露天煤矿“绿色度”评价因子体系构建

宋子岭，范军富，赵东洋，周玉祥

（辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000）

露天煤矿“绿色度”评价因子体系构建

宋子岭，范军富，赵东洋，周玉祥

（辽宁工程技术大学，辽宁 阜新 123000）

确定了露天煤矿绿色开采的内涵、目标和实现途径，定义了露天煤矿“绿色度”评价因子的概念、确定了其内涵及作用，建立了绿色开采评价指标体系。对黑岱沟露天煤矿进行了“绿色度”评价，综合评定为Ⅱ级、达到“良”的绿色标准。

露天煤矿；绿色开采；“绿色度”；评价因子体系

0 引 言

2003年钱鸣高院士[1]提出了绿色开采的概念并对其内涵进行了界定，是努力遵循循环经济中绿色工业的原则，形成一种与环境协调一致的，“低开采、高利用、低排放”的开采技术。这是我国关于绿色开采技术的最早的权威表述，也提出了绿色开采的目标。煤炭开采方式分为井工开采和露天开采，2种方式各有优缺点，开采方法、开采工艺有着较大的区别，其开采对环境的影响和破坏也不同，对于露天矿实现绿色开采的技术内涵与井工矿在某些方面有着本质的不同。如井工开采对环境的影响主要为煤矸石排放占用土地、有毒有害气体污染大气、采空区引起地表沉陷、井下通风将有毒有害气体排入大气环境、受污染的矿井水向地表排放污染土地和水体等[2-3]。

露天煤矿开采所引起的环境破坏与污染主要为采场与排土场及工业广场占用与破坏大量土地、破坏当地生态环境、破坏矿区地下水力平衡、污染地下水和地表水、采场煤炭和排土场煤矸石残煤自燃污染大气环境、汽车工艺露天矿及胶带运输等产生大量烟尘污染大气环境、爆破及大型设备运行产生振动和噪音等，露天煤矿对矿区造成固体环境、水体环境、气体环境与生态环境综合性污染与破坏。为解决上述环境问题，实现绿色开采技术，对环境污染与破坏的控制，所采取的措施和技术完全不同于井工矿。因此，露天煤矿绿色开采有自己的概念内涵[4-5]。

1 绿色开采内涵、目标及实现途径

1.1 绿色开采概念及内涵

根据露天矿开采工艺与方法，以及露天矿环境影响特点，露天矿绿色开采技术内涵界定为以实现露天煤矿“低开采、高利用、低排放”为目标，从露天矿开采规划、设计、生产、直至闭坑全过程进行环境污染控制。采用以生态恢复为主要工艺环节的绿色开采工艺，以陡帮开采为主的开采方法，以土地占用动态补偿机制为管理手段，形成以绿色度或绿色因子为强制因素的评价指标体系的绿色开采设计理论，从而实现露天矿生态恢复与开采一体化技术[6-7]。

这一概念包含以下内涵：①露天矿开采与矿区固体环境的协调关系。如露天开采各工艺环节“矿岩准备、采装、运输、排卸、生态重建”的合理匹配关系，剥离物、煤炭对矿区土地的影响及其协调关系，穿孔爆破、采装、运输、排土设备作业对周围环境的影响及其协调关系等；②露天开采与水体（地下水与地表水）环境的协调关系。如露天采场与矿区地下水力关系，外排土场剥离物淋溶水对周边土地及地表水的影响；③露天开采与大气环境的协调关系。如露天矿爆破、采运排作业所产生的烟尘、飞尘的产生机理及其对大气环境的影响，采场内煤炭自燃和排土场、排矸场残煤自燃对大气环境的影响；④露天开采与固体环境、水体环境、大气环境及生态环境的综合一体化协调关系。从而形成大型露天煤矿绿色开采理论体系和技术经济指标评价体系。

1.2 绿色开采目标

以最小的环境代价获取最大的资源开采；从开采源头控制露天矿对环境的影响与破坏；将“先开采后环境治理模式”转变为“从开采源头控制露天开采对环境破坏的新模式”；从露天矿设计到开采，直至闭坑全过程的环境污染控制。用露天煤矿“绿色度”指标或“绿色因子”指标强制达到环境保护目标；露天开采与矿区的固体环境、水体环境、气体环境及生态环境协调发展；现露天矿可持续发展。

对于一个露天煤矿实现绿色开采的各项目标需要确定一系列定量化指标，以达到矿区生态环境保护的具体目标[8]。

1.3 绿色开采实现途径

实现绿色开采的途径是将目前“先开采后环境治理的传统模式”改变为“从开采源头控制对生态环境的污染与破坏的新模式”；提出露天煤矿绿色开采的总目标，并建立绿色开采目标函数以形成目标的量化指标；根据目标指标要求，采取一系列的绿色开采技术，如陡边坡技术、陡帮开采技术、控制爆破技术、露天矿土地动态管理机制、地表水与地下水污染控制技术、露天矿帷幕与降尘技术、绿色开采工艺、闭坑治理技术等，形成生态恢复与开采一体化技术；采用“绿色度”指标对露天煤矿进行综合评价，以达到强制实现绿色开采目标[9-10]。

2 “绿色度”评价因子的概念、内涵及作用

2.1 “绿色度”评价因子的概念、内涵

“绿色度”指在一定时期内露天煤矿开采过程中对矿区生态环境采取保护及修复措施后的生态环境指标与理想条件下露天矿区所能达到的生态环境指标的比值（单位为%），包括固体环境“绿色度”（主要为土地恢复）、大气环境“绿色度”、水体环境“绿色度”，以及矿区生态环境“绿色度”，用相应的生态环境评价指标计算。

露天煤矿“绿色度”指标是表征一个露天煤矿生态环境保护与恢复程度的综合性指标，其值越大表明该露天矿对生态环境保护与恢复越好。它是一个相对指标，需要首先建立我国目前技术条件下露天煤矿“绿色度”评价等级标准，影响“绿色度”指标的因素既包括露天矿自然因素（如矿床赋存条件等），也包括开采技术水平（如开采工艺、开采参数、作业方式等）因素。

2.2 “绿色度”评价因子的作用

提出露天煤矿“绿色度”指标，其主要作用是为综合评价露天煤矿对生态环境保护与恢复程度提供一个统一的、对不同露天矿具有可比性的评价指标，可以建立我国露天煤矿绿色开采通用的评价标准。

3 “绿色度”评价因子体系构建及应用

3.1 “绿色度”评价因子的分类

1）根据对露天煤矿生态环境影响形态，其影响因素分为固体环境影响因素、水体环境影响因素、气体环境影响因素和生态环境影响因素，据此将露天矿“绿色度”评价因子的分为4种类型：固体环境“绿色度”、水体环境“绿色度”、气体环境“绿色度”和生态环境“绿色度”。

固体环境“绿色度”——表征露天矿区固体环境保护与恢复程度的综合指标。主要指露天矿区对土地的占用与破坏程度，一般以某一时期内土地恢复与土地占用的比值表示，以及露天矿在某一时期占用土地的大小与我国理想露天煤矿占用土地大小的比值表示。

水体环境“绿色度”——表征露天矿区水体环境保护与恢复程度的综合指标。主要指矿区及其所影响到的周边一定范围内的地下水和地表水受到污染与破坏的程度。又分为地下水环境绿色度、地表水环境绿色度。

气体环境“绿色度”——表征露天矿区气体环境保护与恢复程度的综合指标。主要指矿区及其所影响到的周边一定范围内的大气污染程度。

生态环境“绿色度”——表征露天矿区生态环境保护与恢复程度的综合指标。主要指矿区及其所影响到的周边一定范围内的地形地貌、生态景观、植被、土地污染与土壤质量情况。

2）根据对生态环境影响因素的性质不同，将露天煤矿“绿色度”评价因子分为露天矿自然条件“绿色度”、开采技术水平条件“绿色度”。

露天矿自然条件“绿色度”——表征露天矿区自然地理条件、气候条件、地质地形条件、矿床赋存条件、水文地质条件等自然因素对矿区及其周边生态环境保护与恢复的影响程度的综合性指标。这些自然因素对生态环境的影响是矿区固有的，不同露天矿区的差异性较大。一般会在不同程度上影响露天矿的固体环境、水体环境、气体环境和生态环境，自然因素的影响表现了不同矿区的差异性，在这方面我们只能最大程度地克服其对生态环境的影响，难以改变。

开采技术水平条件“绿色度”——表征露天矿的开采规划设计与总体布局、开采规模、开采工艺、设备类型、开拓开采方式、作业方式与参数、环保措施等技术水平对生态环境保护与恢复的影响程度的综合性指标。开采技术水平条件是人为因素所造成的生态环境影响，是强制采用绿色开采技术措施，提高露天矿“绿色度”的主要途径。

3.2 “绿色度”评价因子体系构建

依据露天煤矿“绿色度”评价因子的分类，“绿色度”评价因子体系构成如图1、图2所示。

图1 按环境影响形态构成“绿色度”评价因子体系

露天煤矿综合“绿色度”的计算指标的计算，见公式（1）：

式中：K总=露天煤矿综合“绿色度”；

K固=露天煤矿固体环境“绿色度”；

K水=露天煤矿水体环境“绿色度”；

K气=露天煤矿气体环境“绿色度”；

K生态=露天煤矿生态环境“绿色度”；

ω固=露天煤矿固体环境权重；

ω水=露天煤矿水体环境权重；

ω气=露天煤矿气体环境权重；

ω生态=露天煤矿生态环境权重。

图2 按环境影响性质构成“绿色度”评价因子体系

3.3 应用

3.3.1 评价模型与指标体系建立

1）露天煤矿“绿色度”评价模型的建立

①评价模型是所建立露天矿“绿色度”评价体系，涵盖固体环境、水体环境、气体环境和生态环境多个方面内容。选取适当的评价方法与标准对露天矿的开采现状进行量化评价。

②“绿色因子”要在符合实际情况的基础上合理选择。露天矿不同区域，其环境各有差异。在选择评价因子时充分考虑露天矿多方面因素。

③层次分析法将定量与定性分析相结合，通过对比，将复杂的各个要素有层次地排列先后重要性，确定各要素的权重。

④建立评价标准的基本思路是结合国际或者国家现有的标准，对还未有标准的因子采用研究区域所在地区的历史资料或平均水平进行分级，建立等级标准。

2）“绿色因子”的筛选方法

①理论分析法。是建立在各门学科综合理论的条件下，对露天煤矿绿色开采内涵、特征进行综合分析，选取重要的特征指标作为“绿色因子”。

②专家咨询法。进一步考虑被评价区域的自然环境特点和社会经济发展状况，征询专家意见。

③频度统计法。是对目前有关可持续发展评价研究和循环经济评价研究的报告、论文进行频度统计，选择使用频度较高的指标 。

④单因子最大限制法。在性质相同的指标中选择对目前露天矿绿色开采影响最大的因素作为评价的“绿色因子”。

⑤主成分分析法。将评价指标进行重组，选取具有严格独立意义的主成分作为评价指标。

选择专家咨询法、理论分析法、频度统计法和单因子最大限制法的筛选方法。

3）“绿色因子”的选取原则

露天开采“绿色度”的评价指标体系构建应遵循以下原则：①系统性原则；②科学性原则；③相对完备性原则；④可操作性原则；⑤结构层次性原则；⑥针对性原则。

4）露天煤矿绿色开评价指标体系

根据层次分析法基本原理，划分为以下3个层次，目标层：把露天开采“绿色度”作为评价工作的目标，该层包括固体环境“绿色度”、水体环境“绿色度”、气体环境“绿色度”、生态环境“绿色度”4个方面；准则层：把影响露天开采的12个二级指标归纳为准则层，包括土地的占用A11、爆破震动A12、矿区条件A13、地下水A21、地表水A22、穿爆环节A31、采装环节A32、运输环节A33、排土场粉尘A34、污染控制与废物利用A41、退化土地复垦质量A42、重建生态资源保护与利用A43；指标层：根据评价准则进一步细分为若干具体的评价指标，每一个指标层的评价指标都将作为“绿色因子”应用于评价中。在露天煤矿开采方面得出指标层涵盖66个“绿色因子”。

在一级指标基础上，确定了固体环境、气体环境、水体环境和生态环境的二级指标、三级指标。固体环境包含3个二级指标，21个三级指标；气体环境包含4个二级指标，28个三级指标；水体环境包含2个二级指标，8个三级指标；生态环境包含3个二级指标，12个三级指标。

3.3.2 评价结果

应用所建立的露天煤矿“绿色度”评价因子体系及评价模型，对黑岱沟露天煤矿进行了“绿色度”评价，并建立了我国露天煤矿“绿色度”评价标准，得到了黑岱沟露天煤矿“绿色度”指标值，综合评定为Ⅱ级、达到“良”的绿色标准。

4 结论

1）露天煤矿实现绿色开采的途径：将目前“先开采后环境治理的传统模式”改变为“从开采源头控制对生态环境的污染与破坏的新模式”；

2）露天煤矿“绿色度”指标是表征一个露天煤矿生态环境保护与恢复程度的综合性指标，其值越大表明该露天矿对生态环境保护与恢复越好,是一个相对指标；

3）根据对露天煤矿生态环境影响形态，露天煤矿“绿色度”评价因子的分为四种类型：固体环境“绿色度”、水体环境“绿色度”、气体环境“绿色度”和生态环境“绿色度”；

4）根据对露天矿生态环境影响因素的性质不同，可将露天煤矿“绿色度”评价因子的分为两种类型：露天矿自然条件“绿色度”、开采技术水平条件“绿色度”；

5）露天煤矿“绿色度”评价因子应用于露天煤矿绿色开采评价中。对岱沟露天煤矿进行了“绿色度”评价，综合评定为Ⅱ级、达到“良”的绿色标准。

［1］ 钱鸣高．绿色开采的概念与技术体系［J］．煤炭科技，2003（4）：1－3.

［2］ 钱鸣高，许家林，缪协兴．煤矿绿色开采技术［J］．中国矿业大学学报，2003，32（4）：343－347.

［3］ 宋子岭，范军富，王来贵，等．我国露天煤矿开采现状及生态环境影响分析［J］．露天采矿技术，2016，31（9）：1－4.

［4］ 乔宁．现代露天煤矿绿色开采技术分析［J］．科技创新与应用，2012（20）：42－42.

［5］ 李顺云，董昶．基于计算机技术的煤矿绿色开采［J］．煤炭技术，2012（5）：66－68.

［6］ 刘宇博，赵柏竣，刘一博．浅谈煤炭绿色开采技术的方法及原理［J］．山西焦煤科技，2012（7）：41－45.

［7］ 张金锁，齐琪，张伟，等．我国煤炭资源安全绿色高效开发研究综述［J］．资源与产业，2013，15（1）：1－6.

［8］ 杨俊哲，陈苏社，王义，等．神东矿区绿色开采技术［J］．煤炭科学技术，2013，41（9）：34－39.

［9］ 牛海兵．现代煤矿绿色开采技术的应用［J］．内蒙古煤炭经济，2013（4）：22－23.

［10］ 李治学．浅谈采矿工程中绿色开采技术的相关应用［J］．中国科技信息，2013（20）：32－33.

【责任编辑：解连江】

Construction of"green degree"evaluation factor system in open-pit coal mine

SONG Ziling,FAN Junfu,ZHAO Dongyang,ZHOU Yuxiang
(Liaoning Technical University,Fuxin 123000,China)

The article determined the connotation,goal and realization way of green mining in open-pit coal mine,and defined the concept of"green degree"evaluation factor,and determined its connotation and function,and built the evaluation index system of green mining.The author carried out"green"evaluation on Heidaigou Open-pit Coal Mine,the comprehensive assessment result was the level II,which reached the"good green standard".

open-pit coal mine;green mining;"green degree";evaluation factor system

X22

B

1671－9816（2017）04－0071－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.04.021

宋子岭，范军富，赵东洋，等.露天煤矿“绿色度”评价因子体系构建［J］.露天采矿技术，2017，32（4）：71-74.

2016-12-21

国家自然基金（煤炭联合基金）重点项目（U1361211）；国家自然基金面上项目（51474119）

宋子岭（1965—），男，内蒙古赤峰人，教授，博士，毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，现在辽宁工程技术大学矿业学院从事露天煤矿开采方面的研究与教学工作。