基于數(shù)字化、信息化的礦山綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用研究-有色金屬科學(xué)與工程

1、基于數(shù)字化信息化的礦山綠色開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用研究徐金輝1，高 祥1，王亮亮1，吳賢振1，韓亞峰2(1.江西理工大學(xué)資源環(huán)境與工程學(xué)院，江西 贛州 341000；2.河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作 454000)摘 要：綠色開(kāi)采技術(shù)是綠色礦業(yè)的核心內(nèi)容，也是解決礦山開(kāi)采環(huán)境問(wèn)題的根本出路。在闡述綠色開(kāi)采內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，基于數(shù)字化、信息化的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)結(jié)合綠色開(kāi)采的實(shí)際，提出了資源開(kāi)采環(huán)境數(shù)字化的觀點(diǎn)，將數(shù)字化、信息化與綠色開(kāi)采相互結(jié)合，同步并舉，以此使綠色開(kāi)采理論及技術(shù)科學(xué)、高效、合理的應(yīng)用到生產(chǎn)活動(dòng)中；提出要建立綠色開(kāi)采統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，指出綠色開(kāi)采將借助于物聯(lián)網(wǎng)形成感知礦山，最終發(fā)展為智能開(kāi)采。

2、同時(shí)探究了綠色開(kāi)采數(shù)字化存在的幾個(gè)問(wèn)題，并提出了適當(dāng)?shù)慕ㄗh。關(guān)鍵詞：綠色礦業(yè)；可持續(xù)發(fā)展；綠色開(kāi)采技術(shù)；數(shù)字化、信息化；資源開(kāi)采環(huán)境數(shù)字化中圖分類號(hào)：TD 862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9669Reseach on green mining technology and its applicationbased on digitalization and infomatization Xu Jinhui1 , Han Yafeng2 , Gao Xiang1,Wang Liangliang1( 1.Faculty of Resource and Engineering，Jiang

3、xi University of Science and Technology，Ganzhou 341000，China;2.School of Energy Science and Engineering, Henan Polytechnic University .，Jiaozuo 454000，China） Abstract: As green mining technology is the key to reduce the impact of mining on environment,the connotation of green mining is explained，bas

4、ed on the characteristics and advantages of digitallization and informatization,the standpoint of digital-green mining is put forward combining the reality of green mining.By which the green mining can be applied to the production activities more scientific,efficient and reasonable.Besides,it indica

5、tes that unified standard to green mining should be formulated,green mining will develop into intelligent mining with support from IoT.Meanwhile some questions and suggestions upon the digital-green mining are put forward. Key words:green mining; the sustainable development; green mining technology;

6、 digitalization; informatization; digital-green mining資源開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)是當(dāng)今社會(huì)面臨的熱點(diǎn)與重點(diǎn)問(wèn)題，資源與環(huán)境協(xié)調(diào)開(kāi)采，發(fā)展綠色礦業(yè)由此而生。黨的十八大將“生態(tài)文明建設(shè)”納入到社會(huì)主義“五位一體”的總布局中，把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，提出要樹(shù)立尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念；十八大報(bào)告還提出“著力推進(jìn)綠色發(fā)展”，努力建設(shè)美麗中國(guó)，實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展；因此，發(fā)展綠色礦業(yè)是生態(tài)文明建設(shè)的必然要求。目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)綠色經(jīng)濟(jì)和綠色礦業(yè)的理論已經(jīng)十分豐富，綠色開(kāi)采技術(shù)也在實(shí)踐中不斷發(fā)展1-3。然而，如何科學(xué)、高效、合理的將相關(guān)理論及

7、綠色開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)活動(dòng)中，仍有待解決。在歐洲有第四次工業(yè)革命之稱的收稿日期:作者簡(jiǎn)介：徐金輝（1988 - ），男，碩士研究生在讀，主要從事采礦工程方面的研究。E-mail:xujh02。通訊 吳賢振（1971-），男，博士，教授，主要從事采礦工程，巖石力學(xué)方面的研究。E-mail：wxz001666sina。com?！啊币驯惶岢?，其以“智能化工廠”為特征。那么對(duì)于綠色礦業(yè)來(lái)說(shuō)，利用數(shù)字化、信息化服務(wù)綠色開(kāi)采技術(shù)，推動(dòng)綠色礦業(yè)發(fā)展，就具有重大的現(xiàn)實(shí)意義及價(jià)值?；诖吮疚囊跃G色礦業(yè)為出發(fā)點(diǎn)，圍繞綠色開(kāi)采探析數(shù)字化、信息化的優(yōu)勢(shì)，并將其與綠色開(kāi)采技術(shù)結(jié)合以研究數(shù)字信息化的綠色開(kāi)采技術(shù)及其應(yīng)用。

8、1 綠色礦業(yè)概述 綠色礦業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜過(guò)程，由于礦產(chǎn)資源開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)的矛盾一直存在并愈發(fā)尖銳，人們對(duì)綠色礦業(yè)的認(rèn)識(shí)也從感性逐步深化為理性并最終成為可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題的一部分。自第二次世界大戰(zhàn)前的十九世紀(jì)至今，綠色礦業(yè)的概念先后從單純的礦區(qū)植被保護(hù)，礦區(qū)周邊環(huán)境美化發(fā)展到一個(gè)包含節(jié)約資源，高效生產(chǎn)，綜合利用,保護(hù)環(huán)境，節(jié)能減排，科學(xué)發(fā)展,社區(qū)與企業(yè)和諧發(fā)展等諸多方面的系統(tǒng)工程1。 綠色礦業(yè)與綠色礦山 綠色礦業(yè)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一種全新理念，其以保護(hù)生態(tài)環(huán)境，降低資源消耗，追求可循環(huán)經(jīng)濟(jì)為目標(biāo)，將綠色生態(tài)理念貫穿于礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)的全過(guò)程4，體現(xiàn)了對(duì)自然原生態(tài)的尊重，對(duì)礦產(chǎn)資源的珍惜和對(duì)社會(huì)

9、的責(zé)任感；綠色礦業(yè)的目標(biāo)是要實(shí)現(xiàn)資源能效與環(huán)境保護(hù)的最優(yōu)化，且盡量減少資源儲(chǔ)量的消耗、降低開(kāi)采成本，其追求科學(xué)、高效的生產(chǎn)方式和良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。簡(jiǎn)單的理解，綠色礦業(yè)是在滿足當(dāng)代人發(fā)展所需物質(zhì)資源的同時(shí)給自己和后代人營(yíng)造良好的生存環(huán)境，保證資源長(zhǎng)久可利用的可持續(xù)發(fā)展礦業(yè)5-6。 綠色礦山是綠色礦業(yè)的實(shí)體，其以生態(tài)環(huán)境為前提條件，將先進(jìn)的創(chuàng)新科學(xué)技術(shù)，先進(jìn)的現(xiàn)代管理理念和綠色礦業(yè)的概念相融合，是新形勢(shì)下對(duì)礦產(chǎn)資源管理工作和礦業(yè)發(fā)展道路的全新思維7。綠色礦山的內(nèi)涵有：（1）確立礦山資源環(huán)境一體化的理念 （2）突出生態(tài)園林礦山的理念 （3）強(qiáng)化經(jīng)營(yíng)綠色的理念8-9 綠色開(kāi)采內(nèi)涵礦產(chǎn)資源開(kāi)采與環(huán)境

10、保護(hù)是綠色開(kāi)采的主要內(nèi)容，綠色開(kāi)采旨在化解開(kāi)采資源與保護(hù)環(huán)境的矛盾，在高效合理開(kāi)采礦產(chǎn)資源的同時(shí)最大限度的防止或減小對(duì)生態(tài)環(huán)境的傷害，使資源與環(huán)境達(dá)到協(xié)調(diào)開(kāi)采的狀態(tài)。因此，綠色開(kāi)采是一種綜合考慮資源效率與環(huán)境影響的現(xiàn)代開(kāi)采模式，其宏觀目標(biāo)是使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化10-11。錢(qián)鳴高12-13院士最早對(duì)“綠色開(kāi)采“的慨念、內(nèi)涵、體系等進(jìn)行了全面闡述，提出從廣義資源的角度上來(lái)認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、瓦斯、水等一切可以利用的各種資源；從循環(huán)經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展的高度將“綠色”科學(xué)的詮釋為“資源與環(huán)境協(xié)調(diào)”。 綠色開(kāi)采技術(shù)核心 綠色礦業(yè)的核心內(nèi)容之一就是要實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采14，而綠色開(kāi)采技術(shù)是綠色開(kāi)采的關(guān)鍵。綠

11、色開(kāi)采技術(shù)的科學(xué)性與實(shí)用性在于它是針對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題提出的：礦石大范圍開(kāi)采后必然引起巖體向采空區(qū)內(nèi)移動(dòng)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量廢石與尾礦。巖層移動(dòng)將造成地下水流失與突水事故、地表坍塌土地與建筑物損害；排放廢石與尾礦會(huì)占用土地，污染土壤和水資源環(huán)境。因此，針對(duì)這些問(wèn)題“綠色開(kāi)采技術(shù)“的主要內(nèi)容有：（1）保水開(kāi)采技術(shù)12；（2）充填開(kāi)采技術(shù)；（4）廢石不出井及廢石資源化技術(shù)（5）煤炭地下氣化技術(shù)、生物化學(xué)溶浸采礦技術(shù)；（6）環(huán)境恢復(fù)與綜合治理技術(shù)15-16。其中保水開(kāi)采技術(shù)旨在保護(hù)地下水資源，充填開(kāi)采技術(shù)可解決地表沉降、建筑物損害等開(kāi)采損害問(wèn)題。 此外，綠色開(kāi)采技術(shù)還應(yīng)當(dāng)包含清潔生產(chǎn)，無(wú)廢生產(chǎn)的相關(guān)技術(shù)。因此，

12、從資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各個(gè)層面及四者形成的統(tǒng)一和諧圈來(lái)理解，綠色開(kāi)采技術(shù)并不單單局限于某一種、某一方面的采礦方法，它是一系列使資源開(kāi)采利用與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)一致的所有技術(shù)理念的統(tǒng)稱。從資源開(kāi)采方面，綠色開(kāi)采技術(shù)是要達(dá)到減少資源損失，充分開(kāi)發(fā)利用礦產(chǎn)資源；從環(huán)境的角度，綠色開(kāi)采技術(shù)就是要不污染或盡量減少對(duì)環(huán)境的傷害，還要營(yíng)造安全、清潔、健康的生產(chǎn)環(huán)境；從經(jīng)濟(jì)方面考慮，綠色開(kāi)采技術(shù)是要降低生產(chǎn)成本，達(dá)到高產(chǎn)高效的經(jīng)濟(jì)效果；在科學(xué)技術(shù)方面，綠色開(kāi)采技術(shù)要緊跟科學(xué)發(fā)展的步伐，充分吸收高新科技，從點(diǎn)到面完善、提高和發(fā)展。1.4 綠色開(kāi)采發(fā)展現(xiàn)狀綠色開(kāi)采作為一種全新的開(kāi)采模式，解決了礦山開(kāi)采破壞環(huán)境的問(wèn)題，使資

13、源開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，是當(dāng)今礦業(yè)發(fā)展的必然出路。目前，許多礦山企業(yè)，特別是煤礦都在步入綠色開(kāi)采時(shí)代，應(yīng)用綠色開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，并取得了良好的社會(huì)效果與經(jīng)濟(jì)效益，如在晉城、唐山、兗州、淮南等地已建立了綠色開(kāi)采示范區(qū)，煤炭地下氣化，煤層瓦斯抽采都已經(jīng)形成了一定產(chǎn)業(yè)規(guī)模17-18；在江西贛南、德興等地容浸采礦法在銅、金、鈾、稀土等礦山大力采用，紫金礦業(yè)集團(tuán)也是溶浸采礦法的踐行者19-20；此外，充填采礦法、保水開(kāi)采、條帶開(kāi)采、礦石與伴生礦物共采等綠色開(kāi)采技術(shù)也在普遍被采用。盡管綠色開(kāi)采在環(huán)境保護(hù)和資源化利用方面優(yōu)勢(shì)明顯，但如何以最小資金投入實(shí)現(xiàn)礦產(chǎn)資源高產(chǎn)、高效和低風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)采仍是一世界難題15。因此

14、，將數(shù)字化、信息化的現(xiàn)代技術(shù)廣泛而深入的應(yīng)用于綠色礦業(yè)，使粗放型的礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)模式向少人、無(wú)人的集約型礦井轉(zhuǎn)變，以實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化綠色環(huán)保礦山”。2 數(shù)字化、信息化與礦山開(kāi)采 數(shù)字化、信息化作為一門(mén)創(chuàng)新科學(xué)技術(shù)，一種手段極大的促進(jìn)了當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。國(guó)外許多礦山已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、信息化的根本變革，極大的提高了資源開(kāi)采率，管理、生產(chǎn)水平顯著增加21-22。因此，我國(guó)礦山企業(yè)有必要借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，充分利用現(xiàn)代數(shù)字信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展，達(dá)到資源開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)和諧統(tǒng)一。2.1 數(shù)字化、信息化的特征將數(shù)字化、信息化作為一種策略、手段進(jìn)行研究，從其原始意義出發(fā)是有必要的。數(shù)字化是指將客觀物理現(xiàn)實(shí)抽象為

15、數(shù)字來(lái)處理，強(qiáng)調(diào)的是計(jì)算科學(xué)中的虛擬控制技術(shù)；信息化是以數(shù)字化為基礎(chǔ)，利用現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，將所研究對(duì)象各要素匯總至數(shù)據(jù)庫(kù)，幫助人們便捷、高效的解決特定的問(wèn)題23。現(xiàn)今，數(shù)字化、信息化已發(fā)展成為以現(xiàn)代信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能化可控制為一體的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、可視化、集成化、和科學(xué)化管理的一種技術(shù)手段。 數(shù)字化、信息化技術(shù)包含三個(gè)層次，即軟件（信息管理平臺(tái)），數(shù)據(jù)采集與通訊，裝備的自動(dòng)化與智能控制。其體系結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，由決策層、傳輸層、執(zhí)行層統(tǒng)領(lǐng)。具有易用性、靈活性、健壯性、拓展性、安全性、整合性等特點(diǎn)。 數(shù)字化、信息化在礦產(chǎn)勘探、開(kāi)發(fā)和礦山管理中的具體應(yīng)用，是一種嶄新的體系，是對(duì)

16、真實(shí)礦山整體及相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)與數(shù)字化再現(xiàn)24，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化對(duì)礦山企業(yè)的發(fā)展意義重大。 數(shù)字礦山和礦山信息化數(shù)字礦山在我國(guó)發(fā)展迅速，十幾年來(lái)中國(guó)數(shù)字礦山建設(shè)與信息化改造成效顯著。以吳立新教授、王李管教授等為代表的學(xué)者先后提出了許多有關(guān)數(shù)字礦山的重要理論，為數(shù)字礦山建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。吳立教授認(rèn)為“ 數(shù)字礦山是一種理念，一個(gè)過(guò)程25”并將其定義為“數(shù)字礦山是在統(tǒng)一的時(shí)空框架下，對(duì)真實(shí)礦山整體及其相關(guān)現(xiàn)象的統(tǒng)一理解、表達(dá)與數(shù)字化再現(xiàn).”26從定義來(lái)看，數(shù)字礦山應(yīng)是以礦山空間數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，以建立三維空間仿真模型為紐帶，是空間信息技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及可視化技術(shù)在礦山企業(yè)綜合應(yīng)用的集中體現(xiàn)。它將整個(gè)礦

17、山系統(tǒng)組建成一個(gè)龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)即各個(gè)信息監(jiān)測(cè)點(diǎn)，終端是智能控制中心（綜合信息平臺(tái)），其可以有效利用數(shù)字化的方式 ，對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)和監(jiān)視，對(duì)生產(chǎn)空間的信息進(jìn)行采集，并運(yùn)用相關(guān)數(shù)值軟件，根據(jù)所采集的數(shù)字信息建立各種分析模型，然后利用這些模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反饋的信息進(jìn)行加工處理27，綜合考慮各種因素，做出迅速準(zhǔn)確的反應(yīng)，并將結(jié)果以指令的方式傳達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)，化解生產(chǎn)過(guò)程中的不利因素或危險(xiǎn)，將生產(chǎn)過(guò)程調(diào)整到最佳狀態(tài)，并向著正確的方向引導(dǎo)；預(yù)測(cè)潛在的危險(xiǎn)，防止災(zāi)害事故發(fā)生，降低風(fēng)險(xiǎn)，保障人員安全28。 數(shù)據(jù)資源特性，信息基準(zhǔn)特性和開(kāi)放平臺(tái)特性是數(shù)字化礦山的三大特性29，其中信息基準(zhǔn)特性體現(xiàn)了數(shù)字礦山的高度

18、信息化，它要求建立規(guī)范統(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)采集、傳輸、接受、存儲(chǔ)、輸出程序與標(biāo)準(zhǔn)，保證信息的時(shí)效性、可靠性；充分利用網(wǎng)絡(luò)與信息管理平臺(tái)挖掘深層次的信息資源，建立共享的、網(wǎng)絡(luò)化的資源30，保持企業(yè)內(nèi)部和外界的信息暢通。礦山信息化不僅是要實(shí)現(xiàn)信息及時(shí)、準(zhǔn)確、快速的傳輸，還需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)信息管理系統(tǒng)和先進(jìn)的定位識(shí)別，傳感，遙控，控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的最終目標(biāo)。2.3 數(shù)字化、信息化與礦產(chǎn)開(kāi)采 在數(shù)字化、信息化的采礦生產(chǎn)過(guò)程中，通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)施和可視化系統(tǒng)使各個(gè)人員之間的聯(lián)系，員工、部門(mén)、管理人員之間的聯(lián)系變的更加便捷、密切31；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以建立礦山開(kāi)采的三維數(shù)字仿真立體模型，對(duì)礦山規(guī)劃、開(kāi)拓設(shè)

19、計(jì)甚至礦體的切割，鑿巖爆破等都可以進(jìn)行軟件模擬優(yōu)化，可以提高資源利用率和工作效率；GPS調(diào)度系統(tǒng)和視屏監(jiān)控系統(tǒng)可以高效的協(xié)調(diào)井下運(yùn)輸系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)系，對(duì)車(chē)輛和人員的位置實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。此外，數(shù)字化、信息化在資源評(píng)估、安全管理、決策管理、環(huán)境恢復(fù)等方面可以實(shí)現(xiàn)透明化、精細(xì)化、全面化，對(duì)轉(zhuǎn)變礦山管理方式，保障礦山安全起著極大的作用?？傊瑪?shù)字信息化與礦產(chǎn)開(kāi)采可以構(gòu)建成一個(gè)如下圖所示的系統(tǒng)。圖1 數(shù)字化、信息化與礦產(chǎn)開(kāi)采Fig.1 Digitalization,informatization and mining 3 資源開(kāi)采環(huán)境數(shù)字化（綠色開(kāi)采數(shù)字化） 綠色開(kāi)采數(shù)字化的意義綠色開(kāi)采是要形成一種

20、資源開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)一致的模式，即在不破壞或盡可能減輕對(duì)環(huán)境破壞的前提下，努力去實(shí)現(xiàn)“低開(kāi)采、高利用、低排放”的開(kāi)采技術(shù)。這里所講的“低開(kāi)采”、“高利用”，就是要降低開(kāi)采成本，提高資源利用率，達(dá)到高產(chǎn)高效的目的 。然而，采礦生產(chǎn)過(guò)程中要提高礦石回收率，減少礦石損失，降低礦石貧化率一直都是難以解決的問(wèn)題，綠色開(kāi)采技術(shù)很好地解決了環(huán)境問(wèn)題，但是要達(dá)到“低開(kāi)采、高利用”的理想目的也是不易實(shí)現(xiàn)的。資源開(kāi)采環(huán)境數(shù)字化即綠色開(kāi)采數(shù)字化，就是將綠色開(kāi)采技術(shù)與數(shù)字化、信息化相結(jié)合，同步并舉，充分利用數(shù)字化、信息化的優(yōu)勢(shì)更好的實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采，使綠色開(kāi)采理論及技術(shù)科學(xué)、高效、合理的應(yīng)用到生產(chǎn)活動(dòng)中。簡(jiǎn)單地說(shuō)，綠色

21、開(kāi)采數(shù)字化是對(duì)綠色開(kāi)采的升級(jí)、加速，其目的是要形成“數(shù)字化綠色環(huán)保礦山”。綠色開(kāi)采數(shù)字化具有以下意義：（1）合理開(kāi)發(fā)資源，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。（2）創(chuàng)造健康、開(kāi)放的工作環(huán)境，提升礦山形象。（3）降低礦山勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。（4）化解礦山風(fēng)險(xiǎn)隱患，增強(qiáng)安全系數(shù)。（5）創(chuàng)造更大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，實(shí)現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展。 綠色開(kāi)采數(shù)字化的體系結(jié)構(gòu) 構(gòu)建如下圖所示的綠色開(kāi)采數(shù)字化體系結(jié)構(gòu)。其主要有三部分組成：物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的數(shù)字信息化采礦系統(tǒng)、綠色開(kāi)采技術(shù)、環(huán)境恢復(fù)與清潔生產(chǎn)系統(tǒng)。針對(duì)礦產(chǎn)開(kāi)采引起的不同問(wèn)題，有與之相應(yīng)的綠色開(kāi)采技術(shù)，其中保水開(kāi)采指在開(kāi)采地下礦產(chǎn)資源的同時(shí)盡量減少對(duì)地下含水層的擾動(dòng)

22、破壞，或采取有效措施使發(fā)生變化的水恢復(fù)到原來(lái)的橫狀態(tài)32；無(wú)廢開(kāi)采包括矸石井下處理、建設(shè)井下選場(chǎng)、廢石尾砂充填采空區(qū)等清潔采礦技術(shù)；此外，從理論上講充填開(kāi)采、煤炭地下氣化、溶浸采礦法是解決礦產(chǎn)開(kāi)采環(huán)境問(wèn)題的理想途徑。物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，它通過(guò)感知系統(tǒng)、傳輸和智能化處理系統(tǒng)進(jìn)行物品間的信息采集與交互，最終實(shí)現(xiàn)物品與物品，人與物品的互聯(lián)和管理33。在不久的將來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)將使綠色開(kāi)采數(shù)字化產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。圖2 綠色開(kāi)采數(shù)字化結(jié)構(gòu)體系Fig.2 The structure of Green Mining system 綠色開(kāi)采數(shù)字化的應(yīng)用及發(fā)展前景當(dāng)前，我國(guó)礦山面臨著兩方面亟待解決的問(wèn)題：其一，礦

23、山開(kāi)采造成嚴(yán)重環(huán)境污染問(wèn)題，而水土污染、重金屬污染尤為突出。在我國(guó)每年因采礦產(chǎn)生大量的廢水、廢液，這些未經(jīng)處理的廢水、廢液排入江河湖泊造成極其嚴(yán)重的污染事件屢見(jiàn)不鮮，如湖北大冶湖污染、湖南湘江重金屬污染、贛南稀土開(kāi)采污染34等。目前礦山開(kāi)采造成的水土流失問(wèn)題也非常嚴(yán)重，由于采礦破壞了植被，使山體裸露，產(chǎn)生泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)地下水系平衡也遭到破壞，造成水資源大量損失。金屬礦山開(kāi)采產(chǎn)生的重金屬對(duì)土壤，水資源，植物，農(nóng)作物造成嚴(yán)重污染和危害。 其二，隨著礦產(chǎn)資源的不斷開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)礦產(chǎn)越來(lái)越少，采深不斷增加，低品位、難采難選礦石越來(lái)越多；并且開(kāi)采回收率，礦石貧化率，和選礦回收率均較低35。據(jù)近期

24、統(tǒng)計(jì)資料表明， 我國(guó)礦產(chǎn)資源總體回收率為30， 共生礦、伴生礦綜合利用率為35，均比國(guó)外先進(jìn)水平低20左右36-37。 通過(guò)上述分析，對(duì)環(huán)境問(wèn)題，不僅要治標(biāo)還要治本，關(guān)鍵還要從源頭抓起，提高資源利用率需要采用科學(xué)、合理、高效的方法。因此，數(shù)字化的綠色開(kāi)采是一種既可以科學(xué)、合理、高效的開(kāi)采礦產(chǎn)又能保護(hù)生態(tài)環(huán)境使資源與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的開(kāi)采模式，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。一方面，其有利于合理開(kāi)發(fā)資源，充分利用中低品位礦石，通過(guò)建立數(shù)值模型，進(jìn)行采礦設(shè)計(jì)，優(yōu)化參數(shù)，減少或避免污染因數(shù)。另一方面，其可以合理調(diào)配各種資源，實(shí)現(xiàn)礦山管理的科學(xué)性，生產(chǎn)的安全高效和礦山環(huán)境的健康、透明。要從根本上解決礦山開(kāi)采與環(huán)境保護(hù)

25、的矛盾問(wèn)題，關(guān)鍵在于研究新的采礦技術(shù)，采用科學(xué)的手段，實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采和清潔生產(chǎn)，充分有效的回收資源，減少?gòu)U料排放16。在知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，科技知識(shí)更新日新月異，物聯(lián)網(wǎng)正在興起，它通過(guò)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的渠道實(shí)現(xiàn)人物人相互間的關(guān)系高效信息交互，并通過(guò)新的模式將各種信息技術(shù)融入社會(huì)行為33。未來(lái)，數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化的綠色開(kāi)采，將借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)形成感知礦山，最終實(shí)現(xiàn)智能采礦的目標(biāo)，這與歐洲“”智能工業(yè)的目標(biāo)是一致的。就當(dāng)前我國(guó)礦山的發(fā)展?fàn)顩r來(lái)看，無(wú)論是數(shù)字礦山還是綠色礦山都處于起步階段，因此從綠色開(kāi)采模式向智能開(kāi)采轉(zhuǎn)化仍需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，但加快機(jī)械化、自動(dòng)化步伐和物聯(lián)網(wǎng)技在礦山術(shù)的應(yīng)用，并將它們與綠色開(kāi)

26、采的理念相融合，勢(shì)必會(huì)推動(dòng)開(kāi)采模式的大變革。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以依托覆蓋于礦山三維空間的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)感知信息將礦山的資源環(huán)境，生產(chǎn)環(huán)境、機(jī)械設(shè)備與人員相互之間聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)交流互感，感知礦山環(huán)境、感知安全風(fēng)險(xiǎn)、感知井下人員、設(shè)備健康狀況，即感知礦山。圖3 采礦模式發(fā)展前景Fig.3 Progressing for Mining 4 問(wèn)題與建議從技術(shù)層面、管理層面分析，綠色開(kāi)采數(shù)字化存在的主要問(wèn)題有：（1）與傳統(tǒng)采礦方法相比，溶浸采礦技術(shù)具有生產(chǎn)成本低、整體回收率高，向外界排放有害物質(zhì)少，基本可以稱作為綠色開(kāi)采技術(shù)，特別是原地浸礦法更有利于生態(tài)保護(hù)與恢復(fù)，但是浸礦液會(huì)進(jìn)入地下，對(duì)地下水或地表水、

27、土壤造成潛在的污染以及可能導(dǎo)致山體滑坡是目前需要迫切解決的問(wèn)題。（2）煤炭地下氣化是一種整體綠色開(kāi)采技術(shù)38，但應(yīng)解決煤炭氣化過(guò)程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)不擴(kuò)散，不污染水土，二氧化碳少排放等問(wèn)題，否則其就失去了綠色的意義。（3）綠色技術(shù)體系仍需完善和創(chuàng)新突破。（4）數(shù)字信息技術(shù)不能滿足地下生產(chǎn)環(huán)境的需求，如在礦井深部無(wú)線傳輸信號(hào)接受困難，衛(wèi)星定位系統(tǒng)設(shè)備，雷達(dá)探測(cè)儀器精度滿足不了要求39。（5）企業(yè)信息化的整體水平不高，信息孤島問(wèn)題嚴(yán)重制約礦山信息化的實(shí)現(xiàn)。（6）管理不規(guī)范，不科學(xué)，缺乏高水平軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)人才和管理人才。（7）政府和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)層重視程度不夠，重眼前經(jīng)濟(jì)利益，輕科學(xué)可持續(xù)發(fā)展，相關(guān)政策

28、、法律法規(guī)不到位。針對(duì)上述問(wèn)題提出以下建議： （1）政府牽頭建立產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的模式對(duì)相關(guān)問(wèn)題科學(xué)攻關(guān)，重點(diǎn)研究創(chuàng)新技術(shù)，如充填新技術(shù)，充填新材料，研發(fā)適合礦山的新軟件產(chǎn)品和綠色設(shè)備。 （2）提高對(duì)發(fā)展綠色礦業(yè)重要性的認(rèn)識(shí)，重視信息化人才和工程技術(shù)力量的培養(yǎng)。 （3）建立綠色開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)行“頂層設(shè)計(jì)”,統(tǒng)一評(píng)價(jià)指標(biāo)，使生產(chǎn)過(guò)程定量化、透明化。建立一套科學(xué)、全面可操作性強(qiáng)的綠色開(kāi)采統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)需要從兩方面著手：其一，從我國(guó)礦山系統(tǒng)中“資源-環(huán)境-人”的關(guān)系層面至資源開(kāi)采回收率、采礦貧化率、廢棄物循環(huán)利用率、綠色覆蓋率、清潔安全生產(chǎn)率、信息化機(jī)械化發(fā)展程度等方面，采用宏觀分析與微觀分析相結(jié)合，社會(huì)統(tǒng)計(jì)與

29、數(shù)理統(tǒng)計(jì)相結(jié)合的方法制定考核標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；分析國(guó)內(nèi)外先進(jìn)礦山發(fā)展建設(shè)的情況，結(jié)合我國(guó)礦山的實(shí)際現(xiàn)狀，完善“目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層、指標(biāo)層”指標(biāo)體系。其二，以具有代表性的礦山為標(biāo)本，采用相關(guān)性分析和主成分分析等方法，通過(guò)定量分析與定性分析相結(jié)合的方法建立備選指標(biāo)庫(kù)并篩選劃分，指標(biāo)數(shù)據(jù)要具有代表性、獨(dú)立性，能夠合理的衡量礦山綠色開(kāi)采的程度。此外，綠色開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施需要嚴(yán)格的法律法規(guī)作保障，企業(yè)的社會(huì)責(zé)任感為根本，政府監(jiān)督為鞭策。 （4）加強(qiáng)信息安全建設(shè)，重視信息安全，確保信息實(shí)時(shí)、可靠。 （5）正確認(rèn)識(shí)企業(yè)環(huán)保、社會(huì)責(zé)任及市場(chǎng)效應(yīng)的關(guān)系。（6）正確處理和對(duì)待開(kāi)采與環(huán)境協(xié)調(diào)，科學(xué)與可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。5

30、 結(jié)語(yǔ) 可持續(xù)發(fā)展，綠色發(fā)展才是科學(xué)的發(fā)展，構(gòu)建綠色礦山，發(fā)展綠色礦業(yè)是解決礦業(yè)環(huán)境問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的根本出路。隨著新知識(shí)新技術(shù)的問(wèn)世，綠色開(kāi)采也將會(huì)有更加豐富的內(nèi)涵和形式，因此，把握新機(jī)遇，迎接新挑戰(zhàn)，克服綠色開(kāi)采技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中的阻礙與難題，不斷創(chuàng)新理論，完善體系，更新理念，將綠色開(kāi)采這一全新的模式全面推廣，造福礦區(qū)及周邊，為綠色礦業(yè)夢(mèng)做貢獻(xiàn)，這是我們礦業(yè)界人士當(dāng)不懈奮斗的目標(biāo)。此外，綠色開(kāi)采的發(fā)展還需要企業(yè)、政府和社會(huì)的共同努力與關(guān)注，只有發(fā)展與責(zé)任并肩同步，才能實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)的共贏，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。參考文獻(xiàn)1 朱訓(xùn).關(guān)于發(fā)展綠色礦業(yè)的幾個(gè)問(wèn)題J.中國(guó)礦業(yè),2013

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