大型露天煤矿绿色开采理论探讨

马玉彪

摘 要：我国现行的露天煤矿开采设计理论主要考虑的是露天开采安全技术的可行性和经济效益的最大化，其最大的缺陷是不论在规划设计阶段还是在建设生产阶段均未考虑露天开采对生态环境造成的损伤及破坏，属于先开采、后治理（恢复）的被动开采模式。

关键词：露天煤矿；绿色开采；生态环境

在提出露天煤矿绿色开采的基本思路的基础上，提出露天煤矿绿色开采“绿色因子”的概念、内涵，分析了露天煤矿开发过程中占用土地动态演变，对露天煤矿绿色开采综合评价体系进行探讨。

一、露天煤矿绿色开采基本原则和思路

1.露天煤矿绿色开采基本原则。绿色矿山理论是一个系统理论，是多个因素组成的有机整体，在社会发展要求上与循环经济发展、复合生态系统、协调发展理论相一致，同时又体现了政策法规、技术标准的规范性。绿色矿山理论要求露天矿山不论在规划设计阶段或是建设生产阶段，既要考虑经济效益，更要考虑社会、生态效益及可持续发展。以现代化绿色矿山理念为指导，通过研究国内外资源开发、污染控制、工艺技术、生态恢复与重建、国家环境治理规划等现行标准，露天煤矿绿色开采具备以下几点基本原则：提高资源的开采效率，减少资源开采过程中能源、水资源与物料的消耗，以最小环境损伤实现最大资源回收率；以循环经济为战略考量，实现伴生与可再生矿物利用；既要从源头减少煤炭开采对生态环境的污染和破坏，又要注重过程污染控制与生态恢复重建；实现现代工艺技术应用与经济效益合理性均衡；推进企业绿色化管理，构建和谐企业文化，实现社会人文生态和谐发展。

2.露天煤矿绿色开采的基本思路。露天煤矿绿色开采的基本思路是克服先开采后治理的传统模式，即露天开采要与露天煤矿生产过程中所形成的固体环境、水体环境、大气环境、生态环境整体化、全过程综合考虑，达到全局优化、可持续协调共赢的目的，使矿区的固体环境、水体环境、大气环境及生态环境灾害最小、治理费用较小的条件下，露天煤矿的经营成本合理、经济效益较大。从开采源头开始控制煤炭开采对生态环境的破坏，建立露天煤矿开采的新模式。因此在露天煤矿开采中引入“绿色因子”的概念，建立以露天开采成本为目标函数，达到露天开采在设计与生产中强制实现生态环境保护的目标。为此，就要研究大型露天煤矿在绿色开采技术条件下的各工艺环节协调配合关系；解决大型露天煤矿开采与生态环境重建协调发展问题，找到“开采”与“环境”平衡点，确保矿区可持续发展，提出基于生态环境保护的露天煤矿现代设计理念与设计理论方法，最终建立大型露天煤矿绿色开采理论体系和技术经济指标评价体系。

二、露天煤矿开发过程中占用土地动态演变

露天煤矿开发过程中，土地的占用甚至破坏是露天煤矿开采的根本问题之一。剥离、开采、排弃甚至疏排水、道路建设、工业广场建设等均要占用大量的土地资源，并且土地的占用是一个动态演变过程。采、剥、排工程的占地与生态环境重建在不同时段的工艺上、工序上等时空分布应该协调一致。随着采、剥、排工程的进行，露天煤矿的土地占用和侵害逐渐显现出来。采、剥、排工程的进行使得剥离物从地下移至地表，剥离物排放地点发生变化，体积和位置也发生改变；同时岩层层位从有序排列到混合堆放。当开始内排时，一般来说占地可以达到动态平衡。因此内外排土场的容量、边帮角、外排角、内排角的优化是传统意义上的岩土环境灾害力学问题，更是占地投资与经济效益问题。到界的内、外排土场，就应及时地进行植被恢复与生态重建。不同地区矿区的气候环境、岩层介质不同，同时不同的排弃与管理方式，不同的植物种类与规格选择，植被恢复与生态重建的投资费用也不同。因此，如果设计和管理合理，内外排土场的容量达到极限，并且将表土合理摆放与覆盖，植被恢复与生态重建的成本就会降低。

三、露天煤矿环境灾害问题

1.固体环境灾害。固体环境灾害主要包括露天煤矿开采占用和破坏大量土地。（1）采场占用土地、外排土场占用土地、工业广场占用土地，外排土场及排矸场污染物迁移到周围土地、影响矿区景观环境，污染周围土地；（2）爆破震动：诱发滑坡、地表沉陷、破坏附近建筑物；（3）外排土场受雨水作用产生泥石流：破坏下游土地及建筑物。

2.水体环境灾害。水体环境灾害主要体现在露天煤矿开采导致原始水径流条件的改变与水质的污染。（1）采场疏干排水，破坏地下水力平衡、矿区附近地下水位下降、矿坑水排放污染地表水与土地；（2）排土场受雨水冲刷与淋溶，淋溶水污染周围土地、淋溶水污染地表水体。

3.气体环境灾害。气体环境灾害主要包括：（1）煤自燃产生有毒有害气体和烟尘，严重污染大气；（2）汽车运输工艺，消耗燃油并排放大量的尾气；（3）各环节作业产生飞尘（煤尘、岩尘）、噪音。

4.生态环境灾害。由于露天煤矿的生产，使得环境条件发生不可逆转的改变，进而导致生态环境恶化。土地养分减少，即土地肥力下降；水土流失，土壤中水份流失、土地沙化；植被破坏与退化，形成土地荒漠化，毁坏生物，动植物减少甚至灭绝。为了克服目前露天煤矿开采导致固体、水体、大气及生态环境问题，就是要遵循露天开采与生态重建两个独立系统相融合，采用绿色开采，优化设计，边采边调控，边采边治理，边采边修复。

四、露天煤矿绿色开采综合评价

露天煤矿生产过程采用绿色开采技术后，需要建立开采技术指标，采剥工程经济指标，开采过程环境指标及生态重建环境指标与相应的经济指标，建立经济效益综合评价指标体系与评价方法，评价指标量化方法。特定的露天煤矿生产过程中，固体环境、水体环境、气体环境、生态环境绿色因子与指标体系的构成不仅与与矿岩准备环节、采装环节、运输环节、排卸环节等密切相关，而且与露天煤矿设计、开采进程、生态环境治理指标等密不可分，在时空分布上都是动态的。如富水煤层的露天开采初期，抽排水是开采前、开采过程不可缺少的环节。矿区范围内的抽排水可以降低煤岩体内的含水量，在提高煤质的同时，增加边帮的稳定性；抽排的水还可以作为电厂用水、工业用水、民用或农牧用水，当然还可以用作露天煤矿煤体自燃灭火、降尘、绿化等。排放的煤体水可能造成污染。因此，抽排的水既是害又是利。各种影响因素相互影响，相互依存，相互作用，增加了建立露天煤矿绿色开采综合评价体系的复杂性。绿色开采评价中，要分析固体环境、水體环境、气体环境、生态环境的灾害成本及其控制、治理、修复的费用。在固体环境灾害评价方面，主要考虑外排土场位置、排弃高度等参数选择，边坡、排土场的稳定性分析等；水体环境灾害评价方面，须考虑地表地下水的保护、利用、抽排及污染控制等；在气体环境灾害评价方面，需要分析采场排土场飞尘产生机理、飞尘运动规律及煤炭在破碎、洗选过程粉尘产生机理；在生态环境灾害评价方面，需要分析生态环境与露天开采的协调关系及生态环境修复技术等。

总之，对传统露天开采存在的一系列环境灾害问题，提出了绿色矿山新理论，旨在实现资源高效开采、环境影响最小化、露天开采与环境保护协调发展；引入“绿色指数”定义，将其作为目标函数对露天开采各工艺环节进行评价，找寻薄弱环节并进行优化，从而实现环境保护。建立了绿色指数评价体系，提出其评价目标及选取原则，在此基础上采用基于层次分析法的综合模糊数学评判对该体系进行评价，提出了建模思路，该方法具备可操作性。

参考文献

[1]钱浩宇.绿色开采的概念与技术体系.2017.

[2]王玉石，浅谈大型露天煤矿绿色开采理论探讨.2017.

（作者单位：乌海市安监局）