地质矿产勘查及绿色开采技术的创新研究

陶艺玫

（四川省煤田地质局一四一队，四川 德阳 618000）

矿产资源勘查及开采对我国经济建设与发展有重要作用，但实际的开采工作势必影响周边自然环境。对此，为了实现预期的低碳环保目标，必须在资源开采过程中高度重视并应用绿色开采技术，同时对其进行创新，以满足实际生产要求。

1 地质矿产勘查

矿产勘查需遵循以下几项基本原则：

（1）因地制宜，该原则对矿产勘查而言是最基本也是最重要的，这主要由矿场具有很高的复杂性和多变性决定。通过大量实践可知，从矿床具体情况出发，按照实事求是的要求决定勘查的每一项工作，只有这样才能获得与矿床实际情况相符的地质与经济效果；若勘查脱离了矿床的实际情况，完全根据个人主观判断，将使勘查失去原本的意义，甚至造成较大的损失。要想根据矿床实际情况对各项工作进行科学部署，需切实加强对矿床不同特点的实时观察与研究，并加强和设计单位等参与方之间的联系，确保勘查与矿床地质情况相符的基础上，满足矿山设计和开采等方面的要求[1]；

（2）循序渐进，这项原则反映出人对矿床进行认识的过程所遵循的客观规律，即对矿床的认识是一个循序渐进的过程，无法一次完成，伴随勘查不断开展而深化，因此，对矿产勘查而言，应遵循循序渐进的原则，即从粗到细、从浅到深、从已知到未知，实际的勘查工作不能随意超越程序；

（3）全面研究，该原则是勘查工作目的所决定的，主要反映在以下方面：对矿床开展的经济、地质与技术等各方面研究评价，避免勘查片面，对矿床所具有的工业价值予以全面阐述；

（4）综合评价，在大自然中，矿床含有很多不同的有益组分，不可能以单矿物石形式存在，基于此，矿产实际上要进行综合利用，对此，矿产勘查时，必须重视经济合理这一基本原则，使矿床从单一的矿产变成综合矿产，也能使没有意义和价值的贫矿变成可开发和综 合利用的矿床[2]；

（5）经济合理，在所有矿产勘查需遵循的基本原则中，这是一项十分重要的。对矿产勘查而言，其本身就属于一种经济活动，受经济规律影响和制约，在矿产勘查时，始终都要严格遵循该原则。在能达到要求的勘查程度基础上，采用适宜的方法，以最低的财力、人力与物力消耗，在相对较短的时间之内获得良好成果，包括地质成果与经济成果。

2 矿产开采环境影响与破坏

如今，社会发展与人们生产生活都对矿产资源表现出越来越高的依赖性，但矿产资源的开采除了能为生产生活提供必要资源，还会造成不同程度的环境污染及破坏[3]。在矿产资源开采时，空气、水资源与土地都有可能被污染破坏，具体表现为以下几个方面。

（1）矿产开采经常会给水资源造成破坏，一方面，资源开采时，排水系统逐渐疏干含水层可能导致地下水水位明显下降，使地表环境被不同程度的破坏，并且还会使附近农田生产受到影响，使产量降低，甚至引发土壤沙漠化；另一方面，资源开采还有可能对地表及地下水带来污染。矿井水和矸石堆等在受到雨水淋溶以后会使流水中含有一定量的无机盐，这些水排到附近水源后，必然会造成污染[4]。

（2）除水环境污染外，资源开采还有可能引起土壤资源污染及破坏。首先，采用井工方式进行开采可能会使地表产生塌陷，而且矸石堆的压占也比较严重，而若采用露天方式进行开采，则会才来挖损与外排土场等方面的问题。根据相关统计结果可知，我国因矿产资源开采引起的地面沉陷的沉陷率可以达到2000m2/t[5]。

（3）对于桌边自然生态环境，矿产开采同样会对其造成污染及破坏，具体表现为以下两个方面：其一，如果资源开采不尽合理，或采用传统的开采方式，将使矿体产生一定移动，对整个岩体结构造成破坏，导致岩层水或瓦斯大量泄露，进而随时可能引发瓦斯爆炸及突水涌水，不仅威胁开采安全，还会对环境带来很大影响。此外，矿产开采导致区域地下水水位大幅下降，加重地表环境污染及破坏。其二，如果矿产开采不合理，则有可能导致岩层位移。如果岩层发生位移，将引起地表塌陷，进而给农田或既有建筑设施等造成破坏。根据相关统计结果，我国因矿产开采导致的地表破坏与土地资源占压总面积可以达到4.4×109m2。

3 绿色开采主要作用

（1）当前的矿产开采对绿色开采提出了很高的要求，在实际资源开采工作当中严格实行绿色开采，采取合理可行的绿色开采技术，对资源开发及可持续发展有十分重要的作用与意义，必须引起相关人员的高度重视。然而，从当前实际掌握的绿色开采技术来看，在技术水平方面还比较落后。很多企业在经营与发展中都使用相对粗放的方式，所用开采技术的污染比较严重，排放量较高。基于此，现阶段绿色开采必须从不同的角度出发对开采技术进行持续创新[6]。

（2）从广义的角度讲，绿色开采必须充分结合矿区中各项影响因素，如矸石堆、资源与地下水。而从企业自身角度讲，企业必须在追究更高经济效益的基础上，对环境效益同样要引起足够的重视，并通过技术上的改造创新，形成一个高效且绿色的生产系统。

（3）对于绿色开采，需形成一套完善的效益评价体系，其目的在于从企业自身发展与环境效益之间的关系方面考虑，企业往往更多重视经济效益，这样虽然无可厚非，但为了实现长远发展，需要通过形成一套完善的评价体系来为生产中的环境保护提供帮助，以此达到理想的环境效益。

4 绿色开采技术创新

4.1 保水开采

（1）防治水，包括探、排、截、堵，其中，截、堵是当前最为有利的方法，即降低导水裂隙带的实际高度和加强底板加固[7]。

（2）矿井水综合利用与循环利用。对矿井水通常要借助物理化学法来处理，其中，物理方法包括自然沉降与过滤；而化学方法则以混凝法为主。完成对矿井水的处理后，应遵循“先生产后生活和先井下后井上”的基本原则进行综合利用。以神东矿区为例，通过对井下水采空区矸石过滤专利技术的应用，使井下水完成了循环复用。

4.2 土地与建筑物保护开采

4.2.1 充填开采

地表沉陷和开采厚度之间有着直接关系，即当开采厚度增加时，地表沉陷变大。当借助全部冒落法进行顶板管理时，地表沉降可以达到开采高度的六成到八成；当借助水砂充填法进行顶板管理时，地表沉陷只要开采高度的一成到两成。采用充填采煤法时，对地表沉陷的实际控制效果主要取决于整个采空区具体充填情况，若采用密实水砂进行充填，则地表沉陷系数为0.02，而采用矸石进行充填时，地表沉陷系数为0.6[8]。

4.2.2 条带开采

该方法是现阶段我国既有建筑物下部资源开采时地表沉陷控制常用技术手段，得到了十分广泛的应用。其原理为将需开采的部分划分成若干正规条带实施开采，每采一条即留一条，充分利用煤柱为上覆岩层提供可靠支撑，以此减少或避免上覆岩层发生沉陷，实现对地表移动与变形的有效控制，达到预期的地面保护效果。我国从六十年代就开始在市区下采煤工作中引用充填条带法，并在此之后分别在很多矿区开展了这项技术的试验及实践[9]。

国外的条带开采状况和我国基本相同，比如，波兰在进行城市下采煤的过程中主要借助水砂充填条带方法，而其它国家主要借助的是冒落条带。采用该方法对地表沉陷进行控制也存在一些缺陷，即永久损失率相对较高，这也是该方法在地表沉陷控制中进行大规模应用的一个重要瓶颈。采空区条带充填如图1所示。

图1 采空区条带充填

4.2.3 分层开采

针对厚度较大的缓斜与倾斜煤层，通过倾斜分层开采，能减少开采时地表一次沉陷可能对地面既有建筑物造成的影响。在分层开采过程中，应对具体的分层厚度进行严格控制，确保在开采过程中导致的地表沉陷及变形处在允许范围之内。

4.2.4 限厚开采

根据无地表水产生与切实满足既有建筑保护要求，明确开采过程中煤层具体厚度，只对这一厚度范围内的煤进行回采，实现对地表沉陷的有效控制，进而为地表既有建筑物提供可靠的保护[10]。

4.2.5 三步法开采

三步法开采主要是指小条带开采、注浆充填采空区与剩余条带开采相结合的开采，通过对条带式工作面合理布置实现跳跃式开采，通过对采空区的注浆加固使破裂的岩体具有一定承载能力，最后通过对上覆岩层的充分利用来有效控制岩层位移。

4.2.6 覆岩离层注浆

该方法是指在地面上钻孔后，通过钻孔为采空区内上覆岩层存在的离层带实施高压注浆充填，以此实现对上覆岩层下沉有效控制，达到对地表沉降进行控制的目的。

4.3 洁净开采技术

这项技术指的是在保证矿产资源质量的基础上，从源头上防止或减小污染产生及排放，确保矿产资源开采可能造成的环境污染及破坏都达到尽可能的限度。为了减少或从根本上防止矸石可能造成的污染，在实际工作中可采取下列技术：首先，采取减矸开采方法，如开拓部署、巷道布置与采掘工艺；其次，采取矸石填充开采方法，比如将掘进产生的矸石直接充填在已经废弃的巷道与硐室中，也可将掘进产生的矸石在采空区填充过程中使用。

5 结语

综上所述，矿产资源勘查与开采是国民经济发展与人们生产生活的基础保障工作，但在资源开采过程中，可能造成环境污染与破坏。这就需要在不断发展过程中切实做好绿色开采技术的研究与创新，以此提高各企业绿色生产水平，将资源开采可能对环境造成的污染与破坏降至最低。