环境保护背景下地质矿产勘查及绿色开采技术创新

2021-01-04张书仁黄朝阳

中国金属通报 2020年16期

张书仁，黄朝阳

（1.崇义县自然资源局，江西赣州 341300；2.江西省赣州市自然资源局，江西赣州 341000）

地质矿产勘查是依据先进的地质科学理论，参考大量的地质资料结合野外地质观察信息，采用地质测量、物化探等综合地质技术和方法，得到地质矿产切实信息资料的一项工作。按照一般的矿产资源开采流程，地质矿产勘查工作是矿产开发工作中的第一个环节，可以为后续的开采工作提供较为精准的参考数据，从而提高矿产开采工作的效率。由于环境保护概念的提出，矿产开采所使用的技术发生了改革，当前诸多地质矿产的开采都逐步运用新的技术，即绿色开采技术[1]。

绿色开采技术的应用原则是实现循环绿色环保经济工业，重点突出高效率、低开采、低排放的开采技术理念。绿色开采是地质矿产资源实现可持续发展的必然趋势，实施绿色开采技术对促进现代矿产资源的发展具有重要意义。当前，绿色开采技术只针对矿产的开采过程，未能实际应用到地质矿产开发过程中，因此对于环境的保护未起到作用，矿产周围的环境依然会造成负面影响。另外，由于绿色开采技术需要投入更多的人力与经济成本、实施难度较大，在实际的开采工作中绿色开采技术的利用率较低，因此，对环境保护的作用不大。为了解决当前矿产开发工作中存在的一系列问题，从地质矿产勘查和矿产开采两个方面进行技术的创新，在保证矿产资源开发工作顺利实施的同时，要实现对环境最大化程度的保护。

1 环境保护背景介绍

当前，环境保护已经成为人们亟待解决的问题，协调人类与环境的关系最为主要，从而保证经济与社会的持续发展。环境保护一般可以分为土地环境保护、水资源环境保护、空气资源环境保护、森林资源环境保护等多个方面，而矿产资源的开采会直接污染矿区周围的土地环境、水环境和空气环境，对于森林资源的影响较小，可能会影响周围少量植被的生长，但影响程度较低。环境保护的方式可以分为两个方面，一方面是对未遭受环境污染与破坏的区域进行保护，可以最大程度的降低该区域内环境被污染和破坏的可能性，另一方面就是对已经受到污染和破坏的环境区域进行治理，控制环境的污染程度不会进一步恶化。

2 地质矿产勘查分析

根据中国《找矿突破战略行动纲要》理念，在进行地质矿产勘查工作中需要遵循统筹规划、拓宽领域、合理布局等原则，在相关的法律法规约束下，保证勘查工作的规范性。地质矿产勘查的基本内容是汇集地质、矿产、地球物理、地球化学以及遥感地质等多个层面的资料，建立地质矿产资源数据库，结合控矿元素理论、找矿标志、矿产预测等工作，直到发现目标矿体。地质矿产勘查需要经历五个步骤，一、根据勘查任务和收集的相关资料，编写项目勘查设计；二、按照批准的设计和审查意见，实现原始资料的编录与取样，并制定勘查工程的施工管理策略；三、遵循室内与室外相结合理念，整理并整合地质资料；四、在勘察工作结束前，对野外资料的质量进行验收；五、最终编写地质矿产的勘察报告[2]。目前由于地质矿产勘查投入资金力度不足且勘查工作体制落后，导致地质矿产资源勘查技术停滞不前，为此需要对地质矿产勘查技术进行改革，为矿产绿色开采提供更加精准的勘察数据。

3 矿产开采技术的发展现状

目前中国的矿产类型可以分为露天和地下两个部分，其中露天矿产大多使用露天开采技术，利用一系列采掘设备在露天环境下，以山坡露天或凹陷露天的方式，逐渐向下剥离岩石，采出有用矿物的一种采矿方法[3]。而地下采矿技术包括地下开采、自然支撑采矿方法、人工支撑采矿方法以及崩落采矿法等。无论是地下矿产开采还是露天矿产开拓，矿产的采准还是回采，都要经过凿岩、爆破、通风、装载、支护和运输提升等工序，难免会带来环境问题和安全问题。其中矿产开采通常会产生的环境问题包括水土流失严重、土地沙漠化、地面塌陷、废水排放、矸石露天等。

4 提出绿色技术创新方案

以解决当前矿产开采技术引发的环境问题为目的，在环境保护背景下，分别从地质矿产勘查与矿产开采两个方面提出创新方案[4]。矿山资源绿色开发的目标，为尽可能减轻矿产开发生产对地质生态环境影响，同时也减少其对相关资源造成的负面影响。因此，绿色技术的创新原则就是要体现开采工业与生态环境两者之间的兼容性，和可持续发展性，在保证矿产高效开发的同时，还能做到低排放。

4.1 构建绿色开采技术的动力机制

在国内大多学者技术创新动力机制研究成果的基础上，提出了创新纯收益最大化动力模式，并得出对应的技术创新动力函数为：

其中R 和Re分别表示的是技术创新纯收益和创新预期收益，βi为绿色开采技术的创新风险概率，而C 则代表创新预期成本。

4.2 创新地质矿产勘查技术

地质矿产勘查技术包括物化探测技术、化探技术和时空定位技术，其中物化探技术就是通过对成矿演化过程中各个因素的分析，深入对矿产演化形成的深入认识，从而找到深层次的矿产资源形成的原因，并确定能够制约矿产资源形成的环境条件与因素。化探技术就是利用化学知识进行矿产资源的定位与找寻，而时空定位技术以地质运动和矿产资源的整体情况为基础，通过科学的方式预测矿产资源的位置，最后结合相关的地质理论。而在此次的勘察技术创新过程中，合理利用周围环境优势，并实现对技术的优化，借助现代化和智能化的技术手段，实现对地质矿产勘查工作的精准测量。除了技术创新之外，为了保证地质矿产勘查工作的效率，还应该科学化制定勘查工作规划，创新工作理念，并健全勘查工作体制。充分考虑勘查人才资源和所有的基础资源，建立相应的勘察工作管理机制，加强对勘查人员的技术培养以及技术创新，使其真正掌握环境保护背景下的勘查技术和勘查要求。

4.3 创新地质矿产绿色开采技术

4.3.1 地质矿产水源保护开采技术

地质矿产水源保护开采技术即为保水技术，该技术的主要目的是防治渗流突变并导致矿区重大突水事故的发生。在矿产开采之前，充分了解周围水资源的分布情况，并根据地质矿产的勘察结果对矿产开采区域进行精准定位，针对含水层、隔水层等特殊的地质结构进行跟踪与分析。保水技术科学的结合了采矿工艺和地面注浆技术，通过合理控制矿区周围的岩层运动，实现隔水层、裂缝带的“裂隙弥散”，减弱导水裂隙带的形成。

4.3.2 地质矿产充填减沉与条带开采技术

在矿产工程的绿色开采中，主要着重保护周边的土地环境以及建筑物，充填减沉开采技术针对采空区进行回填式技术，可以分为条带开采和充填开采两种形式，有效的防治地面出现沉陷和减缓岩层沉降危害，保证地表结构的稳定性。

4.3.3 地质矿产水源保护开采技术

在矿产的开采过程中将有害气体与开采的矿产资源共同作为开采对象，其目的是防治有害气体的泄露，降低对周围空气环境的污染。利用共才技术不仅可以完成对目标矿产资源的开发，还能够实现对有害气体能源的合理开发与应用，提高能源的开采效率。然而在实际的操作过程中，由于有害气体气态形式存在矿产环境中，这为共采技术的应用带来较大的难度。在共采技术实现中可以将抽采有害气体的钻孔沿着目标矿层的走向进行排布，通过对现场勘查结果数据的分析，结合矿产区域中的有害气体含量，设置悬空的数量与分布间隔。

4.3.4 矸石废料综合利用技术

矿产开发过程中产生的大量矸石废料，是污染占用矿源周围土地资源的主要因素。遵循因地制宜原则，可以将矸石作为原料填充到采空区空间内，即实现了矸石废料的再利用，也为充填减沉与条带开采技术提供材料，实现绿色开采技术的综合应用。

4.3.5 融合现代化的技术手段

在环境保护背景下，地质矿产勘查工作和绿色开采工作都需要充分融合现代化的技术手段，例如在矿产勘查工作中利用全球定位系统和遥感技术，其中全球定位系统的实现原理如图1所示。

图1 全球定位系统应用机制

在开采技术的运行过程中可以引入监控系统，实时监测矿产的开采动态，并结合实时信息调整技术的应用方式和开采方案。

5 实证分析

为了证明提出的绿色开采技术创新方案，在实际矿产资源开发工作中的应用效果，设置实证分析实验。实验的目的是对比绿色开采技术创新前后的技术效率以及对环境保护工作的影响。选择一个未开发的煤矿项目作为实证分析的研究项目，实验项与对比项的初始勘查资源相同，将整个采矿项目按照地理位置划分成多个区域，分别使用不同的开采技术统计对应的技术效率和减排性能。其中技术效率的统计方法就是计算矿物开采量与其消耗时间的比值，而减排性能就是对比绿色开采技术运行前后环境质量指标的变化情况。经过绿色开采技术的应用，分别得出对应的实证分析结果，如表1所示。