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金属矿绿色开采技术

一、引言

 
金属矿石是非常重要的战略资源,是人类生存和发展的基础。同时,金属矿资源的无序开采也造成了严重的环境问题和生态破坏,如重金属污染、酸性废水污染、固体废弃物污染和占地等,严重影响生态环境和经济的可持续发展。随着绿色矿山理念的不断深入人心,矿业者们逐步认识到矿山开发与环境保护必须协调一致,即在矿产资源开发全过程中,实施有序开采,对矿区及周边生态环境扰动控制在可控范围内,实现矿区环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化、企业管理规范化和矿区社区和谐化的矿山。其中绿色开采是绿色矿山建设的核心之一。绿色开采的概念自产生以来,主要是对煤炭资源的运用研究,金属资源的绿色开采理论和开采技术体系研究尚处于初级阶段。绿色矿山建设规范中规定露天开采宜采用剥离-排土-造地-复垦的一体化技术;井下开采宜采用充填开采及减轻地表沉陷的开采技术。

二、金属矿绿色开采理念与内涵

中国矿业大学钱鸣高院士在2003年首先提出绿色开采理念,从广义资源的角度论,在矿区范围内的煤炭、地下水、煤层气(瓦斯)、土地以至于煤矸石以及在煤层附近的其他矿床,都应作为经营这个矿区的开发对象而加以利用。其基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响,目标是取得最佳的经济效益和社会效益。显然,这一理念也可运用于金属矿资源开发利用过程。因为金属矿产资源与煤炭资源的开采条件和生产工艺都存在明显区别,所以金属矿绿色开采与煤炭资源绿色开采的内涵上必然存在一些差异,但也具有重要的参考借鉴意义[1]。

金属矿绿色开采的内涵是始终保持金属矿开发和生态环境的平衡 ,形成一种资源利用与生态环境相互协调,实现“环境影响最小化、资源利用效率最大化、安全高效常态化”的开采技术。其根本出发点是预防和减少金属矿开采对环境的负面影响,强化资源的综合利用,拓展新技术和新装备的利用,实现社会、经济和环境三者协调发展。

根据以上金属矿绿色开采内涵可总结如下主要内容:1.在开采理念上坚持源头消除或减少开采对环境的影响,边开采边治理;2. 采用先进的装备和技术,达到低耗、低排的目标;3. 保护地下水,减轻地面沉降,减少尾矿、矸石等排放;4. 主矿种与共伴生资源同采,提高资源综合利用。

三、金属矿绿色开采技术

金属矿绿色开采的主旨是将金属矿生产活动对生态环境的影响和破坏降低到最低水平,实现绿色开采[2]。根据开采活动与生态环境的关系,本文将金属矿绿色开采技术分为保水开采技术、减沉开采技术、无废开采技术、共伴生资源同采技术。

(一)保水开采技术

水作为一种重要的资源,金属矿开采过程中必需采用预防地下水流失的控制技术,即保水开采技术。金属矿开采影响水资源,一方面造成水资源的污染;另一方面金属矿地下开采过程中的排水,抽取地下水,使地下水水位降低和枯竭。保水开采技术应从采区的合理选择、开采方式的选择和防治水等方面,尽可能减轻开采对水资源的影响,减少地下水流失、水位下降及浪费。另外,做到合理利用矿井水,加强矿井水的循环利用。

(二)减沉开采技术

减沉开采即是减少因开采所导致的地表沉陷,以保护地面上的土地资源和建构筑物。金属矿减沉开采技术首先要分析矿产的分布情况及产状,其次确定赋存状态,再结合开采技术条件和实际生产技术水平,最后选择适当的开采方法。充填技术是当前最主要的减沉开采技术之一。

开采活动引发采空区塌陷和地表沉陷等一系列问题,均与开采活动所导致的岩层移动相关,因此在矿山开采之前要对矿区的环境容量或承载能力进行评估,制订绿色开采计划,在金属矿资源开采之前还需要做三方面研究:1.矿区岩石的节理裂隙及岩石应力场分布规律;2.开采活动对岩层扰动和地表沉陷的影响规律;3.岩体压力分布规律及岩层控制技术。

(三)无废开采技术

无废开采是一种最大限度地使废料产出量和排放量降到最低、资源综合利用率最大化、减少或消除对环境不利影响的矿产资源开发工艺技术。

金属矿无废开采主要是在三方面开展研究:1.金属矿大部分属于多金属矿,未利用的矿产资源一般随尾矿排弃,造成资源浪费与环境污染,因此提高资源综合利用才能减少尾矿和废石产出排放。此外,可以通过选择合理的开采工艺,达到减少尾矿和废石排放的目的。2.尾矿和废石的综合利用,包括通过特殊工艺制作瓷砖和建筑用砖等建筑材料、井下充填材料和复垦区充填材料等。3.露天矿应加强设计阶段分析研究,创造条件尽快实现剥离物的内排,减少固体废弃物的排放。

(四)共伴生资源同采技术

金属矿石组成结构比较复杂,除了一部分单一成分矿产外,都不同程度的共伴生其他有价金属矿物。共伴生资源应与主矿种的开采同时设计、同时施工、同时投产,提高资源的综合利用率。氧化矿宜因地制宜采用采选冶联合开发,发展集采选冶于一体的工艺技术,或直接从矿床中获取金属的工艺技术。

 

四、结语

金属矿业作为我国国家工业化和国防科技现代化的基础产业,短期内难以改变,可持续发展的绿色开采是解决金属矿开采问题的根本途径。应坚持源头消除或减少采矿对环境的影响,坚持走绿色开采的道路,实现经济效益和社会效益的协调发展。金属矿绿色开采理论和技术体系也会随着研究的不断深入而更加完善。

 
参考文献:

[1]钱鸣高.绿色开采的概念与技术体系 [J]。 煤炭科技,20034):1-3.

[2]王建法 刘建兴 陈晃. 金属矿绿色开采的理念与技术框架[J]. 矿业工程,2016,14(6):16-18.

 

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