綠色開采技術在傳統礦山中的應用

張 華，和福平，訾 睿

(云南金沙礦業股份有限公司，云南 東川 654100)

0 引 言

礦業在推動中國經濟發展中發揮了重要作用，同時，社會經濟的快速發展也伴隨著產業結構的快速調整。當前我國社會的主要矛盾也變成了人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發展之間的矛盾，“綠色青山就是金山銀山”“安全重于泰山”等安全、環保理念已深入人心。就新建礦山而言，綠色開采的理念貫穿與設計、建設、開采全過程，然而對于一些新中國成立之初就建設并開采至今的傳統礦山而言，綠色開采是新興概念。當前，正是礦業發展的絕佳時期，這些傳統礦山應抓住這次機遇，加強對綠色開采技術的應用分析，順利完成轉型升級。

1 綠色開采技術的概念

綠色開采是在傳統采礦模式的基礎上發展起來的一種現代開采模式，它綜合考慮了資源利用效率與生態環境的影響，以資源開發利用率最高、對生態環境影響最小、使社會效益與經濟效益協調優化為目標，是采礦行業可持續發展的重要組成部分。

2 傳統礦山在開采過程中存在的問題

2.1 開采回采率低

由于經濟的快速發展，我國有的礦業長期處于粗放式經營狀態，其對礦產資源情況認識不全面，開采回率較低，各項指標遠低于發達國家。原因之一是我國礦產資源大多數資源稟賦差及采用傳統采礦工藝；其二是我國中小型礦山數量眾多，約占全國礦山總數的98 %，但其產量僅占全國的40 %～60 %，同時，小型礦山缺乏資金、技術、管理、人才等方面的支持，因而難以形成規模和良好經濟效益，導致開采回采率整體偏低。以云南東川某礦業開采多年的銅礦為例，仍然采用傳統的淺孔留礦法電耙出礦工藝，礦柱資源浪費過多且安全隱患大。其現狀采場結構參數及技術經濟指標見表1-3。

表1 某銅礦現狀部分采場結構參數統計表Tab.1 Statistics of structural parameters of selected existing stopes in a copper mine

表2 某銅礦現狀采場礦柱占比統計表Tab.2 Statistics of the percentage of pillar extraction at existing stopes in a copper mine

表3 某銅礦現狀采場主要技術經濟指標統計表Tab.3 Statistics of main technical and economic indicators of existing stope in a copper mine

2.2 生態環境破壞嚴重

2.2.1 地質災害隱患多

礦山地質災害是指在礦產資源開采過程中，破壞了原有的地質結構及應力分布情況，從而發生井巷工程破壞、巖土體變形以及礦區水文、地質條件以及自然環境發生重大變化，危害人們生命安全，影響礦山正常生產的災害。礦山開采過程中常見的地質災害有滑坡、崩塌、泥石流、塌陷等。

對于新建礦山來說，在設計時期就以綠色礦山的標準進行，充分考慮生產建設與周邊自然環境的協調，做到邊開采邊治理，選用合理的采礦方法，充分考慮總圖布置，將地質災害對人員的傷害及經濟損失降到最小。反觀某些傳統礦山，采礦技術落后，生產布局不合理，生態環保歷史欠賬多，地質災害誘因高，加之未形成規模效益，無法投入大量資金合理消除存在的地質災害隱患。久而久之，形成惡性循環。

2.2.2 大氣污染

礦區大氣污染物根據性質可分為：氣態污染物和氣溶膠污染物，其中，氣態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。大氣污染物直接會對人體造成傷害，間接會影響礦區環境，影響人們正常生活，對礦山造成經濟損失。目前，有的傳統礦山仍然采用氣腿鑿巖機鑿巖，掘進效率低，粉塵多，職工易患矽肺病；機械通風不完善，炮煙中毒事件時有發生；選廠、檢化驗中心未安裝空氣凈化裝置，易導致工作人員慢性中毒；歷史遺留廢渣堆未進行治理，揚塵多。

2.2.3 水資源影響

在礦山開采過程中，對水資源的影響主要表現在對水資源的量、水資源的循環以及對水資源的污染。傳統礦山在建設初期普遍缺乏保水開采以及超前探水的觀念，大部分礦山甚至沒有水文地質方面的技術人員，憑經驗管理。經過多年的開采，嚴重影響了地表水以及地下水的量，以礦山為主要支柱產業的地區普遍缺水，十年前還能稱為河流的現在已經變成了季節性溪流，水資源的匱乏已經嚴重了當地居民的正常生活。同時，長期過度的開采已經破壞了水資源的循環系統，枯水期沒水喝，雨季又易發泥石流等地質災害。最嚴重的當屬水資源的污染，開采污水及選廠污水中富含重金屬等有毒物質，外排后流入到地表水甚至地下水中，嚴重影響了當地居民的飲用水及農作物安全。

2.2.4 采空區安全隱患多

井下采空區主要為采礦后所形成的空區，主要存在下述危害類型：地壓失穩、頂板及邊幫的垮塌冒落，其他危害如：造成通風系統漏風、穿風、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害。其中，垮塌、冒落分為小規模零星冒落和規模性突發冒落，規模性突發冒落產生的直接危害主要有：高速沖擊氣浪、礦震、空氣倒吸(虹吸)、飛石等，對井下作業生產的設備設施、人員的安全威脅最大。采空區的安全隱患之前一直未得到有效重視，并且很多傳統礦山采空區數量眾多，情況不明，嚴重影響當下生產生活。

3 綠色開采技術的應用分析

3.1 充填采礦法的應用

充填采礦法是指在利用充填材料充滿采空區，進行地壓管理，有效控制圍巖崩落以及地表沉陷，力求達到生態環境平衡的采礦方法。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行空區充填，通常用于嗣后充填，在解決采空區安全隱患的同時又解決地表排土場對生態環境的破壞；尾砂充填采礦法是采用泵送或自流的方式把選廠產生的尾砂排入采空區中，此種方式常用于嗣后充填，既維持了采空區的地壓穩定，又解決了地表尾礦庫的問題；膠結充填采礦法是在砂漿的基礎上添加水泥等凝結劑，使充填物質具有一定的強度，可直接在膠結體上工作，此種方法常用于邊采邊充，今后的發展前景最大；最后就是混合充填，3種充填方式配合使用。

采礦行業為國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環境。所以，在礦山開采過程中，減少固體廢料排放甚至是零排放，有效治理采空區是今后發展的重點，而充填采礦法是重要途徑，也是能回收部分礦架資源，有效提高開采回采率，實現效益最大化的開采工藝之一。但我們的傳統礦山在采用充填采礦法的同時，也要注意因地制宜選擇合理的充填方式，同時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

綠色污水處理技術在礦山工程中的應用主要體現在井下廢水的處理上。廢水可以儲存在中央水箱中，然后通過特殊的科學方法(如壓濾機)進行處理。綠色污水處理技術的主要技術要點在廢水處理和凈化方面，凈化技術旨在去除污水中的有害物質。綠色污水處理技術通過水資源合格測試后，可應用于農業灌溉、園林灌溉、衛生清潔等領域，實現水資源的管理和再利用。

3.3 廢石資源化綜合利用

任何事物都是相對的，就拿礦山開采過程中產生的廢石而言，如不合理利用會占用土地資源，造成地質災害，污染環境；如合理利用，則會變廢為寶，可以從中提取有價成分、制造微晶玻璃、覆土造田、生產建筑材料等。

3.3.1 提取有價成分

按照當前的技術水平，無法達到有用礦物的百分百利用，尤其是我國共伴生礦產資源非常豐富，但是綜合利用率卻遠低于國際水平。這其中，又以傳統礦山利用率最低，隨著科學技術的進步，最低可采品位越來越低，很多傳統礦山原來判定為廢石的現在也可以進行選冶。從廢石中回收提取有價元素的潛力巨大，同時也是廢石資源化利用的重要一步。

3.3.2 覆土造田

礦山開采過程中產生的廢石，其主要成分為無機物，不具備植物直接生長的條件，目前常用的方式就是覆土造地，然后進行植物種植。近年來，這種方法在我國得到廣泛應用。例如，云南東川某礦業對已閉庫的尾礦庫和廢石場進行覆土造田處理，其中在尾礦庫上大規模種植花卉，打造花海，在有效治理固體廢棄物的同時又取得良好的社會、經濟效益。見圖1。

圖1 東川某尾礦覆土復綠前后對比圖Fig.1 A visual comparison displaying the tailings in Dongchuan before and after reclamation progress

3.3.3 生產建筑材料

目前，在生產建筑材料領域，礦山開采產生的廢石用于生產建筑用磚、微晶玻璃，以及建筑用砂石骨料。云南東川某礦業以利用廢石生產建筑用磚，用于修筑礦區及周邊村莊道路，也產生了良好的綜合效益。并且，隨著對環境保護越來越重視，已基本禁止天然河砂的開采，機制砂是未來的發展方向，礦山廢石用于制作建筑材料將大有可為。

3.4 保水開采技術

鑒于采礦對地下水和地表水的不利影響和風險，未來需要不斷優化開采技術。保水開采技術的應用可以顯示出明顯的優勢，并成為未來關鍵技術。保水開采技術主要用于綜合分析開采過程中可能出現的各種不利因素，以確保對周圍所有水資源的有效保護。這還需要在采礦開始前對水資源進行有效的環境調查，以便更好地制定可持續的水資源保護方案，避免可能的嚴重污染和危害。對于采礦作業周圍的地下水資源，在采礦過程中需要有效保護。在對所有含水層進行研究后，應結合自身開采需求合理設置適當的保護要素，以更好地提高節水效果。例如，在與地下水相關的需要保護的區域，可以使用表面滲碳來有效保護地下水，并應對過去發生的其他自然災害。此外，在開采過程中，還必須及時收集和處理所有潛在的水污染物，以避免在現場或周圍意外排放，特別是在一些地表水密度高的地區，但也必須進行良好的隔離和保護。為了避免對相關水資源質量的影響，應努力形成更理想的水資源綜合保護。

3.5 生態修復技術

在開采過程中，隨著深度開采，不可避免地會出現一些環境污染問題，及時處理這些環境污染問題不容忽視，這也是綠色開采技術應用的關鍵。應引起相關采礦管理人員的高度關注。要求采礦作業能夠在生產過程中實時解決環境中存在的嚴重污染問題，并選擇合適的生態修復技術。更好地解決相關問題，確保更有效的環境修復。例如，在采礦過程中土壤資源受到嚴重侵蝕和破壞的情況下，應采取適當和合理的綠化措施，以提高相關區域的綠化水平，從而產生更好的土壤和水穩定性。例如，噴灑草藥的方法可以在許多地區產生理想的應用效果，特別是對于一些礦山開采后出現的山坡，可以產生有效的綠化，從而有助于有效改善相關地區的自然環境，從而提高其可持續性。如果相關區域的生態破壞更嚴重，也可以用于生態多孔混凝土綠化，形成更理想的整體改善效果。

4 綠色開采技術的可行性提升措施

4.1 采礦工程中綠色開采技術管理

在實施植被保護措施時，利益相關者還應采取適當措施，加強對礦區的安全檢查，以便更好地了解相關管理制度。如果礦山存在各種不平衡裂縫，相關人員應積極檢查所有沉積物，以確定所有裂縫的長度、寬度和主要方向，從而更好地確定危險程度。此外，必須嚴格控制采礦環境，明確礦場的安全運營。在后采區發生滑坡的情況下，應采用確定滑坡原因和具體范圍的方法，并采取適當措施提高安全檢查內容。污染控制是排水作業的關鍵目標，在此過程中需要統一的排水規劃。根據實際情況，必須全面解決礦區環境污染問題。此外，未來還需要基于生物技術的管理和控制，以更好地避免礦區土壤流失。除了在生產區種植適當的植物外，還可以在種植后設專門的人員來維護植被，并設置各種障礙，以避免一些與土壤侵蝕有關的問題。同時，未來可以進一步防止廢水滲入農田，從而危及周圍的經濟發展和可持續發展進程。

4.2 重視科技創新和設備研發

為了進一步發展和升級采礦技術，新設備是必不可少的前提，而生產工具是直接影響生產效率的非常重要的生產因素。除非生產工具得到保證，否則無法最大限度地提高生產效率。在許多情況下，這將導致不必要的損失和浪費。因此，在開采過程中，有必要加強研發新設備和深井監測技術的研究。

4.3 管理技術的提升

綠色采礦技術不僅意味著技術應用水平的提高，更重要的是人力資源管理和資源管理體系的完善。否則，即使是先進的應用技術和設備也無法得到適當利用，最終結果也不會令人滿意。著眼于提高綠色采礦的質量和效率，從企業組織模式和員工合作模式出發，結合科技進步，更新管理模式，關注未來綠色采礦技術在采礦業應用的可行發展方向。例如，在聯合開采技術的應用中，應積極消除資源開采工作組之間合作的障礙，處理需要聯合開采技術中出現的問題。根據具體矛盾和問題，積極從原有群體中選擇合適的專家，組建新的專項解決團隊，確保工作效率和資源利用率，最終提高綠色采礦技術的利用效率。

4.4 持續創建綠色礦山

近年來，礦山變綠成為我國礦山發展的主旋律，國家層面十分重視綠色礦山的建設工作。作為礦業權人更應履行自己的社會責任，做好綠色礦山建設規劃，持續創建綠色礦山。

5 結 語

總之，在采礦業中應用綠色開采技術不僅對保護和有效利用礦產資源至關重要，而且對保護自然環境也至關重要，使其能夠實現可持續的開源概念。綠色開采技術具有防止污染、有效利用資源和促進可持續發展的優勢。這是我們必須應用于采礦業的采礦技術，也是采礦技術未來發展的方向。現有的綠色開采技術通過礦山填埋技術等手段的應用取得了一定的成果，但仍然可以從改善管理技術和改變人員的思想觀念兩個方面提高綠色開采技術的使用效率，實現采礦業的最佳技術創新。