绿色开采技术在传统矿山中的应用

张 华，和福平，訾 睿

(云南金沙矿业股份有限公司，云南 东川 654100)

0 引 言

矿业在推动中国经济发展中发挥了重要作用，同时，社会经济的快速发展也伴随着产业结构的快速调整。当前我国社会的主要矛盾也变成了人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾，“绿色青山就是金山银山”“安全重于泰山”等安全、环保理念已深入人心。就新建矿山而言，绿色开采的理念贯穿与设计、建设、开采全过程，然而对于一些新中国成立之初就建设并开采至今的传统矿山而言，绿色开采是新兴概念。当前，正是矿业发展的绝佳时期，这些传统矿山应抓住这次机遇，加强对绿色开采技术的应用分析，顺利完成转型升级。

1 绿色开采技术的概念

绿色开采是在传统采矿模式的基础上发展起来的一种现代开采模式，它综合考虑了资源利用效率与生态环境的影响，以资源开发利用率最高、对生态环境影响最小、使社会效益与经济效益协调优化为目标，是采矿行业可持续发展的重要组成部分。

2 传统矿山在开采过程中存在的问题

2.1 开采回采率低

由于经济的快速发展，我国有的矿业长期处于粗放式经营状态，其对矿产资源情况认识不全面，开采回率较低，各项指标远低于发达国家。原因之一是我国矿产资源大多数资源禀赋差及采用传统采矿工艺；其二是我国中小型矿山数量众多，约占全国矿山总数的98 %，但其产量仅占全国的40 %～60 %，同时，小型矿山缺乏资金、技术、管理、人才等方面的支持，因而难以形成规模和良好经济效益，导致开采回采率整体偏低。以云南东川某矿业开采多年的铜矿为例，仍然采用传统的浅孔留矿法电耙出矿工艺，矿柱资源浪费过多且安全隐患大。其现状采场结构参数及技术经济指标见表1-3。

表1 某铜矿现状部分采场结构参数统计表Tab.1 Statistics of structural parameters of selected existing stopes in a copper mine

表2 某铜矿现状采场矿柱占比统计表Tab.2 Statistics of the percentage of pillar extraction at existing stopes in a copper mine

表3 某铜矿现状采场主要技术经济指标统计表Tab.3 Statistics of main technical and economic indicators of existing stope in a copper mine

2.2 生态环境破坏严重

2.2.1 地质灾害隐患多

矿山地质灾害是指在矿产资源开采过程中，破坏了原有的地质结构及应力分布情况，从而发生井巷工程破坏、岩土体变形以及矿区水文、地质条件以及自然环境发生重大变化，危害人们生命安全，影响矿山正常生产的灾害。矿山开采过程中常见的地质灾害有滑坡、崩塌、泥石流、塌陷等。

对于新建矿山来说，在设计时期就以绿色矿山的标准进行，充分考虑生产建设与周边自然环境的协调，做到边开采边治理，选用合理的采矿方法，充分考虑总图布置，将地质灾害对人员的伤害及经济损失降到最小。反观某些传统矿山，采矿技术落后，生产布局不合理，生态环保历史欠账多，地质灾害诱因高，加之未形成规模效益，无法投入大量资金合理消除存在的地质灾害隐患。久而久之，形成恶性循环。

2.2.2 大气污染

矿区大气污染物根据性质可分为：气态污染物和气溶胶污染物，其中，气态污染物包含含硫氧化物、含氮氧化物等，气溶胶污染物包含粉尘、烟尘等。大气污染物直接会对人体造成伤害，间接会影响矿区环境，影响人们正常生活，对矿山造成经济损失。目前，有的传统矿山仍然采用气腿凿岩机凿岩，掘进效率低，粉尘多，职工易患矽肺病；机械通风不完善，炮烟中毒事件时有发生；选厂、检化验中心未安装空气净化装置，易导致工作人员慢性中毒；历史遗留废渣堆未进行治理，扬尘多。

2.2.3 水资源影响

在矿山开采过程中，对水资源的影响主要表现在对水资源的量、水资源的循环以及对水资源的污染。传统矿山在建设初期普遍缺乏保水开采以及超前探水的观念，大部分矿山甚至没有水文地质方面的技术人员，凭经验管理。经过多年的开采，严重影响了地表水以及地下水的量，以矿山为主要支柱产业的地区普遍缺水，十年前还能称为河流的现在已经变成了季节性溪流，水资源的匮乏已经严重了当地居民的正常生活。同时，长期过度的开采已经破坏了水资源的循环系统，枯水期没水喝，雨季又易发泥石流等地质灾害。最严重的当属水资源的污染，开采污水及选厂污水中富含重金属等有毒物质，外排后流入到地表水甚至地下水中，严重影响了当地居民的饮用水及农作物安全。

2.2.4 采空区安全隐患多

井下采空区主要为采矿后所形成的空区，主要存在下述危害类型：地压失稳、顶板及边帮的垮塌冒落，其他危害如：造成通风系统漏风、穿风、高空坠落、水患(包括积水、涌水和突水)等可能的危害和伴生灾害。其中，垮塌、冒落分为小规模零星冒落和规模性突发冒落，规模性突发冒落产生的直接危害主要有：高速冲击气浪、矿震、空气倒吸(虹吸)、飞石等，对井下作业生产的设备设施、人员的安全威胁最大。采空区的安全隐患之前一直未得到有效重视，并且很多传统矿山采空区数量众多，情况不明，严重影响当下生产生活。

3 绿色开采技术的应用分析

3.1 充填采矿法的应用

充填采矿法是指在利用充填材料充满采空区，进行地压管理，有效控制围岩崩落以及地表沉陷，力求达到生态环境平衡的采矿方法。目前，常用的充填采矿法有尾砂充填法、干式充填法、胶结充填法以及混合充填法等。其中，干式充填采矿法是利用采掘废石等干式材料进行空区充填，通常用于嗣后充填，在解决采空区安全隐患的同时又解决地表排土场对生态环境的破坏；尾砂充填采矿法是采用泵送或自流的方式把选厂产生的尾砂排入采空区中，此种方式常用于嗣后充填，既维持了采空区的地压稳定，又解决了地表尾矿库的问题；胶结充填采矿法是在砂浆的基础上添加水泥等凝结剂，使充填物质具有一定的强度，可直接在胶结体上工作，此种方法常用于边采边充，今后的发展前景最大；最后就是混合充填，3种充填方式配合使用。

采矿行业为国家崛起也为人民的美好生活提供了原材料，但是也不可避免的破坏了生态环境。所以，在矿山开采过程中，减少固体废料排放甚至是零排放，有效治理采空区是今后发展的重点，而充填采矿法是重要途径，也是能回收部分矿架资源，有效提高开采回采率，实现效益最大化的开采工艺之一。但我们的传统矿山在采用充填采矿法的同时，也要注意因地制宜选择合理的充填方式，同时要做好密闭及滤水工作，避免充填水污染地下水。

3.2 绿色污水处理技术

绿色污水处理技术在矿山工程中的应用主要体现在井下废水的处理上。废水可以储存在中央水箱中，然后通过特殊的科学方法(如压滤机)进行处理。绿色污水处理技术的主要技术要点在废水处理和净化方面，净化技术旨在去除污水中的有害物质。绿色污水处理技术通过水资源合格测试后，可应用于农业灌溉、园林灌溉、卫生清洁等领域，实现水资源的管理和再利用。

3.3 废石资源化综合利用

任何事物都是相对的，就拿矿山开采过程中产生的废石而言，如不合理利用会占用土地资源，造成地质灾害，污染环境；如合理利用，则会变废为宝，可以从中提取有价成分、制造微晶玻璃、覆土造田、生产建筑材料等。

3.3.1 提取有价成分

按照当前的技术水平，无法达到有用矿物的百分百利用，尤其是我国共伴生矿产资源非常丰富，但是综合利用率却远低于国际水平。这其中，又以传统矿山利用率最低，随着科学技术的进步，最低可采品位越来越低，很多传统矿山原来判定为废石的现在也可以进行选冶。从废石中回收提取有价元素的潜力巨大，同时也是废石资源化利用的重要一步。

3.3.2 覆土造田

矿山开采过程中产生的废石，其主要成分为无机物，不具备植物直接生长的条件，目前常用的方式就是覆土造地，然后进行植物种植。近年来，这种方法在我国得到广泛应用。例如，云南东川某矿业对已闭库的尾矿库和废石场进行覆土造田处理，其中在尾矿库上大规模种植花卉，打造花海，在有效治理固体废弃物的同时又取得良好的社会、经济效益。见图1。

图1 东川某尾矿覆土复绿前后对比图Fig.1 A visual comparison displaying the tailings in Dongchuan before and after reclamation progress

3.3.3 生产建筑材料

目前，在生产建筑材料领域，矿山开采产生的废石用于生产建筑用砖、微晶玻璃，以及建筑用砂石骨料。云南东川某矿业以利用废石生产建筑用砖，用于修筑矿区及周边村庄道路，也产生了良好的综合效益。并且，随着对环境保护越来越重视，已基本禁止天然河砂的开采，机制砂是未来的发展方向，矿山废石用于制作建筑材料将大有可为。

3.4 保水开采技术

鉴于采矿对地下水和地表水的不利影响和风险，未来需要不断优化开采技术。保水开采技术的应用可以显示出明显的优势，并成为未来关键技术。保水开采技术主要用于综合分析开采过程中可能出现的各种不利因素，以确保对周围所有水资源的有效保护。这还需要在采矿开始前对水资源进行有效的环境调查，以便更好地制定可持续的水资源保护方案，避免可能的严重污染和危害。对于采矿作业周围的地下水资源，在采矿过程中需要有效保护。在对所有含水层进行研究后，应结合自身开采需求合理设置适当的保护要素，以更好地提高节水效果。例如，在与地下水相关的需要保护的区域，可以使用表面渗碳来有效保护地下水，并应对过去发生的其他自然灾害。此外，在开采过程中，还必须及时收集和处理所有潜在的水污染物，以避免在现场或周围意外排放，特别是在一些地表水密度高的地区，但也必须进行良好的隔离和保护。为了避免对相关水资源质量的影响，应努力形成更理想的水资源综合保护。

3.5 生态修复技术

在开采过程中，随着深度开采，不可避免地会出现一些环境污染问题，及时处理这些环境污染问题不容忽视，这也是绿色开采技术应用的关键。应引起相关采矿管理人员的高度关注。要求采矿作业能够在生产过程中实时解决环境中存在的严重污染问题，并选择合适的生态修复技术。更好地解决相关问题，确保更有效的环境修复。例如，在采矿过程中土壤资源受到严重侵蚀和破坏的情况下，应采取适当和合理的绿化措施，以提高相关区域的绿化水平，从而产生更好的土壤和水稳定性。例如，喷洒草药的方法可以在许多地区产生理想的应用效果，特别是对于一些矿山开采后出现的山坡，可以产生有效的绿化，从而有助于有效改善相关地区的自然环境，从而提高其可持续性。如果相关区域的生态破坏更严重，也可以用于生态多孔混凝土绿化，形成更理想的整体改善效果。

4 绿色开采技术的可行性提升措施

4.1 采矿工程中绿色开采技术管理

在实施植被保护措施时，利益相关者还应采取适当措施，加强对矿区的安全检查，以便更好地了解相关管理制度。如果矿山存在各种不平衡裂缝，相关人员应积极检查所有沉积物，以确定所有裂缝的长度、宽度和主要方向，从而更好地确定危险程度。此外，必须严格控制采矿环境，明确矿场的安全运营。在后采区发生滑坡的情况下，应采用确定滑坡原因和具体范围的方法，并采取适当措施提高安全检查内容。污染控制是排水作业的关键目标，在此过程中需要统一的排水规划。根据实际情况，必须全面解决矿区环境污染问题。此外，未来还需要基于生物技术的管理和控制，以更好地避免矿区土壤流失。除了在生产区种植适当的植物外，还可以在种植后设专门的人员来维护植被，并设置各种障碍，以避免一些与土壤侵蚀有关的问题。同时，未来可以进一步防止废水渗入农田，从而危及周围的经济发展和可持续发展进程。

4.2 重视科技创新和设备研发

为了进一步发展和升级采矿技术，新设备是必不可少的前提，而生产工具是直接影响生产效率的非常重要的生产因素。除非生产工具得到保证，否则无法最大限度地提高生产效率。在许多情况下，这将导致不必要的损失和浪费。因此，在开采过程中，有必要加强研发新设备和深井监测技术的研究。

4.3 管理技术的提升

绿色采矿技术不仅意味着技术应用水平的提高，更重要的是人力资源管理和资源管理体系的完善。否则，即使是先进的应用技术和设备也无法得到适当利用，最终结果也不会令人满意。着眼于提高绿色采矿的质量和效率，从企业组织模式和员工合作模式出发，结合科技进步，更新管理模式，关注未来绿色采矿技术在采矿业应用的可行发展方向。例如，在联合开采技术的应用中，应积极消除资源开采工作组之间合作的障碍，处理需要联合开采技术中出现的问题。根据具体矛盾和问题，积极从原有群体中选择合适的专家，组建新的专项解决团队，确保工作效率和资源利用率，最终提高绿色采矿技术的利用效率。

4.4 持续创建绿色矿山

近年来，矿山变绿成为我国矿山发展的主旋律，国家层面十分重视绿色矿山的建设工作。作为矿业权人更应履行自己的社会责任，做好绿色矿山建设规划，持续创建绿色矿山。

5 结 语

总之，在采矿业中应用绿色开采技术不仅对保护和有效利用矿产资源至关重要，而且对保护自然环境也至关重要，使其能够实现可持续的开源概念。绿色开采技术具有防止污染、有效利用资源和促进可持续发展的优势。这是我们必须应用于采矿业的采矿技术，也是采矿技术未来发展的方向。现有的绿色开采技术通过矿山填埋技术等手段的应用取得了一定的成果，但仍然可以从改善管理技术和改变人员的思想观念两个方面提高绿色开采技术的使用效率，实现采矿业的最佳技术创新。