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工业生态型金属矿床开采模式
2011-08-11
矿产资源开发为人类的发展提供了原材料的同时, 也不可避免地会损耗资源、扰动和破坏地表环境。发达国家 的实践经验表明,传统的末端治理不是一种有效的矿山环境 治理方案。探讨了基于工业生态学观点的金属矿床开采模 式,以期提高资源效率,消除矿床开采对环境造成负面影响 的4大危害源,消除矿山闭坑后的末端治理工程,使矿山在 生产过程中保持矿区完整生态体系。
ISSN 1005 - 2763 CN 43 - 1215 /TD 矿 业 研 究 与 开 发 第 26卷 M IN ING  R & D, Vol. 26,No. 6 第 6期   2006年 12月 Dec. 2006   3 工 业 生 态 型 金 属 矿 床 开 采 模 式 周 爱 民 (长 沙 矿 山 研 究 院 ,湖 南 长 沙 410012) 摘 要 :矿 产 资 源 开 发 为 人 类 的 发 展 提 供 了 原 材 料 的 同 时 , 也 不 可 避 免 地 会 损 耗 资 源 、扰 动 和 破 坏 地 表 环 境 。 发 达 国 家 的 实 践 经 验 表 明 ,传 统 的 末 端 治 理 不 是 一 种 有 效 的 矿 山 环 境 治 理 方 案 。 探 讨 了 基 于 工 业 生 态 学 观 点 的 金 属 矿 床 开 采 模 式 ,以 期 提 高 资 源 效 率 ,消 除 矿 床 开 采 对 环 境 造 成 负 面 影 响 的 传 统 观 念 将 “ 污 染 的 ”技 术 与 “ 干 净 的 ”或 “ 绿 色 的 ”技 术 对 立 起 来 ,这 些 观 点 导 致 了 一 个 严 重 的 后 果 :认 为 解 决 的 方 案 就 是 采 取 措 施 来 治 理 污 染 。 由 于 采 取 治 理 手 段 的 时 机 总 是 在 生 产 过 程 的 末 端 ,故 称 之 为 “ 末 端 治 理 ”。 但 是 ,实 践 经 验 表 明 ,末 端 治 理 方 法 不 是 一 种 有 效 的 解 决 方 案 ,因 为 这 种 方 法 只 是 使 问 题 在 空 间 和 时 间 内 移 动 而 已 。 从 长 远 来 看 , 生 产 过 程 末 端 治 理 方 案 所 需 的 资 金 投 入 极 大 。 工 业 发 达 国 家 在 近 期 内 就 有 过 沉 痛 的 教 训 :昂 贵 的 维 修 费 用 ,惊 人 的 更 新 投 入 ,废 料 还 必 须 进 行 最 终 处 理 。 工 业 生 态 学 是 一 个 将 工 业 体 系 模 仿 生 物 界 的 生 态 规 则 运 行 的 类 比 概 念 。 上 世 纪 70年 代 初 ,联 合 国 工 业 发 展 组 织 在 维 也 纳 的 一 次 讨 论 会 上 提 出 了 “ 与 的 4大 危 害 源 ,消 除 矿 山 闭 坑 后 的 末 端 治 理 工 程 ,使 矿 山 在 生 产 过 程 中 保 持 矿 区 完 整 生 态 体 系 。 关 键 词 :工 业 生 态 学 ;生 态 矿 山 ;矿 床 开 采 ;矿 山 环 境 中 图 分 类 号 : TD85  文 献 标 识 码 : A 文 章 编 号 : 1005 - 2763 (2006) 06 - 0011 - 05 On Industria l Ecotype M in ing M odel of M etalliferous Deposit Zhou A im in ( Changsha Institute ofM ining Research, Changsha, Hunan 410012, China) [ 1 ] 环 境 平 衡 的 工 业 联 合 企 业 ”和 “ 零 污 染 ”的 观 点 。 1 976年 联 合 国 欧 洲 经 济 委 员 会 组 织 的 一 次 “ 技 术 与 Abstract: The exploitation of m ineral resources can provide raw materials for human’s development, at the same time, it is inevi2 table thatm ineral resources is consumed, surface environment is disturbed and destroyed. The p ractical experiences of developed countries show that the traditional " end - treatment" is not an effectual method to control m ine environment. This paper probes into m ining mode of metalliferous deposit based on the viewpoint of industrial ecology, in the hope of imp roving resources efficien2 cy, elim inating the four big hazard sourceswhich can bring neg2 ative environment impact due to m ining of metalliferous deposit, avoiding " end - treatment" engineering needed when m ine are closed, keeping integrated m ine ’s ecosystem in the p rocess of m ining metalliferous deposit. 无 废 料 生 产 ”报 告 会 上 ,许 多 文 章 提 出 的 观 点 也 类 似 于 当 今 清 洁 生 产 的 观 点 和 工 业 生 态 学 的 观 点 。 但 当 时 并 未 引 起 人 们 的 广 泛 注 意 ,一 直 到 上 世 纪 90年 代 初 工 业 生 态 学 被 重 新 提 出 ,才 开 始 引 起 人 们 的 广 泛 重 视 。 上 世 纪 90年 代 发 展 起 来 的 工 业 生 态 学 提 出 了 从 源 头 实 现 工 业 系 统 可 持 续 发 展 的 观 点 。 本 文 按 照 工 业 生 态 学 的 观 点 探 讨 金 属 矿 床 开 新 模 式 ,为 结 合 矿 床 开 采 过 程 建 设 生 态 矿 山 构 造 一 条 技 术 路 线 。 1   金 属 矿 产 资 源 与 矿 山 环 境 现 状 Key W ords: Industrial ecology, Ecological m ine, O re deposit exploitation, M ine environment 采 矿 在 为 人 类 提 供 原 材 料 的 同 时 ,也 不 可 避 免 地 会 损 耗 资 源 ,扰 动 和 破 坏 地 表 环 境 。 随 着 工 业 社 会 的 发 展 ,矿 产 需 求 量 迅 速 增 加 ,资 源 开 发 利 用 引 发 的 资 源 浪 费 、土 地 破 坏 和 废 料 排 放 ,已 成 为 相 当 严 峻 的 问 题 。 0   前 言 自 上 世 纪 60年 代 以 来 ,工 业 发 达 国 家 曾 试 图 减 少 其 发 展 给 环 境 所 带 来 的 压 力 ,因 而 开 始 重 视 环 境 问 题 ,并 且 采 取 措 施 进 行 治 理 。 但 是 关 于 环 境 问 题 我 国 是 矿 产 资 源 大 国 ,也 是 矿 产 资 源 生 产 和 消 耗 大 国 。 据 有 关 部 门 对 我 国 3498 个 矿 山 进 行 统 3 收 稿 日 期 : 2006 - 01 - 08 作 者 简 介 :周 爱 民 (1957 - ) ,男 , 湖 南 涟 源 人 , 博 士 ,教 授 级 高 级 工 程 师 ,国 家 突 出 贡 献 专 家 ,主 要 从 事 采 矿 技 术 研 究 与 开 发 工 作 . 矿 业 研 究 与 开 发 2006, 26 (6) 1 2 [ 2 ] 计 ,矿 山 的 采 矿 回 采 率 普 遍 很 低 ,其 中 : 铁 矿 石 7%;有 色 金 属 矿 石 40% ~ 60%;非 金 属 矿 为 20% 60%; 国 营 煤 矿 为 40% ,个 体 煤 矿 只 有 10% ~ 显 著 增 加 了 地 表 环 境 的 负 荷 。 6 西 方 发 达 国 家 在 开 发 利 用 矿 产 资 源 的 过 程 中 也 同 样 经 历 了 这 样 一 个 资 源 浪 费 和 破 坏 自 然 环 境 的 时 期 ,目 前 已 充 分 认 识 到 了 其 严 重 的 危 害 性 ,并 注 意 重 视 资 源 开 发 与 环 境 的 协 调 发 展 。 如 德 国 人 已 从 哲 学 的 角 度 去 审 视 资 源 和 环 境 的 关 系 ,认 为 开 发 资 源 会 造 成 生 态 破 坏 ,而 保 护 生 态 ,必 然 约 束 资 源 的 开 发 行 为 ,这 些 哲 学 观 点 不 断 影 响 德 国 对 矿 山 开 采 和 复 垦 的 政 策 。 联 邦 矿 山 法 规 定 :矿 业 主 必 须 对 矿 区 复 垦 提 出 具 体 可 靠 的 措 施 ,预 留 足 够 的 复 垦 专 项 资 金 (一 般 约 占 企 业 年 利 润 的 3% ) ;必 须 对 因 开 矿 所 占 用 的 森 林 、草 地 进 行 异 地 等 面 积 的 恢 复 ;对 开 挖 出 来 的 土 壤 要 分 表 土 层 和 深 土 层 分 类 堆 放 ;矿 坑 水 出 窿 后 不 能 直 排 江 河 ,需 经 处 理 才 能 排 放 等 。 德 国 联 邦 政 府 专 门 成 立 了 矿 山 复 垦 公 司 ,复 垦 所 需 资 金 由 政 府 全 额 拨 款 ,其 中 联 邦 政 府 占 75%、州 政 府 占 25%。 同 时 加 大 规 划 和 科 研 的 力 量 ,提 供 工 程 技 术 的 保 证 和 科 学 技 术 的 支 持 。 ~ 2 1 0%;全 国 乡 镇 化 工 小 矿 山 露 天 开 采 回 收 率 仅 为 5% ~ 25%。 在 云 南 、贵 州 、湖 北 、四 川 等 省 的 规 划 区 内 ,乡 镇 小 矿 山 的 采 矿 损 失 率 高 达 75% ~ 85%。 每 年 仅 乡 镇 小 矿 山 所 产 的 磷 矿 石 产 量 达 1500万 左 右 ,这 意 味 着 仅 乡 镇 小 矿 山 每 年 就 丢 弃 磷 矿 资 源 t 7 000万 t。 业 内 人 士 指 出 ,我 国 每 年 有 上 亿 吨 化 工 矿 产 资 源 被 丢 弃 。 据 初 步 测 算 ,河 南 省 铝 土 矿 的 采 出 率 不 到 30% ,最 低 的 仅 有 17%。 我 国 矿 产 资 源 总 回 收 率 只 有 30% ~ 40% ,比 世 界 水 平 低 10~ 20个 百 分 点 。 当 代 被 视 为 采 矿 体 的 围 岩 极 有 可 能 是 远 景 资 源 ,能 在 将 来 得 到 利 用 ,但 在 现 有 技 术 条 件 下 不 能 被 利 用 ,或 根 本 还 不 能 被 认 识 到 将 来 的 工 业 价 值 。 因 而 ,在 当 代 采 矿 活 动 中 很 少 考 虑 远 景 资 源 在 将 来 的 开 发 利 用 ,事 实 上 在 远 景 资 源 还 不 能 明 确 界 定 的 条 件 下 也 难 以 综 合 规 划 。 因 此 ,在 开 发 资 源 的 过 程 中 , 远 景 资 源 往 往 受 到 极 大 破 坏 ,如 崩 落 范 围 的 远 景 资 源 就 很 难 被 再 次 开 发 ,或 者 即 使 能 开 发 也 增 加 了 很 大 的 技 术 难 度 。 此 外 ,我 国 矿 床 的 一 个 显 著 特 点 是 共 生 、伴 生 矿 床 多 , 80%的 矿 床 伴 生 多 种 有 用 组 分 , 铜 的 1 /4,金 的 2 /5,钼 的 1 /4 是 赋 存 于 伴 生 矿 床 世 界 其 它 矿 业 发 达 国 家 如 加 拿 大 、澳 大 利 亚 、南 非 及 欧 州 同 样 针 对 矿 业 制 订 了 一 系 列 法 律 法 规 ,实 行 严 格 的 准 入 和 管 理 制 度 ,使 矿 产 资 源 开 发 所 造 成 的 生 态 环 境 破 坏 得 到 有 效 控 制 。 但 是 自 上 世 纪 60年 代 以 来 ,这 些 采 矿 工 业 发 达 的 国 家 虽 然 重 视 了 对 矿 山 环 境 的 治 理 ,在 技 术 解 决 方 案 上 ,却 一 直 是 采 取 措 施 来 治 理 污 染 ,即 末 端 治 理 。 而 这 些 国 家 的 实 践 经 验 表 明 ,生 产 过 程 末 端 治 理 方 法 并 不 是 有 效 的 解 决 方 案 。 [ 3 ] 。 目 前 我 国 矿 山 废 弃 物 中 的 伴 生 矿 物 的 价 值 中 [ 4 ] 往 往 相 当 于 主 矿 物 价 值 的 30% ~ 40% ,一 些 矿 山 甚 至 高 于 主 矿 物 价 值 的 几 倍 至 几 十 倍 。 大 量 的 资 源 在 采 选 过 程 中 被 损 失 浪 费 。 2   矿 山 工 业 体 系 中 的 工 业 生 态 学 观 点 矿 山 开 采 诱 发 的 地 面 崩 塌 、滑 坡 、塌 陷 等 都 会 造 成 大 量 土 地 和 植 被 遭 受 破 坏 。 据 不 完 全 统 计 ,目 前 我 国 因 采 矿 破 坏 的 土 地 面 积 达 400万 ha,因 采 矿 引 起 的 塌 陷 面 积 达 11. 5万 ha,发 生 采 矿 塌 陷 灾 害 的 城 市 30多 个 ,使 生 态 环 境 受 到 严 重 破 坏 。 工 业 生 态 学 属 于 可 持 续 发 展 的 科 学 。 在 传 统 的 工 业 体 系 中 ,每 一 道 制 造 工 序 都 独 立 于 其 他 工 序 ,消 耗 原 料 ,产 出 被 销 售 的 产 品 和 堆 积 起 来 的 废 料 。 这 种 工 业 体 系 是 不 能 实 现 可 持 续 发 展 的 。 为 了 真 正 转 变 成 为 可 持 续 的 形 态 ,工 业 体 系 就 必 须 以 完 全 循 环 的 方 式 运 行 。 在 这 种 形 态 下 ,不 再 区 分 资 源 与 废 料 。 对 一 个 工 序 或 一 个 企 业 来 说 是 废 料 的 物 质 ,但 对 另 一 个 工 序 或 企 业 将 成 为 资 源 。 在 这 样 的 一 个 系 统 之 内 ,众 多 的 循 环 借 助 太 阳 能 ,既 以 独 立 的 方 式 运 行 , 也 以 互 联 的 方 式 进 行 物 质 交 换 。 这 种 循 环 过 程 在 时 间 长 度 方 面 和 空 间 规 模 方 面 的 差 异 性 相 当 大 。 理 想 的 工 业 体 系 应 尽 可 能 不 向 外 部 排 放 废 料 、不 破 坏 自 然 环 境 ,资 源 的 效 率 达 到 最 大 化 。 向 环 境 排 放 的 固 体 废 弃 物 主 要 来 自 矿 业 ,其 排 放 量 占 工 业 固 体 废 料 排 放 量 的 80% ~ 85%。 据 报 道 ,澳 大 利 亚 每 年 产 生 的 约 21亿 t固 体 废 料 中 ,约 有 80%来 自 采 矿 部 门 。 我 国 在 矿 产 资 源 开 发 利 用 过 程 中 产 生 的 尾 矿 、废 石 、煤 矸 石 、粉 煤 灰 和 冶 炼 渣 已 成 为 排 放 量 最 大 的 工 业 固 体 废 弃 物 ,占 全 国 工 业 废 弃 物 累 计 排 放 总 量 的 85%。 据 资 料 介 绍 ,仅 国 有 煤 矿 就 堆 有 煤 矸 石 山 1500余 座 ,历 年 堆 积 量 达 30 亿 t,占 地 5000 ha以 上 ;各 类 尾 矿 累 计 存 量 约 25亿 t,并 且 以 每 年 约 3亿 t的 速 度 递 增 。 可 见 ,采 矿 工 业 按 照 工 业 生 态 学 原 理 运 行 的 矿 山 工 业 体 系 ,将   周 爱 民 : 工 业 生 态 型 金 属 矿 床 开 采 模 式 1 3 以 最 小 的 资 源 损 耗 为 代 价 ,最 大 限 度 地 获 取 满 足 现 代 工 业 要 求 的 矿 产 品 和 经 济 效 益 ,并 且 无 碍 于 矿 区 的 生 态 环 境 和 人 文 环 境 。 q ——— 环 境 负 荷 负 效 益 。 3   金 属 矿 床 开 采 新 模 式 但 目 前 的 矿 山 工 业 目 标 是 开 采 出 满 足 工 业 要 求 的 矿 石 产 品 ,并 获 得 经 济 效 益 。 前 者 为 满 足 现 代 工 业 发 展 的 需 要 ,通 过 国 家 宏 观 政 策 体 现 ,但 仅 仅 体 现 在 项 目 的 立 项 过 程 中 ,并 不 涉 及 到 开 采 的 工 艺 过 程 ; 后 者 为 企 业 目 标 ,受 市 场 经 济 规 律 制 约 。 在 开 采 矿 石 的 同 时 损 失 资 源 、破 坏 地 表 和 排 放 废 料 是 不 受 约 束 的 ,或 者 说 其 约 束 力 相 当 弱 。 在 此 目 标 的 引 导 下 , 资 源 的 损 失 、地 表 遭 受 破 坏 和 排 放 废 料 污 染 环 境 的 现 象 是 必 然 的 。 因 而 ,致 使 目 前 的 矿 山 工 业 体 系 是 一 些 相 互 不 发 生 关 系 的 线 形 物 质 流 的 叠 加 。 其 运 行 方 式 ,简 单 地 说 就 是 开 采 资 源 和 抛 弃 资 源 与 废 料 ,这 是 资 源 和 环 境 问 题 的 根 源 。 工 业 生 态 学 理 论 的 主 要 探 索 者 之 一 勃 拉 登 发 阿 伦 比 ,将 这 种 运 行 方 式 命 名 3. 1  开 采 新 模 式 构 建 金 属 矿 床 开 采 给 矿 产 资 源 和 生 态 环 境 带 来 负 面 效 应 的 5大 主 要 危 害 源 为 资 源 损 失 、地 表 塌 陷 、排 放 废 石 、排 放 尾 矿 和 排 放 废 水 ,其 中 后 4项 为 生 态 环 境 的 4大 危 害 源 。 在 吸 取 国 外 末 端 治 理 技 术 路 线 成 本 高 和 治 理 不 及 时 的 严 重 教 训 的 基 础 上 ,按 照 工 业 生 态 学 的 观 点 ,建 立 高 回 收 率 、低 能 耗 、低 成 本 和 实 时 建 设 生 态 矿 山 的 金 属 矿 床 开 采 模 式 。 这 一 模 式 可 描 述 为 (见 图 1) :采 取 保 护 性 开 采 工 艺 与 技 术 最 大 限 度 地 回 采 矿 产 资 源 ,并 保 护 地 表 不 塌 陷 破 坏 ;采 用 低 成 本 大 宗 量 利 用 全 尾 砂 和 掘 进 废 石 的 矿 山 充 填 技 术 ,在 开 采 过 程 中 实 现 尾 砂 与 废 石 零 排 放 ;采 用 矿 山 废 水 循 环 利 用 工 艺 ,在 生 过 程 中 实 现 矿 山 废 水 零 排 放 。 该 模 式 在 矿 床 开 采 过 程 中 可 以 实 现 矿 区 地 表 不 塌 陷 、矿 山 固 体 废 料 和 废 水 零 排 放 的 目 标 ;在 矿 山 生 产 过 程 中 可 以 保 持 矿 区 完 整 的 生 态 体 系 ,矿 床 开 采 结 束 后 也 不 需 要 再 进 行 末 端 治 理 。 [ 5 ] 。 为 一 级 生 态 系 统 要 按 照 工 业 生 态 学 观 点 建 立 新 的 矿 山 工 业 体 系 ,将 需 要 重 新 认 识 矿 山 工 业 的 目 标 ,建 立 合 理 的 工 艺 流 程 ,开 发 相 应 的 开 采 技 术 ,制 定 配 套 的 相 关 政 策 。 按 照 工 业 生 态 学 的 观 点 ,对 矿 山 工 业 体 系 可 作 如 下 描 述 :矿 产 资 源 的 开 采 将 以 采 矿 活 动 为 中 心 ,将 矿 山 人 文 环 境 、生 态 环 境 、资 源 环 境 和 经 济 环 境 相 互 联 系 起 来 ,构 成 一 个 有 机 的 工 业 系 统 ;在 采 矿 过 程 中 ,以 最 少 的 废 料 排 放 量 和 环 境 破 坏 量 获 取 最 大 资 源 量 和 企 业 经 济 效 益 ;在 采 矿 活 动 结 束 后 ,通 过 最 小 的 末 端 治 理 使 矿 山 工 程 与 生 态 环 境 融 为 一 体 。 那 么 ,在 矿 山 工 业 体 系 内 ,一 方 面 要 尽 量 少 产 出 废 料 , 多 产 出 合 格 产 品 ;另 一 方 面 要 求 将 废 料 再 次 资 源 化 , 将 矿 山 固 体 废 料 作 为 内 部 资 源 被 重 新 循 环 利 用 ,发 挥 最 大 的 资 源 效 率 并 获 得 最 大 的 经 济 效 益 。 因 此 ,有 必 要 将 资 源 回 收 率 和 环 境 负 荷 纳 入 矿 山 工 业 的 目 标 。 即 在 矿 山 开 采 过 程 中 ,要 限 定 资 源 的 回 收 指 标 和 不 允 许 增 加 较 大 的 环 境 负 荷 。 在 进 行 矿 床 开 采 评 价 时 ,应 将 资 源 总 量 和 环 境 负 荷 因 素 纳 入 评 价 体 系 ,按 照 资 源 与 环 境 效 益 损 失 率 (损 益 率 ) 的 观 点 建 立 评 价 模 型 ,进 行 最 小 损 益 率 评 价 ,即 : 图 1结 合 矿 床 开 采 工 艺 实 现 生 态 矿 山 建 设 流 程 3 . 2新 模 式 的 可 行 性 分 析 实 现 开 采 新 模 式 的 关 键 是 在 技 术 上 能 消 除 或 减 弱 金 属 矿 床 开 采 过 程 中 带 来 负 面 效 应 的 5大 主 要 危 害 源 ,并 且 在 经 济 上 满 足 最 小 损 益 率 原 则 。 ρ = Q - (Q1 Q+ Q2 - q) 式 中 : ρ ——— 矿 床 资 源 损 益 率 ; Q ——— 资 源 总 量 效 益 ; (1) 提 高 资 源 回 采 率 与 保 护 地 表 不 破 坏 的 技 术 分 析 。 充 填 采 矿 工 艺 ,尤 其 是 胶 结 充 填 采 矿 工 艺 对 于 提 高 矿 产 资 源 的 回 采 率 和 保 护 地 表 不 受 破 坏 具 有 十 分 显 著 的 效 果 。 其 关 键 环 节 是 充 填 采 矿 工 艺 的 效 Q Q 1 2 ——— 采 出 资 源 效 益 ; ——— 被 保 护 资 源 效 益 ; 矿 业 研 究 与 开 发 2006, 26 (6) 1 4 率 和 成 本 因 素 。 国 内 充 填 采 矿 技 术 的 发 展 ,已 在 分 支 撑 新 模 式 的 实 施 ,但 是 在 大 范 围 内 实 施 ,则 还 需 要 结 合 保 护 性 开 采 工 艺 与 技 术 、矿 山 固 体 废 料 充 填 技 术 与 装 备 、固 体 废 料 与 废 水 资 源 化 技 术 ,以 及 生 态 矿 山 建 设 标 准 等 课 题 开 展 进 一 步 的 深 入 研 究 。 层 充 填 采 矿 工 艺 、分 段 充 填 采 矿 工 艺 和 阶 段 深 孔 采 [ 6 ] 矿 嗣 后 充 填 工 艺 等 方 面 取 得 重 要 进 展 。 在 采 矿 效 率 和 采 矿 生 产 成 本 方 面 ,能 对 部 分 矿 床 类 型 实 行 新 模 式 开 采 起 到 很 好 的 技 术 支 撑 作 用 。 进 一 步 的 发 展 将 通 过 降 低 成 本 以 适 应 更 多 的 矿 床 类 型 。 4. 1  地 下 金 属 矿 床 保 护 性 开 采 工 艺 与 技 术 需 要 针 对 矿 山 开 采 造 成 地 表 塌 陷 和 严 重 损 失 矿 产 资 源 的 问 题 ,研 究 开 发 可 以 充 分 回 采 资 源 的 生 态 环 境 友 好 的 开 采 工 艺 与 技 术 。 ( 2) 矿 山 固 体 废 料 零 排 放 的 技 术 分 析 。 矿 山 固 体 废 料 主 要 为 废 石 、尾 砂 或 赤 泥 。 其 中 废 石 可 以 通 过 采 矿 工 艺 进 行 适 度 控 制 ,尾 砂 或 赤 泥 则 大 至 是 一 ( 1) 有 效 保 护 地 表 和 充 分 回 采 资 源 的 开 采 技 [ 7 ] 个 常 量 。 根 椐 矿 山 废 料 流 量 模 型 (见 图 2) ,要 实 现 废 料 零 排 放 不 但 要 尽 量 少 产 出 废 料 ,还 必 须 在 矿 山 系 统 内 充 分 利 用 废 料 ,以 消 除 或 减 少 废 料 流 出 。 通 过 矿 山 充 填 工 艺 可 以 大 宗 量 利 用 废 石 和 尾 砂 ,实 现 废 料 流 出 量 的 最 少 化 。 目 前 国 内 的 矿 山 充 填 技 术 术 。 井 下 采 空 区 顶 板 或 上 盘 岩 层 崩 落 而 引 起 的 地 表 变 形 、开 裂 、塌 陷 是 矿 床 开 采 破 坏 矿 区 自 然 生 态 的 最 主 要 因 素 之 一 ,其 直 接 后 果 可 造 成 地 表 塌 陷 、贯 通 岩 层 导 水 裂 隙 、使 地 下 水 及 地 表 水 体 产 生 破 坏 、造 成 土 地 资 源 荒 废 、损 失 矿 产 资 源 。 研 究 高 效 率 低 成 本 的 充 填 采 矿 工 艺 ,将 使 深 部 或 不 稳 固 矿 体 采 场 作 业 条 件 得 到 根 本 改 善 ,进 而 控 制 地 表 变 形 塌 陷 ,有 效 保 护 矿 区 生 态 环 境 ,提 高 矿 石 回 收 率 。 [ 8 ] [ 9 ] 和 废 已 取 得 长 足 发 展 ,全 尾 砂 充 填 、赤 泥 充 填 10 ] 均 分 别 在 矿 山 获 得 成 功 应 用 ,可 [ 石 胶 结 充 填 技 术 以 对 开 采 新 模 式 提 供 技 术 支 撑 。 在 部 分 矿 床 条 件 下 ,通 过 矿 山 充 填 实 现 固 体 废 料 零 排 放 是 可 能 的 。 如 地 下 开 采 高 品 位 矿 床 或 铁 矿 床 时 ,合 理 地 组 织 矿 山 充 填 可 以 实 现 固 体 废 料 零 排 放 。 进 一 步 的 发 展 将 通 过 降 低 充 填 成 本 ,在 经 济 上 适 应 更 多 的 矿 床 类 型 。 尾 砂 与 废 石 在 矿 山 系 统 以 外 的 资 源 化 技 术 ,以 及 矿 山 废 水 的 循 环 利 用 技 术 也 取 得 了 一 定 成 效 。 ( 2) 矿 山 岩 层 移 动 与 地 表 变 形 控 制 技 术 。 通 过 矿 体 上 覆 岩 层 及 地 表 变 形 机 理 研 究 ,获 取 岩 层 变 形 对 地 表 造 成 破 坏 的 判 据 ,进 一 步 开 发 岩 层 控 制 技 术 。 借 助 全 球 定 位 系 统 ( GPS)技 术 研 究 开 发 地 表 变 形 监 测 技 术 ,进 而 构 建 与 生 产 密 切 结 合 的 地 表 变 形 监 测 预 警 体 系 ,以 确 保 矿 山 岩 层 移 动 的 有 效 控 制 ,避 免 或 减 少 地 表 变 形 。 4. 2  矿 山 固 体 废 料 充 填 技 术 与 装 备 实 现 矿 山 固 体 废 料 零 排 放 的 核 心 ,是 要 求 结 合 采 矿 工 艺 实 现 全 尾 砂 和 废 石 的 井 下 充 填 。 全 尾 砂 和 废 石 充 填 的 突 破 点 则 在 于 实 现 低 能 耗 、低 成 本 和 高 质 量 的 充 填 。 ( 1) 全 尾 砂 低 能 耗 充 填 技 术 与 装 备 。 针 对 目 前 国 内 外 高 浓 度 全 尾 砂 充 填 工 艺 能 耗 高 、成 本 高 的 技 术 瓶 颈 ,应 研 究 开 发 低 能 耗 的 全 尾 砂 充 填 工 艺 与 装 备 技 术 。 以 降 低 建 设 投 资 、降 低 能 耗 和 成 本 ,大 大 简 化 系 统 工 艺 ,提 高 系 统 可 靠 性 。 图 2矿 山 固 体 废 料 流 程   通 过 进 一 步 的 研 究 开 发 与 发 展 ,完 全 可 以 形 成 ( 2) 掘 进 废 石 井 下 充 填 新 工 艺 。 地 下 矿 山 掘 进 成 套 高 效 低 耗 的 矿 山 充 填 技 术 和 矿 山 废 料 与 废 水 资 源 化 技 术 ,为 大 范 围 实 施 新 模 式 开 采 矿 产 资 源 提 供 技 术 上 可 行 和 经 济 上 合 理 的 支 撑 技 术 。 可 见 ,在 开 采 过 程 中 可 以 实 现 对 矿 山 生 态 环 境 危 害 源 的 有 效 控 制 (见 图 1) 。 因 此 ,实 现 矿 山 固 体 废 料 的 零 排 放 ,已 具 有 技 术 支 撑 条 件 。 废 石 部 分 地 用 于 井 下 充 填 已 被 矿 山 普 遍 采 用 ,但 是 缺 少 系 统 地 利 用 掘 进 废 石 进 行 井 下 充 填 的 工 艺 支 持 ,因 而 不 能 达 到 废 石 零 排 放 的 目 标 。 针 对 这 一 技 术 难 点 ,应 结 合 采 矿 工 艺 开 发 出 系 统 地 利 用 井 下 掘 进 废 石 的 充 填 新 工 艺 ,实 现 全 部 废 石 不 出 窿 的 目 标 。 4 . 3矿 山 固 体 废 料 与 废 水 循 环 利 用 技 术 4   进 一 步 研 究 的 课 题 在 部 分 矿 山 ,不 能 在 矿 山 系 统 内 部 通 过 充 填 全 目 前 国 内 采 矿 技 术 可 以 在 部 分 矿 床 类 型 条 件 下 部 消 化 固 体 废 料 ,在 此 条 件 下 要 实 现 废 料 零 排 放 ,则   周 爱 民 : 工 业 生 态 型 金 属 矿 床 开 采 模 式 1 5 有 必 要 研 究 循 环 利 用 固 体 废 料 和 废 水 的 资 源 化 技 术 ,使 矿 山 工 业 系 统 内 的 剩 余 尾 砂 实 现 工 业 利 用 ,使 矿 山 废 水 能 循 环 利 用 。 态 矿 山 建 设 的 有 效 工 具 。 生 态 矿 山 标 准 的 制 订 将 依 据 生 命 周 期 的 分 析 理 论 ,主 要 围 绕 矿 山 采 选 生 产 的 生 命 周 期 而 展 开 。 针 对 矿 山 采 矿 和 选 矿 的 不 同 特 点 ,从 资 源 利 用 指 标 、废 物 排 放 指 标 、环 境 建 设 指 标 和 装 备 技 术 水 平 等 方 面 , 针 对 矿 山 工 艺 特 点 制 定 生 态 矿 山 标 准 。 其 量 化 基 准 值 或 限 定 要 求 既 要 全 面 考 虑 国 内 现 有 技 术 水 准 和 管 理 水 平 ,又 要 瞄 准 国 际 上 生 态 矿 山 的 先 进 水 平 ,对 生 态 矿 山 的 建 设 提 出 分 级 指 导 。 ( 1) 尾 矿 有 用 矿 物 综 合 回 收 技 术 。 通 过 资 源 综 合 回 收 利 用 技 术 的 研 究 ,寻 求 矿 物 分 离 的 最 佳 磨 矿 细 度 、选 矿 药 剂 、选 矿 电 位 和 最 佳 选 矿 流 程 ,使 稀 贵 元 素 和 有 用 矿 物 与 脉 石 有 效 分 离 ,提 高 有 用 矿 物 的 回 收 率 ,使 伴 生 矿 物 元 素 能 得 到 综 合 回 收 ,大 幅 度 提 高 尾 砂 废 料 中 有 价 元 素 的 综 合 回 收 利 用 程 度 ,实 现 矿 产 资 源 的 高 效 利 用 。 5   结 束 语 ( 2) 尾 砂 循 环 利 用 技 术 。 金 属 矿 山 尾 砂 除 大 量 用 于 矿 山 充 填 外 ,还 可 用 于 水 泥 厂 作 为 辅 助 原 料 和 制 造 微 晶 玻 璃 ,但 目 前 很 难 形 成 大 规 模 的 工 业 应 用 。 为 了 进 一 步 拓 展 尾 砂 的 资 源 化 利 用 途 径 ,应 开 展 尾 砂 用 于 制 造 工 业 产 品 的 开 发 研 究 ,以 实 现 尾 砂 的 高 值 资 源 化 利 用 。 实 现 矿 产 资 源 充 分 利 用 ,又 不 造 成 地 表 环 境 破 坏 ,不 向 地 表 排 放 固 体 废 料 和 废 水 的 矿 床 开 采 模 式 , 能 使 矿 山 工 业 在 真 正 意 义 上 满 足 可 持 续 发 展 战 略 的 要 求 ,是 矿 山 行 业 追 求 的 目 标 和 采 矿 技 术 发 展 的 方 向 。 但 是 要 实 现 这 一 目 标 ,尤 其 是 在 大 范 围 内 实 现 , 还 需 要 一 个 过 程 ,特 别 是 需 要 有 政 府 的 配 套 政 策 和 行 业 技 术 政 策 的 支 持 和 规 范 ,需 要 业 内 人 员 的 共 同 ( 3) 矿 山 废 水 循 环 利 用 技 术 研 究 。 矿 山 废 水 主 要 为 矿 坑 水 和 选 矿 废 水 ,目 前 仅 少 数 矿 坑 水 和 选 矿 废 水 得 到 利 用 和 回 用 ,部 分 选 矿 废 水 与 尾 砂 一 起 排 放 到 尾 砂 库 ,大 部 分 矿 坑 水 和 小 部 分 选 矿 废 水 直 接 排 放 到 山 川 河 流 ,给 矿 区 周 围 环 境 造 成 了 极 大 的 污 染 。 针 对 矿 坑 水 和 选 矿 废 水 含 金 属 离 子 和 选 矿 药 剂 的 特 点 ,应 将 选 矿 工 艺 与 废 水 处 理 技 术 紧 密 结 合 ,通 过 药 剂 选 择 和 废 水 的 适 度 净 化 处 理 ,消 除 选 矿 废 水 对 环 境 的 影 响 ,并 在 不 降 低 选 矿 指 标 的 前 提 下 ,充 分 利 用 矿 坑 水 和 选 矿 废 水 作 选 矿 供 水 ,实 现 废 水 的 零 排 放 。 努 力 和 奋 斗 。 参 考 文 献 : [ [ [ [ [ [ 1 ] 苏 伦 发 埃 尔 克 曼 . 工 业 生 态 学 [M ]. 徐 光 元 ,译 . 北 京 :经 济 日 报 出 版 社 , 1999. 2 ] 沈 振 宇 ,朱 学 义 . 矿 产 资 源 资 本 化 [ J ] . 中 国 地 质 矿 产 经 济 , 1 999, (3). 3 ] 张 雷 . 我 国 可 持 续 发 展 的 矿 产 资 源 基 础 [ J ] . 自 然 资 源 学 , 1998, (4). 4 ] 宋 书 巧 . 矿 业 可 持 续 发 展 基 本 途 径 探 讨 [ J ] . 矿 业 研 究 与 开 , 2002, (8). 报 发 5 ] Allenby B R. Industrial Ecoligy Policy Framework and Implemen2 4. 4生 态 矿 山 建 设 标 准 tation[M ]. 1999. 在 矿 产 资 源 未 开 采 之 前 ,其 地 下 及 地 表 均 处 于 自 然 生 态 平 衡 状 态 。 一 旦 对 其 进 行 开 采 ,矿 区 生 态 平 衡 将 被 破 坏 。 长 期 以 来 ,我 国 矿 山 企 业 主 要 靠 扩 大 规 模 来 实 现 经 济 增 长 ,导 致 企 业 常 常 以 牺 牲 环 境 为 代 价 谋 求 经 济 发 展 。 进 入 21世 纪 ,我 国 矿 山 企 业 面 临 着 更 加 严 峻 的 形 势 和 复 杂 多 变 的 发 展 环 境 ,作 为 与 这 一 形 势 相 适 应 的 发 展 战 略 ,制 定 国 家 生 态 矿 山 标 准 可 以 将 整 体 预 防 的 安 全 环 境 战 略 持 续 应 用 于 矿 山 生 产 全 过 程 ,从 而 在 提 高 矿 山 企 业 效 益 的 同 时 , 尽 可 能 地 减 少 矿 山 开 采 对 人 类 和 环 境 的 威 胁 及 风 险 ,以 期 达 到 节 能 、降 耗 、减 污 、增 效 的 目 的 。 但 如 何 指 导 矿 山 企 业 的 行 为 ,什 么 样 的 矿 山 企 业 才 能 够 称 为 生 态 矿 山 企 业 ,我 国 目 前 还 没 有 规 范 和 标 准 ,所 以 制 定 生 态 矿 山 的 标 准 是 十 分 必 要 的 ,是 推 动 我 国 生 6 ] Zhou Aimin. M ining Backfill Technology in China An Overview [A ] . The 8th International Symposium on M ining with Backfill [ C ] . 2004, (9). [ [ 7 ] 周 爱 民 ,古 德 生 . 基 于 工 业 生 态 学 的 矿 山 充 填 模 式 [ J ] . 中 南 工 业 大 学 学 报 , 2004, (6). 8 ] He Zhexiang, Zhou Aimin. Shi shengyi, Wang xiaolei, Research and Application of Total Tailings Backfill at Zhangmatun Iron M ine[A ] . Sixth International Symposium on M iningwith Backfill [ C ] . April, 1998. [ [ 9 ] Zhou Aimin, Yao Zhongliang. A Study on Characteristics of Ce2 mented FillW ith RedMud[A ] . The 8th International Symposium on M ining with Backfill[ C ] . 2004, 9. 10 ] 周 爱 民 . 废 石 水 泥 浆 胶 结 充 填 料 自 淋 混 合 工 艺 与 参 数 [ J ] . 中 国 有 色 金 属 学 报 , 1998, (2).
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