多措并举推进露天矿绿色矿山建设
今年4月，自然资源部、生态环境部等七部门联合印发了《关于逐步加强绿色矿山建设的通知》，绿色矿山建设由示范引领作用阶段进入了全方面推进的新阶段，标志着绿色矿山建设驶入快车道。露天矿有其自身的独特性，同样面临着推进绿色矿山建设的紧迫任务。 截至2022年底，我国露天煤矿的产量约为10.57亿吨，全年累计剥采量达到72亿立方米左右，全国正常生产建设的露天煤矿，每天约有3万台采掘运输设备投入生产。在如此高产能、高设备数量、高土地开挖与征占、高生态扰动的条件下，单一、落后的开采方式和开采理念已不适应露天煤矿发展要求。 加强绿色矿山建设是矿业领域生态文明建设的有力抓手，是实现人与自然和谐共生的必然要求。矿山企业应深入研究现代露天煤矿安全—绿色—高效—低碳协同开采技术体系按照标准规范，在矿产资源开发全过程保证矿区及周边生态环境扰动在可控范围内，建设矿区环境生态化、开采方式科学化、资源利用高效化规范化、矿区社区和谐化的绿色矿山。 当前我国大型特大型露天煤矿采煤以半连续工艺为主，中小型露天煤矿采煤以单斗—卡车间断工艺为主。从开采工艺可知，目前露天煤矿存在开采工艺单一、运输燃油消耗大、外包设备小型化等问题。 从标准化建设情况去看，我国正常生产建设的257处露天煤矿中，标准化露天矿211处，占比为82.10%，其中，一级标准化煤矿33处，二级标准化煤矿131处，三级标准化煤矿47处；未评定为46处。不难看出，我国仍需逐步提升露天煤矿标准化建设比例，特别是提升一级标准化露天煤矿数量。 露天煤矿绿色矿山建设，虽取得了很明显的成效，但整体绿色矿山数量少，占比仅为全国露天煤矿总数的5%。可见绿色露天煤矿建设工作仍需解决关键技术问题。 在推进智能化建设方面，2023年国家能源局公布国家智能化示范煤矿（第1批）共计47处，其中5处露天煤矿处于智能化中级水平。全国已有30余处露天煤矿开展无人驾驶技术应用，300余台无人驾驶车辆在露天煤矿试验研发应用，大型、特大型露天煤矿开展无人机内外业测量工作，露天煤矿智能化装备应用已达到500余台套。 当前露天煤矿智能化建设水平参差不齐，大型、特大型露天煤矿开展无人驾驶、无人机测量、智能机器人巡检、智能钻爆、无人值守、远程控制等智能化装备与技术应用；而小型露天煤矿智能化建设主要停留在数据采集、存储与统一集中展示方面。整体看来，露天煤矿智能化建设取得了积极进展，但生产辅助决策能力较弱。 露天煤矿建设总体目标是实现可持续发展人与矿区的和谐共生，建设安全高效技术与新发展理念协同的现代化露天煤矿。露天煤矿绿色矿山建设总体架构分成4层，依次是安全、绿色、高效、低碳。 安全是基础，是架构的底层支撑，在建设安全—绿色—高效—低碳的整个环节中，需要保证生产环节中的人员安全、设备安全、职业卫生安全；绿色涵盖开发之前的绿色勘探、绿色规划和绿色设计；生产之时的环境监视测定、排土规划、水源治理、协同复垦、电转油替代等内容，闭坑之后的循环经济发展、土壤保护、矿区持续监测与复垦等内容；高效包括先进的开采理念、生态理念、治理理念、开采方法、工艺技术和开采装备；低碳是在露天煤矿生产环节形成新的低碳环节，形成露天煤矿各环节新动能，最终形成露天煤矿融合发展新模式。 我国露天煤矿资源开发强度与生态承载力呈现逆向发展特征，西北部生态环境脆弱区已成为露天煤炭的主产区，使得露天煤矿开采与生态环境保护成为亟需解决的科学、生态发展问题。针对露天煤矿全生命开采周期特点，建议从安全开采技术、绿色开采技术、高效开采技术、低碳开采技术4个层次，时效边坡控制技术、智能预警决策技术、运输环节新模式、矿区生态建设、相邻矿山协调开采、智能采矿设计、电动矿卡应用以及采矿源头生态减损8项关键技术，推进绿色矿山建设。 边坡是露天煤矿的重要组成部分，边坡的稳定与否直接影响露天煤矿安全生产与平稳接续。由于边坡的服务年限、地质条件、暴露周期不同，采场边坡同一方向的边坡稳定边坡角也存在一定的差异。在分析露天边坡的时效稳定性时，需要最大限度地考虑边坡中软弱岩体随时间发生蠕变的过程中力学参数逐渐被弱化的性质，根据边坡时效稳定性分析结果动态调整边坡岩体的暴露时间，保证边坡在暴露时间内保持稳定。边坡控制开采技术需要对边坡岩体进行地质构造的深度分析，结合边坡三维空间形态及采矿设计开采方案，基于连续介质力学的离散元等方法，揭示边坡角与边坡位移关系，以此来指导露天煤矿安全生产及边坡治理。 针对露天煤矿面临的边坡、设备碰撞、采空区等安全问题，应建立智能监测预警与专家决策分析系统，在数据资源存储池中建立原始库、资源库、主题库、专题库、配置库等实体库，利用大数据、信息化、智能化技术提高事故风险监测预警精度。同时，针对异常风险，进行预警信息的处置和闭环管理。根据露天煤矿的监测预警等相应业务应用，实现对露天煤矿多源异构数据的采集、存储、共享。 矿区生态建设要从生态全要素（水、土、大气、植被、景观）方面出发，重点解决草原地区土地复垦、植被恢复，加强对矿区地下水监测、粉尘监测、大气监测、抑尘技术和土壤微生物再造、矿区整体景观修复与再造等技术探讨研究。对地表需要改道河流进行改道后河道稳定性、渗透性研究，促进露天煤矿生产向“开采方式科学化、资源利用集约化、企业管理规范化、生产的基本工艺环保化、矿山环境生态化”方式转变，实现露天煤矿资源效益、环境效益和社会效益的协调统一，逐步推动露天矿区生态建设。 由于露天煤矿开发规划原因，往往会出现同一矿权内，相同矿权人和不同矿权人的相邻露天煤矿端帮压煤严重的情况，当相邻煤矿同时内排压帮时，造成矿权内相邻露天煤矿永久压煤。因此，端帮煤回收、治理是露天煤矿要解决的问题。已经开采的相邻露天煤矿，需要结合各自开采情况，进行协调开采全流程技术探讨研究；研究端帮贯通程序及贯通期间端帮边坡的稳定性，内排土场稳定性等；优化贯通采场后的运输路线、采运排物料流分配机制；建立资源回收经济置换的分配机制，对相邻端帮回采资源按照当年售价、成本进行当年、当量折算分配补偿。 另外，可视化、稳定化的采矿设计软件平台研发应用是提高矿山生产设计效率的重要手段。依托无人机影像数据来进行露天煤矿测量和采矿设计，实现高效率出图和提升设计环节的可视化效果。通过导入无人机数字高程模型影像数据，在影像图中，任意绘制开采区域，根据开采范围业务需求，实现采动区域的快速算量。对短期计划各设备的采动范围循环往复计算后，短期计划以更加直观的方式呈现，提升采矿设计效率、设计环节的执行率以及设计与生产的贴合度。 露天煤矿应从采矿源头生态扰动减损，实施煤层精准选采技术，根据露天煤矿煤层特点，优化煤层爆破方式，通过优化采煤程序，降低选采过程中煤岩交界处的矸石混入，提高煤炭回收率，降低煤炭损失，从开采源头实现低碳开采与生态减损。 应用电动矿卡替代燃油矿卡运输可降低运输环节的燃油消耗和碳排放，让运输环节更加绿色、低碳。参考国内某大型露天煤矿电动矿卡的实际应用可知，载重90吨级电动矿卡出动率是柴油车的92.49%；电车能源费用约为柴油车的30%，每年单台电动矿卡可减排1100余吨。 其他大型露天矿也在研发纯电矿用自卸车、百吨级氢燃料电池与锂电池混合动力矿用自卸车等创新运输设备，以电代油，为矿山清洁运输再添新方案。 露天矿绿色矿山建设愿景露天煤矿发展进程中，需要分级分类推动露天煤矿安全—绿色—高效—低碳向纵深发展，到2035年全国露天煤矿要实现“三领先+十个百分之百”的特征衡量指标。“三领先”即安全管理上的水准达到国际领先水平、露天煤矿原煤生产人员效率达到国际领先水平、吨煤能耗达到国际领先水平。“十个百分之百”即排土场复垦率100%、原煤入洗率100%、污水处理率100%、煤矸石利用率100%、水土流失治理率100%、土壤重构率100%、煤炭分区治理率100%、边坡智能监测接入率100%、采空区精准探测实施率100%、小型设备电动替代率100%。 总之，推动露天矿高水平质量的发展，正确地处理高水平质量的发展与高水平保护的关系，通过政府引导、部门协作、企业主建、社会监督，将绿色发展理念贯穿于矿产资源勘查开发全过程，切实提升矿产资源开发利用保护水平，全方面推进绿色矿山建设。 （白润才系辽宁工程技术大学教授、博士生导师；李苗苗供职于国家电投集团内蒙古能源有限公司）