地質礦產勘查及綠色開采技術的創新研究

陶藝玫

（四川省煤田地質局一四一隊，四川 德陽 618000）

礦產資源勘查及開采對我國經濟建設與發展有重要作用，但實際的開采工作勢必影響周邊自然環境。對此，為了實現預期的低碳環保目標，必須在資源開采過程中高度重視并應用綠色開采技術，同時對其進行創新，以滿足實際生產要求。

1 地質礦產勘查

礦產勘查需遵循以下幾項基本原則：

（1）因地制宜，該原則對礦產勘查而言是最基本也是最重要的，這主要由礦場具有很高的復雜性和多變性決定。通過大量實踐可知，從礦床具體情況出發，按照實事求是的要求決定勘查的每一項工作，只有這樣才能獲得與礦床實際情況相符的地質與經濟效果；若勘查脫離了礦床的實際情況，完全根據個人主觀判斷，將使勘查失去原本的意義，甚至造成較大的損失。要想根據礦床實際情況對各項工作進行科學部署，需切實加強對礦床不同特點的實時觀察與研究，并加強和設計單位等參與方之間的聯系，確保勘查與礦床地質情況相符的基礎上，滿足礦山設計和開采等方面的要求[1]；

（2）循序漸進，這項原則反映出人對礦床進行認識的過程所遵循的客觀規律，即對礦床的認識是一個循序漸進的過程，無法一次完成，伴隨勘查不斷開展而深化，因此，對礦產勘查而言，應遵循循序漸進的原則，即從粗到細、從淺到深、從已知到未知，實際的勘查工作不能隨意超越程序；

（3）全面研究，該原則是勘查工作目的所決定的，主要反映在以下方面：對礦床開展的經濟、地質與技術等各方面研究評價，避免勘查片面，對礦床所具有的工業價值予以全面闡述；

（4）綜合評價，在大自然中，礦床含有很多不同的有益組分，不可能以單礦物石形式存在，基于此，礦產實際上要進行綜合利用，對此，礦產勘查時，必須重視經濟合理這一基本原則，使礦床從單一的礦產變成綜合礦產，也能使沒有意義和價值的貧礦變成可開發和綜 合利用的礦床[2]；

（5）經濟合理，在所有礦產勘查需遵循的基本原則中，這是一項十分重要的。對礦產勘查而言，其本身就屬于一種經濟活動，受經濟規律影響和制約，在礦產勘查時，始終都要嚴格遵循該原則。在能達到要求的勘查程度基礎上，采用適宜的方法，以最低的財力、人力與物力消耗，在相對較短的時間之內獲得良好成果，包括地質成果與經濟成果。

2 礦產開采環境影響與破壞

如今，社會發展與人們生產生活都對礦產資源表現出越來越高的依賴性，但礦產資源的開采除了能為生產生活提供必要資源，還會造成不同程度的環境污染及破壞[3]。在礦產資源開采時，空氣、水資源與土地都有可能被污染破壞，具體表現為以下幾個方面。

（1）礦產開采經常會給水資源造成破壞，一方面，資源開采時，排水系統逐漸疏干含水層可能導致地下水水位明顯下降，使地表環境被不同程度的破壞，并且還會使附近農田生產受到影響，使產量降低，甚至引發土壤沙漠化；另一方面，資源開采還有可能對地表及地下水帶來污染。礦井水和矸石堆等在受到雨水淋溶以后會使流水中含有一定量的無機鹽，這些水排到附近水源后，必然會造成污染[4]。

（2）除水環境污染外，資源開采還有可能引起土壤資源污染及破壞。首先，采用井工方式進行開采可能會使地表產生塌陷，而且矸石堆的壓占也比較嚴重，而若采用露天方式進行開采，則會才來挖損與外排土場等方面的問題。根據相關統計結果可知，我國因礦產資源開采引起的地面沉陷的沉陷率可以達到2000m2/t[5]。

（3）對于桌邊自然生態環境，礦產開采同樣會對其造成污染及破壞，具體表現為以下兩個方面：其一，如果資源開采不盡合理，或采用傳統的開采方式，將使礦體產生一定移動，對整個巖體結構造成破壞，導致巖層水或瓦斯大量泄露，進而隨時可能引發瓦斯爆炸及突水涌水，不僅威脅開采安全，還會對環境帶來很大影響。此外，礦產開采導致區域地下水水位大幅下降，加重地表環境污染及破壞。其二，如果礦產開采不合理，則有可能導致巖層位移。如果巖層發生位移，將引起地表塌陷，進而給農田或既有建筑設施等造成破壞。根據相關統計結果，我國因礦產開采導致的地表破壞與土地資源占壓總面積可以達到4.4×109m2。

3 綠色開采主要作用

（1）當前的礦產開采對綠色開采提出了很高的要求，在實際資源開采工作當中嚴格實行綠色開采，采取合理可行的綠色開采技術，對資源開發及可持續發展有十分重要的作用與意義，必須引起相關人員的高度重視。然而，從當前實際掌握的綠色開采技術來看，在技術水平方面還比較落后。很多企業在經營與發展中都使用相對粗放的方式，所用開采技術的污染比較嚴重，排放量較高。基于此，現階段綠色開采必須從不同的角度出發對開采技術進行持續創新[6]。

（2）從廣義的角度講，綠色開采必須充分結合礦區中各項影響因素，如矸石堆、資源與地下水。而從企業自身角度講，企業必須在追究更高經濟效益的基礎上，對環境效益同樣要引起足夠的重視，并通過技術上的改造創新，形成一個高效且綠色的生產系統。

（3）對于綠色開采，需形成一套完善的效益評價體系，其目的在于從企業自身發展與環境效益之間的關系方面考慮，企業往往更多重視經濟效益，這樣雖然無可厚非，但為了實現長遠發展，需要通過形成一套完善的評價體系來為生產中的環境保護提供幫助，以此達到理想的環境效益。

4 綠色開采技術創新

4.1 保水開采

（1）防治水，包括探、排、截、堵，其中，截、堵是當前最為有利的方法，即降低導水裂隙帶的實際高度和加強底板加固[7]。

（2）礦井水綜合利用與循環利用。對礦井水通常要借助物理化學法來處理，其中，物理方法包括自然沉降與過濾；而化學方法則以混凝法為主。完成對礦井水的處理后，應遵循“先生產后生活和先井下后井上”的基本原則進行綜合利用。以神東礦區為例，通過對井下水采空區矸石過濾專利技術的應用，使井下水完成了循環復用。

4.2 土地與建筑物保護開采

4.2.1 充填開采

地表沉陷和開采厚度之間有著直接關系，即當開采厚度增加時，地表沉陷變大。當借助全部冒落法進行頂板管理時，地表沉降可以達到開采高度的六成到八成；當借助水砂充填法進行頂板管理時，地表沉陷只要開采高度的一成到兩成。采用充填采煤法時，對地表沉陷的實際控制效果主要取決于整個采空區具體充填情況，若采用密實水砂進行充填，則地表沉陷系數為0.02，而采用矸石進行充填時，地表沉陷系數為0.6[8]。

4.2.2 條帶開采

該方法是現階段我國既有建筑物下部資源開采時地表沉陷控制常用技術手段，得到了十分廣泛的應用。其原理為將需開采的部分劃分成若干正規條帶實施開采，每采一條即留一條，充分利用煤柱為上覆巖層提供可靠支撐，以此減少或避免上覆巖層發生沉陷，實現對地表移動與變形的有效控制，達到預期的地面保護效果。我國從六十年代就開始在市區下采煤工作中引用充填條帶法，并在此之后分別在很多礦區開展了這項技術的試驗及實踐[9]。

國外的條帶開采狀況和我國基本相同，比如，波蘭在進行城市下采煤的過程中主要借助水砂充填條帶方法，而其它國家主要借助的是冒落條帶。采用該方法對地表沉陷進行控制也存在一些缺陷，即永久損失率相對較高，這也是該方法在地表沉陷控制中進行大規模應用的一個重要瓶頸。采空區條帶充填如圖1所示。

圖1 采空區條帶充填

4.2.3 分層開采

針對厚度較大的緩斜與傾斜煤層，通過傾斜分層開采，能減少開采時地表一次沉陷可能對地面既有建筑物造成的影響。在分層開采過程中，應對具體的分層厚度進行嚴格控制，確保在開采過程中導致的地表沉陷及變形處在允許范圍之內。

4.2.4 限厚開采

根據無地表水產生與切實滿足既有建筑保護要求，明確開采過程中煤層具體厚度，只對這一厚度范圍內的煤進行回采，實現對地表沉陷的有效控制，進而為地表既有建筑物提供可靠的保護[10]。

4.2.5 三步法開采

三步法開采主要是指小條帶開采、注漿充填采空區與剩余條帶開采相結合的開采，通過對條帶式工作面合理布置實現跳躍式開采，通過對采空區的注漿加固使破裂的巖體具有一定承載能力，最后通過對上覆巖層的充分利用來有效控制巖層位移。

4.2.6 覆巖離層注漿

該方法是指在地面上鉆孔后，通過鉆孔為采空區內上覆巖層存在的離層帶實施高壓注漿充填，以此實現對上覆巖層下沉有效控制，達到對地表沉降進行控制的目的。

4.3 潔凈開采技術

這項技術指的是在保證礦產資源質量的基礎上，從源頭上防止或減小污染產生及排放，確保礦產資源開采可能造成的環境污染及破壞都達到盡可能的限度。為了減少或從根本上防止矸石可能造成的污染，在實際工作中可采取下列技術：首先，采取減矸開采方法，如開拓部署、巷道布置與采掘工藝；其次，采取矸石填充開采方法，比如將掘進產生的矸石直接充填在已經廢棄的巷道與硐室中，也可將掘進產生的矸石在采空區填充過程中使用。

5 結語

綜上所述，礦產資源勘查與開采是國民經濟發展與人們生產生活的基礎保障工作，但在資源開采過程中，可能造成環境污染與破壞。這就需要在不斷發展過程中切實做好綠色開采技術的研究與創新，以此提高各企業綠色生產水平，將資源開采可能對環境造成的污染與破壞降至最低。