浅谈由城市智能垃圾分类引申的煤矿开采垃圾分类

蔡庆生 张嘉宇

呼伦贝尔学院，内蒙古 呼伦贝尔 021000

0 引言

随着科技的不断进步和思维方式的变迁，城市垃圾分类也走上了智能的科技列车，由此产生出如“互联网+垃圾分类”APP，通过程序计算出居民生活垃圾所存在的二次利用价值，从而提高环境价值对社会资源的隐形价值；“微波无损检测技术”可在不同类型混合垃圾中识别垃圾种类并进行精确分类；“基于用户特征的垃圾分类系统”根据用户的生活、行为习惯等进行分析，从源头上引导和辅助社会大众精准科学地进行垃圾分类；“桐行者”计划对城市垃圾桶增设主端控制中枢，由主端控制中枢控制进行分拣，并利用红外线实现垃圾的扫描与分类，从而将数据传送到传感机械单元，实现垃圾分类自动精准化。

现如今城市垃圾处理的主流方法有卫生填埋、高温堆肥和焚烧，由此实现城市垃圾的无害化、资源化和减量化，从而达到碳减排的目的，提升资源的二次利用价值。随着城市垃圾前端的智能分类方法不断优化创新，以及尾端垃圾处理技术的不断跟进，可以发现我国城市智能垃圾分类已经形成较为系统的环境工程，从而引发了把该项环境工程由城市引申到煤矿企业的美好远景。本文结合城市智能垃圾分类处理的方法、“桐行者”计划的实际调研，试图将城市智能垃圾分类与处理的环境工程引申到煤矿，并对减少煤矿环境污染和加强资源利用予以阐述，浅谈煤矿开采后资源环境损害与保护过程中存在的问题，并提出解决措施。

1 城市智能垃圾分类处理的现状与发展技术

垃圾分类事关千家万户，自2019 年9 月国家机关事务管理局印发通知，公布《公共机构生活垃圾分类工作评价参考标准》，并就进一步推进有关工作提出要求后，我国城市垃圾分类便正式提上日程。而推进精准的垃圾分类工作是一项长期、烦琐、细致的社会系统工程，需要政府、企业、单位、居民等相关方共同深度合作，才能形成治理合力。

本文前期通过“桐行者”计划，采用抽样问卷调查、访谈调查及观察法三种调查方法，选取具有代表性的北京、天津、包头、赤峰、呼伦贝尔等11 个城市，发放了350 份调查问卷，通过286 份有效调查问卷并结合Excel 程序计算获得了有必要推广城市垃圾分类处理的佐证结论。

人们对垃圾分类的意识较为普遍，数据显示达56.40 %；在我国实行垃圾分类以后，65.89 %的人认为垃圾分类常识较为冗长；在对垃圾进行分类这一行为方式上有54.84%的人认为费时费力；当垃圾中有食物残渣时，59.50%的人会选择直接丢进垃圾箱中；出门在外还保持垃圾分类意识的人群占84.5%。根据以上调查城市，有41.28%的城市（区、县、村）等已普及垃圾分类，有58.72 %的城市（区、县、村）等还未普及垃圾分类；34.30%的人认为垃圾分类的区域形同虚设；有61.63%的城市（区、县、村）存在有关垃圾分类的引导和宣传；而目前现阶段有66.09%的城市（区、县、村）还仍然设置可回收、不可回收型垃圾桶。

通过上述分析可知，仅仅依靠人为的垃圾分类还存在很多短时间不可协调的问题，由此引发了科技工作者对城市智能垃圾分类技术的研究与开发。由此初步设计了一款智能垃圾桶，如图1 所示。

图1 “桐行者”智能垃圾桶3D 模型

主端控制中枢为本设计的核心，通过主端核心中枢的控制实现垃圾的扫描与分类，从而将数据传送到传感机械单元，实现垃圾自动精准化分类。在每个垃圾分拣入口均设置与核心控制中枢相联络的局部控制中枢，局部控制中枢安装相应的传感装置，当传感器接收到主端控制中枢传达的数据时将自动打开入口进行分拣。每个分类通道入口均设计自动开关装置，该开关装置会与传感器单元联络，接收数据实现精准的开关闭合，即实现相应垃圾进入相应垃圾通道，当出现矛盾时开关将自动关闭并有指示灯报警提示，如图2 所示。

图2 “桐行者”智能垃圾桶3D 模型剖面图

除了“桐行者”计划以外，在城市智能垃圾分类的方法与技术中发现了可以引申到煤矿开采后垃圾智能分类处理的办法与途径，分别为基于用户特征的垃圾分类系统、微波无损检测技术以及智能垃圾回收车。

2 煤矿开采对资源环境的破坏情况与城市智能垃圾分类技术向煤矿的引申策略

在煤矿开采以后矿区将面临非常复杂的环境破坏与变化，如对矿产资源的破坏、水资源的破坏、土壤地质结构的破坏以及大气污染等。虽然现在有很多的办法对上述破坏进行保护与防治，但距离智能、绿色还存在以下有待改进的地方，而将现有的智能垃圾分类方法引申到煤矿未尝不是一种创新。

2.1 煤层气资源开发

煤层气是煤炭资源的伴生产物，大多成分为甲烷，多存在于煤层间或其围岩裂隙内。而煤层气在煤系地层中的含量与煤层赋存条件、煤质以及地质构造有极大的关系，不同矿井、不同煤层所含的煤层气也不同。而煤层气经过压缩冷却等处理方法会变成高利用价值的高效清洁能源。现如今大量的煤层气被当成有害物质通过井下抽采和地面抽采的方式排弃，浪费了二次资源利用，增大了碳排量，对温室效应产生了严重影响，其中甲烷造成的温室效应是二氧化碳的25 倍左右，环境污染可想而知，同时也增加了煤矿的开采成本。其中存在的最大问题是无法因地制宜、定时定量地设计煤层气的抽采方案与方法，因此导致煤层气的利用受到限制。

如果参照“基于用户特征的垃圾分类系统”设计一款基于不同煤层与其围岩的特征进行分类的系统，可以大大提高因没有选择适当的抽采工艺而造成的工业损失与能源消耗。通过设计相应的系统对各项煤质的抽采方式进行优化收录，并为用户提供文字输入查询的方式。煤层类别查询系统后台会自动定位查询用户的所在矿区，匹配位置并提供相应的抽采分类标准，从而科学地进行抽采与排放利用。可以把抽采出来的甲烷用作居民生活所需的燃料、工业发电、化工原料和汽车动力燃料等，不仅可获得巨大的经济利益而且节约了能源。

2.2 煤矿矸石综合治理

矸石是煤矿开采后排放量最大的固体废物。大量的矸石堆放会占用土地、破坏土地资源、影响地表环境形态。现在处理矸石的主要方法是减少矸石的排放、能源化矸石和对矸石进行治理与利用，但仍然存在着因为处理矸石的时间不及时而引发的泥石流、滑坡等重大安全隐患，其中关键原因是无法做到在矸石排放的同时对其进行分类综合治理。

可以依托物联、智能监控、传感器等设备，借助大数据分析、智能算法分析、云计算等技术手段，将排放矸石的数据信息进行智能化地分析和管理，因地制宜地选择出矸石治理的最佳方案并进行治理设计和安全检测，从而能够在开采后同一时间实现矸石的综合治理。

2.3 矿井排水的资源化

矿井水来源于大气降水、地表水和地下水，其中地下水又分为孔隙水、裂隙水和岩溶水，这些水源影响煤炭的安全开采和工作环境，大部分矿井水会被抽到地面排到河水里。当前世界的很多地方生活用水不够充沛，而矿井水源的利用可以解决生活所需。矿井水是否可以作为生产与生活用水，主要取决于其中的有害污染杂质是否可以清除干净以及矿井水质的简单化。对于奥陶系灰岩涌水一般在源头进行截流，利用专用排水管道排至地面进行简单消毒灭菌处理，该种水质对应的处理方法可实现矿井年收支平衡，但处理方法较为单一。在我国矿区多为洁净矿井水、含悬浮物矿井水以及高矿化度矿井水，后两种水质的处理方法也更加复杂多样，而如何做到与矿井开采时同步分辨并且利用适宜的方法处理矿井水，是解决矿井缺水问题、减少碳排放的关键突破口。

2.4 煤炭清洁生产

煤炭清洁生产可有效减少煤炭开采对人类和环境的破坏风险，提高可再生能源的利用率，增加新能源的开发能力。长久以来，我国开放型、粗放型的矿井生产经营方式导致能源的高消耗，碳排放带来了严重的生态与环境问题，因此必须加快推进煤炭清洁生产的进程，如图3 所示。

图3 煤炭清洁生产三方APP 设计流程

3 结语

本文通过大学生创新创业大赛“桐行者”垃圾分类计划的实际调研、创作智能垃圾分类系统，并将其引申到煤矿开采垃圾分类与应用。通过本文提出的煤矿开采垃圾分类，可以使煤矿开采过程中产生的煤层气体、井下水源、煤矸石等物体分类处理并应用到生活中，减少环境污染，达到了节能减排的目的。智能垃圾分类可以引领新时尚，重塑全民生活理念。煤矿开采后对不同资源进行精准的分类处理更是对绿色发展国家战略的有力践行，在巩固垃圾资源化、减量化和无害化基础上，不断推进能源的二次利用与碳减排，助力生态文明建设。