信阳上天梯珍珠岩矿绿色建设思路分析*

韩复兴 杨大干 黄 晨

(1 安阳贝利泰陶瓷有限公司 河南 安阳 456300)(2 信阳市生态环境局上天梯分局 河南 信阳 464117)

前言

河南信阳珍珠岩矿床位于桐柏-商城近东西向火山岩带西部上天梯一带。区内出露地层为白垩系陈棚组(K1c)和周家湾组(K2z)火山岩系。其中陈棚组杨家湾段(K1c5)为一套火山熔岩，是珍珠岩的主要赋矿层位，由珍珠岩、流纹岩、燧石岩及膨润土和沸石组成。矿床由6个矿体组成，最大的矿体长1 400 m，宽300～800 m，厚60～120 m，其它矿体长50～800 m，宽50～570 m，厚10～60 m。矿体多产于火山熔岩层中部，底板为凝灰质页岩，在页岩与珍珠岩之间为层状膨润土，顶板为流纹岩、砂砾岩、膨润土等，局部可见流纹岩舌状体插入于珍珠岩矿体之中。矿体形态受古地形控制，总体上呈豆荚状、囊状、似层状等，倾向北东，倾角 8°～ 10°。按其脱玻化程度分为珍珠岩和脱玻化珍珠岩两种自然矿石类型。前者多呈灰色，断口具强玻璃光泽，透明-半透明，全玻璃质结构，具典型的圆形、椭圆形珍珠状构造；脱玻化珍珠岩呈灰白色，半透明，具典型的珍珠状构造，柱状节理发育，节理面上多发育一层白色膨润土(脱玻化产物)。矿石成分主要为酸性火山玻璃 ,偶见长石、石英斑晶。

下面分析信阳上天梯珍珠岩矿及其副矿的开发建设利用思路。

1 基本思路

依据《全国国土规划纲要(2016～2030年)》第六章“综合整治”之第五节“加快矿产资源开发集中区综合整治”之“加快绿色矿山建设”提出的“进一步完善分地区分行业绿色矿山建设标准体系，全面推进绿色矿山建设，在资源相对富集、矿山分布相对集中的地区，建成一批布局合理、集约高效、生态优良、矿地和谐的绿色矿业发展示范区，引领矿业转型升级，实现资源开发利用与区域经济社会发展相协调。到2030年，全国规模以上矿山全部达到绿色矿山标准”，矿产资源开发集中区综合整治目标。

矿山开采必须要严格遵守国家环境保护和矿山安全法律、法规有关规定，按矿山环境影响评价报告、水土保持方案、矿山安全设计及其审批意见实施，严格执行环境保护和矿山安全生产“三同时”制度进行，并遵循安全、绿色和智慧3大基本原则。

2 基本原则

2.1 安全原则

信阳上天珍珠岩矿露天开采技术方案，是基于安全、环保、绿色发展方向和矿山的地质结构和综合开采利用价值来提出的。信阳上天珍珠岩矿露天矿山开采方案是一项涵盖很多方面的综合性工程，其中不仅包括了常见的运输、采矿、通风等，还包括企业管理、爆破、机械、环境保护等诸多内容，与其他行业相比，其自身的不安全因素较多，工作本身和工作场所都具有一定的危险性。所以，开采一定要注重安全管理措施的实施效果，科学有效地实施各项安全作业，从而保障相关人员的人身安全。

信阳上天梯珍珠岩矿露天矿开采由剥岩、采矿和掘沟3个环节组成，其主要生产工艺程序包括：穿孔、爆破、矿(岩)的铲装、矿岩的运输及岩石的排卸。信阳上天梯珍珠岩矿露天开采技术方案包括以下5大防护措施：

2.1.1 爆破安全管理

爆破是矿山露天开采常用的一种手段之一，同时其也是最容易出现事故的主要因素之一。因此，要想杜绝出现矿山安全事故，就要从严格规范爆破安全制度入手。首先，爆破技术人员必须接受过严格的爆破技术训练和专业的安全教育，并能够掌握科学精确的爆破安全规程和正确的安全操作方法。其次，爆破作业的爆破准备、药包加工以及爆破检查等环节都必须保证科学、准确和无遗漏。再次，在进行正式爆破之前，还要对爆破环境以及天气情况等进行了解，严禁在夜间、雷雨、黄昏等时间实施爆破作业。爆破前还要对炮孔进行再次确认，防止出现乱孔、积水和卡孔等问题。最后，起爆前，所有人员必须撤离到预先准备好的安全地点，从而防止早爆事故造成伤亡。爆破完毕后，相关人员还要能够严格按照规定的等待时间进入爆破地点进行检查。对于爆破作业频次和爆破量不是特别大的企业，建议找专业的爆破公司进行专业爆破，减少投入和防护费用。

2.1.2 采装安全管理

采装工作是整个采矿业最重要的组成部分，它不仅包括挖掘机和装载机对于相关材料的获取和装载，还包括各类设备的运转以及相关车辆的运输。挖掘机警报器和喇叭必须完好，在进行如移动或者工作等各种操作时都必须先行发出相应信号；挖掘机、装载机等进行作业时，任何人不得在其铲斗和悬臂下面以及工作面活动范围内进行停留；禁止向相关的运输设备装载过满和装载不均，以免引起翻车等意外事故；装卸货物时，汽车司机不得无故停留在司机驾驶室以及装载设备活动范围之内；在相关运输设备进行运转时，无关人员不得进入设备运转范围内；材料装载期间，相关工作人员不得在非吸烟区进行吸烟；挖掘机在经过相关地方时，应做好线路保护措施；相关的设备维护人员以及各类司机或者操作人员应严格按照设备操作流程进行有效性操作，实时检查设备的运营情况，保证设备在运转时不会发生漏电等意外事故。

2.1.3 防尘措施

由于露天采矿处在一个相对开放的空间，必须具备相应的防尘措施，避免防尘措施不到位而出现污染问题。矿山的综合防尘措施有8个大部分构成，分别是实施湿式作业、注重个体防护、不断改革生产工艺、严格通风除尘、加强科学管理、保证密闭尘源、以及定期测定检查和强化宣传教育。露天矿山防尘的主要措施是洒水降尘和采取湿式作业，还有应注意以下事项：

(1)矿山在生产过程中，相关人员每天都要接触到相关的有毒物质，而去除这些有毒物质的最好办法就是通风排毒。

(2)当发现出现意外泄露等问题时，一定要先采取通风排毒措施、穿戴好相关的防毒面具之后才能进入现场，实施抢救。

(3)建立健全科学的卫生设施，做好定期健康检查与环境监测。

2.1.4 防水及排水措施

矿山防水排水是露天矿最重要的工程之一，对于整个矿区安全有着巨大的影响，因此，无论是进行设计以及施工过程中都要确保工程的科学性和有效性，确保其安全无误。在常规的矿区排水设计过程中，一般有以下4种排水设施：①具有山坡特征的露天矿，这种矿一般采取自流排水系统；②适用于过水面积较小，水流量不大的矿区，可以使用底部集中排水系统；③适合那些开采较深，水流量较大的矿区，也就是使用分段截流排水系统；④适用于涌水量非常大的露天矿，这种矿区可以采取地下井巷排水系统。这4种排水系统可以相互使用，因实际情况而决定。

除了需要排水，防水也要重视，在日常矿区运作中，对于一些防水设施和材料也要经常性地进行检查，确保在出现问题时，能够发挥其作用。

2.1.5 边坡的处理与防范

边坡安全管理是露天矿山安全管理工作的重要构成部分，对于露天开采是否安全有着直接的关系。露天矿山在进行日常安全管理的时候，应该遵从以下原则：首先，认真贯彻“采剥并举，剥离先行”的方针；其次，一线的安全管理人员应对采场进行全面检查，发现易坍塌的大块浮石、松石等安全问题及时进行报告以及处理；再次，要加强雨季边帮、采场工作，注意爆破后与大雨后边坡的稳定核实工作；最后，要时常对边坡进行修整和清理，维护边坡的持续稳定。

2.2 绿色原则

矿山建设开发要严格遵守绿色矿山建设要求，按《非金属矿行业绿色矿山建设规范》(DZ/T 0312-2018)和《砂石行业绿色矿山建设规范》(DZ/T 0316-2018)执行。同时，设立矿山环境治理恢复基金，单设会计科目，按照销售收入的一定比例计提，计入企业成本，由企业统筹用于开展矿山环境保护和综合治理。矿山关闭前按要求完成矿山地质环境恢复治理和土地复垦任务。

2.2.1 矿容矿貌

矿区按生产区、生活区和管理区等功能来进行分区，各功能分区应符合《工业企业总平面设计规范》GB 50187的规定；生产、生活、管理等功能区应有相应的管理机构和管理制度，运行有序、管理规范；矿区可绿化面积内应全面实现绿化、美化，整体环境整洁美观。应因地制宜绿化、美化矿区环境，矿区绿化应与周边自然环境和景观相协调，绿化植物搭配合理、 长势良好，矿区的绿化覆盖率应该达到100%。

矿山工业场地、废石场、排土场厂址选择合理，场址的设计应符合《危险废物贮存污染控制》GB 18597、《一般工业固体废物贮存、处置场污染控制》GB 18599 的规定。 矿区地面运输、供水、供电、卫生、环保等配套设施齐全，矿区标识、标牌等标志物规范统一、 清晰美观，标牌设置应符合《标牌》GB/T 13306 的规定，安全标志设置应符合《矿山安全标志》GB/T 14161 的规定。

厂矿道路应满足以下要求：

(1)厂外道路及厂内道路应实现硬化，硬质化率达到100%，厂内(外)道路应采用水泥混凝土路面或沥青路面，道路两侧因地制宜设置隔离绿化带。

(2)露天矿山道路宜选用泥结碎石路面，破碎车间卸料平台应采用水泥混凝土路面。

2.2.2 绿色开发

习近平总书记强调“推动形成绿色发展方式和生活方式，是发展观的一场深刻革命”。信阳上天梯珍珠岩矿绿色矿山建设应从绿色勘查、绿色开发、产业布局、科学规划、规范管理5个层面进行顶层设计。在绿色开发方面，选用绿色工艺技术装备，譬如电驱动铲车、装载车，低噪音钻机、空压机，电热膨胀炉等绿色能源技术装备，采用剥离——排土——生态修复——一体化开采开发工艺技术；设置开采区和矿区两道绿色隔音防尘屏障，建设密闭排土料场，并设置雾炮和喷淋设施，车辆出开采区和矿区全封闭、全部经例题喷淋洗车机清洗干净，道路全面硬化、绿化和美化，道路要实现24 h吸尘、洒水，道路无覆土，渠沟无淤泥和石渣要及时清理。通过工业4.0+、G5+、6S+，促进安全、绿色、智慧、文明开发，形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，为人民创造良好生产生活环境。

2.2.3 综合利用

按照减量化、资源化、再利用的原则，综合利用各类矿产资源，提高资源综合利用率。信阳上天梯珍珠岩矿主体矿——珍珠岩矿可用于生产膨胀珍珠岩用砂和膨胀珍珠岩，珍珠岩微粉可以用于发泡陶瓷隔墙板和保温板生产用原料，膨胀珍珠岩和膨胀珍珠岩玻化微珠可以用来生产保温砂浆、隔音隔热防火保温隔墙板和装饰纸面石膏板等原料。信阳上天梯珍珠岩矿共伴生矿石主要为凝灰岩矿、沸石矿、膨润土矿，固体废弃物为流纹岩，均可作为优质陶瓷原料，功能性建材用料、建筑砂石骨料、机制砂石料、水泥工业用料，也可以用来生产发泡陶瓷隔墙板和保温板用料，实现100%综合利用。同时信阳上天梯珍珠岩矿共伴生矿石主要为凝灰岩矿也可以粉碎后，用于复垦；其他剥离物可用作水泥配料、砂石骨料或其他工程用料，最大限度地综合利用资源，减少固体废弃物的排放。

矿山废水综合利用应遵循“统筹规划、分类管理、分质利用”的原则。 矿山采用洁净化、资源化技术和工艺合理处置矿坑水和生产废水。 通过生产废水处理设施，将选矿或加工生产废水实现100%循环使用。

2.2.4 环境保护

矿山环境是指采矿活动影响到的大气环境、地表水环境、地下水环境、声环境、生态多样性等环境要素的集合，矿山环境保护问题是矿业活动与环境之间相互作用和影响产生的环境演变、破坏和污染等问题。

珍珠岩矿的环境保护措施，主要是针对开采过程和生产过程，需加强对废气、废水、噪声、固体废物和生态环境方面的治理以及对于生物多样性影响的预防和平衡。同时，结合新技术应用在矿山生态环境中的监测，形成总体上对于环境保护的管控体系，通过环境监测，准确、及时、全面地反映环境质量现状及生态影响发展趋势，为矿山环境管理、控制及监管污染源提供科学依据。

在开采过程中，采取新爆破工艺，如微差控制技术、电控能量集中释放技术等，通过采取精准化措施，利用减少爆破粉法，同时选择全自动化水雾增湿除尘技术，可有效减少开采过程中产生粉尘；在生产中，建立全封闭加工厂，内部配备高效粉尘收集系统，有利于厂内实施抑尘、降尘等措施；矿区不设置露天料场，料场装卸全部在封闭环境下进行，以杜绝大气污染；对于废水的治理，在开采过程中，采取100%循环再利用，同时还可以充分结合矿井积水作为补充，矿区生活用水经无害化处置后可用于场区绿化等利用措施，满足5个一百的指标要求，粉尘污染控制100%不构成影响空气环境指标的污染源，使生活污水处理及无害化率100%、地表水环境质量达标率100%、废水循环再利用率100%、污泥无害化处理和利用率100%。

在矿石开采过程中通过选用低噪声设备，在设备上加装阻尼材料、隔震材料、消声器等，减轻噪声源的产生；同时，矿区应加强与周边村庄或居民区的隔离带建设，并对生产和运输时间进行合理调节和管理，避免扰民；采取全封闭装有隔音材料的砂料及粉料加工厂车间，可以最大程度地对生产过程中产生的噪声进行管控，最大程度将噪音控制在合理范围内，同时通过矿区和谐措施、矿区党建基层密切联系等工作，做好生态文明共建、共创、共抓工作。

对于矿区和生活区的固废和垃圾，按工业和生活进行分类存放和管理，矿区开采及生产过程中的边料和余料已经实现100%资源化利用，主要的工业固废来源就是解决好工程设备废油及储能电池等化学物质的无害化处置，要设置专门的封闭式存放场所加以危险废物标识，委托具有处理资质的第三方进行集中处理；生活垃圾应转运到市政集中垃圾中转站，统一处置；从源头治理和采取系统化、流程化的处置措施，不留任何隐患；通过建立花园式矿区，积极成为地方的展示窗口。

针对开发开采矿产资源可能破坏矿山及附近植被、影响生物生存环境、对区域物种多样性带来隐患等问题，可以对矿区所处生态环境进行长期监测，及时发现潜在的有害、有毒物质，避免造成生态污染及环境影响，有效治理和改善矿区及附近地区的生态环境，为生物的生存和发展提供正常的空间；矿区动植物种类的变化情况，间接揭示了矿区生存要素(如空气、水源等)的变化状况，这也是砂石矿环境保护的目标之一，即加强保护矿区及附近地区的生物多样性，也是衡量大气环境、水体环境是否被破坏的重要体现。

2.3 智慧原则

针对我国当前露天矿信息化建设中存在的信息孤岛，无法高效协同实现数据资源共享、生产装备自动化程度低、对安全的自动判断和预警不足等问题。建议采取“5G+智慧矿山”项目，包括5G+视频监控、5G+安全防护、5G+VR/AR、无人机巡检、无人矿采等场景应用，将把云计算、大数据、物联网、区块链、人工智能等新技术，引入矿山开发和管理中。以矿山三维仿真、矿石在线安全、环保监测、生产智能矿和车辆智能调度为重点，实施推进机械化换人、自动化减人，实现矿山开采机械化、矿石加工自动化；建立数字化三维资源储量模型与经济模型，进行矿产资源储量动态管理和经济评价，实现地质矿产资源储量利用的精准化管理。建立安全监测监控系统，保障安全生产，实现露天矿山采场作业范围、排土场(废石场)、爆破器材库、危险化学品库等场所实现在线监控；实现变(配)电室、供排水设施、空压机、皮带运输系统等设备设施实现无人自动化系统值守；实现矿石破碎加工、输送、储存等有人作业的全封闭设施内应设置粉尘监测系统，并实现超限报警功能。建立办公自动化系统，实现矿山经营、生产决策、安全生产管理和设备控制的信息化。

3 工艺路径

建设安全、绿色、智慧、文明矿山，是促进矿山可持续发展的必要条件。信阳上天梯珍珠岩矿及其伴生矿，建设山坡型露天开采示范模式，采用阶梯状层层剥离，爆破与机械结合的开采方式，开采后的矿石经智能分选、分类、分用途、分级别加工。“六二一”矿区建设目标包括防尘覆盖率，矿区绿化覆盖率，土地复垦率，共伴生矿资源综合利用率，固体废弃物资源综合利用率，生产废水实现100%循环利用；数字化水平大于70%，企业职工满意度和矿区群众满意度大于70%，研发费用投入大于上年度主营业务收入的5%等。

生态科技产业园，建设以矿石、伴生矿及废矿绿色深加工、膨胀珍珠岩及玻化微珠生产、发泡陶瓷、膨胀珍珠岩基轻质石膏板、水泥板及砌块等新型功能建材产品。

珍珠岩及其副矿采用干法制砂工艺技术装备加工，制备符合工程用骨料，建筑建设用矿砂、膨胀珍珠岩用矿砂、发泡陶瓷用矿石粉等初级产品，其工艺流程如下：

原矿——粗碎——筛分——中碎——筛分——粗矿砂——筛分——细尾砂

发泡陶瓷隔墙板及装保温板，是以珍珠岩及其副矿为主要原料，具有隔热、隔音、保温、调湿等功能的新兴功能陶瓷产品，其工艺流程如下：

原料入场——配料——球磨——泥浆陈腐——喷雾造粒——干压成形——坯体干燥——施釉——二次干燥——烧成、发泡、退火——切割——开槽——可装配式建筑部件

膨胀珍珠岩基石膏板、水泥砌块等功能建材，是以膨胀珍珠岩或玻化微珠为主体原料，辅以矿粉、石膏、水泥等胶凝材料，生产出的新型建材产品。

4 结论

以建设绿色珍珠岩矿为契机，提出安全、绿色、智慧、文明建设思路，以及建设基本原则和生态发展工艺路径。

(1)实施绿色矿山建设：以绿色矿山建设为基本思路，遵循安全、绿色和智慧3大基本原则，层层分级，细化各项目标。

(2)实施生态发展工艺路径：做好工艺路径和做好顶层设计。

(3)在工艺路径方面：研究“工业4.0+绿色矿山+生态科技产业园”工业模式，实现矿山安全、绿色、智慧、文明开采、加工和生产，致力打造绿色砂石料供应链。研究发泡陶瓷、水泥基、石膏基膨胀珍珠岩新材料；研究矿山安全、绿色、智慧、文明矿石开采新工艺，新型功能材料及制品生产新工艺、生态科技新技术，实现绿色园区新模式发展；利用工业4.0+装备技术和5G+信息技术，实现固体废弃物生态、循环利用和功能型产品安全、绿色、智能、文明生产。

(4)在顶层设计方面：引进光伏发电、风力发电、特色旅游、休闲度假、文化艺术体验、医疗康养、生态农业、生态林业与矿业、工艺融为一体，通过科技引领，跨界融合，推进自然资源绿色开发、生态发展、循环利用、高效发展，实现区域经济高质量发展，实现矿山、尾矿、废石、建筑固废资源化的最大利用，实现固废填埋场、废弃矿山生态环境的最佳修复，做到物尽其用、永续发展，切实践行习近平总书记的“绿水青山就是金山银山”的理念，建设美丽中国，为实现中华民族伟大复兴的“中国梦”做出贡献。