河南嘹歌山石灰石矿绿色矿山的规划设计

栗红玉，易丽萍，廖正彪，吕亚伟，王荣

矿产资源开发与利用过程中对大气、水系、土壤所产生的污染和资源损耗，给自然环境和人类生活带来了负面影响。绿色矿山建设发展模式，是矿山可持续发展的最佳途径[1]。

河南嘹歌山矿开采的矿种主要为石灰石，作为石灰质原料供水泥厂烧制水泥熟料。该矿山矿体基本裸露于地表，赋存浅，水文及工程地质条件简单，适合于露天开采。由于生产管理不到位，矿山开采中的粉尘、噪声、固体废弃物的排弃污染了周边环境，甚至诱发山体滑坡、泥石流等地质灾害的发生，致使生物多样性锐减[2]。开展绿色矿山建设是该矿山可持续发展的必然选择。

本文通过分析河南嘹歌山石灰石矿开采中存在的问题，从资源开发、综合利用、矿区环境治理、数字化矿山建设、边坡在线监测、社会和谐工程等方面对该矿山进行绿色化改造。

1 工程概况

1.1 矿区开采现状

嘹歌山石灰石矿区地势西高东低，西部为低山区，东部为丘陵地带，矿区最高标高552m，最低标高352.2m，相对高差199.8m。由于断层及沟谷切割，矿区由南矿段、中矿段及北矿段三部分组成。矿体由鲕状灰岩与豹皮灰岩组成，顶板为条带状白云质灰岩，底板为薄层泥质灰岩。矿区水文及工程地质条件简单。

该矿山于2007年9月开工建设，2008年6月建成投产，设计规模年产石灰石180万吨，采用公路—汽车开拓运输方案，露天开采方式，自上而下水平分层开采法，台阶高度为15m。矿山开采工作面见图1。破碎站布置在南矿段南面，位于爆破安全境界线以外。该矿山自2011年起因种种原因一直处于停采状态。近几年，附近百姓在矿区内进行一面坡式的民采方式，矿区范围内共形成24个露天采坑。

图1 矿区开采工作面

1.2 存在的问题

现有矿山开采方式对矿区周边环境造成了严重破坏，而且资源综合利用率低，信息化管理水平有待加强，主要体现在以下方面：

1.2.1 矿山地表生态遭到严重破坏

矿山开采初期，地表剥离、道路修建、生活设施建设等工作以及附近百姓的私挖滥采形成的民采坑破坏了地表环境。其中，民采坑分布零散占地最广，台阶大多不规则，高度多在10～30m；坡度较陡，多在70°～80°；采掘面凌乱，岩石破碎裸露，大量剥离的废土废渣随意堆放，需要进行治理（见图2）。

图2 22号民采坑现状图

1.2.2 道路扬尘严重，局部边坡存在安全隐患

矿区道路均为泥结碎石路面，由于没有进行很好的保养维护，问题日益显著，主要包括：

（1）大部分道路已经被碾压损坏，坑洼不平，运矿汽车行驶时的扬尘及尾气严重不符合排放标准要求。

（2）道路两侧水沟杂草丛生，伴有碎石，排水不畅，下雨时，路面翻浆严重。

（3）边坡岩面裸露，局部边坡较陡，稳定性差，存在滑坡、泥石流的安全隐患。

（4）道路两侧绿色覆盖率低。

1.2.3 废石利用率较低

该矿山固体废弃物主要为矿体表层剥离的废土以及矿体内赋存的白云岩夹层等。矿山原设计是将剥离物运至废石场堆存，民采时则是将其随意堆放，排弃的废石不仅占用大量土地，而且易诱发泥石流等地质灾害的发生。

1.2.4 矿山管理效率低

该矿山不同品位矿石搭配、矿石运输量的计量、开采进度的追踪、设备使用及维修情况、能源消耗指标统计分析等均采用人工方式，存在生产效率低、错误率高等问题。矿山的信息化管理水平有待加强。

2 绿色矿山建设原则

矿山生产应遵循“开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化、生产工艺环保化、矿山环境生态化”的基本要求，努力实现矿山发展的资源效益、环境效益和社会效益的协调统一，资源开发与环境保护并举，矿山发展与社区繁荣共赢[3]。

（1）因地制宜，协调发展。结合自身发展的实际情况，总结分析生产过程中在资源综合利用、环境保护、和谐社区建设等方面存在的问题与矛盾，做好环保、复垦和社区等方面的工作，确保矿山协调发展[4]。

（2）突出重点，科技兴矿。要在绿色矿山建设的重点领域开展专题设计，对采取的先进技术、方法及手段及时进行总结，发展构建体现自身特色的绿色矿山发展模式。坚持科技创新原则，稳步推进技术升级改造与创新体系建设。加强与相关单位合作，建立矿山物联网系统，将矿山数字化纳入矿山发展规划。主动监控矿区内生产状况与实时地质环境变化，并根据数据系统自动反馈环保、产能达标状况，提高矿区全面监控水平与安全管理水平[5]。

（3）合理规划，注重实施。依据绿色矿山建设的基本条件及行业标准制定切实可行的规划发展目标，通过规划重点工程建设项目，将规划指标落到实处。各项建设工程应做好资金安排，合理统筹，狠抓落实，保证规划指标的顺利完成[6]。

（4）统筹协调各项工作。严格执行上级规划部署的任务和目标，做好绿色矿山建设规划与当地国民经济和社会发展规划、土地利用总体规划、矿产资源规划等规划的衔接，积极落实，统筹协调工作[7]。

（5）开发与保护并举。资源开发坚持“谁开发谁保护，谁污染谁治理”的原则，坚持矿山开发与保护并举，保障矿山的可持续发展。做好道路硬化与地质灾害监测工作，确保矿区地质环境稳定。最大限度地降低对周边生态环境的破坏，大力推进生产过程中同步绿化与土地复垦工作[8]。

（6）公众参与，集思广益。在矿山内部积极宣传绿色矿山发展理念，鼓励矿山职工为绿色矿山规划建言献策，参与矿山规划建设，注重专家咨询和公众参与，广泛听取多方面意见，积极鼓励矿区周边村民参与绿色矿山建设，增强规划编制的公开性，提高规划透明度和科学决策水平[9]。

3 绿色矿山建设内容

针对矿山存在的种种问题，本次规划设计积极响应《水泥灰岩绿色矿山建设规范》对矿山建设在矿区环境、资源开发方式、资源综合利用、节能减排、数字化矿山等方面提出的要求，从以下六个方面对该矿山进行改造升级，确保矿山绿色、协调、可持续发展。

3.1 资源开发利用

由于北矿段及中矿段周边环境比较复杂，南矿段东部牵涉村庄及住户较多，企业现仅对南矿段西部矿体进行开采设计，主要内容包括：

（1）生产规模。矿山年产矿石量180万吨，经计算，该矿段服务年限约17年。待该矿段开采完毕后，再对北、中两矿段实施开采。

（2）开采方式。采用自上而下分台段开采的方式，工作面垂直走向布置，沿走向推进。台阶高度15m，工作面台阶坡面角75°，台阶终了坡面角65°，安全平台4m，清扫平台8m，安全平台与清扫平台交替设置。

（3）开拓方式。矿山仍采用公路开拓方式，工作面至破碎站采用汽车运输，破碎后的石灰石碎石由胶带输送机运输至水泥厂。

（4）主机设备。矿山穿孔、采装、运输等主要设备均选用具有国内先进水平的高效、环保、节能设备，其中，穿孔选用KQG-150型露天潜孔钻机，采装选用斗容为4.0m3的液压挖掘机，运输选用载重量为30t的矿用自卸汽车，大块矿石的二次破碎选用液压碎石机击碎。

3.2 资源综合利用

本矿山开采产生的主要废弃物为夹石和废土，如果直接运至废石场堆放，既占用土地，又存在发生泥石流的安全隐患。为此，项目部综合考虑夹石、废土的化学成分及物理力学特性，决定对其规划综合利用，实现矿山开发零排废的目标，同时给企业带来经济效益。

（1）废渣综合利用。在本矿山规划设计一条年处理150万吨废石的综合利用项目，主要生产20～30mm、10～20mm、5～10mm、0～5mm骨料及机制砂。该项目设计采用颚式破碎机+反击破碎机生产骨料，破碎后的物料经过两次筛分，其中＞30mm的物料形成闭合回路返回至反击破碎机，30～20mm以及10～20mm物料输送至成品库，0～5mm物料通过选粉机和立轴破碎机生产机制砂，输送至成品库。在成品库底直接用汽车装车运输。整条生产线采用空压机站集中供风，各卸料点设置袋收尘器，保证生产线粉尘排放浓度＜10mg/m3，满足国家和地方的排放要求。生产线独立设置电力室及中央控制系统，实现整条生产线的自动化控制。

项目建成后，每年可生产150万吨机制砂及骨料，实现销售收入5 200万元，实现利润830万元。这样既充分利用了废石，又能为企业增加收益。

（2）废土综合利用。土壤是进行土地复垦的基本要素，本项目设计将剥离废土运往暂时不开采的北矿段及中矿段的遗留露天坑，用于日后土地复垦使用。

3.3 矿区环境治理

3.3.1 土地复垦

本项目拟对暂不进行开采的北、中矿段11个民采坑进行土地复垦，复垦面积约25.57ha。

植被恢复绿化前，首先要对单独存放的剥离表土层进行土壤改良，掺配有机肥，提高土壤有机质含量。有机肥采用高温堆肥的制作方法，以农作物秸杆、人畜粪便、树木落叶、青草、绿肥、垃圾等为原料，经高温堆沤处理后，可杀灭病菌和虫卵，使草籽失去再生能力，该方法具有腐熟快、原料充足，易于操作等特点。

矿山绿化采用乔、灌、草相结合的方式。绿化品种的选择以乡土树种和草种为主，兼顾美化要求。乔木树种选择马尾松、侧柏、刺槐等，灌木选择毛柳、酸枣、紫穗槐，绿化草种选择白羊草、羊胡子草、蒿类，藤本选爬山虎。近期可绿化区域植被恢复率达60%，远期可绿化区域植被恢复率将达100%，见图3。

图3 矿区采终植被恢复效果图

3.3.2 噪声、粉尘防治

矿山开采在穿孔、爆破、二次破碎、铲装、汽车运输、破碎等生产环节都会产生大量粉尘及噪声，采取的主要措施包括：

（1）矿山爆破采用多排孔微差爆破；

（2）噪声源连续的区域，工人佩带个人防护设施；

（3）采区周边及道路两侧种植具有降噪、防尘功能的树木；

（4）将破碎站进行密封，并加装收尘器等环保设备除尘，封墙采用降噪材料；

（5）矿区主要运输道路路面硬化，并采取定期洒水、清洗路面等措施，在矿区出口处设置洗轮机，防止粉尘外带；

（6）厂界设置粉尘、噪声监测设施，确保矿山粉尘、噪声符合国家规范要求。道路两侧绿化效果图见图4。

图4 道路绿化效果图

3.3.3 规范标识标牌

按规范要求，完善道路、采区、破碎站的相关警示标牌及安全宣传标语，加强安全监督，确保矿山生产安全。

3.4 数字矿山建设

3.4.1 矿体三维数字化

传统的二维设计方式采用人工进行配矿设计及编制采剥进度计划，周期长，误差大，更新慢。本次设计采用SURPAC三维地质采矿软件，根据地质数据建立矿体模型，对矿体各个区段的品位进行统计分析，可直观反映出矿区的贫富区段，还可根据生产勘探数据进行实时更新，生产效率大大提高。

对于品位波动较大的矿体，可利用矿体模型中的品位数据，进行精准配矿设计，提前编制采剥进度计划，从而保障矿石品位平稳，合理有序地供给水泥厂生产水泥熟料。

3.4.2 视频集中监控系统

为了能直观地了解矿山各作业地点的运营情况，矿山在开采、运输、破碎、计量等区域规划设计工业视频监控系统。该系统由视频采集系统，传输系统，管理、控制部分，显示部分组成。

通过该系统，管理者可以远程实时跟踪矿山生产进度，监督生产的安全状况，及时发现问题，制定对策，避免发生事故，造成人员、财产损失。

3.4.3 智能计量系统

以往矿山计量系统采用人工开票、人工统计的方式，每个磅房须配备2～3名计量员，既浪费人力，又效率低下。为了提升矿山的信息化管理水平，使计量过程精细化、准确化、高效率，本矿山计划采用一卡通智能计量系统。

该系统具体流程为：自动识别车辆信息—车辆过皮—自助领取IC卡—车辆过毛—自助归还IC卡—自助票据打印。

3.5 边坡在线安全监测系统

矿山边坡的安全监测技术一直是矿山开采的薄弱环节，为保证矿山安全生产，对于岩体破碎、危害性较大的边坡，建立边坡在线监测系统。

监测系统主要由数据感知部分（位移传感器）、数据采集部分（采集单元）、数据传输部分和控制分析部分（监控中心软件）等部分组成。

通过建立岩土体地表沉降监测网，实时远程监测边坡各测点的位移变化，通过无线网络将监测数据及时传输到监测中心，由专用的计算机数据分析软件处理，判断边坡的整体稳定性，快速准确预警预报山体边坡崩塌、滑坡等灾害，有效避免灾情发生造成的损失。

3.6 社区和谐工程

该矿山企业根据自身优势，将绿色矿山建设与周边新农村建设相结合，为当地农村建设提供力所能及的物资支持。具体举措如下：

（1）建立村和企业和谐共建委员会，以此作为构建村企沟通平台。根据地方与矿山企业的发展规划，充分考虑双方的共同利益，适时启动村企共建工程，整合双方资源，发挥双方优势。

（2）投入资金对周边村庄道路进行硬化改造，并对附近村庄加强绿化，增加健身娱乐设施，以改善村民居住环境。

（3）将绿色矿山的土地复垦等工作分包给当地村民，既可以充分利用村民的种植经验，提高绿化效率，也可以带动当地经济的发展，提高村民的生活水平。

（4）支持当地的教育事业，积极举办捐资助学活动，解决当地贫困儿童的教育问题。

4 结语

深化绿色矿山建设，发展绿色矿业是立足于我国国情，更好地解决我国矿产资源供需矛盾、资源开发与环境矛盾等一系列问题的全新思维和最有效途径[10]。该矿山根据自身特点对绿色矿山的建设进行了全面规划，既实现了资源节约和环境保护，又促进了地方经济的发展，提高了当地群众的生活水平。