采矿工艺须根本变革以适应绿色采矿要求

“无序开采模式造成严重的资源浪费和生态环境的破坏,目前已经到了自然环境难以承受的地步,阻碍矿业可持续发展,为此必须全力推进绿色发展建设全面实施有序绿色的开采模式,消除采矿对环境造成的破坏。”在5月10日举行的“2018中国绿色矿山建设高峰论坛”上,中国工程院院士、北京科技大学教授蔡美峰指出。

绿色矿山建设的必要性

蔡美峰介绍,我国是世界上矿物开采量最大的国家之一,年开采量超过50亿吨,每年矿山生产总产值近万亿元。

传统的采矿造成大量的土地植被和水体的破坏,目前我国因采矿破坏的森林面积达到1.06万平方公里,草地2630平方公里,占用土地5.86万平方公里等等,采矿引起地表塌陷山体开裂滑坡等地质灾害,严重的破坏原生植被和生态环境,造成水土流失等等。采矿选矿产生大量的废石尾矿,目前矿山固体废弃物累计达数百亿吨,他们是持久而且严重的污染源,如一些伴硫矿物,重金属污染可持续百年之久。

绿色矿山建设要使采矿活动与生态环境和谐协调统一

“绿色矿山建设的指导思想与实际目标,遵从工业生态学的观点,通过绿色矿山建设,将矿山生态环境、资源环境,经济环境和人文环境连接成一个有机的系统,使矿山采矿活动与生态环境和谐协调统一,消除采矿活动对环境和生态造成的巨大负面影响。”蔡美峰强调。

他进一步指出,将采矿与生态环境作为一个大系统进行研究,不只把矿产看作资源,同时把空气土地河流地下水,植被周围环境等构成环境生态的各种要素都当做重要资源加以保护和利用,通过采矿前合理规划和采矿活动中采取的各种有效措施,尽可能减少对生态环境要素的影响和破坏,实现矿产资源开发和环境保护双赢。通过科学的设计并采用先进技术,既实施科学有序的开采,又把对矿区周边环境的扰动控制在允许的范围之内,从而以最小的环境扰动获取最大的资源和经济效益及特别要有效的控制矿区地表和地下岩层稳定,避免和控制采矿引起的地表沉陷便坡崩塌滑坡等发生,以及由它的造成的重大的生态的破坏。

采矿和选的过程采用无废或少废的工艺技术,实现废料产出最小化,比便和控制废弃物排放对环境和生态造成的污染和破坏,将传统的采矿环境破坏末端治理转移到从源头上控制,从根本深解决矿山生态环境污染与防治问题,再一个就是与采矿活动同步开展矿山土地复垦与绿化,采矿过程当中保持矿区完整的生态体系。而不是采矿全部结束后环境和生态已经被严重破坏再末端治理,这样采完全黑只需要少量甚至不需要进行末端治理,就能使矿山工程区域与自然生态环境融为一体。遵从自然生态系统和物质循环规律,使矿产资源的开发与宽山系统和谐地纳入自然生态物质循环过程形成清洁生态,有效回收和废物资源利用为特征的绿色生态循环。通过以上的研究,实现资源开发经济发展环境保护与协调统一,为实现矿业可持续发展开发保证生态环境安全和国民经济的可持续发展提供重要支撑。

应重点推进四个方面采矿技术研究

蔡美峰指出,为了适应绿色采矿的要求,减少采矿造成的环境污染和对生态环境的破坏,必须对传统的采矿模式及工艺技术进行根本变革,重点研究以下四个方面的技术,第一个有别于传统钻爆法的连续破岩切割采矿方法,机械连续切割掘进采矿技术,从长远目标出发,采用机械掘进机械凿岩的方法,以连续切割设备取代传统的爆破采矿工艺进行开采是一个重要的方向,因为爆破采矿工艺是爆破对围岩造成冲击破坏,严重影响采场合的稳定性,二是矿石废石一起采大大增加选矿的作业量大大降低生产的效率和增加生产成本。而且机械切割能够准确的开采目标矿石,使矿石损失率和贫化率降到最低,大大的减少废石和粉尘的产出与排放,减轻采矿对环境的污染破坏。同时减轻开采对环境的扰动,有利于地表和岩层稳定,避免岩层失稳引起各种灾害造成对环境和生态的破坏。第二是高压水射流破岩掘进采矿技术,高压水射流技术是上世纪70年代的发展的一种清晰切割新技术,从高压喷嘴射出的高速水射流具有很大的能量,在破坏和切割过程中自动排出废料,只需要对使用后的水进行简单物理净化,就能够实现水的循环利用。目前高压水射流破岩在软岩和中等硬岩工程中已经实现,在煤矿中有广泛应用,在破碎坚硬矿岩时还存在能力不足的问题,因此它朝向大功率方向发展。还有激光破岩掘进与采矿技术,激光破岩是利用高能激光束产生的热烈对岩石局部迅速加热,温度足够高产生一系列的物理化学反应,我们破岩就可以了。当高能激光作用于岩石表面的时候,岩石局部迅速受热膨胀,导致局部热应力升高,当热应力高于岩石极限强度时,岩石就会发热破碎,达到岩石切割的目的。第四个技术,等离子破岩掘进与采矿技术,这个技术是在岩体打钻孔,在电能作用下面把电解质转变成高压高温的等离子的气体,通过等离子气体膨胀形成冲击波,能够产生的压力达到2GPa。这一技术与传统爆破不同,形成精准的破岩开采技术,减少了对环境破获和影响。

第二个技术是深井支护技术变革,地压金属矿山采矿方法开挖落矿和支护方式不同,分为空场法和崩落法和充填法,根据难度的不同决定各自适用的方法,近况和部分矿物价值高的有色金属矿山大多采用充填法开采,这些矿山的矿体大多赋存在断裂带稳固性差,需要充填维持采矿区的稳定,这些矿山矿物价格高,收益能够承受充填的成本,为了实现绿色采矿,控制岩层移动和地表沉陷,保护自然生态环境,特别是进入深部开采后控制剧烈的地压活动,避免引起各种灾害事故发生,保证开采安全,充填法传统的是适用于金矿,只有充填法才能控制地压活动,维持矿山稳定,这是传统采矿模式的重大变革,原来价值很高的矿才有充填法。但是开采价值和支护成本相平衡的原则还是要遵守的,为了降低充填成本,必须对充填工艺和材料进行重大改革,具有普遍技术,对矿山固体废料进行充填。高浓度全尾砂胶结充填技术于上世纪90年代在凡口铅锌矿实验成功,在随后的20多年中得到广泛应用,获得了高质量的充填体,强度均匀,有效的控制岩层移动和地压活动,采用全尾砂和水泥制成,81%到83%的膏体,相当于软岩的强度,研究超细高强,价廉的材料可有效降低充填成本,其中充填外加剂等是需要下一步重点研究的内容。

采选一体化技术,井下预选抛尾技术,在矿石提升地面之前,在井下进行预选和预富集,抛去大部分废石,可以明显降低矿石提升量和废石地面的排放,矿浆输送技术,对于深部开采,将矿石预选后在井下破碎,研磨成矿浆,用管道水利输送地地表选矿厂,与其他运输方案相比,具有基建投资低等优点。第三是在井下选矿,选矿以后产生的废石与尾矿留在井下,减少排出以后对地面的环境生态污染破坏,而且不需要在地面建选矿厂尾矿库,省去征地建厂建矿的费用和尾矿库管理的费用,尾矿库可以产生各种自然灾害,这是把选矿厂放在井,是绿色高效综合开发的重要举措。

最后是无废开采技术,包括三个基本要素,第一是资源回收率高,第二个废料排放量小,第三地表不受破坏。要以最小的废料排放量获取最大的资源量和经济效益,并使生态环境得到充分保护。要实现无废开采,首先要采用采切比小的采矿方法,包括精准开采的工艺技术,大力降低矿石贫化率,从源头上控制废石的产出,实现废料产出最小化。同时,要提高选矿工艺技术水平,尽可能提高选矿回收率,资源综合利用率,减少尾矿排放量,开发创新的选矿技术和设计,将矿石资源中由于选冶水平低不能利用的成本减到最少。通过减少废石、尾矿及废水排放,将传统的末端治理转移到从源头上根本上解决矿山生态环境污染与防治问题。加强回收,实现废弃物资源化就地利用,提高废弃物整体的利用水平,努力实现矿山固、液废弃物的零排放零堆存,减少废弃物排放,堆存占用土地以及对生态环境造成的污染和破坏。这是绿色矿山对传统采矿工艺的变革。要创新和发展新的工艺技术。

蔡美峰最后强调,矿产资源是国民经济发展的重要物质基础,传统的无序开采模式造成严重的资源浪费和对生态环境的破坏,必须全力推进绿色矿山建设,全面实施绿色采矿模式,才能从根本上消除采矿对环境生态造成的破坏,实现矿业与环境协调的可持续发展。

来源:中国冶金报-中国钢铁新闻网

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