邊幫、采場工作，注意爆破后與大雨后邊坡的穩定核實工作；最后，要時常對邊坡進行修整和清理，維護邊坡的持續穩定。

2.2 綠色原則

礦山建設開發要嚴格遵守綠色礦山建設要求，按《非金屬礦行業綠色礦山建設規范》(DZ/T 0312-2018)和《砂石行業綠色礦山建設規范》(DZ/T 0316-2018)執行。同時，設立礦山環境治理恢復基金，單設會計科目，按照銷售收入的一定比例計提，計入企業成本，由企業統籌用于開展礦山環境保護和綜合治理。礦山關閉前按要求完成礦山地質環境恢復治理和土地復墾任務。

2.2.1 礦容礦貌

礦區按生產區、生活區和管理區等功能來進行分區，各功能分區應符合《工業企業總平面設計規范》GB 50187的規定；生產、生活、管理等功能區應有相應的管理機構和管理制度，運行有序、管理規范；礦區可綠化面積內應全面實現綠化、美化，整體環境整潔美觀。應因地制宜綠化、美化礦區環境，礦區綠化應與周邊自然環境和景觀相協調，綠化植物搭配合理、 長勢良好，礦區的綠化覆蓋率應該達到100%。

礦山工業場地、廢石場、排土場廠址選擇合理，場址的設計應符合《危險廢物貯存污染控制》GB 18597、《一般工業固體廢物貯存、處置場污染控制》GB 18599 的規定。 礦區地面運輸、供水、供電、衛生、環保等配套設施齊全，礦區標識、標牌等標志物規范統一、 清晰美觀，標牌設置應符合《標牌》GB/T 13306 的規定，安全標志設置應符合《礦山安全標志》GB/T 14161 的規定。

廠礦道路應滿足以下要求：

(1)廠外道路及廠內道路應實現硬化，硬質化率達到100%，廠內(外)道路應采用水泥混凝土路面或瀝青路面，道路兩側因地制宜設置隔離綠化帶。

(2)露天礦山道路宜選用泥結碎石路面，破碎車間卸料平臺應采用水泥混凝土路面。

2.2.2 綠色開發

習近平總書記強調“推動形成綠色發展方式和生活方式，是發展觀的一場深刻革命”。信陽上天梯珍珠巖礦綠色礦山建設應從綠色勘查、綠色開發、產業布局、科學規劃、規范管理5個層面進行頂層設計。在綠色開發方面，選用綠色工藝技術裝備，譬如電驅動鏟車、裝載車，低噪音鉆機、空壓機，電熱膨脹爐等綠色能源技術裝備，采用剝離——排土——生態修復——一體化開采開發工藝技術；設置開采區和礦區兩道綠色隔音防塵屏障，建設密閉排土料場，并設置霧炮和噴淋設施，車輛出開采區和礦區全封閉、全部經例題噴淋洗車機清洗干凈，道路全面硬化、綠化和美化，道路要實現24 h吸塵、灑水，道路無覆土，渠溝無淤泥和石渣要及時清理。通過工業4.0+、G5+、6S+，促進安全、綠色、智慧、文明開發，形成節約資源和保護環境的空間格局、產業結構、生產方式、生活方式，為人民創造良好生產生活環境。

2.2.3 綜合利用

按照減量化、資源化、再利用的原則，綜合利用各類礦產資源，提高資源綜合利用率。信陽上天梯珍珠巖礦主體礦——珍珠巖礦可用于生產膨脹珍珠巖用砂和膨脹珍珠巖，珍珠巖微粉可以用于發泡陶瓷隔墻板和保溫板生產用原料，膨脹珍珠巖和膨脹珍珠巖玻化微珠可以用來生產保溫砂漿、隔音隔熱防火保溫隔墻板和裝飾紙面石膏板等原料。信陽上天梯珍珠巖礦共伴生礦石主要為凝灰巖礦、沸石礦、膨潤土礦，固體廢棄物為流紋巖，均可作為優質陶瓷原料，功能性建材用料、建筑砂石骨料、機制砂石料、水泥工業用料，也可以用來生產發泡陶瓷隔墻板和保溫板用料，實現100%綜合利用。同時信陽上天梯珍珠巖礦共伴生礦石主要為凝灰巖礦也可以粉碎后，用于復墾；其他剝離物可用作水泥配料、砂石骨料或其他工程用料，最大限度地綜合利用資源，減少固體廢棄物的排放。

礦山廢水綜合利用應遵循“統籌規劃、分類管理、分質利用”的原則。 礦山采用潔凈化、資源化技術和工藝合理處置礦坑水和生產廢水。 通過生產廢水處理設施，將選礦或加工生產廢水實現100%循環使用。

2.2.4 環境保護

礦山環境是指采礦活動影響到的大氣環境、地表水環境、地下水環境、聲環境、生態多樣性等環境要素的集合，礦山環境保護問題是礦業活動與環境之間相互作用和影響產生的環境演變、破壞和污染等問題。

珍珠巖礦的環境保護措施，主要是針對開采過程和生產過程，需加強對廢氣、廢水、噪聲、固體廢物和生態環境方面的治理以及對于生物多樣性影響的預防和平衡。同時，結合新技術應用在礦山生態環境中的監測，形成總體上對于環境保護的管控體系，通過環境監測，準確、及時、全面地反映環境質量現狀及生態影響發展趨勢，為礦山環境管理、控制及監管污染源提供科學依據。

在開采過程中，采取新爆破工藝，如微差控制技術、電控能量集中釋放技術等，通過采取精準化措施，利用減少爆破粉法，同時選擇全自動化水霧增濕除塵技術，可有效減少開采過程中產生粉塵；在生產中，建立全封閉加工廠，內部配備高效粉塵收集系統，有利于廠內實施抑塵、降塵等措施；礦區不設置露天料場，料場裝卸全部在封閉環境下進行，以杜絕大氣污染；對于廢水的治理，在開采過程中，采取100%循環再利用，同時還可以充分結合礦井積水作為補充，礦區生活用水經無害化處置后可用于場區綠化等利用措施，滿足5個一百的指標要求，粉塵污染控制100%不構成影響空氣環境指標的污染源，使生活污水處理及無害化率100%、地表水環境質量達標率100%、廢水循環再利用率100%、污泥無害化處理和利用率100%。

在礦石開采過程中通過選用低噪聲設備，在設備上加裝阻尼材料、隔震材料、消聲器等，減輕噪聲源的產生；同時，礦區應加強與周邊村莊或居民區的隔離帶建設，并對生產和運輸時間進行合理調節和管理，避免擾民；采取全封閉裝有隔音材料的砂料及粉料加工廠車間，可以最大程度地對生產過程中產生的噪聲進行管控，最大程度將噪音控制在合理范圍內，同時通過礦區和諧措施、礦區黨建基層密切聯系等工作，做好生態文明共建、共創、共抓工作。

對于礦區和生活區的固廢和垃圾，按工業和生活進行分類存放和管理，礦區開采及生產過程中的邊料和余料已經實現100%資源化利用，主要的工業固廢來源就是解決好工程設備廢油及儲能電池等化學物質的無害化處置，要設置專門的封閉式存放場所加以危險廢物標識，委托具有處理資質的第三方進行集中處理；生活垃圾應轉運到市政集中垃圾中轉站，統一處置；從源頭治理和采取系統化、流程化的處置措施，不留任何隱患；通過建立花園式礦區，積極成為地方的展示窗口。

針對開發開采礦產資源可能破壞礦山及附近植被、影響生物生存環境、對區域物種多樣性帶來隱患等問題，可以對礦區所處生態環境進行長期監測，及時發現潛在的有害、有毒物質，避免造成生態污染及環境影響，有效治理和改善礦區及附近地區的生態環境，為生物的生存和發展提供正常的空間；礦區動植物種類的變化情況，間接揭示了礦區生存要素(如空氣、水源等)的變化狀況，這也是砂石礦環境保護的目標之一，即加強保護礦區及附近地區的生物多樣性，也是衡量大氣環境、水體環境是否被破壞的重要體現。

2.3 智慧原則

針對我國當前露天礦信息化建設中存在的信息孤島，無法高效協同實現數據資源共享、生產裝備自動化程度低、對安全的自動判斷和預警不足等問題。建議采取“5G+智慧礦山”項目，包括5G+視頻監控、5G+安全防護、5G+VR/AR、無人機巡檢、無人礦采等場景應用，將把云計算、大數據、物聯網、區塊鏈、人工智能等新技術，引入礦山開發和管理中。以礦山三維仿真、礦石在線安全、環保監測、生產智能礦和車輛智能調度為重點，實施推進機械化換人、自動化減人，實現礦山開采機械化、礦石加工自動化；建立數字化三維資源儲量模型與經濟模型，進行礦產資源儲量動態管理和經濟評價，實現地質礦產資源儲量利用的精準化管理。建立安全監測監控系統，保障安全生產，實現露天礦山采場作業范圍、排土場(廢石場)、爆破器材庫、危險化學品庫等場所實現在線監控；實現變(配)電室、供排水設施、空壓機、皮帶運輸系統等設備設施實現無人自動化系統值守；實現礦石破碎加工、輸送、儲存等有人作業的全封閉設施內應設置粉塵監測系統，并實現超限報警功能。建立辦公自動化系統，實現礦山經營、生產決策、安全生產管理和設備控制的信息化。

3 工藝路徑

建設安全、綠色、智慧、文明礦山，是促進礦山可持續發展的必要條件。信陽上天梯珍珠巖礦及其伴生礦，建設山坡型露天開采示范模式，采用階梯狀層層剝離，爆破與機械結合的開采方式，開采后的礦石經智能分選、分類、分用途、分級別加工?！傲弧钡V區建設目標包括防塵覆蓋率，礦區綠化覆蓋率，土地復墾率，共伴生礦資源綜合利用率，固體廢棄物資源綜合利用率，生產廢水實現100%循環利用；數字化水平大于70%，企業職工滿意度和礦區群眾滿意度大于70%，研發費用投入大于上年度主營業務收入的5%等。

生態科技產業園，建設以礦石、伴生礦及廢礦綠色深加工、膨脹珍珠巖及?；⒅樯a、發泡陶瓷、膨脹珍珠巖基輕質石膏板、水泥板及砌塊等新型功能建材產品。

珍珠巖及其副礦采用干法制砂工藝技術裝備加工，制備符合工程用骨料，建筑建設用礦砂、膨脹珍珠巖用礦砂、發泡陶瓷用礦石粉等初級產品，其工藝流程如下：

原礦——粗碎——篩分——中碎——篩分——粗礦砂——篩分——細尾砂

發泡陶瓷隔墻板及裝保溫板，是以珍珠巖及其副礦為主要原料，具有隔熱、隔音、保溫、調濕等功能的新興功能陶瓷產品，其工藝流程如下：

原料入場——配料——球磨——泥漿陳腐——噴霧造?！蓧撼尚巍黧w干燥——施釉——二次干燥——燒成、發泡、退火——切割——開槽——可裝配式建筑部件

膨脹珍珠巖基石膏板、水泥砌塊等功能建材，是以膨脹珍珠巖或?；⒅闉橹黧w原料，輔以礦粉、石膏、水泥等膠凝材料，生產出的新型建材產品。

4 結論

以建設綠色珍珠巖礦為契機，提出安全、綠色、智慧、文明建設思路，以及建設基本原則和生態發展工藝路徑。

(1)實施綠色礦山建設：以綠色礦山建設為基本思路，遵循安全、綠色和智慧3大基本原則，層層分級，細化各項目標。

(2)實施生態發展工藝路徑：做好工藝路徑和做好頂層設計。

(3)在工藝路徑方面：研究“工業4.0+綠色礦山+生態科技產業園”工業模式，實現礦山安全、綠色、智慧、文明開采、加工和生產，致力打造綠色砂石料供應鏈。研究發泡陶瓷、水泥基、石膏基膨脹珍珠巖新材料；研究礦山安全、綠色、智慧、文明礦石開采新工藝，新型功能材料及制品生產新工藝、生態科技新技術，實現綠色園區新模式發展；利用工業4.0+裝備技術和5G+信息技術，實現固體廢棄物生態、循環利用和功能型產品安全、綠色、智能、文明生產。

(4)在頂層設計方面：引進光伏發電、風力發電、特色旅游、休閑度假、文化藝術體驗、醫療康養、生態農業、生態林業與礦業、工藝融為一體，通過科技引領，跨界融合，推進自然資源綠色開發、生態發展、循環利用、高效發展，實現區域經濟高質量發展，實現礦山、尾礦、廢石、建筑固廢資源化的最大利用，實現固廢填埋場、廢棄礦山生態環境的最佳修復，做到物盡其用、永續發展，切實踐行習近平總書記的“綠水青山就是金山銀山”的理念，建設美麗中國，為實現中華民族偉大復興的“中國夢”做出貢獻。