河南省典型绿色矿山特征及其建设重点

杨 琳,袁海明,王 涛

(1.河南省豫地科技集团有限公司,河南 郑州 450000;2.河南省第六地质大队有限公司,河南 郑州 451460;3. 河南省国土空间调查规划院,河南 郑州 450053)

在全球环境与资源问题日益突出的环境下[1-3],中国作为碳排放量最高的国家,积极响应环境生态反馈与经济社会发展需求[4-6],提出“双碳”目标和绿色发展理念[7-9]。尽管矿产资源是经济发展的重要保障[10-12],但矿山建设必须要坚持绿色理念和可持续发展道路。因此,基于矿产资源综合利用的绿色矿山建设是我国践行绿色发展理念和实现“双碳”目标中不可或缺的一环[13-15]。

对绿色矿山的研究,主要集中于明确绿色矿山定义[16-17]、建设绿色矿山制度体系[17-19]、构建动态评价指标体系[20-22]、探索绿色建设模式[23-25]等,与我国绿色矿山发展的地方探索时期(2003—2006年)、国家重视及推动期(2007—2011年)、高速发展期(2012—2016年)和规范化时期(2017—)等4个阶段[26-27]相互对应。绿色矿山是一个多维的系统概念,是以保护生态环境、降低资源消耗、追求可循环经济为目标,绿色发展与生态保护理念应贯穿于矿产资源开发利用的全过程。关于绿色矿山建设制度与评价体系的构建,国内各省基于省内矿产资源特征与生产实践,总结符合省情的4-6类的1级评价指标与多类次级指标来制定绿色矿山建设制度和构建相应的评价体系[28-29]。评价方法有专家评价方法(第三方评估等)、运筹学与传统数学方法(数据包络分析法或模糊综合评判法等)、新型评价方法(人工智能评价法、灰色综合评价法等)及综合判定法(AHP+模糊数学判定法、模糊神经网络法等)[30-33],但大多数研究以单个绿色矿山为研究对象,以某个区域内多个绿色矿山为研究对象的做评价工作研究的不多,难以对区域性宏观相关特征进行总结。

本文以河南省内49家典型绿色矿山为例,在绿色矿山基本特征的基础上,结合河南省矿产资源分布现状(图1)以及河南省绿色矿山建设评价的6类1级评价指标(矿区环境、资源开发利用、资源综合利用、节能减排、科技创新与数字化矿山、企业管理与企业形象),利用皮尔逊相关性分析和G(基尼指数)分析的评价方法探讨评价指标之间的联系,总结河南省绿色矿山宏观特征,分析绿色矿山建设重点,以期为河南省进一步推动省内绿色矿山建设提供参考。

图1 河南省矿产资源分布略图

1 河南典型绿色矿山特征

1.1 河南新庄煤矿典型绿色矿山特征

河南省神火煤电股份有限公司为推进新庄煤矿绿色矿山建设,成立新庄煤矿绿色矿山建设委员会,制定绿色矿山管理体系,目前各项绿色矿山建设工作运行正常,档案齐全。矿区南北长约7.5 km,东西宽约3 km,面积约20.436 7 km2,绿化面积17 624.3 m2,矿区覆盖率100%。矿区环境建设符合《工业企业总平面设计规范》(GB50187-2012)。厂区建有危废专用库房、2座生活污水处理系统和2座矿井水处理系统,资源综合利用建设良好。采煤方法采用走向长壁或倾向长壁后退式综合机械化采煤方法,洗选尾矿产品均采用干法排放,能高效开发利用资源。节能减排建设执行力度大,煤矿采取多种措施与政策落实、推动节能减排建设。2020年投入主营业务收入的2.63%进行科技研发及技改,不断推动科技创新与数字化矿山建设,其中,新庄煤矿采掘作业综合机械化率达到100%,运输的自动化率已经达到70%以上,煤流系统能实现从工作面到选煤地点的全过程自动化。

1.2 总体特征

1.2.1 矿种分布类型

河南省49家入库绿色矿山开采矿种可划分为煤矿、有色金属矿、非金属矿、黑色金属及建筑石料石材矿等5类。其中,以煤矿类绿色矿山占比最高,为40.82%;有色金属矿类绿色矿山占比6.12%,涉及钼矿、铝土矿及高铝黏土矿等;非金属与建材矿类绿色矿山占比46.94%,非金属矿种主要为灰岩矿和石灰岩矿,灰岩矿中又包括水泥用灰岩和其他用途灰岩矿种,建材类矿种主要为建筑用大理石及建筑石料用灰岩矿;黑色金属矿类绿色矿山占比6.12%,主要为铁锰矿(图2a)。

河南省典型绿色矿山与全国661家国家级绿色矿山试点单位矿种分布均具有能源类、非金属及建材矿类绿色矿山高占比特征(图2)。国内能源矿类绿色矿山(煤矿、油气)尤其是煤矿类绿色矿山的高占比(图2b),表明“双碳”背景下我国经济社会发展的主导能源仍然是煤炭,煤矿类绿色矿山建设仍然是河南省乃至全国绿色矿山建设问题的重点[34-35]。而河南省内非金属及建材类绿色矿山46.94%的高占比(远超国内平均占比18.46%)则表明河南省为全国基建工作提供坚实的耗材保障(图2a)。河南省内低占比的金属矿类绿色矿山则是河南省绿色矿山建设工作中的薄弱点(图2a),也侧面突出河南省金属矿产资源的稀缺。

2.2 开采方式特征

河南省绿色矿山开采方式主要为地下开采和露天开采2种。其中,地下开采类绿色矿山占比42.86%,仅涉及煤矿类绿色矿山(占比40.82%)和黑色金属矿类绿色矿山(占比2.04%)2类;露头开采占比57.14%,涉及大部分黑色金属矿类绿色矿山,全部的有色金属矿、非金属及建材矿类绿色矿山。

图2 典型绿色矿山开采矿种分类占比图

能源类绿色矿山全部以地下开采为主,非能源类矿山大部分以露天开采为主,这主要与受到能源类矿产形成时期(尤其是聚煤期)的地质条件和后期保存条件有关[36-37]。

2 典型绿色矿山建设评价指标特征

2.1 绿色矿山特征对评价指标得分的影响

(1)矿种类型对评价指标的影响

不同矿种类型的绿色矿山的建设评价指标得分差异较大。其中,煤矿类的绿色矿山的矿区环境和科技创新与数字化矿山指标得分均高于其他矿种类型,这得益于政府对于能源行业环保问题的重视与数字化社会的快速发展(图3)。尽管各类绿色矿山由于资金、设备、政策等原因导致资源开发利用产生较大差异,但各企业在各自有限的条件,利用高效的企业管理最大限度地对资源进行有效整合并综合利用,同时也保证企业自身形象。黑色金属矿类绿色矿山仅企业管理与企业形象一项评价指标得分高于平均值,其他5项指标均低于平均得分,这表明河南省绿色矿山建设中黑色金属矿种绿色矿山建设是极其薄弱的一环。

图3 不同类型绿色矿山评价指标得分分布直方图

(2)开采方式对评价指标的影响

不同开采方式对矿区环境、资源开发利用、资源综合利用、节能减排、企业管理与企业形象等5类评价指标得分影响较小,但对科技创新与数字化矿山指标得分的影响异常明显(图4)。地下开采类绿色矿山的科技创新与数字化矿山得分明显高于露天开采类绿色矿山(图4),这一指标的过大差异导致地下开采类绿色矿山建设综合评价优于露天开采类绿色矿山。这表明社会发展对能源的需求促使能源产业成为科技创新的首要受益目标,同时地下开采环境的复杂性和高危险性也是促进该类绿色矿山科技创新和数字化建设的重要因素。

图4 不同开采方式绿色矿山评价指标得分折线图

(3)疫情对评价指标的影响

2020年前后,矿区环境、资源开发利用、节能减排以及企业管理与企业形象等4项评价指标得分都十分接近,但资源综合利用以及科技创新与数字化矿山2个评价指标受时间因素影响明显(图5)。从2020年开始,资源综合利用得分明显低于2019年(图5),这可能是由于2019年末至2020年初疫情造成资源供应紧张,而在2020年疫情之后,企业侧重资源开发利用而导致综合利用率较低。2020—2021年,科技创新与数字化矿山评价指标得分相对于2019年也有较大的提高,反映河南省数字化社会的高速发展和科技创新的稳定进步。这也得益于数字化信息与智能化信息在疫情期间发挥的巨大贡献,使得社会对于数字化技术的转化应用异常重视。

图5 不同年份绿色矿山评价指标得分折线图

2.2 绿色矿山建设评价指标相关性分析

(1)基本统计学分析

统计河南省内49家典型绿色矿山6类1级评价指标得分,计算基本统计学参数如表1。各类评价指标得分范围及标准差较大的2项是科技创新与数字化矿山和资源综合利用,主要是受疫情、企业实力、当地政策等多因素共同影响。较小的2项是资源开发利用和矿区环境,这表明河南省经济社会的发展充分贯穿绿色发展与可持续发展理念。

表1 绿色矿山6类1级评价指标专家评分统计学分析

(2)皮尔逊相关性分析

皮尔逊相关系数r在-1～1之间,|r|大于0.05即具有显著相关性,越接近1时代表相关性越大,并且r>0代表线性正相关,r<0代表线性负相关;|r|小于0.05、接近0时代表无线性相关,但不排除两者之间存在非线性相关性[38-39]。皮尔逊相关系数等于协方差除以各自标准差的乘积,即:

通过计算各评价指标与其他评价指标得分的皮尔逊相关系数可知(表2),矿区环境和资源开发利用、矿区环境和节能减排、矿区环境和科技创新与数字化矿山、资源综合利用和节能减排具有显著的正相关关系;矿区环境和企业管理与企业形象、资源开发利用和资源综合利用、资源开发利用和节能减排、资源开发利用和科技创新与数字化矿山、资源开发利用和企业管理与企业形象、资源综合利用和科技创新与数字化矿山、资源综合利用和企业管理与企业形象均具有显著的负相关关系。

(3)基尼系数分析

基尼系数G主要应用于经济学上的判断收入分配差异,基尼系数最小等于0,表示收入分配绝对平均;最大等于1,表示收入分配绝对不平均[40,41]。将其引申到绿色矿山建设评价指标中用于描述各类1级评价指标对综合评价的贡献差异,G为0,表示该类评价指标对综合评价的主导作用;G为1,表示该类评价指标对综合评价的无贡献。评价指标对综合评价的贡献越大,基尼系数也越小;反之,评价指标对综合评价的贡献越小,基尼系数也越大。其计算公式如下:

G=1-2∑(Xi×Yi)

其中,Xi为该类1级评级指标得分的累积概率,Yi为综合评价得分的累积比例。

表2 典型绿色矿山6类1级评价指标皮尔逊相关性分析

计算各评价指标与综合评价得分的基尼系数可知(表3),6类1级指标基尼系数由小到大依次为科技创新与数字化矿山(0.038)、企业管理与企业形象(0.045)、节能减排(0.059)、资源综合利用(0.067)、资源开发利用(0.074)和矿区环境(0.083),反映科技创新与数字化矿山在绿色矿山建设评价中的重要地位。

3 结论

(1)能源类地下开采式矿山是河南省绿色矿山建设的重点,绿色矿山建设过程中要重视突发事情应急管理。绿色发展和可持续发展理念融入能源主导型经济社会的发展必然要求河南省重视省内高占比能源类绿色矿山的建设。2019年突发疫情事件导致多类1级评价指标出现极大的波动,反映当前河南省绿色矿山建设体系对突发事件应急管理工作的忽视。

表3 典型绿色矿山6类1级评价指标与综合评价分数基尼系数统计表

(2)矿区环境以及资源开发利用建设和非能源类绿色矿山的科技创新与数字化矿山建设是河南省绿色矿山建设的薄弱点。矿区环境以及资源开发利用对综合评价绿色矿山建设的低贡献、得分偏差小,体现河南省内各企业对这两项建设工作的共同缺失;而科技创新与数字化矿山评价指标的得分偏差最大,反映了各企业在该项建设中出现极不平衡的现象。

(3)河南省经济社会发展对绿色发展与可持续发展理念的重视确保绿色矿山建设中资源开发利用和矿区环境环节的稳定;G的低值(0.038)则反映科技创新与数字化矿山在绿色矿山建设评价中的重要地位。皮尔逊系数r则表明矿区环境和科技创新与数字化矿山(r= 0.093)具有显著的正相关关系;资源开发利用和科技创新与数字化矿山(r= -0.082)、资源综合利用和科技创新与数字化矿山(r= -0.074)具有显著的负相关关系。