张维凯论文2

大型露天煤矿绿色开采理论探讨张维凯（阜新矿务局白音华露天煤矿, 内蒙古锡林浩特市西乌旗，026200）摘要：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。

关键词：露天煤矿；绿色开采；生态环境；绿色因子1 露天煤矿环境与生态问题我国煤炭年产量已经接近40 亿t，主要为地下开采。

近几年，我国在建和在役的大中型露天煤矿已达120 余座，年产量已经达到煤炭总产量的15%。

露天煤矿开采有着明显的优势，矿山开采规模大、生产安全可靠、机械化程度高、资源回收率高、开采成本低。

露天煤矿现行的设计理论是几十年前原苏联提出的，设计原则包括工艺与开采条件匹配、开采方法与开采条件匹配，即开采方案技术可行、经济合理、安全可靠。

但传统的露天煤矿开采设计理论存在严重的缺陷，使得露天煤矿开采没有考虑到生态的破坏与环境的损伤，形成先开采后恢复、先破坏后治理的被动模式。

我国露天煤矿大部分分布于内蒙古、山西北部、陕西、新疆、宁夏等生态脆弱地区，露天开采毁坏的生态环境很难修复，先采后治费用高，社会成本巨大。

闭坑后生态环境修复在花费大量资金的同时，造成矿区影响范围内人民的生活质量下降，给社会的稳定埋下潜在的危机。

露天煤矿开采造成严重生态与环境问题。

在露天煤矿区，大面积的土地被占用和破坏，如锡林浩特胜利矿区就占地342 km。

由于采场边坡角较缓，土地占用大，资源回收率低，内排运距大，采场排水困难；同时破坏地下水力平衡，矿区附近地下水位下降，形成远远超出开采范围的降水漏斗；由于煤炭自燃，产生有毒有害气体和烟雾，严重污染大气；对于汽车运输工艺，消耗燃油、排放大量的尾气；在各环节生产作业，产生飞尘（煤尘、岩尘）、噪音；在露天开采过程中，引发固体、水体、大气综合性灾害和污染。

因此大型露天煤矿绿色开采的研究具有重要的理论意义与实用价值。

2 煤炭露天开采生态环境灾害分类煤炭露天开采生态环境灾害，可分为4 大类，即固体环境灾害、水体环境灾害、气体环境灾害及生态环境灾害。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 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。

2.4 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。

3 露天煤矿绿色开采的基本思路2003 年，钱鸣高院士首次提出了煤矿绿色开采的概念和技术体系，其概念的提出为我国煤矿绿色开采技术的研究明确了方向。

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。

4 露天煤矿绿色开采“绿色因子”的概念和内涵露天煤矿绿色因子是指露天煤矿采用绿色开采技术时，生产成本中用于治理固体环境、水体环境、气体环境和生态环境的成本与传统开采生产成本的比值（%）。

从露天煤矿生产时序过程来分析，绿色因子还可以分为矿区环评绿色因子、露天煤矿设计绿色因子、露天煤矿生产过程绿色因子、闭坑后期治理绿色因子等。

如果从露天煤矿工艺环节来考虑，绿色因子还可分为矿岩准备环节绿色因子、采装环节绿色因子、运输环节绿色因子、排卸环节绿色因子、其他环节绿色因子。

但无论从露天煤矿生产时序过程来分析，还是从露天煤矿工艺环节来考虑，露天煤矿绿色开采的实质是“环境灾害控制治理、生态重建”，并且将“环境灾害控制治理、生态重建”所增加的费用要加入到生产成本，因此在工艺方案优化、开采方法选择、采运设备选型、经营管理理念等方面必须与“绿色开采”所包含的内容相协调、相适应；而露天煤矿由“绿色开采”引入的“绿色因子”概念是从经济学的的角度考虑，最终是经营管理理念的改变与创新。

5 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。

6 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、水体环境、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。

7 结语传统的露天煤矿开采形成固体环境灾害、水体环境灾害、气体环境灾害及生态环境灾害。

经济的发展和生活水平的提高，生态环境的控制、修复及灾害治理迫在眉睫。

因此在露天煤矿开发过程中占用土地动态演变的基础上，提出露天煤矿绿色开采的基本思路的、露天煤矿绿色开采“绿色因子”的概念及研究内涵，对露天煤矿绿色开采具有重要意义。

参考文献：［1］才庆祥.我国亿吨露天煤矿群及露天煤矿绿色开采技术［C］//第七次煤炭科学技术大会文集（上册）.北京：中国煤炭工业协会，2011：10.［2］王建国，王振伟，孙效玉.现代露天开采新技术及其应用［C］//中国煤炭工业协会.第七次煤炭科学技术大会文集（上册）.北京：中国煤炭工业协会，2011：［3］赵浩，白润才.露天煤矿绿色开采技术研究［C］//全国矿区环境综合治理与灾害防治技术研讨会论文集.北京：中国煤炭学会环境保护专业委员会、中国煤炭工业技术委员会矿区环境保护专家委员会，2011：7.［4］钱鸣高，缪协兴，许家林.资源与环境协调（绿色）开采［J］.煤炭学报，2007（1）：1-7.［5］钱鸣高，许家林，缪协兴.煤矿绿色开采技术［J］.中国矿业大学学报，2003（4）：5-10.［6］张立平，张世文，叶回春，等.露天煤矿区土地损毁与复垦景观指数分析［J］.资源科学，2014（1）：55-64.［7］缪海宾，王建国，王来贵.安太堡露天矿排土场基底黄土过载现象数值模拟［J］.辽宁工程技术大学学报：自然科学版，2011（4）：489-492.。