基于绿色开采的绿色矿山建设

陈 斌,张有乾,艾 聪

基于绿色开采的绿色矿山建设

陈 斌①,张有乾,艾 聪

(中国矿业大学矿业工程学院)

煤炭在我国一次能源中占有主导地位,然而与煤炭生产相关的资源破坏、环境损害以及生产事故问题也十分突出。本文结合绿色开采理念及其技术体系,从资源与环境的角度,对绿色矿山及其绿色生态系统的建设提出了进一步的研究和发展的建议。

绿色矿山;绿色开采;环境;生态

目前,我国经济的发展严重依赖煤炭能源的支撑,煤炭产量迅猛增长,对资源和环境的影响日益凸显。尽管我国目前的煤炭产量和消费已占全世界的1/3,但我国煤炭行业所存在的粗放型煤炭开采还存在着十分严峻的资源浪费、环境破坏以及开采安全等问题。为解决上述矛盾,我国大力推进绿色矿山建设,绿色矿山是矿产资源开发利用与经济社会发展、生态环境保护相协调的矿山,以实现资源利用节约集约化、开采方式科学化、企业管理规范化、生产工艺环保化、闭坑矿山生态化为目的。由此可见,绿色矿业是我国矿业发展的必由之路。近年来,我国学者提出了绿色开采理念及其技术体系,绿色开采是一种以资源利用最大化,环境破坏最小化为目的,安全、高效且利于可持续发展的煤炭开采技术体系,对绿色矿山建设的发展具有重要意义。

1 采矿引起的矿山环境问题

随着我国煤炭产量的不断增加,煤炭开采所带来的环境问题愈加突出。矿山人为活动对包括矿山地面以上的空间环境(近地面的大气圈)、地面环境和采矿活动影响下的井下环境在内的矿山环境造成了一定程度的影响和破坏,形成了独特的矿区生态环境问题,如矸石堆积如山,地面沉陷,地下水干枯,矿山附近的大气污染,自然灾害频发等。

1)土地资源的占用与破坏。地表塌陷、水土流失、沙漠化、固体废弃物对土地的压占和污染严重破坏土地资源。井工开采主要体现在地表塌陷以及矸石山压占;露天开采主要体现在直接挖损与外排土场压占。目前,我国煤矿采空区大面积沉陷180余处,沉陷面积达8.7万公顷之多;沉陷盆地及大型沉陷坑1 600多处,全国300个矿业城镇,40个矿业城受塌陷影响,严重影响者为25座。露天矿剥土、矿山疏干排水、植被破坏、矿山崩塌,导致水土流失严重。黄土区神府东胜矿区,矿区开采后,由原输沙量3 021万t/d增加到6 753万t/d[1]。此外,煤矿开采会产生占煤炭产量10%～20%的矸石 ,目前我国煤矸石累计堆存近40亿t,占用土地1万公顷[2]。

2)水资源的破坏。煤炭开采活动对水资源的破坏主要体现在人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干,破坏了地下含水层的原始径流;同时矿井水中普遍含有煤粉、岩粉悬浮物及可溶性的无机盐类,污染水资源。全国煤矿每年排出矿井水约22亿 t,对地表河、海、水库等水资源污染较严重,并会使矿区土地贫化,污染植被,同时,也破坏了矿区地下水循环系统,甚至导致矿区水位下降。

我国水资源匮乏,特别是西北地区国有重点大型矿区集中,矿井污水的排放更加剧了地区缺水[3]。

3)大气环境的破坏。矿区大气环境的破坏主要是由以下几个方面导致的,一是矸石山自燃释放大量的二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳;二是瓦斯排放;三是爆破烟尘[4]。矿井瓦斯产生的温室效应是二氧化碳的21倍,我国煤矿年排放瓦斯 120亿 m3,平均利用率不到20%,不仅是一种资源的浪费,也是对大气环境的破坏。

4)诱发地质灾害。泥石流、滑坡等自然灾害发生概率伴随着开采规模的扩大、强度的加大而加大,尤其以大型的露天开采矿区最为集中。神府东胜矿区自开发以来,发生规模不等的泥石流200多次,造成的经济损失巨大,是比较典型的矿山泥石流分布区。

2 绿色矿山建设

随着科学技术的不断进步,生活水平的提高,人们对矿业开发又有了更高的要求,不仅要实现无废开采,还要充分体现人们在矿业开发中的和谐理念,提出了绿色矿业的理念。2008年中国国际矿业大会以“绿色矿业、企业战略、推动矿业持续繁荣”为主旨,有力地推动了绿色矿业的发展。绿色矿山,绝不是简单的矿山复垦和绿化。绿色矿山建设是一项复杂的系统工程,有着全面深刻内涵和实质内容,根据我国国情和矿情,走绿色矿业发展之路势在必行,而建设绿色矿山则尤其重要。

1)绿色开采理论体系。绿色开采是一种以资源利用最大化,环境破坏最小化为目的,安全、高效且利于可持续发展的煤炭开采技术体系,对绿色矿山建设的发展具有重要意义。其技术体系见图1[5,6]。

图1 绿色开采体系

2)矿山生态环境建设。为使环境破坏最小化,资源利用最大化,在矿区特有条件下,充分利用绿色开采技术,然后辅以建立带有矿区特色的生态系统,进而达到资源利用节约集约化、开采方式科学化、企业管理规范化、生产工艺环保化、闭坑矿山生态化的绿色矿山建设标准。

a)推行现代立体农业和生态农业。我国东部平原矿区经济基础好,自然条件优越,因地制宜地积极发展现代立体农业和生态农业是实现高产高效的根本保证。现代立体农业的具体实现可利用基塘复垦技术,生态农工业布局则以生物链复垦技术为主。

现代立体农业的显著标志是充分利用物种的时间差、作物生长空间差,充分高效的利用土地。基塘复垦是对采煤沉陷地采取“挖深垫浅”措施获得一定比例的旱田和水田,并按生态学原理对其进行立体开发的复垦技术,其关键是建立合理的基地时空立体结构,从而达到现代立体农业的目标。

生态农业主要是运用生态学中的物种共生和物资循环再生等原理以及系统工程的优化方法,实现物资多层次利用,已达到高产高效。在矿区土地复垦中称之为矿区生态工程复垦。矿区生态工程复垦并不以一种复垦开发为目标,而是按照生态学中生态位原理、食物链原理和养分循环原理等,实现多种经营、系统经营,这也是现代大农业的发展之路。绿色矿山生态体系示例见图2。

图2 绿色矿山生态体系示例

b)结合绿色开采多元化发展。绿色开采是形成绿色矿业及矿区绿色家园的重要组成部分。在绿色开采技术体系的基础上,综合应用绿色矿山生态体系,在科学规划指导下和高新技术支撑下,既保护环境、合理利用资源,又最大限度地获得经济利益,必将大力推动我国绿色矿山建设。见图3。

图4 绿色矿山建设系统流程图

图3 基于绿色开采的绿色矿山建设体系简例

c)可行性研究与稳定性论证。在矿区生态系统建立规划时期,必须合理考虑本地区实际气候、地理条件以及矿区自身环境条件,建立因地制宜的生态环境系统。并咨询相关专家对其可行性进行综合分析。

矿区的生态体系建设与一般土地开发不同,受到采矿活动的制约。因此,在高产高效复垦规划中必须首先进行沉陷地稳定性论证,利用矿山开采沉陷理论,通过地表下沉预计,科学划分出稳沉区、非稳沉区以及近期可稳沉区与远景稳沉区,正确预计出稳沉后的地形地貌,为规划提供依据。绿色矿山建设系统流程见图4[6]。

3 展 望

由上可知,我国矿山建设还存在诸多环境问题,绿色矿山建设是我国矿业发展的必由之路,绿色开采是形成矿区绿色家园的重要技术组成部分。实现绿色矿业,前提是建立在环境评价基础上的科学规划,核心是持续创新包括绿色开采之内的关键技术。伴随着科技水平的不断进步和国内外实践探索的陆续开展,绿色矿山建设的实现成为可能。当前需要的是对该体系的进一步完善,以及继续从政策层面上加大对绿色矿山建设的支持和引导。

走绿色矿业之路,建设绿色矿山,发展循环经济、建设循环型社会,就要求在矿业科技进步方面,加大研究开发能力,努力强化绿色矿山建设的技术支撑。在政府的引导和管理下,是我国整体资源利用转化为开放的良性循环经济模式。主要包括以下几个方面：

1)加大科技投入,促进技术创新,努力发展绿色开采技术,完善绿色矿山建设体系。

2)加大立法、执法力度,建立和完善矿产资源开发与生态环境保护相匹配的政策法规,强化对矿山环境管理的监控。

3)政府应以市场为导向,通过引导培育和部分投入,使矿山环境治理和土地复垦产业化。

[1] 乔繁盛.建设绿色矿山发展绿色矿业[J].中国矿业,2009,18(8)：04-06.

[2] 许家林,钱鸣高.绿色开采的理念与技术框架[J].科技导报,2007,28(7)：61-64.

[3] 谭绩文.矿山环境学[M].北京：地震出版社,2008：23-26.

[4] 李东峰,苏成林.绿色开采创新理念与矿区可持续发展[J].山东煤炭科技,2009(5)：161-163.

[5] 缪协兴,钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望[J].采矿与安全工程学报,2009,26(1)：13-14.

[6] 钱鸣高.资源与环境协调(绿色)开采[J].煤炭科技,2006(1)：01-04.

[7] 孙维中.浅谈绿矿山建设[J].煤炭工程,2006(4)：60-61.

Green Mine Construction of Based on Green Mining

Chen Bin,Zhang You-qian,Ai Cong

The coal holds the dominant position in our country energy,some problems relating to coal mining are serious,such as resources destruction,environmental damage,and production accident.This article unifies the green mining idea and the technical system,from the resources and the environment angle,proposed the f urther research and the development suggestion to the green mine and the green ecosystem construction.

Green mine;Green mining;Environment;Ecology

TD[99]

B

1672-0652(2010)06-0050-04

陈 斌 男 1990年出生 中国矿业大学在读本科生 徐州 221116

2010-04-15