矿产勘查技术手段推动矿产资源绿色开采的意义

2022-11-22初国栋隋天静

中国金属通报 2022年7期

初国栋，隋天静

现阶段，由于我国各项技术手段都得到了很大提升，因此关于地质矿产勘测技术也得到了前所未有的进步。但就目前所取得的成果来看，远远没有达到令人满意的程度，具体原因在于技术设备的不断升级，也随之引发了人们对地质环境修复问题的更多关注，因此需要相关部门与专业学者不断加大研发力度，以此为矿产行业提供源源不绝的技术支持与人才支持。基于此，本文遵循国家“节约资源、保护环境”的基本国策，对矿产勘查技术与绿色开采的意义展开研究，希望能够在规范矿物资源开发工作的基础上，提出更加高效、更加环保的施工技术手段。

1 现阶段我国的矿产现状分析

矿脉结构的形成不仅需要漫长的地质年代，同时还需要具备适宜的地质条件，最终受到水下或泥沙的天然矿化作用才能够积累到足够厚层，由此可见矿产资源的形成极为珍贵且稀少。矿产资源在开采过程中，通常会根据矿产储备位置的不同采用“露天采掘”或“地下采掘”两种方式，其中前者主要针对地下矿产距离地表较为接近的情况，只需要使用设备直接剥离地表土层即可进行开采；后者的开采情况则较为复杂，首先是矿产埋藏地点通常距离地表较远，故而需要使用向下开井的方式进行采掘；其次地下结构较为复杂，人们需要综合考虑地下含水量、土层分布，以及人员作业的安全问题，故而需要布设复杂的地下交通结构，如巷道、井硐和采掘面等等，不仅作业情况较为复杂，同时极易对地质环境造成影响扰动。

目前我国的分布的矿产资源中，主要以侏罗纪、石炭纪、第三纪以及二叠纪的地层产矿最多，故而埋矿地点较深，进行矿产采掘过程中只能以“地下采掘”为主。此外我国地大物博，分布的矿产资源极为丰富，已发现矿产多达171种，其中探明储量的矿产为159种。但遗憾的是这些矿产资源中大多以贫矿为主，且单一矿床稀少，大多以共生、伴生矿产多。如此也就导致了我国矿产人均占有量为世界平均水平的58%，居世界第53位，这一数值并不算是较为理想。此外，从2010年起，我国县级以上有色金属矿约有50%以上关闭，直接失去40%产能，发展至2020年仅存20%左右的矿山尚在为维持。

针对这一现象，传统的矿产勘测技术已经明显无法满足人口增长以及经济发展带来的现实需求。为此对于我国矿产行业来说，一方面需要积极研发新型技术实现找矿的新突破，开展矿山深部及外围找矿，并重视新类型矿床的找矿；同时也需要重点强调“绿色开采”工作理念，避免资源开发工作对生态环境造成不可修复的影响。

2 矿产勘探工作的原则初探

2.1 强化统筹规划工作

矿产采掘是一项系统性很强并具有一定风险的工作，其工作内容不仅会对原本稳定的地质结构产生影响，同时还决定着工作人员的生命安全乃至工作成本。故此在前期勘探工作中，地质勘查人员需要全面了解各部门的工作需求来提供详细的地质数据，包括矿脉的主体结构、分布特征、地质构成以及岩层性质等等。以便于采掘部门进行现场作业的过程中能够合理规划巷道分布，并制定科学的开采计划，以避免对周边环境造成较大的扰动，甚至对地下原有矿储造成破坏，从而造成资源的无谓浪费。

2.2 合理分配

地质勘测的数据成果极为丰富，包括地下水文、岩土性质以及地表的环境信息等等。同时作业环境由于是在户外进行，不但整体工作量较为庞大，同时还极易受到天气等环境因素的干扰。因此勘测部门在进行筹备工作的过程中，需要对现场的物资、设备、人员进行合理分配，根据勘测工作的具体内容以及工作性质做好相应的规划工作，以便于能够有效降低工作难度，同时提高勘测的准确性。此外，工作人员还需要确保不同的地质勘测结果能够有效利用，根据不同的地质数据来确认采矿的工具、设备、方案以及安全保障措施，如此体现地质勘测的实际价值，并为后续施工行为提供更加可靠的依据。

2.3 重点勘探

勘测人员需要在地质勘测过程中根据各类信息来判断地下矿藏的整体价值，包括其相关的伴生矿与共生矿等资源含量，以便于确认勘测重点，更好的对地下矿脉信息进行把握。具体而言，即强调勘测人员需要确认地下矿产主要集中的位置所在，并分析其具体含量以及资源类型，从而选择合理的开采位置，并根据地下实际情况来制定各类工作方案，以便于减少对周围环境的扰动。除此之外，最关键的便是要综合考虑修复环境成本，以及施工过程中面临的技术难点等相关问题，并将其与矿藏价值之间进行对比，判断是否具有实际开采必要？开采后的环境修复费用是否与矿藏价值相当？这一点也是当前人们不断强调使用“绿色开采”技术的关键，只有减少减少采掘行为对环境造成的破坏，才能够体现出矿产资源的最大价值。

2.4 技术创新

随着信息技术的不断发展，随着信息技术的不断发展，越来越多的智能化勘测手段开始涌入到人们视野当中。这些技术不仅能够更加精确的对地下矿藏资源惊醒定位，同时更关键的是可以显示出地下更深处的矿藏信息，可以帮助人们找到更多珍贵的矿产资源。除此之外，以往人们在采掘过程中面临的主要问题便是难以对矿井环境进行全面检测，如此也是造成安全问题乃至环境污染问题的主要因素之一。而随着信号传输技术与智能采集技术的快速发展，人们能够实现更加高效精准的探测地下环境变化，从而能够提前做出预防措施，解决了更多采掘过程中的技术难题。

3 绿色开采技术分析

3.1 共采技术

所谓“共采”即指在施工作业过程中提高对人工作业的开展效率，在采掘矿产的过程中同步对其伴生能源进行采集，从而减少资源的无谓浪费，并最大限度上发挥出矿产资源的实际价值。例如煤矿在漫长的形成过程中，往往会伴随产生一些瓦斯能源。这一类能源不仅本身具有一定的经济价值，同时如不对其进行妥善处理，还会对人的生命安全产生威胁。因此要求施工过程中制定合理的技术方案，针对施工过程进行有效控制，在确保对煤矿资源充分采集的同时，也要选用有效手段对瓦斯能源进行收集，从而实现统一开采的目的。

3.2 保水技术

矿产开采过程中由于使用井下作业，因此在经过地下含水层的过程中会受到地下水的干扰影响。“保水作业”机制在降低这一影响同时对水资源合理处置，保护地下水不受污染并将其转化为采掘的助力。具体措施主要有以下几种：

（1）降低导水断裂带高度。即指对条带式采掘面进行跳跃施工的方式，从而减少对顶层岩层的影响，并避免作业面形成导水断裂带从而造成水资源流失。具体措施可采用小条带采掘，并通过注浆手段对采空区的岩体进行加固，最后对上浮岩层进行开采从而减低人工作业带来的扰动。如图一所示。

（2）对于埋藏位置较为接近地表层的矿产，施工单位可以设置长度在200m以上的长壁作业面，通过强度在8000kN左右的液压支架配合施工，以此提高分散作业面承受的荷载重力，避免施工过程导致基岩破坏从而造成水资源流失。此外施工过程中还需要注意日平均掘进深度应控制15m以上，同时作业面周围15m～50m内的区域应进行局部填充，以此进一步提高地基土的承载能力。

4 矿产勘查技术手段推动矿产资源绿色开采的意义

4.1 绿色开采能减少矿山的环境影响

之所以强调矿产挖掘会对生态环境造成影响，源于采掘过程中不仅会对地质环境造成巨大的扰动，同时还会产生一些有害物质或气体，对地下水源乃至空气造成危害。也正因如此人们开始重视“绿色开采”技术在环境保护方面所起到的重要作用，旨在减少施工扰动的同时，也进一步提升矿产价值，以此体现其全部开采效益。具体而言，“绿色开采”主要包括以下几个方面：

（1）限厚开采。过度采掘会造成地下采空区扩张，从而影响对地表的支撑能力，以及妨碍植物从地下吸取水分，进而对环境产生严重破坏。因此在进行采掘之前可根据矿产分布厚度从而确定合理的采掘范围，并只对固定高度内的矿产进行开发，以此降低采掘行为对环境的负面扰动。

（2）分层开采。对于一些厚度较大的矿床实施缓斜分层开采，以此控制地表沉陷或变形，并避免地下断层的出现。在施工之前需要对地下矿产的分布进行全面掌控，绕过矿产储备不佳的区域，确保对矿产资源进行最大限度的开发。

（3）洁净开采。矿物采集过程中会产生矸石以及大量矿物废渣，这些物质暴露在空气下会产生气体乃至环境污染，因此需要施工单位另外支出成本对其进行处理。洁净开采即指采掘过程中产生的矸石直接充填在已经废弃的巷道与硐室中，既避免采空区的扩大，同时也避免对环境产生破坏。

4.2 同位成矿技术定位矿产资源

“同位成矿”是一种极为稳定的矿产勘测技术，其主要应用优势在于能够精准定位地下矿脉结构，避免在施工作业过程中对矿脉周围非矿产资源地带产生影响。传统的人工开采模式中，由于对矿产资源的地下分布结构无法做到全面了解，因此常常出现盲目作业的现象，不仅无法对矿产资源进行充分开采，同时还会对矿脉周边的生态环境、河流、地下水造成污染，严重违背了“可持续发展”理念。因此随着如今各项技术手段的不断升级，以及人们对于矿产分布规律的深入把握，因此逐渐形成了“同位成矿”这一先进采掘技术，不仅能够帮助人们对矿山周边的地形、地貌做到全面了解，同时好能够保证勘测精度与开采质量。

具体而言，“同位成矿”即指通过地质矿物学研究，掌握不同矿物在各类地质结构中的形成周期，进而综合考虑多项地质因素从而判断其成矿规律，以此作为依据对特定区域内的矿床分布结构进行数据库推理，从而把握矿产存储的具体位置。这样的找矿技术能够适用于各种地质结构复杂矿产区域，对于一些大型矿床也有着极为出色的应用优势，不仅能够提高人工勘测效率，同时也避免了采掘过程中出现误差，进而在浪费人力物力的同时，也对生态环境造成影响。

4.3 地磁测量辨别矿床位置

“绿色开采”技术的基本原则之一，便是要在采掘矿产之后能够尽快实现土地复垦，避免造成不可修复的影响，导致土地植被面积减少。例如水土流失、土壤污染以及土地养分损失等等。但是在传统技术手段当中，无论是钻探勘测还是施工采掘，都会对现场原有地质结构造成严重影响，并且在此过程中还会产生大量的施工废渣，以及各类机械设备排放的废气、水、油等等，均会对后续的土地治理造成影响，甚至个别受到极端破坏地区需要漫长修复周期才能够还原本有生态环境。

于是针对这一现象，人们研发了“地磁测量”找矿技术，在实现精准定位矿床位置的同时，也避免了勘测行为对地质结构造成污染，从而出现不可弥补的严重损伤。其技术原理是根据地脉磁场会随着时间与空间的变化而产生波动，而这种波动一旦受到地下矿物资源的干扰便会呈现出其他变化，进而人们可以以此为基础对埋藏在地下深处的矿产资源进行定位。由于采用的是非物理勘测手段，因此在进行测量的过程中不会产生固态垃圾以及气体遗留，从而在最大限度上避免了土地污染的现象发生。

4.4 开源节流以实现节能开采

在进行矿产采掘的过程中，由于要提高作业效率，故此不得不依赖大量重型机械来辅助施工，如此便不可避免会导致出现能源损耗问题。然而过度频繁的使用机械设备，不仅会对当地生态环境造成污染，同时产生的巨大成本支出也会降低矿产开采的实际价值，使得施工企业无法获得理想的预期回报值。于是针对这一现象，人们需要尽量避免在勘测阶段使用各类耗能设备，同时尽可能提高矿脉勘测精度，以减少机械成本的无谓支出。

为此在施工作业过程中，相关技术人员需要加强对“地质运动理论”的掌握，基于地质体运动特点，实现多尺度、多方位的进行地质找矿工作。并根据现场的地质环境特征，按照矿带的形成时间与空间走向去分析矿床的具体范围。以此结合实际情况来制定详细的施工计划，从而有效降低人工开采带来的损耗，并实现节能减排工作目标。

4.5 产业复位改革模式以提升回采率

矿产是经过漫长地质年代才最终形成的宝贵资源，其在开采过程中往往具备不可再生的特性，因此需要不断转移采掘面位置来寻找新的矿脉资源，由此便导致了大量挖掘矿井、巷道、矿区、采区的形成。这一过程中不仅会产生大量的资源浪费以及损耗，同时还会对周边环境造成极大负担，最终导致耗尽地下资源，使得地区失去可二次开发的价值。因此对于施工单位来说，不能够仅仅只是关注眼前利益，而是应当以发展的目光看待矿产采掘问题，使资源不至于一次性枯竭，而是能够循环开采、循环利用，以此形成产业复位改革的良好工作局面。

例如，在进行矿产采集的过程中，地下往往不仅存在一种可开采能源，还包括许多煤层气、矿井水等等。若是一次性对地下矿产资源进行彻底采掘，那么还会导致其伴生的其他珍贵材料也一同随之消失。故此在此进行地质勘测的过程中，要求工作人员把握相应的成矿规律，通过地下矿产的储备类型来判断其可能存在的伴生资源，进而制定合理的施工开采顺序，避免造成资源的毁灭性枯竭。

4.6 WiFi井下通讯技术

WiFi井下通讯技术是一种采用802.11b标准的信号传输手段，将其应用于矿产勘测工作中，可以将井下勘测设备与多台手机或电脑终端进行对接，从而帮助工作人员实时获取矿产井下作业数据，不仅能够为矿产开采提供强大的后备保障，同时也能够持续对井下作业环境进行监测，确保能够有效控制开采行为对生态环境带来的扰动破坏，从而实现了矿产绿色开采的工作目标。

例如，配合GIS地理信息坐标系统的使用，可以建立井下作业空间的坐标模型，随后在进行人工开采的过程中，可以通过地质雷达等探测设备的持续定时监测，对矿产的储量情况进行全程关注，避免出现过度开采的现象造成矿产资源枯竭。除此之外，通过装载不同的传感器设备，还能够同时对井下的空气质量、地下水含量等相关信息进行关注，进一步保证了矿产周边的生态环境不受损害。