新时代背景下绿色矿山建设体系探索与实践

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(1.中煤能源研究院有限责任公司，陕西 西安 710054；2.中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安 710054)

1 新时代背景下绿色矿山建设的发展思考

新时代孕育新思想、新时代肩负新使命、新时代开启新征程。党的十九大从三个方面指出了加快生态文明体制改革，建设美丽中国的途径：一是推进绿色发展，构建市场导向的绿色技术创新体系；二是着力解决突出环境问题，构建政府为主导、企业为主体、社会组织和公众共同参与的环境治理体系；三是加大生态系统保护力度，建立市场化、多元化生态补偿机制。把生态文明建设提升到更高的战略层面，要求聚力推进绿色发展，发展绿色矿山是加强生态文明建设的重要任务之一。建设绿色矿山是煤炭工业整体转型提升，实现低碳发展、循环发展和可持续发展的正确路径。生态文明建设既体现了我国传统发展过程中对“真、善、美”的追求，也体现了经济全球化过程中全世界所呼吁的环境与发展的和谐[1]。煤炭工业作为资源获取与利用的过程载体，其生产过程与生态环境的原位性存在矛盾，发展煤炭工业“绿色化”，承接中国传统“自然和谐”理念[2]，并在生态文明发展建设期研究绿色矿山本质和新时代背景下的发展具有重要价值和意义。新时代绿色矿山及其对煤炭工业的影响具体表现在以下几个方面。

在经济层面，经济发展新常态的特征主要是经济增速放缓，由量增到质增转变[3]，这种转变要求煤炭工业发展在未来需通过不断科技创新，获得先进的探、采、选及配套安全技术，淘汰落后技术和产能，持续不断地降本和增效，同时通过不断地挖掘和培育煤炭企业新的经济增长点和增长动力，提高初级矿产品的附加值，实现矿产资源的高效循环开发利用。

在法制层面，《关于全面推进依法治国若干重大问题的决定》指出：全面推进依法治国总目标是建设中国特色社会主义法治体系，建设社会主义法治国家，这就要求了政府公权力的运行逐步规范化和制度化。对煤炭工业而言，将减少行政干预、暗箱操作等行为，促使矿业领域的公平、公正和公开发展，市场化运作属性将会更加突出。

在环境层面，《关于加快推进生态文明建设的意见》的总体要求是“全面促进资源节约利用，加大自然生态系统和环境保护力度，大力推进绿色发展、循环发展、低碳发展”，并部署“加快建立系统完整的生态文明制度体系，引导、规范和约束各类开发、利用、保护自然资源的行为，用制度保护生态环境”。明确我国煤炭开发领域未来发展必须是低碳环保开发，资源高效综合利用，同时也预示着未来煤炭开发利用过程中环保成本所占比重将大幅提高。

在社会层面，《关于培育和践行社会主义核心价值观的意见》中明确提出建立“利益协调机制、矛盾调处机制、权益保障机制，最大限度增进社会和谐”。这为矿业开发过程中如何正确处理矿地之间和矿山内部之间的矛盾指明了方向，即积极主动履行矿山社会责任，避免或尽可能降低矿山开采活动对属地社区生活的影响，建立与周边社区协调机制，最终实现矿地和谐共处的绿色矿山生产模式。

十九大以来，我国各个领域呈现出了新常态，这种转变已成为发展绿色矿业和建设绿色矿山的倒逼机制，发展绿色矿业，建设绿色矿山是煤炭工业在新时代下的唯一出路。

2 新时代绿色矿山的内涵发展

2.1绿色矿山的含义

绿色矿山指的是在煤炭资源开发活动中，在满足经济开采活动需要的同时又保证自然生态环境得到保护，实现资源开发与自然的和谐。因此，绿色矿山包含两层含义：一方面是建设环境友好型矿山，即煤炭资源开发的客体保持良好的生态系统，不因资源开发中人类的获取而发生根本性改变和破坏；另一方面，矿山环境保护不排斥经济发展，即矿山经济体系绿色化，使矿山生态系统与保护矿山开发所形成的经济系统保持协调[4]。

2.2 新时代绿色矿山的内涵发展

党的十八大以来，绿色矿山建设开启“深入”征程[5]。从国家到民族未来发展的高度来认识生态文明建设，与经济建设、政治建设、文化建设和社会建设并列，形成中国特色社会主义“五位一体”的总体布局。生态文明建设正式纳入国家治理体系，从社会发展的总体趋势上把握生态文明建设的深刻内涵，这一阶段赋予了绿色矿山更深层次的内涵[6]。绿色矿山是煤炭工业领域在新时代要求下，从过去单纯的追求经济发展目标转变为经济、环境和社会多重目标，实现社会、经济和谐发展。绿色矿山的内涵突出强调了矿山的社会服务属性，把产业发展与社会和谐作为绿色矿山重要目标之一，资源开发过程要对开发参与者体现出产业人文关怀，也要在经济能力辐射范围下带动周围经济发展，形成新的社会经济增长点[7]。

在新时代背景下，绿色矿山的内涵体现出了更多的包容性与开放性的特点，即在大数据、物联网和“互联网+”等前沿科技的有效支撑下，探索从地质勘探，矿山设计，高端装备制造、矿井建设，采选加工，到矿山闭坑后的生态环境恢复重建的全过程绿色无损构建路径，同时关注矿山开发全过程的人与自然和谐，遵循安全、绿色、节约、高效的方式合理开发利用矿产资源，实施以循环发展为主线的经济活动，着力资源综合利用和环保产业链开发和经营，实现矿山资源开发与生态环境保护协调发展和可持续发展的目标[8]。

3 新时代绿色矿山循环发展体系初步构建

3.1 总体思路

坚持人与自然和谐共生的新发展理念，树立和践行绿水青山就是金山银山基本方针，形成新时代煤炭行业绿色发展新模式和新内涵，即安全、环保、节约、高效。以采前地质透明化为基点，着力隐蔽致灾危险源探查技术和地质体三维建模与可视化技术，确保采前安全落地；以采中安全、高效、智能技术体系为基点，着力生态环境承载能力匹配、全覆岩无损控制、生态智能化监测和资源智能开采等技术，确保开采过程科学化落地；以采后无害化为基点，以“低扰动、立循环、高涵养”为技术核心，着力水资源有序资源化利用和固废、余能零排放等多零排放技术，确保采后生态效益落地。

3.2 主要原则

3.2.1 坚持创新导向、政策导向、发展导向和问题导向

牢牢把握创新发展理念，搭建创新平台，释放创新动力，激发创新活力，强化原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新，把创新成果变成实实在在的经济效益和社会效益；牢牢把握节能减排和生态环境保护等政策方向，准确切入国家能源战略和创新驱动战略需求重点，积极应用先进适用技术及装备，推动前瞻性、引领性政策落地生根；牢牢把握世界科技进步大方向和产业革命大趋势，准确切入世界煤炭资源开发技术革命最前沿，优先主题，大胆探索，勇于尝试，抢占制高点，使绿色矿山成为煤炭开采新技术的“策源地”。

3.2.2 着力全生命周期，辐射全价值链

新绿色矿山建设应贯穿矿井全生命周期，不仅着力于开采过程的开采方式现代化和资源利用高效化，而且着眼于采前的生态准备无害化和采后闭坑生态化。此外，绿色矿山建设不仅辐射建设链和生产链，同时还应关注价值链的末端——使用链，即煤炭利用的绿色化，进而实现全价值链绿色化。

3.2.3 践行“一先三同时”，确保“研究—设计—建设”协同一体化

新绿色矿山要事先准备、事中落实和事后保效，矿山企业要充分践行“先于研究、同时设计、同时施工、同时投用”原则，将研究成果充分吸纳和贯彻到设计、建设全流程，并与基本建设工程同时施工，同时投入使用，作为项目综合验收的主要要素之一。为了防止研究、设计、建设过程出现“多张皮”，积极推行“研究—设计—建设”协同一体化，相互验证、相互促进。

3.3 新时代绿色矿山循环发展体系初步构建

根据新时代煤炭行业绿色发展新模式和新内涵，通过搭建安全、环保、节约、高效四个子体系，初步构建新时代绿色矿山循环发展新体系。

3.3.1 安全技术子体系

煤矿井下生产系统是一个由人-机-环境构成的、空间极其复杂的安全生产系统。虽然安全事故发生的机理各有不同，但引发事故的因素却相互关联，在时间、空间上各种灾害相互影响。因此，根据煤矿井下灾害系统的结构特点，寻求并建立科学、合理的本质安全型矿井安全感知和预测模型，并与实际生产相结合，是矿井安全管理与控制的关键问题。安全技术体系重点在煤炭开采灾害综合治理超前感知，主要涵盖地质预测预报三维可视化技术和矿山物联网安全生产超前感知等技术。地质预测预报三维可视化技术利用高精度地质勘探手段对地质信息进行精确探测，而后导入矿井三维可视化平台软件中，利用统计算法对信息进行智能研判，提前预警可能出现的各类地质灾害。矿山物联网安全生产超前感知技术利用具有环境能量捕获功能的低功耗物联网设备，将矿井生产中各类信息统一集成处理，上传矿井物联网主机端，并入矿井高效预测决策系统智慧终端，为生产安全提供预警和决策的基础数据。该体系从地质安全、生产安全两方面共同构筑人员生命健康的防火墙，奠定本质安全型矿井技术基础。

3.3.2 环保技术子体系

煤炭开采应防止或尽可能减轻对环境和其他资源的不良影响，取得最佳的经济效益和社会效益。根据煤矿中土地、地下水、瓦斯以及矸石排放等禀赋情况，环保开采技术主要包括水资源保护、土地与建筑物保护、瓦斯抽放等。重点在绿色高效充填开采、绿色高效分选技术与装备、采动损伤监测与控制、采动塌陷区治理与利用、保水开采、矿井水综合利用及深度净化处理、生态环境治理，西部绿色建井理论与设计等方面开展研究与攻关。主要涵盖“煤-水”双资源型矿井开采技术等技术。其中“煤-水”双资源型矿井开采技术是指通过合理的开采技术方法，尽量避免扰动矿井含水层结构，并通过将矿井水资源化利用，达到煤炭和水的双资源共同开发与矿区生态环境保护的协调发展目的。条带充填控水采煤技术采用条带充填方式控制导水裂隙带发育，在以往“保水采煤”的基础上更进一步，不仅保护了地表潜水，而且保护了地下承压含水层，使矿井的涌水量减小60%，将宝贵的水资源留存地下；此外，该技术还将矸石回填井下，实现了矸石的零排放。千万吨级矿井井下煤矸智能分选技术利用智能机器人拣矸，实现了矸石从井下煤流中分离的目的，从而减轻地面矸石处理压力，节约了地面用地，保护了生态环境。无煤柱开采技术利用条带充填的有利条件，对本工作面回采巷道进行留巷，作为下一工作面回采巷道，每年减小了井下30%左右的掘进工程量，资源回收率提高10%以上。燃煤锅炉超低排放技术采用低氮燃烧、脱硫脱硝工艺，使大气污染物排放浓度即烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别下降50%、30%和50%。为了监控采动对地表的影响，采用D-InSAR技术实时监测采空区地表位移及生态变化情况，为地表生态恢复治理提供科学依据。为了改善矿区生态环境，在工业场地周边选取场地作为生态改善示范园区，利用矿井富裕水量进行园区植被重建。环保技术体系从井下控水、节水、地面减沉、污染物减排、生态改善等多方面提出了一整套技术体系，实现了零水排放、零矸排放、零污燃烧等多零排放目标，最终实现采中、采后对生态环境的绿色保护理念[9]。

3.3.3 节约技术子体系

煤炭资源节约开采是适应煤炭行业高质量发展的需要，是建设资源节约型、环境友好型煤炭企业的需要，也是当前社会发展的必然趋势。煤炭节约开采应重点研究煤系共生伴生资源综合高效开发利用、煤炭资源回收率提高等方面开展研究与攻关，在节约技术体系中，主要包括海绵矿井、低温余热利用等技术。其中海绵矿井技术采用绿色屋顶、渗水坑、雨水塘等方式将雨水收集起来，而后经过沉淀过滤复用在各用水单位，该技术可有效缓解场地内涝，控制场地面源污染，实现雨洪资源化利用。矿井水自循环净化及储存回用技术利用煤矿分布式地下水库，将矿井涌水储存在井下采空区中，利用采空区的天然沉淀和过滤作用，对矿井水进行初步净化，并在井下设立井下水处理系统，使矿井水处理后直接复用井下，富余部分从主排水泵房排至地面，该技术节约了水处理和排水费用。低温余热利用技术通过采用热泵机组及成套设备，将矿井乏风和涌水的热量转化为可使用的高位热能，节约了矿井的余热资源。节约技术体系体现了对资源和能源的节约，实现了零能排放的目标，进而实现对生态环境的无害化。

3.3.4 高效技术子体系

通过大力引入智能工作面成套技术及装备，引入复杂条件下的自感知技术、复杂环境下高可靠性在通信技术、智能专家决策控制技术，推广少人化和无人化智能工作面。在井下地面大力推广自动控制和无人值守，大幅缩减矿井劳动定员，提高效率。在高效技术体系中，主要涵盖回采高效、掘进高效和决策高效等技术。回采高效对应的是“智能工作面成套技术及装备”，其核心是在采煤机精准定位的前提下，利用电液控系统实现支架的自行动作，并通过专家决策系统实现其他系统的自动运行与故障报警，该技术能够实现工作面“无人化”，从根本上保证的人员的安全。掘进高效对应的是“少人化无网薄喷大锚杆支护快速掘进技术”，该技术的实质是利用新型材料简化了支护工艺，增强支护效果，提高掘进速度，减少作业人员数量和保障作业人员安全。决策高效对应的是“基于云服务和大数据技术的煤矿智能预测和决策技术”，该技术利用应用人工智能建立了一系列安全预测模型，能够针对矿井各种复杂的地质条件、设备情况、开采情况作出智能预测或决策，提高矿井决策效率和水平。高效技术体系体现了高效生产在减员增效方面的优势，最终实现对矿工生命和健康的有效尊重，促进产业发展与自然、社会和谐。

4 应用案例

4.1 项目背景

陕西省陕北侏罗纪煤田经过20多年的大规模开发，在推动中国经济发展和保障国家能源安全中起着重要的作用。但是，随着煤炭开采规模的不断扩大，也凸显一些亟待解决的问题，主要表现在：安全生产形势依然严峻，水害、火灾等安全生产问题仍然突出，煤矿事故未得到完全、有效遏制；煤炭开采对矿区生态环境影响大，水资源破坏、地表沉陷、水土流失等问题严重制约矿区可持续发展，恢复治理滞后、绿色开采理念尚未完整贯彻；资源回采率低，“采肥弃瘦”、“乱采滥挖”问题未得到有效遏制，资源浪费严重，未实现资源节约化开采；煤矿信息化水平相对滞后，未完全凸显优越地质条件下高产高效矿井信息化和智能化优势[10]。为了解决这些问题，从转变传统煤炭产业发展思路出发，摒弃传统的以产量为重心的粗放型发展模式，走环境友好、资源节约的科学、绿色开发之路，有必要因地制宜地构建绿色矿山新型发展模式。

4.2 项目实施

从突出行业关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术为出发点，构建了全周期全价值链绿色无害化开采技术框架体系，涵盖以地质预测预报三维可视化技术和矿山物联网安全生产超前感知技术为基础的安全技术体系；以智能工作面成套技术及装备和少人化无网薄喷大锚杆支护快速掘进技术为基础的高效技术体系；以“低扰动、立循环、高涵养”为技术核心和以“煤-水”双资源型开采技术、条带充填控水采煤技术、隔水层强化与含水层柔性再造技术、无煤柱开采技术、千万吨级矿井井下煤矸智能分选技术、燃煤锅炉超低排放技术、生态监控技术、生态改善技术为基础的环保技术体系；以海绵矿井技术、矿井水自循环净化及储存回用技术、低温余热利用及浅层地热能技术为基础的节约技术体系。遵循“应用一批、示范一批、攻关一批”的甄别原则，实现“控水得力、保水有效、生态改善”的绿色开采目标和“零水排放、零矸排放、零能排放、零污燃烧”的多零排放目标，建立了陕北侏罗纪煤田绿色矿井绿色无害化开采技术体系，形成了区域绿色矿山开采技术标准。

5 结 语

新时代背景下绿色矿山建设突出强调了人与自然、人与人、人与社会的和谐共生、良性循环和全面发展，从塑造全生命周期新绿色矿山的延展性出发，应建立项目“众参平台”，从地质勘探、初始设计开始引入三维协同设计技术、BIM技术。通过数字信息仿真模拟，建立完备信息库、信息高度关联和一致、可视和协调等，将勘探单位、建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等项目参与方在同一平台上共享信息模型，建立与新绿色矿山相匹配的、企业协同的政策体系、工作体系和标准体系，探索地区模式、行业模式、企业模式相融合的规范型、特色型协同发展的新绿色矿山建设与发展格局。