基于生命周期可持续性评估理论的绿色矿山开采研究

摘 要：矿山开采是社会经济活动中不可或缺的一部分，然而，传统的矿业活动常常伴随着严重的环境破坏、资源浪费以及社会公平等问题。因此，通过基于生命周期可持续性评估理论的全面指标体系和建议，为绿色矿山开采提供系统性的理论框架和实践经验，并提出一种多境界开采模式。在白云鄂博矿区的实践中，采纳建议与多境界开采模式后结果显示环境、社会、经济三大指标评分平均提升39.04%。结果表明：研究提出的先进理论框架与实践路线为绿色矿山开采的发展注入了新的思路，为促进矿业向更加环保、社会负责、经济可持续的方向发展提供了有益的经验和启示。

关键词：矿山 绿色开采 生命周期 可持续性评估

中图分类号： TD98

Research on Green Mining Based on Life Cycle Sustainability Assessment Theory

LI Aiwei

Daliuta Coal Mine of Shendong Coal， China Energy GrouiBHwUF9kleJFkJhKo7rgvg==p，， Yulin，

Shaanxi Province， 719300 China

Abstract： Mining is an indispensable part of social and economic activities. However， traditional mining activities are often accompanied by serious problems such as environmental damage， resource waste， social equity. Therefore， through a comprehensive indicator system and suggestions based on Life Cycle Sustainability Assessment theory， a systematic theoretical framework and practical experience are provided for green mining， and a multi-realm mining model is proposed. In practice in Bayan Obo Mining Area， after adopting the suggestions and the multi-realm mining model， the results showed that the scores for the three major indicators of environment， society， and economy increased by an average of 39.04%. The results show that the advanced theoretical framework and practical route proposed have injected new ideas into the development of green mining， and provided useful experience and inspiration to promote the development of mining industry in a more environmentally friendly， socially responsible， and economically sustainable direction.

Key Words： Mine; Green mining; Life cycle; Sustainability assessment

随着全球对可持续发展的日益关注，矿业行业在实现资源开发的同时，不可避免地面临来自环境和社会方面的挑战[1]。传统的矿山开采往往伴随着生态破坏、资源浪费和社会不公平等问题，引发了社会对矿山可持续性的迫切关注[2]。在这一背景下，绿色矿山的概念应运而生[3]。李岱鲜等人[4]针对小型矿山在绿色化方面的相对滞后的问题，通过某小型金矿在河南省的绿色矿山建设案例，为促进小型绿色矿山建设发展提供了有益的经验教训和建议。柳晓娟等人[5]针对绿色矿山建设中企业积极性不足的问题，提出通过政府规制引导，遵循生态-经济系统资本循环机制，以财税金融政策引导、绿色发展价格机制制定和技术创新推动的方法，从而促使企业更积极参与绿色矿山建设。然而，众多研究中缺少对整个矿山生命周期的全面性评估。在此背景下，研究聚焦于绿色矿山开采，并将生命周期可持续性评估（Life Cycle Sustainability Assessment， LCSA）引入研究框架中，考量矿山开采活动在其整个生命周期中对环境、社会和经济的潜在影响。研究旨在为矿业领域可持续发展方面提供新思路和实践经验。研究根据LCSA结合多种方法进行指标权重分配，并在此基础上针对性地提出多境界开采模式，具有创新性。

1基于LCSA的绿色矿山开采

1.1基于LCSA的指标体系

针对传统矿山开采存在的不良生态问题，研究提出一种以LCSA为基础的绿色矿山开采。LCSA将传统的生命周期评估、生命周期成本评估、社会生命周期评估三者有机地结合，通过综合考虑3个方面的因素，提供更全面的可持续性评估。在绿色矿山开采中使用LCSA，能够不再受限于传统的单一维度评估，使评估更为全面，能够更好地反映绿色矿山开采对各个方面的综合影响。

为确保 LCSA 的合理应用，研究建立了一个全面且系统的指标体系，涵盖了环境、社会和经济 3 个方面，以确保对绿色矿山开采的可持续性进行深入评估。

在环境指标方面，研究选取3个大指标：首先是关键的量化评估温室气体排放；其次是资源利用效率的评估，涵盖了对水、能源和原材料等自然资源的有效利用；最后是生物多样性维护方面，考虑了矿山对周边生态系统的影响，包括对野生动植物栖息地的保护和对生态平衡的维护。

在社会指标与经济指标方面，同样各自选取3个大指标。社会指标分别为劳工权益的评估、社区参与及文化遗产保护，其中：劳工权益的评估关注矿山开采对劳工的合理对待；社区参与的考虑则强调当地社区在决策和运营中的参与度；文化遗产保护方面关注矿山对当地文化遗产的潜在影响。经济指标则涉及投资回报率、就业机会、创新和技术发展。投资回报率的评估有助于验证绿色矿山开采的经济可行性。就业机会反映矿山开采对当地社区的积极影响。创新和技术发展的评估旨在推动绿色技术在矿山开采中的应用。

由于传统的指标评估忽略了各个指标的特性与其重要程度，因此，研究结合层次分析法（Analytic Hierarchy Process， APH）与判别矩阵法（Criteria Importance Through Intercriteria Correlation， CRITIC），并利用博弈论的方法对指标进行权重分配。首先，AHP用于计算各指标之间的相对权重，通过将问题分解为层次结构，构建判断矩阵，最终得出每个指标相对于其他指标的权重。其次，CRITIC法通过分析指标之间的相互关联性，以更科学地反映它们的相对贡献。最后，博弈论方法用于确定最终的融合权重，考虑了不同利益相关指标之间的博弈关系，以在多利益相关者环境中实现权衡，确保权重分配的公正性和可接受性。具体过程如下，假设个指标的权重向量与其线性组合如式（1）所示。

式（1）中，表示线性组合系数，表示可能的权重集。研究创建一个目标函数，如式（2）所示。

式（2）的目的保证不同权重的分别具有一致性与合理性，其核心思想是利用中的权重优化，最小化与之间的距离差值。研究利用矩阵微分性质对式（2）的最优化一阶导数条件求解，如式（3）所示。

进一步，对优化后的进程归一化处理，可得到最终的融合权重，如式（4）所示。

因此，根据上述内容结合绿色矿山开采过程中需要注意的问题，研究构建的基于LCSA的绿色矿山开采指标体系如图1所示。

由图1可知，研究在大指标的基础上进一步细分，以全面了解开采对环境、社会和经济方面的影响，确保每个阶段都得到充分关注，从而推动绿色矿山开采实践向更加可持续的方向发展。

1.2 基于绿色矿山开采指标体系的开采建议

针对矿山开采中存在的问题，研究在基于LCSA的绿色矿山开采指标体系的基础上，提出绿色矿山开采建议，整体思想如图2所示。

由图2可知，研究主要围绕6个方面，并针对9个大指标，27个小指标提出建议。环境方面，首先针对温室气体排放，研究建议实施能效改进，引入先进的绿色技术和设备，其次对于资源利用效率，研究建议采取循环经济实践，优化资源利用链条。生物多样性维护方面，研究建议制定并实施生态恢复计划，促进采矿区域的生物多样性维护。社会方面，首先针对劳工权益，研究建议优化矿山工作环境，提高劳动条件，制定合理的薪酬制度，加强职业健康与安全培训。针对社区参与，研究建议在矿山开采决策过程中主动与当地社区进行广泛的沟通和咨询，提高信息透明度。最后针对文化遗产保护，研究建议在矿山周边进行文化遗产调查，制定相应的保护措施，提高居民对文化遗产的重视和保护意识。经济方面，首先针对投资回报率，研究建议引入先进的矿山技术和管理实践方法，实施有效的投资风险管理策略。其次针对就业机会，研究建议优先考虑当地社区居民的就业需求，提高就业信息的透明度，提供平等的就业机会。最后针对创新和技术发展，研究建议加大对矿山技术创新的投入，引入智能化和环保技术。

1.3 多境界开采模式

为有效解决开采过程中周边环境和土地利用的挑战，研究在基于LCSA的绿色矿山开采指标体系的基础上，提出一种策略性的多境界开采模式。此模式开采工艺示意图如图3所示。

由图3可知，矿山开采过程中的推进方向首先是自上而下，并采用台阶式开采法。其次推进方向为由里至内，由此将矿山开采分为多个境界。多境界开采模式通过在爆破前增加台阶的高度以提高整体生产效率，并在接近最终开采境界时，同样引入台阶分段方式，降低边坡角度。在废石剥离过程中，多境界开采模式摒弃传统的外部排土场设置，采用内排方式，降低对土地的占用，减轻环境负担。多境界开采模式还引入光面和预裂爆破技术最小化对最终边坡的干扰。考虑到采场炮孔的方向与矿层的倾角之间存在紧密关系，多境界开采模式既防止当炮孔的角度与岩层的倾角一致时导致根底垮塌的情况发生，同时也避免炮孔的角度与岩层的倾角垂直时引发的伞岩现象。针对最终边坡，多境界开采模式实施覆土、植树和覆绿的措施以满足LCSA环境指标的要求，具体操作中，平台下部采用覆渣垫层，垫层厚度为50 cm，主要使用露天开采产生的松散剥离物。通过机械平土工程，实现场地覆土厚度的均匀分布，同时控制地面的平整度和排水情况，确保旱地地面坡度在5°以内。

2 绿色矿山开采建议实际应用成果

研究针对白云鄂博矿部分矿区进行绿色矿山开采实际应用效果研究。白云鄂博矿区是内蒙古自治区包头市的一个辖区，拥有世界闻名的超大型稀土和铌矿产资源。该矿区拥有丰富的矿产资源，其中铁矿石储量约为14亿t，稀土储量约为1亿t，还有大量的铌、锰、铜、磷等矿产资源。研究根据各个指标的权重分布，对各个指标设定分数值，对比采用绿色矿山开采建议前后的指标评分，评分由领域专家得出。结果如图4所示。

图4（a）中，A系列指标为环境方面的指标，A-1-1至A-3-3分别代表表1中环境的二级指标。图4（b）中B系列与图4（c）中C系列分别指社会与环境方面的指标，命名规则同A系列一致。由图4（a）可知，采用建议前白云鄂博矿部分矿区评分总分为186.3分，采用建议后为253.1分，提升35.86%。由图4（b）可知，采用建议前白云鄂博矿部分矿区评分总分为191.2分，采用建议后为276.6分，提升44.67%。由图4（c）可知，采用建议前白云鄂博矿部分矿区评分总分为186.3分，采用建议后为253.1分，提升36.61%。由此可知，采用绿色矿山开采建议后，在环境、社会和经济方面都取得了明显的进展，验证了建议的实际应用效果。

3 结论

针对矿山开采在实现资源开发时面临着环境和社会挑战，研究以LCSA理论为基础，构建了全面而系统的绿色矿山开采指标体系。结果显示在环境、社会和经济方面均取得了显著进展。环境指标得分提升35.86%，社会指标提升44.67%，经济指标提升36.61%。总体而言，绿色矿山多境界开采模式的实践能够减轻矿业活动对环境和社会的负面影响，同时也能够实现经济效益的提升，体现了绿色发展与经济可持续性的有机结合。

参考文献

[1]丁国峰，吕振福，曹进成.我国绿色矿山建设水平不均衡性分析及对策建议[J].矿产综合利用， 2023（5）：166-173.

[2]贺昕宇，王京，王寿成，等.我国绿色矿山建设现状、问题及对策研究[J].中国煤炭地质，2023，35（3）：63-66.

[3]寇园园，刘凯，陈会英.信息不对称下绿色矿山固体废物综合利用激励契约研究[J].中国矿业，2021，30（7）：100-106.

[4]李岱鲜.小型绿色矿山建设研究：以河南省某小型金矿为例[J].中国矿业，2022，31（9）：68-74.

[5]柳晓娟，侯华丽，武强，等.生态文明背景下绿色矿山企业经济效益的路径分析[J].中国矿业，2022，31（8）：44-50.