中國作為礦產(chǎn)資源開發(fā)利用大國，礦山建設(shè)和生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染和生態(tài)破壞問題不容忽視。目前，我國有超過90%的能源和70%的工業(yè)生產(chǎn)原料依賴于礦產(chǎn)資源。然而，傳統(tǒng)的礦產(chǎn)資源開發(fā)模式往往伴隨著高能耗、高污染和生態(tài)破壞，這對環(huán)境的可持續(xù)性構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)。
隸屬于河北鋼鐵集團礦業(yè)有限公司的承德柏泉鐵礦，是一家集采礦、選礦為一體的國有大中型露天開采礦山，年處理原礦600萬噸，生產(chǎn)高品位鐵精粉和磷精粉。隨著生態(tài)文明建設(shè)的國家戰(zhàn)略不斷深入，柏泉鐵礦積極響應(yīng)國家綠色礦山建設(shè)的號召，探索并實踐了“一體系五平衡”模式，提升了礦山的綠色發(fā)展管理水平。本研究結(jié)合承德柏泉鐵礦的實踐，以基于“一體系五平衡”模式的綠色礦山建設(shè)為研究對象，探討如何在實際操作中有效推進綠色礦山建設(shè)，為實現(xiàn)經(jīng)濟社會與自然環(huán)境的和諧發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
一、“一體系五平衡”模式適用性分析
綠色礦山的“一體系五平衡”模式(見圖1)是一種創(chuàng)新的礦山建設(shè)理念，旨在通過構(gòu)建一個綜合的全面管理體系作為綠色礦山建設(shè)的基礎(chǔ)，實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益與生態(tài)環(huán)境之間的多方面平衡，推動綠色高質(zhì)量礦山建設(shè)。該體系覆蓋了礦山的資源開發(fā)、環(huán)境保護、生態(tài)修復(fù)、社會責(zé)任等方面，目的是確保礦山的可持續(xù)發(fā)展?！拔迤胶狻眲t涉及資源、能源、水、固體廢棄物和生態(tài)5個方面的平衡管理。
圖1 礦山綠色發(fā)展“一體系五平衡”模式
建設(shè)綠色礦山是實現(xiàn)礦業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵途徑，“一體系五平衡”模式在特定條件下具有顯著優(yōu)勢。對于硬巖礦山，特別是環(huán)境承載能力較弱的大中型有色金屬井采礦山，該模式表現(xiàn)出高度的適用性。這些硬巖礦山面臨著復(fù)雜的開采環(huán)境和巨大的安全管理壓力，通過智能化建設(shè)，可有效提升其安全水平和資源集約利用效率。
同時，實施“一體系五平衡”模式對礦山的科研能力提出了較高要求，需要采用先進的地質(zhì)資源管理系統(tǒng)、礦山測量管理系統(tǒng)和采礦智能設(shè)計系統(tǒng)等，實現(xiàn)對資源儲量的動態(tài)管理和智能設(shè)計，從而推動礦山智能化和科技創(chuàng)新。
此外，實施該模式需要礦山具備先進的管理水平，將綠色理念融入企業(yè)文化，并通過智能礦山建設(shè)實現(xiàn)管理決策的優(yōu)化，逐步構(gòu)建自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)的智能礦山。
最后，實現(xiàn)資源與能源的綜合利用是該模式應(yīng)用的重要目的，其提倡通過智能系統(tǒng)對廢水、尾礦等進行實時監(jiān)測與控制，實現(xiàn)資源的高效循環(huán)利用，減少對生態(tài)環(huán)境的破壞。根據(jù)國家指導(dǎo)意見，到2026年，預(yù)計將建立完整的礦山智能化標(biāo)準(zhǔn)體系，實現(xiàn)環(huán)境智能感知、系統(tǒng)智能聯(lián)動、重大災(zāi)害風(fēng)險智能預(yù)警，推動礦山安全治理模式向事前預(yù)防轉(zhuǎn)型。
二、“一體系五平衡”體系構(gòu)建
承德柏泉鐵礦在習(xí)近平生態(tài)文明思想的指導(dǎo)下，通過實施“一體系五平衡”模式，緊緊圍繞“生態(tài)環(huán)境保護事件為零”的核心目標(biāo)，全面落實各級政府及上級部門的決策部署，強化“黨政同責(zé)、一崗雙責(zé)”的責(zé)任體系(見圖2)。該鐵礦通過屬地管理、任務(wù)網(wǎng)格劃分、責(zé)任到人的方式，構(gòu)建了一個從廠礦到作業(yè)區(qū)，橫向到邊、縱向到底的精細(xì)化管理網(wǎng)絡(luò)。具體措施包括：制定詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程(SOP)，通過高精度的監(jiān)測設(shè)備和技術(shù)手段實現(xiàn)對環(huán)境因素的精準(zhǔn)監(jiān)控，并將整個礦區(qū)劃分為多個管理網(wǎng)格，每個網(wǎng)格內(nèi)有詳細(xì)的工作計劃和執(zhí)行記錄；建立環(huán)境因素和重要環(huán)境因素清單，定期進行合規(guī)義務(wù)審查，實現(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和分析，提高決策的科學(xué)性。該體系不僅明確了“做什么、怎么做、誰來做”的具體任務(wù)，還通過環(huán)境因素和重要環(huán)境因素清單的識別與評價，以及生態(tài)環(huán)境保護合規(guī)義務(wù)審查等輔助手段，確保了各項工作的精準(zhǔn)實施。
圖2 綠色礦山簡化管理體系
三、“一體系五平衡”在承德柏泉鐵礦的應(yīng)用
基于“一體系五平衡”模式構(gòu)建要求，承德柏泉鐵礦出提“兩個同步”環(huán)保生態(tài)觀，即資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護同步規(guī)劃、礦山開發(fā)與生態(tài)修復(fù)治理同步實施。具體措施包括：將整個礦區(qū)劃分為若干個區(qū)塊，對每個區(qū)塊進行詳細(xì)的環(huán)境評估和修復(fù)規(guī)劃；優(yōu)先處理污染最嚴(yán)重的區(qū)域，如針對尾礦庫滲漏問題采用高效防滲材料，同時進行地下水監(jiān)測，確保無二次污染；遵循“先綠再美”原則，首先恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能，然后進行生產(chǎn)區(qū)和生活區(qū)的景觀美化，選擇適生樹種和草種，建設(shè)觀賞花園、水幕噴泉和綠蔭停車場等景觀設(shè)施；投入數(shù)億元引入多家專業(yè)園林設(shè)計單位進行園林規(guī)劃，與中科院植物研究所合作，引進30余種耐旱、耐寒的本土植物，確保生態(tài)多樣性和景觀效果；實施高標(biāo)準(zhǔn)綠化工程，在露天采場邊坡進行防護林帶建設(shè)，采用“魚鱗坑+植樹袋”技術(shù)，增加植被存活率；在露天采場、臨時堆場、尾礦庫等關(guān)鍵區(qū)域?qū)嵤﹪?yán)格的綠化鋪裝計劃，確保每塊裸地都得到覆蓋，共計鋪設(shè)各類草皮2萬平方米，種植喬木5000余株、灌木10萬余株；利用無人機、衛(wèi)星遙感等技術(shù)手段，對礦區(qū)進行實時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)并處理潛在的環(huán)境問題，如使用無人機定期巡查，及時修補防護網(wǎng)，確保無裸露土壤；等等。
1.通過智能監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控采礦作業(yè)環(huán)境
在礦區(qū)全面部署的智能監(jiān)控系統(tǒng)中，高分辨率攝像頭和紅外傳感器的結(jié)合不僅實現(xiàn)了對采礦作業(yè)的全天候監(jiān)控，還通過智能分析技術(shù)對礦區(qū)的環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)測，這些參數(shù)包括空氣質(zhì)量、溫度、濕度和粉塵濃度等，確保了采礦作業(yè)環(huán)境的安全性和健康性。智慧照明系統(tǒng)通過LED燈具和智能調(diào)光技術(shù)，不僅提高了照明效率，還通過環(huán)境傳感器實時監(jiān)測光照條件，自動調(diào)節(jié)亮度，從而在保證工作區(qū)域足夠照明的同時，每年節(jié)省電能約25%。人員定位系統(tǒng)結(jié)合了藍(lán)牙信標(biāo)和GPS技術(shù)，精確追蹤每個員工的位置，不僅提高了安全管理水平，還能在緊急情況下迅速定位和救援。此外，礦區(qū)引入的北京華宇中選自控公司的設(shè)備預(yù)測性維護系統(tǒng)，通過全面實時收集設(shè)備的多維數(shù)據(jù)(包括溫度、振動、壓力等)，借助先進的機器學(xué)習(xí)與人工智能算法，建立了高精準(zhǔn)度的故障識別模型。這一系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了對設(shè)備運行狀態(tài)的即時監(jiān)控與故障預(yù)警，還能提前30 min預(yù)測潛在故障，顯著減少了非計劃停機時間。
2.數(shù)字化技術(shù)保障礦山開發(fā)與生態(tài)修復(fù)治理同步實施
承德柏泉鐵礦自主研發(fā)“鐵礦開采非標(biāo)參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)”，通過開發(fā)包含各類開采設(shè)備、支護結(jié)構(gòu)等非標(biāo)組件的參數(shù)化圖庫，完成了約75類關(guān)鍵非標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)化建模工作。該系統(tǒng)使得設(shè)計過程更加高效、精準(zhǔn)。同時，創(chuàng)新性地引入“開采環(huán)境復(fù)雜度分級”策略，有效解決了復(fù)雜地質(zhì)條件下非標(biāo)準(zhǔn)件參數(shù)化的技術(shù)難題，進一步提升了設(shè)計的針對性和實用性。在數(shù)字化技術(shù)的支持下，該系統(tǒng)實現(xiàn)了基于先進CAD軟件的參數(shù)化設(shè)計與快速放樣功能，建立了豐富的放樣圖庫。這使得部分施工圖與三維建模的生成時間縮短至3 min以內(nèi)，極大地提升了設(shè)計效率，為礦山的快速開發(fā)提供了有力保障。更為重要的是，該系統(tǒng)在設(shè)計中充分考慮了生態(tài)修復(fù)治理的需求。構(gòu)建的“通用標(biāo)準(zhǔn)模塊庫”，在確保設(shè)計靈活性的前提下，降低了圖庫的存儲需求，同時增強了非標(biāo)參數(shù)化設(shè)計的實用性和可行性。這意味著在設(shè)計階段，就可以預(yù)計生態(tài)修復(fù)的需求，并將其納入設(shè)計中，從而實現(xiàn)礦山開發(fā)與生態(tài)修復(fù)的同步規(guī)劃、同步實施。
3.自主研發(fā)ADS 智能綜合生產(chǎn)及環(huán)境管控系統(tǒng)
承德柏泉鐵礦順應(yīng)智能化與數(shù)字化的時代潮流，自主研發(fā)了“鐵礦開采ADS智能設(shè)計系統(tǒng)”，并進一步拓展為“ADS智能綜合生產(chǎn)及環(huán)境管控系統(tǒng)”，將算法與數(shù)據(jù)存儲技術(shù)深度融合，將豐富的設(shè)計規(guī)則和實踐經(jīng)驗固化于系統(tǒng)之中。通過實現(xiàn)傳統(tǒng)設(shè)計與BIM技術(shù)的無縫對接，該系統(tǒng)為采礦工程師提供了涵蓋地質(zhì)勘探、開采規(guī)劃、設(shè)備選型、三維建模、工程圖紙繪制及多專業(yè)協(xié)同作業(yè)的全流程智能設(shè)計解決方案。目前，該系統(tǒng)已成功開發(fā)了鋼結(jié)構(gòu)支護體系、采礦機械驅(qū)動平臺、各類非標(biāo)驅(qū)動裝置、礦石輸送系統(tǒng)精確計算、水泵選型與優(yōu)化、鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計等核心智能設(shè)計模塊，并實現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)的高效存儲、遠(yuǎn)程訪問與安全加密功能，支持DXF、EXCEL、圖片等多種格式的文件輸入，以及DWG圖紙、EXCEL清單、WORD計算報告、高精度三維模型等多樣化輸出。同時，該系統(tǒng)進一步將智能化設(shè)計與生產(chǎn)管理無縫銜接。通過實時采集和分析礦區(qū)生產(chǎn)設(shè)備的運行數(shù)據(jù)、地質(zhì)環(huán)境參數(shù)及生態(tài)修復(fù)進度，動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計劃與修復(fù)方案，確保了生產(chǎn)效率與環(huán)境治理的同步推進。通過集成空氣質(zhì)量、水體質(zhì)量、土壤污染等多維環(huán)境傳感器，實時監(jiān)控礦區(qū)及周邊的生態(tài)環(huán)境變化，智能化生成并動態(tài)調(diào)整生態(tài)修復(fù)方案，如植被恢復(fù)、水土保持、污染治理等，確保了修復(fù)效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過全流程數(shù)字化閉環(huán)管理，實現(xiàn)了從設(shè)計、生產(chǎn)到環(huán)境治理的全面智能化，確保設(shè)計與實際生產(chǎn)的高度匹配，并在保障生產(chǎn)效率的同時，確保環(huán)境治理的及時性與有效性，實現(xiàn)了礦山開發(fā)與生態(tài)修復(fù)的雙贏。
4.效益分析
在直接經(jīng)濟效益層面，柏泉鐵礦通過生態(tài)環(huán)保項目的實施，2023年度實現(xiàn)經(jīng)濟效益2596.56萬元，相較于2022年度的1723.97萬元，經(jīng)濟效益穩(wěn)步增長。
在間接效益層面，柏泉鐵礦的生態(tài)環(huán)保投入帶來了多重積極影響。首先，持續(xù)的環(huán)境保護努力顯著提升了企業(yè)在當(dāng)?shù)卣蜕鷳B(tài)環(huán)境監(jiān)管部門中的環(huán)保信用評價等級，為企業(yè)贏得了良好的社會聲譽。其次，獲得河北省績效評級引領(lǐng)性企業(yè)認(rèn)定，這不僅是對企業(yè)環(huán)保工作的高度認(rèn)可，更有效規(guī)避了因環(huán)保問題可能引發(fā)的停產(chǎn)風(fēng)險，保障了企業(yè)的穩(wěn)定運營和長遠(yuǎn)發(fā)展。此外，這一認(rèn)定還為企業(yè)爭取到了更多的政策支持和市場機遇。
在生態(tài)效益方面，柏泉鐵礦通過創(chuàng)新實施“一體系五平衡”模式，實現(xiàn)了礦區(qū)環(huán)境的根本性改善。露天采場、排土場、尾礦庫等關(guān)鍵區(qū)域的生態(tài)修復(fù)治理和景觀改造工程，不僅恢復(fù)了自然生態(tài)的原有面貌，還提升了區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，有力支撐了當(dāng)?shù)厣锒鄻有员Ｗo工作，促進了人與自然的和諧共生，展現(xiàn)了礦業(yè)企業(yè)綠色發(fā)展的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。
在社會效益方面，綠色礦山建設(shè)增強了企業(yè)的親和力，改善了職工的工作環(huán)境和生活質(zhì)量，提高了職工的歸屬感和滿意度。同時，企業(yè)與當(dāng)?shù)卣吧鐓^(qū)村民的關(guān)系更加融洽，有助于企業(yè)在當(dāng)?shù)氐拈L遠(yuǎn)發(fā)展。
四、結(jié)束語
承德柏泉鐵礦的實踐案例表明，通過精準(zhǔn)管控體系、高標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)修復(fù)、智能化與數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，可以實現(xiàn)礦山經(jīng)濟效益、生態(tài)效益與社會效益的顯著提升。未來，承德柏泉鐵礦應(yīng)進一步優(yōu)化“一體系五平衡”模式的實施細(xì)節(jié)，加強跨學(xué)科研究，探索更多智能化、數(shù)字化技術(shù)在綠色礦山建設(shè)中的應(yīng)用，以推動礦業(yè)向更加綠色、高效、和諧的方向發(fā)展。
