＊任 偉

（沁和能源集團(tuán)候村煤礦 山西 048000）

引言

采礦工程是影響我國環(huán)境氣候問題的主要因素，為了有效應(yīng)對復(fù)雜的氣候變化問題，各煤炭開采基地生態(tài)環(huán)境廳、環(huán)境規(guī)劃部署中心、環(huán)境投資企業(yè)等加強(qiáng)了合作研究，提出了碳達(dá)峰，碳中和，促進(jìn)零排放主題，主導(dǎo)采用并推行5G+智能化開采技術(shù)，以此推動能源產(chǎn)業(yè)改革的綜合進(jìn)行。

以上戰(zhàn)略性思想可以有效解決我國采礦行業(yè)的發(fā)展困境，推動我國采礦開采技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展，最終節(jié)約資源、有效利用資源，保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境。

1.我國礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀以及采礦工程對環(huán)境的影響

(1)礦產(chǎn)資源現(xiàn)狀

在采礦工程實(shí)施過程中，需要根據(jù)不同的礦產(chǎn)資源類型選擇不同的開采技術(shù)，尤其是綠色開采技術(shù)的應(yīng)用，但是在實(shí)際的開采過程中，開采工程單位過于注重礦產(chǎn)資源的研究忽視了開采技術(shù)的研究，導(dǎo)致礦產(chǎn)資源浪費(fèi)嚴(yán)重、利用率低下。

我國礦產(chǎn)資源主要包括能源礦產(chǎn)和非能源礦產(chǎn)，礦產(chǎn)資源的種類、分布、儲存量直接影響采礦業(yè)的發(fā)展規(guī)模、發(fā)展地區(qū)、部門等，礦產(chǎn)資源的質(zhì)量和開采條件，存儲位置直接影響礦產(chǎn)資源的綜合價值。

總體來說，我國礦產(chǎn)資源開發(fā)利用問題較多，比如難選礦、貧礦多、礦床規(guī)模小、人均占有量少、礦產(chǎn)資源浪費(fèi)、污染、破壞較為嚴(yán)重、礦區(qū)和產(chǎn)業(yè)區(qū)、加工區(qū)不對稱。

(2)采礦工程對環(huán)境的影響

采用傳統(tǒng)的采礦技術(shù)，會導(dǎo)致地下含水層流通路徑出現(xiàn)變化，出現(xiàn)滲漏問題，完成礦產(chǎn)資源開采后，地下水會從某一局部滲漏延伸到整片滲漏，最終導(dǎo)致發(fā)生礦區(qū)坍塌和地面沉降問題，影響采礦區(qū)域的水文、地質(zhì)條件。且不科學(xué)的開采方法也會影響地表水質(zhì)，導(dǎo)致地表徑流流量發(fā)生變化、水質(zhì)變化，影響當(dāng)?shù)鼐用竦恼ｏ嬘盟?/p>

另外，采用傳統(tǒng)的采礦技術(shù)也會破壞我國土地資源、生態(tài)環(huán)境等，比如，不科學(xué)的采礦技術(shù)會導(dǎo)致一些有害物質(zhì)暴露在空氣中，危害人體健康，對環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。

2.采礦工程中綠色開采技術(shù)

(1)煤和瓦斯共采技術(shù)

煤和瓦斯共采技術(shù)主要應(yīng)用在煤炭開采上覆巖石層礦壓活動中，注重在卸壓煤層抽采時，優(yōu)化抽采工藝，以此有效解決我國淮南礦區(qū)透氣性煤層開采導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。

(2)陡幫開采技術(shù)

陡幫開采技術(shù)主要針對于傳統(tǒng)的緩幫開采技術(shù)而言的，該技術(shù)主要應(yīng)用在深凹區(qū)的露天礦開采中，陡幫技術(shù)可以平衡生產(chǎn)期剖采比例，延緩部分剖巖層，減少基建投入工作量，控制邊幫技礦石的暴露時間，以此提升邊坡強(qiáng)度。

(3)露天礦設(shè)備

當(dāng)前，在我國大型露天礦山開采項(xiàng)目中，主要采用穿孔牙輪鉆機(jī)，該穿孔設(shè)備可以有效解決傳統(tǒng)潛孔鉆、鋼繩沖擊鉆的不足，有效滿足現(xiàn)代化開采需求。該設(shè)備工作效率高、開采量大，一些載裝設(shè)備斗容主要采用單頭電鏟，運(yùn)輸設(shè)備主要采用載重大的自翻車和電機(jī)車，運(yùn)輸通道可以選擇公路或者鐵路。

圖1 牙輪鉆機(jī)

3.采礦工程中綠色開采的應(yīng)用研究與思考

(1)實(shí)施碳達(dá)峰、碳中和行動方案，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

碳峰值指二氧化碳排放量達(dá)到歷史最高值，進(jìn)入增轉(zhuǎn)降拐點(diǎn)，碳中和是指室外排出的二氧化碳可以和植物造林、節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境等項(xiàng)目進(jìn)行綜合，煤礦資源的利用會排放大量的二氧化碳，在預(yù)估二氧化碳排放峰值后，我國提出了碳中和理念，以此完善并啟動達(dá)峰行動方案編制工作。在此方向引領(lǐng)下，可以推動我國采礦行業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、優(yōu)化升級，改善社會能源結(jié)構(gòu)，發(fā)揮各部門作用，推動采礦行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型。

圖2 5G+智能開采技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)建清潔主導(dǎo)、電能中心、互聯(lián)網(wǎng)支撐的現(xiàn)代能源結(jié)構(gòu)體系逐漸成為我國采礦行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的主要目標(biāo)。山西省作為我國采礦工程項(xiàng)目實(shí)施大省需要發(fā)揮自身作用，堅(jiān)持能源節(jié)約和持續(xù)利用的原則，開展碳峰值、碳中和活動，以此作為能源革命改革試點(diǎn)，生產(chǎn)低碳清潔、安全高效的能源產(chǎn)品，最終將穩(wěn)煤、優(yōu)電、增期、上新戰(zhàn)略思想落實(shí)到各項(xiàng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，具體行動策略如下所示。

穩(wěn)煤指綠色智能開采，采用綠色5G+智能開采技術(shù)，工作面采用沿空留巷設(shè)計(jì)，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無塵礦井，并建立國家批注的煤礦基地，以此加強(qiáng)產(chǎn)能建設(shè)，提高煤炭先進(jìn)產(chǎn)能比例，大力推進(jìn)優(yōu)質(zhì)煤炭分級試點(diǎn)項(xiàng)目。

優(yōu)化電力，建立高效競爭的現(xiàn)代電力市場體系，優(yōu)化電力資源配置，提高電力資源利用率，并完善電源電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)峰值，提高能源消耗容納量，加強(qiáng)清潔電力輸送基地，建立電價機(jī)制，帶動新興電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

增氣指加強(qiáng)非常規(guī)天然氣的儲備量，建立并完善非常高天然氣基地，以此確保非常規(guī)天然氣產(chǎn)量的穩(wěn)定上升。上新指補(bǔ)齊能源結(jié)構(gòu)短板，想要有效在碳峰值理念下加強(qiáng)能源生產(chǎn)、消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級，需要積極探索風(fēng)、水、光、熱等清潔能源，以此優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)非化石能源開發(fā)和利用率。

(2)以生態(tài)文明指導(dǎo)思想推進(jìn)采礦工程建設(shè)，提高煤炭運(yùn)輸質(zhì)量

如何將雙碳理念深入踐行在采礦工程中，不僅需要從工程對象角度思考問題，也需要從能源上、材料上、生產(chǎn)上分析問題。

第一步，需要明確碳排放權(quán)的平等性和減碳責(zé)任，根據(jù)我國當(dāng)前的采礦工程發(fā)展現(xiàn)狀、生態(tài)文明間需求積極落實(shí)雙碳目標(biāo)。

第二步，需要全方位分析我國煤炭資源生產(chǎn)消費(fèi)現(xiàn)狀，把握我國煤炭資源儲備量、原煤總產(chǎn)量、煤炭消費(fèi)總量。以此確定煤炭資源的主要調(diào)出產(chǎn)區(qū)。

第三步，需要把握我國煤炭運(yùn)輸需求變化趨勢，我國東部地區(qū)煤炭需求穩(wěn)定下降、中部地區(qū)煤炭需求穩(wěn)定提升，根據(jù)此特點(diǎn)，整合央企煤電資源，以此實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸區(qū)塊化發(fā)展，通過高壓工程刺激煤炭運(yùn)輸需求的增長。

第四步，積極探尋煤炭運(yùn)輸高質(zhì)量發(fā)展路徑、策略，具體可以從這四個方面進(jìn)行：優(yōu)化調(diào)節(jié)運(yùn)輸結(jié)構(gòu)、采用智能技術(shù)提升運(yùn)輸管理效率、應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)綠色低碳升級。

(3)采用5G+智能開采技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下無人智能

圖3 5G+人工智能遠(yuǎn)程操控人工駕駛鑿巖車

為了響應(yīng)全球采礦工程技術(shù)發(fā)展趨勢、采礦行業(yè)發(fā)展趨勢，需要積極落實(shí)新舊能源轉(zhuǎn)換需求，聚焦安全高效、智能能源、綠色生態(tài)、人文和諧的主題，將我國礦山打造成為國際一流示范礦山基地。想要實(shí)現(xiàn)以上建設(shè)項(xiàng)目目標(biāo)，需要以安全為起點(diǎn)，采用智能智慧技術(shù)，將綠色生態(tài)環(huán)保作為最終目標(biāo)，以此實(shí)現(xiàn)社會穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益提升，在此理念引導(dǎo)下，我國山西省聯(lián)合其他各省，推出了5G+人工智能遠(yuǎn)程操控人工駕駛鑿巖車，促使我國采礦事業(yè)進(jìn)入到了5G+智能采礦時代。

該采礦機(jī)車由無線通訊、視頻傳輸?shù)认到y(tǒng)進(jìn)行自動化操作，通過5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)對鑿巖機(jī)車運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，以此發(fā)揮遠(yuǎn)程無線操作作用。該機(jī)車中的遙控操作平臺主要由云端機(jī)群系統(tǒng)負(fù)責(zé)，主要根據(jù)礦產(chǎn)運(yùn)行軌跡、運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行控制，以此降低井下作業(yè)事故發(fā)生率，保證人員安全的同時，也可以節(jié)省開采成本，確保采礦企業(yè)效益的提升。此外，采礦企業(yè)和采礦技術(shù)研究院根據(jù)我國礦山實(shí)際情況，引進(jìn)國外先進(jìn)的開采技術(shù)、借鑒國外先進(jìn)的開采經(jīng)驗(yàn)，在分析、研究后，形成具備遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)、設(shè)備故障診斷系統(tǒng)、智能開采管理系統(tǒng)、選礦智能系統(tǒng)、礦用噴漿機(jī)器人系統(tǒng)等，人工智能開采流程如圖4。在此基礎(chǔ)上推行多項(xiàng)項(xiàng)目，以此推動礦山開采的數(shù)字化、智能化、信息化發(fā)展，促使我國傳統(tǒng)的礦山向著智慧礦山、生態(tài)礦業(yè)的方向發(fā)展。

圖4 人工智能開采流程

(4)明確采礦工程生態(tài)保護(hù)監(jiān)理要點(diǎn)

在采礦工程施工過程中，需要在開展環(huán)境保護(hù)管理工作時，環(huán)境監(jiān)理部門需要發(fā)揮著自身責(zé)任，明確職責(zé)要點(diǎn)，以此做好以下幾項(xiàng)工作：

第一，提高管理工作執(zhí)行力度，將施工作業(yè)區(qū)控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，根據(jù)實(shí)際開采情況選擇特定運(yùn)輸路線，并做好運(yùn)輸路線的管理和監(jiān)督，避免對地面造成一定的破壞。

第二，及時處理采礦區(qū)廢石、廢渣、殘留物，保證作業(yè)環(huán)境。

第三，加強(qiáng)對施工人員的培訓(xùn)，提高施工人員的專業(yè)能力、職業(yè)素質(zhì)，確保施工人員具備較強(qiáng)的作業(yè)能力的同時，也具備一定的環(huán)境保護(hù)意識、安全防范意識，自覺保護(hù)現(xiàn)場環(huán)境。

第四，施工單位開采前，需要具備相關(guān)水土保持設(shè)施驗(yàn)收文件、監(jiān)測治理方案、土地復(fù)墾方案等資料。

第五，環(huán)境監(jiān)理部門需要定期審查相關(guān)文件，確保生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作執(zhí)行有力。

(5)未來礦山開采展望

在工程化技術(shù)的影響下，未來礦產(chǎn)開采主要向著5G+智慧礦山的方向發(fā)展，各采礦業(yè)也不斷探索更安全、高效、智能的采礦方法，且未來的研究也重點(diǎn)對采礦安全事故發(fā)生、生態(tài)破壞等問題進(jìn)行有效解決。總之，5G+智慧礦山將是提升社會生產(chǎn)力、地質(zhì)變動預(yù)警判斷、礦區(qū)深度探測水平的主要動力。

4.結(jié)束語

總之，隨著互聯(lián)網(wǎng)、智能技術(shù)的發(fā)展，未來礦業(yè)也將實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)化連接、運(yùn)營優(yōu)化，走向科技創(chuàng)新，對此，采礦工程單位、礦區(qū)管理者們需要加強(qiáng)礦山開采智能新技術(shù)、新工藝、新裝備的研究和應(yīng)用，以此推動智慧礦山的建設(shè)發(fā)展，最終有效解決傳統(tǒng)采煤技術(shù)面臨的問題。另外，在新技術(shù)利用下，還需要明確碳中和、碳達(dá)峰行動方案，以此實(shí)現(xiàn)打造符合國際發(fā)展潮流的綠色、生態(tài)礦山。