采矿工程中绿色开采技术的相关运用研究

2020-12-10仝海伟

中国金属通报 2020年3期

仝海伟

（沈阳锦鸿工程技术有限公司，辽宁沈阳 110180）

采矿工程会导致岩层移动、破坏，引起地表沉陷、环境污染、农田设施破坏等问题。随着开采深度增加，矿山发生灾害的风险加大，威胁生产安全。新形势下，必须对开采技术进行改进和创新，遵循绿色开采、保护生态的原则。以下结合实践，探讨了绿色开采技术在采矿工程中的应用。

1 我国采矿工程的发展现状

金属矿山的开采，能为经济社会发展提供重要资源。传统开采技术下，地下水系统被人为改变，一些可以开发的地下水源消失不见；大型机械和爆破技术的应用，会造成植被破坏、空气污染。具体来看，如果矿井水进入农田，会导致农作物减产；进入河流水域，会造成鱼类死亡；进入地下水源，会造成水质污染。针对采矿工程引起的生态破坏、环境污染问题，已经成为世界各国关注的焦点[1]。《中国节能技术政策大纲》指出：新建矿山在经济、技术条件的允许下，优先采用露天开采模式，利用大型化、配套化的采矿设备，不断创新开采技术。在此背景下，为了响应国家节能、降耗、环保的发展要求，金属矿山的开采，必须实行绿色开采技术，建设环保节约型矿山。

2 绿色开采技术的内涵和意义

2.1 内涵

针对矿山进行绿色开采，其内涵是认识到矿石、瓦斯、地下水等，均是可以利用的资源，应该共同开发、合理利用，避免资源破坏和浪费。绿色开采技术的出发点，是金属矿山在开采过程中，尽量减少对环境和资源的不利影响，获得经济效益和生态效益的最大化。

2.2 意义

本质上看，矿山属于环境系统的一个组成部分，对矿山开采进行保护治理，可以将资源开发和生态保护有机结合，提高资源利用效率。一直以来，采矿作业存在重生产、轻保护的现象，导致矿山生态环境严重破坏。在此背景下，国家从省、市、县三级入手，编制了矿产资源的规划方案，调整矿山布局，关闭一批、改进一批、发展一批[2]。这些措施实施后，生态建设取得一定效益。但是，矿山开采过程中，要想减少对自然环境的破坏，就必须创新开采技术手段，实现资源的循环利用。大力发展绿色开采技术，对规范开采、节约资源、保护环境具有重要作用，也是建设文明矿山的第一步，是经济转型、社会发展的重要一环，能推动矿山可持续发展。

3 采矿工程中绿色开采技术的运用

3.1 离层注浆减沉技术

基于岩石控制理论下，地下开采作业时，应保证岩层不断裂失稳，保护地面建筑物，提高地下开采效益。离层注浆减沉技术的应用，首先要确定覆岩的关键层位置，分析离层、破断特征，开展技术可行性研究，制定完善的钻孔注浆工艺方案。结合实践，关键层初次破断前，离层区发育明显、离层量大，有利于注浆充填；如果关键层发生破断，离层区的离层量小，不利于注浆充填。因此，离层注浆技术的应用，必须在关键层初次破断前进行，提高覆岩的强度和稳定性，发挥出减沉效果。

3.2 采空区充填开采技术

对采空区进行充填，尤其适用于经济发达地区，有利于在建筑物下方开采作业。但是，该技术的最大限制，是充填采矿成本高，因此发展应用缓慢。该技术的应用，其一能防止采空区过度挖空，保护矿山结构，减少对地表植被的破坏，保留地面上的道路、建筑物。其二采矿作业更加安全，采空区对山体的影响小，能保护工作人员的安全。其三常规开采时，矿石损失率在30%以上，充填开采技术能回收利用矿石，提高资源利用效率[3]。其四充填材料以废石、废渣、尾矿为主，可以解决堆放问题，减少土地占用，实现双赢效果。

3.3 矿石瓦斯共采技术

我国矿山的变质程度高，含气饱和度小，由于岩层渗透率低，不利于开采前预抽瓦斯。随着矿山开采，岩层在移动过程中，其渗透率会明显提高，为瓦斯抽取提供了有利条件。因此，采用矿石瓦斯共采技术，建立两个开采系统，不仅能获得洁净能源，还能保证采矿安全。具体到技术层面，应根据岩层运动的特点，分析节理裂隙场分布对上临近层瓦斯涌出的影响，以及对下层开采卸压高度的影响，这是瓦斯开采技术方案的重要依据。

3.4 减少矸石排放技术

采矿必然会排放矸石，继而影响环境。要想减少矸石排放量，可以设置巷道，但如何维护巷道成为一个难点。在以往，巷道维护方案是：大断面预留量+可伸缩支架+巷旁充填。目前，则大多采用锚杆支护方案，需要解决的关键问题，是科学设置支护参数，形成抗剪切锚杆[4]。减少矸石的排放，可以从以下几点入手：第一，利用废弃物覆盖矸石，减少风吹带来的影响，避免造成环境污染。第二，矸石处理过程中，结合物理、化学性质，合理选择溶剂，对矸石进行分解。第三，对矸石综合利用，提炼矸石中的金属，提高经济效益；或者将矸石作为建筑材料使用，提高附加值。

3.5 优化爆破技术

在露天矿山中，传统爆破技术受到孔道、临空面、炸药因素的影响，而且对环境破坏严重，会产生空气污染。优化爆破技术，可以从台阶高度、装药方法、起爆方法、炸药单耗等方面入手。

以装药方法的优化为例，一方面可以使用连续性装药装置，既保证炸药充足，又能避免人工装药，降低人员成本，保护人员安全。另外在装药长度上，应充分利用穿孔长度，在改善爆破效果的同时，降低爆破作业成本，将节约的资金用于生态恢复上。

3.6 井下开采技术

从矿床的特点出发，结合地表工业场地、旧巷道的布局，采用中央并列式开采模式，将片盘、采区结合在一起。具体开采时，划分几个作业段，控制顶板压力，对回采工作面进行垂直开切，后退式回采矿石；放顶时，对工作面进行有效支护，压力降低后自上而下开采。举例来说，如果矿体厚度在2.5m以内，采用长壁法开采，利用浅眼落矿，每个炮眼深度控制在1.1m～1.3m之间，和工作面的夹角为60°[5]。炮眼的排列为等腰三角形，爆破后，使用电耙子将矿石移动至巷道，利用电机车运输至车场。如果矿体厚度在3m～5m之间，采用房柱法，矿房内不留矿，一次开采完；如果矿体厚度超过5m，采用房柱留矿法开采，具体开采作业方法不再详细描述。

4 绿色采矿技术的未来展望

4.1 资源利用集约化

绿色采矿技术的未来发展，要实现资源利用的集约化，要求如下：第一，矿山开采作业更加合理，注重技术创新，提高生产水平和产品档次。第二，矿产资源的利用率达到95%以上，最大程度上减少废弃物，尾矿和废渣要全部处置。第三，在开采方式上，以开发利用规划为准，将多种开采技术相结合，例如台阶式开采、中深孔爆破。第四，提高开采作业的机械化程度，减轻人员作业量，保护人员安全，遵循以人为本的理念。第五，减少土地占用，一边开采、一边绿化，矿区裸露面积要低于50%。第五，生产工艺具有环保性，落实环境影响评价制度，积极防治污染、治理水土流失，构建可持续采矿生产模式。

4.2 矿山管理规范化

矿山管理的规范化，要从以下几点入手：第一，结合矿山特点，建立生态保护管理机制，既要明确分工和责任，又要有完善的工作方案，设置合理的管理目标。第二，资源管理、环境保护、安全生产等各方面，均要有规章制度，确保资料、报表齐全。第三，矿区内有整洁的外貌、良好的秩序，针对常见的地质灾害，制定应急预案，及时消除隐患。第四，闭坑矿区及时复垦、复绿，满足验收标准要求，突出生态环保效益。