绿色生态开采花岗石技术初探

2017-05-24杨世明

海峡科技与产业 2017年4期

摘要：为了解决好花岗石矿山生态环境污染与防治问题，经过对饰面花岗石矿山的勘探、开采和石材切片加工厂进行实地考察，并查阅了大量石材开采和探矿技术文献，通过系统性地调查和理论研究，认为饰面花岗石完全可以使用先进的高密度电阻率物探技术和地下开采（房柱采矿法）技术进行开发与利用，可以实现生态矿山建设，有利于充分利用石材资源。

关键词：绿色；生态；地下开采；饰面花岗石

0 引言

过去，我国由于各种原因，石材矿山的无序开采，滥采乱挖，不但破坏了草原、森林植被，而且还导致一些地表景观破坏、土地资源破坏和生物多样性损失，加剧了生态恶化。党的十八届五中全会提出：“坚持绿色发展，推进美丽中国建设，坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持可持续发展，坚定走生产发展和生态良好的文明发展道路，加快建设资源节约型、环境友好型社会，形成人与自然和谐发展现代化建设新格局。”因此，建设“生态矿山”具有重要的现实意义，可以从根本上解决矿山生态环境污染与防治问题，有利于充分利用矿产资源，有利于国家生态安全和经济可持续发展。

1 饰面花岗石资源开发利用现状及原因

1.1 缺乏人才和技术

饰面石材矿山企业大多是生产工艺和技术装备落后，企业技术创新能力差，主要表现为：

一是专业技术人才缺乏。我国2008年8月才在河南建筑职业技术学院设立了专门的装饰石材专业，开始了中专、大专层次的石材专业技术人才的正规学历教育。之前，饰面石材开采技术只是在建材建筑院校采矿专业中设置的一门课程。所以，在饰面石材矿山企业一般都缺乏懂专业技术的管理人员，更缺乏有经验、有能力的地质和采矿专业人才。二是建材专业地勘队伍和设计单位的作用发挥不够。一个原因就是这些专业部门缺少市场开发和服务的意识，另一个原因是企业对饰面石材专业部门不了解，甚至不知道。三是思想保守。许多饰面石材矿山业主对我国先进的饰面石材勘探和开采技术并不十分了解，甚至一无所知。另外，矿山采用先进的开采技术，需要投入必要的开采设备，初期投资相对更高，由于矿山企业对新的开采技术认识不够，很难接受新技术的推广。

1.2 地质评价方法落后

大多饰面花岗石矿在开发利用时，所使用的是地质矿产资源勘测设计研究院编制的《花岗石矿储量简测报告》，其勘探手段主要是以浅井、采坑和少量钻孔揭露地质特征，控制工程不足，地质勘探资料不能满足正式开采所需。即使企业在正式建设前都开展了一些详细的地质勘探工作，但是在以往的花岗石矿床地质评价工作中，常常用钻探这一传统的勘探手段，然而大量实践证明，钻探对饰面花岗石矿床而言只能大致了解钻孔附近节裂密度分布情况，甚至不能准确判断岩芯断口是人为造成还是自然节裂产生，更不要说矿体的产状特征了。虽然在矿山建设前做了一些钻探工作，然而在花费昂贵代价后，却依然对自己矿山资源状况不清楚，这给后期生产带来诸多不利因素，甚至直接影响到企业的正常生产。

近年来，我国饰面花岗石矿床勘探技术，开始使用高密度电阻率物探法，这是一种分辨率高、解释方便、信息丰富、成本低、效率高，能清晰地刻画出具有高电阻率特征的石材矿体三维空间形态，对影响石材矿质量的风化层、裂隙构造等不利因素有较强的识别能力。实践证明该物探方法投入小、效率高，能够迅速查明矿区内风化层分布范围，石材矿体构造、产状、裂隙和隐伏断裂位置，以及荒料率和水文地质等，可为石材矿开采提供可靠的依据。因此，目前我国对于花岗石石材矿山探矿手段推广使用物探方法，辅以其他勘探方法，这样做不仅可以节约勘探成本，缩短勘探周期，同时还可以获取可靠的勘探资料。这项石材高密度电阻率物探技术在东北潮湿的森林覆盖区以及西北干旱戈壁地区进行石材地质勘查工作，取得较好的效果。特别是在新疆、吉林和黑龙江等地花岗石矿山的应用，并取得了事半功倍的探矿效果，可以减少探矿费用40%，缩短工期50%，但获取的地质资料更加可靠。

1.3 采矿方法选择不合理

石材矿山企业投资者，不愿在地质勘查和矿山开采设计上多投入，没有找有实力和正规的专业单位进行勘探和开采设计。在矿山开采方案的选择和开采设备选型方面都缺乏科学依据。以至于好多石材开发商在开采过程中不经验证，就把其他矿山使用的开采工艺搬到自己石材矿山上进行使用。由于选择开采方法与工艺时，没有依据矿山的实际地质条件进行采矿设计，例如本来对于中酸性、酸性浸入到岩中形成花岗石的矿床，因硬度较大，开采时应当选择机械化程度较高的开采方法，如金刚石串珠锯全锯切开采，圆盘锯配合劈岩机开采，却使用了技术落后的密集钻孔爆破法开采。又如本来矿山埋藏较深或风化层较厚，应该使用地下采矿方式，却选择了露天采矿方法，结果导致大量资金投入到无效的采剥作业中，而且还破坏了生态环境。结果浪费了几百万、甚至上千万的资金后，才明白走的都是弯路。

饰面石材矿山类型有露天开采和地下开采两种方式。露天开采分为山坡露天开采、凹陷露天开采和井式露天开采；地下开采分为山洞型开采（点矿柱房柱采矿法）和井巷型开采（连续矿柱房柱采矿法）等。其中，地下开采方式一般适用于山形陡峭、剥离量大和矿体直立的矿山。花岗石矿床上部一般都有风化裂隙层，在南方风化裂隙层多以化学风化为主，风化裂隙层较浅，采石方法多用露天开采，但从保护生态环境、防止水土流失，也可以使用地下开采；在北方特别是新疆、内蒙古西部等干旱地区风化裂隙层则以物理风化为主，风化深度一般在10～30米，有的更深，采用地下开采方式，将使开采作业变得更为实际，特别是对高档花岗石矿床使用地下开采技术，更是毋庸质疑的。

2 我国石材采矿先进技术的应用

我国早在汉、宋、清代就开始应用了石材矿山地下开采技术，开采凝灰岩、砂岩和粗面岩，用于民居建筑及古墓构件。主要实例有：一是浙江东部三门湾的一座奇特的岛屿，岛上有4个山体，共开凿了1300多个石窟，大的石窟有上万方甚至十几万方的石头被开采。整个采石场规模巨大，有数十万平方米，巨大的石窟却只用15～20厘米左右薄的矿柱支撑了千百年，现代力学者对此也是惊叹不已。此外，还有浙东宁海伍山石窟采石遗迹，共有30多个洞群，800多石窟，洞高10～100多米。以及浙西的龙游石窟采石遗迹，共有24个主窟，每个石窟面积1000～3000平方米，洞内均分布3～4根巨大石柱支撑石窟。二是广东佛山市南海西樵山的石燕岩石窟，是宋—清、明后發展石窟开采，以斜井或竖井掘进后采石，数十万平方米的古代地下采石场遗址，石窟高有30米，中心只有一根石柱支撑，千百年没有坍塌。而且，地下采石场地表植被依然保持原有状态，没有遭受到任何的生态破坏。

现代以来，国外大理石矿使用机械化技术对石材矿山进行地下开采也已经有几十年的历史了，特别是欧洲国家普遍使用地下开采方法（洞采）开采大理石。国内，目前地下开采大理石矿的企业有：甘肃金润玉石业有限公司、四川宝兴汉白玉开发公司和四川宝兴亿隆石材有限公司，引进意大利洞采设备和技术进行大理石地下开采。北京穿山龙洞采技术有限公司，福建泉州新兴采石技术研究所，采用国产钻机和金刚石串珠绳锯相结合的全绳锯洞采技术进行大理石地下开采；云南省云龙县松平坡板岩矿也采用了地下开采技术，等等。特别是近几年，国内大理石地下开采的企业也开始明显增多，可以说地下开采饰面石材技术在大理石矿山企业应用也逐渐趋于成熟。而且，采用地下开采方法和机械锯切开采工艺，可以使大理石矿山开采达到无破坏，无石渣开采，实现“低能耗、低污染、低排放”的三低绿色矿山。

3 花岗石地下开采的可行性

对于地表剥离量大或埋藏较深的花岗石矿体，如果能够采用与大理石相同的地下开采（洞采）工艺，会大大降低花岗石的开采成本。理论上讲，花岗石与大理石地下开采方法是相同的。但是在饰面花岗石矿山，目前还没有使用地下开采（洞采）石材技术的实例，这是因为大理石类石材硬度一般在莫氏3度以下，花岗石类石材硬度一般都在莫氏5度以上，因此现有成熟的大理石开采机械锯切设备完全不能用于花岗石地下开采矩形通道的掘进和矿房切顶，所以花岗石地下开采必须使用专用钻孔和锯切设备，以及施工工艺方法。

虽然，现在花岗石地下开采技术只有极少数国外矿山试验，但在国内福建泉州新兴采石技术研究所已经采用国产钻机和金刚石串珠锯相结合的全绳锯洞采技术开展了花岗石开采工业试验，并取得成功。北京穿山龙洞采技术有限公司和一些已经获得国家专利的全绳锯洞采技术和设备的发明人，也都认为使用钻机和金刚石串珠锯是完全可以实现花岗石地下开采。其原理是：首先，使用国产钻机和金刚石串珠锯进行地下开采矩形通道的掘进和矿房切顶。然后，使用深凹露天矿开采方法和开采设备进行矿房回采作业。

4 花岗石地下采矿技术可产生的效果

饰面花岗石矿山应用地下开采方法和机械锯切开采工艺，采石时可根据矿脉走向，追踪开采，荒料率高。而且不会破坏地表植被，还可以节约大量的剥离费用。一年四季不管刮风下雨都可以照常作业。开采石材时如同刀切豆腐块，成荒率高达90%以上，石材整体质量大大提高，并且石渣、烟雾和粉尘少，有利于环境保护，同时大幅度的降低综合开采成本。由于开采不需要爆破，还可以避免爆破生产事故的发生。所以，花岗石矿在开采时使用地下开采方法，必将获得较好的经济和社会效益。

如果再将近几年石材矿山使用的“条石/板材组合锯机”引入地下矿开采，可以从根本上解决了工程石材的传统开采和切片加工破坏资源、污染环境、成本高等问题。该锯机是石材开采与切片加工的组合锯机，可根据所需石材规格直接在石材矿体上进行采石和切片加工，锯切开采操作简单、高效、节能。切割刀具噪音小、切割速度快，采用水过滤自动循环冷却系统、大大节约了生产用水量。而且产量比传统设备提高4倍，投资费用节省70%。同时节省了荒料吊装运输和石材厂加工环节，节约了建立石材加工厂的费用及土地资源。

另外，开采完毕的地下石材矿山还可以建设矿山公园，进行产业结构调整。在国外的石材王国意大利就利用旧大理石矿山的地下采空区建设地下旅游娱乐项目，取得很好的经济效益。我国的深圳市龙岗区鹏茜矿业公司，在2005年矿山企业面临资源衰竭期时，在国家支持下利用旧大理石矿山地下采空区建设地下旅游娱乐项目，既节约了宝贵的土地资源，也是矿山企业关闭后如何进一步利用的全新探索，为安置职工就业提供了新的出路，同时还可以取得更好的经济效益，这些实践经验都可以为进一步开发利用花岗石开采资源借鉴。

5 花岗石地下采矿技术的可推广性

我国现在的石材行业仍然处于粗放发展阶段，也就是说整个石材开采行业还处在发展历程的初级阶段，之前大多数石材矿山仍处于盲目建设、无规划的开采，破坏环境、浪费资源的状況。全国约有50%石矿开采点处于技术非常落后，甚至野蛮开采；约有30%的矿点技术一般，但不具备规模经济；约有20%的矿点虽有一定规模与技术，但与国际水准仍有很大差距。全国石材荒料开采平均成品率仅为20%～25%，石材人均年产量约为25立方米左右；而意大利、西班牙等石材行业发达国家荒料开采成品率为70%～80%，人均年产量则为200～300立方米等。所以，石材矿山多具有“小、土、散、乱”的特点，开采技术总体还是比较落后。

另外，石材业由于长期家庭作坊式的混乱开采，人为造成了难以计数的“天坑”群，采石带来生态破坏、环境污染的情况，不仅使后续采矿带来安全隐患，也给矿山治理留下了重重难题。因此，石材开采的省市相继出台矿山生态修复治理的政策，例如：一是福建省泉州市安溪县2011年3月在全省范围内率先实现整个石材行业的全面彻底退出；2012年晋江市、泉州市石材开采业整体退出；2013年德化县、泉州台商投资区石材开采业整体退出；2015年泉州市、泉港区、南安市、惠安县石材开采业整体退出；2017年漳州市长泰县位于龙津溪生态控制区的吴田山所有石材采矿点在年底全部关闭。二是山东省青岛市建筑石材开采低于4万立方米/年的矿山于2013年年底实施关闭；济南市2015年关闭未采用轮锯开采的石材矿山。三是湖北黄冈市2013年8月关停247家石材开采加工企业。四是内蒙乌兰察布市2015年彻底关闭全市的石材产业。五是湖南汨罗市三益花岗岩矿区、南方花岗岩矿区10余家花岗岩矿山2016年1月全面关停，等等。所以，随着各地加大对石材矿山治理政策的落实，饰面花岗岩石材地下开采技术的推广和使用有着十分广阔的前景。

6 结语

随着国家石材发展政策的调整，新疆、内蒙古和甘肃省正逐步成为我国重要的花岗石主产区。如何处理好石材开采与环境保护的关系，成为每个执政者和工程技术人员的必须考虑的问题，惨痛的历史经验教训，表明石材开采绝不能再走过去的老路，我们应当学习部分欧洲国家出台限制使用露天开采石材的政策，鼓励使用地下开采石材技术，而且石材开采必须由有经济和技术实力的大企业经营，所有石材开发企业必须持有正规石材勘探部门提交的储量报告，并依此由正规的石材矿山设计院设计采矿方法，做到科学建矿与采石。矿山企业只要按设计开采石材，矿房和采空区的地表是永远不会塌陷，可以实现“绿色生态开采”，减少对绿色植被破坏，降低扬尘污染，有效保护山体、地表和植被生态系统。进一步促进花岗石矿床开发利用方式的根本转变，实现美丽与发展双赢，走出一条具有特色的花岗石绿色生态矿山开发之路，给子孙留下青山绿水，为建设“美丽中国”做出更大贡献。

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