楊 霄

(中煤地質(zhì)集團有限公司，北京 100043)

石材行業(yè)是我國建材工業(yè)中最主要的產(chǎn)業(yè)之一，我國已經(jīng)發(fā)展成為名副其實的世界石材生產(chǎn)大國、消費大國和貿(mào)易大國。隨著我國石材產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，作為產(chǎn)業(yè)上游的石材采礦業(yè)發(fā)展卻不平衡。我國石材礦山具有數(shù)量多、規(guī)模小、分布范圍廣等特點，部分礦山短期行為較為嚴(yán)重，少數(shù)存在粗暴的破壞式和掠奪式開采，既破壞了環(huán)境又浪費了資源，嚴(yán)重違背了我國礦業(yè)生態(tài)文明建設(shè)的理念。加之近年來的環(huán)保重壓致使大量石材礦山面臨關(guān)停整頓，“一刀切”“全面關(guān)停”等現(xiàn)象屢見不鮮，對石材行業(yè)和地方經(jīng)濟產(chǎn)生了巨大挫傷。因此，石材礦山亟待轉(zhuǎn)型升級，加快綠色礦山建設(shè)，推動礦業(yè)綠色發(fā)展。

1 石材綠色礦山建設(shè)現(xiàn)狀

1.1 天然石材資源開發(fā)利用現(xiàn)狀

目前，在建材工業(yè)上常見且利用較多的天然石材主要包括花崗石、大理石、板石和石灰石。除此之外，輝綠巖、玄武巖、閃長巖、角閃巖、蛇紋巖等火成巖也可作為飾面石材進行開發(fā)利用。

我國石材礦產(chǎn)資源豐富，分布廣泛，在全國各省、市、自治區(qū)均分布有石材資源可以被開發(fā)利用。根據(jù)《中國礦產(chǎn)資源報告(2019年)》，截至2018年底，我國飾面花崗巖已查明資源儲量約53.80億m3，主要分布于福建省、江西省、新疆維吾爾族自治區(qū)和山東省等省(區(qū))；飾面大理巖已查明資源儲量約17.78億m3，主要分布于河北省、廣西壯族自治區(qū)、遼寧省、貴州省和江西省等省(區(qū))[1]。另據(jù)統(tǒng)計，截至2018年底，我國飾面用石灰石查明資源儲量總計29.65億m3，飾面用板石查明資源儲量總計達(dá)到1億m3，主要分布于江西省、重慶市、廣西壯族自治區(qū)、福建省和安徽省等省(區(qū))[2]。我國石材品種較為齊全，具有商業(yè)名稱與專業(yè)名稱的各類花崗石、大理石、板石品種超過1 800種，其中，花崗石品種超過900種，大理石品種超過800種，板石品種超過100種。

21世紀(jì)以來，我國石材產(chǎn)業(yè)取得了巨大進步，已經(jīng)發(fā)展成為世界第一大石材生產(chǎn)國、出口國和消費國。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國各類石材企業(yè)超過3萬家，石材礦山數(shù)量達(dá)到8 000家，占全國各類礦山數(shù)量的10%以上；我國石材年進出口額合計達(dá)到100億美元以上，年消費額達(dá)到6 000億元以上[3]。石材產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國建材行業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展中發(fā)揮著十分重要的作用。

1.2 石材綠色礦山建設(shè)進展

2011—2014年，原國土資源部先后批復(fù)了4批總計661家國家級綠色礦山建設(shè)試點單位，石材行業(yè)按照有關(guān)文件要求和部署，積極組織開展了綠色礦山建設(shè)工作，分別有山東省、福建省和江蘇省的3家石材礦山被批準(zhǔn)列為試點單位，為石材行業(yè)綠色礦山建設(shè)樹立了典型。2017年底，中國石材協(xié)會組織起草了《石材行業(yè)綠色礦山建設(shè)規(guī)范》，經(jīng)過多輪審定和修改，2019年12月形成了《石材行業(yè)綠色礦山建設(shè)規(guī)范(送審稿)》，中國石材行業(yè)的綠色礦山建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不久后將正式出爐。2019年8月，在全國石材礦山大會上，中國石材協(xié)會提出了石材綠色礦山建設(shè)的“十化”要求，即礦權(quán)設(shè)置合理化、礦山開采合法化、資源利用高效化、開采方式科學(xué)化、生產(chǎn)工藝先進化、采礦作業(yè)清潔化、礦山管理規(guī)范化、生產(chǎn)安全標(biāo)準(zhǔn)化、礦區(qū)社會和諧化和礦區(qū)環(huán)保生態(tài)化。截至2020年底，全國共有1 254家國家級綠色礦山，其中，河北省承德市、江蘇省贛榆縣、福建省建寧縣、湖南省溆浦縣和甘肅省兩當(dāng)縣的5家大理石、花崗石石材礦山成功入選國家綠色礦山名錄。

在中央生態(tài)文明建設(shè)方針的指引下，石材行業(yè)正在積極踐行新發(fā)展理念，在礦山環(huán)境保護、資源綜合利用、先進適用技術(shù)及裝備研發(fā)推廣、機械化鋸切開采工藝技術(shù)等方面做了大量工作，石材綠色礦山建設(shè)逐漸步入正軌。

1.3 石材綠色礦山建設(shè)存在的問題

石材行業(yè)與其他行業(yè)的綠色礦山建設(shè)工作差距較大，已入庫的國家級石材綠色礦山數(shù)量僅占全國綠色礦山的0.4%，占全國石材礦山總數(shù)量不足0.1%，這與我國石材礦山的龐大數(shù)量相比明顯過少，也從側(cè)面反映了我國石材綠色礦山建設(shè)現(xiàn)狀和整體水平。由此可見，石材行業(yè)綠色礦山建設(shè)任重而道遠(yuǎn)。

目前，石材綠色礦山建設(shè)面臨的主要問題包括以下幾方面。①對綠色礦山建設(shè)的核心內(nèi)容和基本要求認(rèn)知不夠。由于對綠色礦山建設(shè)要求理解不夠、標(biāo)準(zhǔn)把握不準(zhǔn)、內(nèi)容掌握不全，部分礦山片面認(rèn)為綠色礦山就是高成本礦山、綠化礦山，忽略了對技術(shù)工藝設(shè)備的升級改造，忽略了提高資源利用水平，減少對環(huán)境擾動的源頭管控。②石材礦山綠色開采工藝技術(shù)水平亟待提升。石材綠色開采工藝技術(shù)以及與之配套的先進機械化開采設(shè)備是建設(shè)現(xiàn)代化石材礦山的必要條件，由于我國石材礦山數(shù)量多、規(guī)模小、基礎(chǔ)差，大部分礦山還未采用先進的采礦工藝技術(shù)和設(shè)備，與國際先進水平存在較大差距。③石材礦山資源綜合利用渠道單一，開發(fā)利用率較低。石材礦山在開采和切割加工過程中，大量廢石渣、邊角料和石粉被當(dāng)作廢料拋棄，不僅造成資源浪費，而且占壓土地、污染環(huán)境。④石材礦山信息化管理水平較低。我國大多數(shù)石材礦山僅僅建立了采區(qū)視頻影像監(jiān)控，在資源儲量信息數(shù)字化、地質(zhì)采礦三維建模、三維可視化管控、礦山地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害在線監(jiān)控和預(yù)警、安全生產(chǎn)信息化管理等方面還沒有進行有關(guān)建設(shè)。

2 石材綠色礦山建設(shè)核心內(nèi)容

石材礦山開采與其他礦種開采存在著本質(zhì)的差別，具有以下幾個不同的特點：一是石材礦山以采出大塊荒料為目的，要求礦產(chǎn)品具有較好的完整性和幾何形狀，通常采用劈裂法或切割法開采，然后通過切割、打磨等工序制造產(chǎn)品，而其他礦種以采出有益的礦物為目的，普遍采用破碎法開采，然后通過選礦工藝提取所需要的礦物元素；二是劈裂、切割是石材開采的主要技術(shù)手段，除吊裝運輸外，劈裂、切割工藝水平和技術(shù)裝備是衡量石材礦山開采現(xiàn)代化程度的主要方面；三是石材礦山的邊坡角和工作坡面角陡，一般均為90°，地質(zhì)環(huán)境修復(fù)治理難度大；四是石材礦山采出的荒料僅占采礦量的一小部分，而其余廢石渣卻占大部分，綜合利用是石材綜合開發(fā)利用的重要方面；五是礦山開采機大部分是石材開采的專用設(shè)備，是其他礦種的開采設(shè)備所不能代替的。因此，應(yīng)針對石材礦山的自身特點，進一步明確石材綠色礦山建設(shè)的核心內(nèi)容和要求[4]，實施科學(xué)合理的技術(shù)方案。

2.1 礦區(qū)環(huán)境生態(tài)化

礦區(qū)環(huán)境應(yīng)從礦容礦貌和礦區(qū)綠化兩方面加強建設(shè)。礦區(qū)總體布置應(yīng)符合國土空間規(guī)劃，盡可能兼顧周邊相鄰企業(yè)、社區(qū)村落等位置關(guān)系進行合理布置。礦區(qū)應(yīng)按照生產(chǎn)區(qū)、管理區(qū)、生活區(qū)和生態(tài)區(qū)等功能進行分區(qū)，并擬定對應(yīng)的管理制度與操作規(guī)范，實現(xiàn)各區(qū)合理布局、運行有序、管理規(guī)范。礦山開采工作面、荒料堆場、排土場等部位干凈整潔、規(guī)范美觀。礦區(qū)應(yīng)配齊生產(chǎn)配套設(shè)施，健全生活配套設(shè)施。礦山設(shè)備、物資和材料應(yīng)定置化規(guī)范管理。礦區(qū)內(nèi)應(yīng)設(shè)置各類操作指示牌、道路指引等實現(xiàn)布局清晰化。礦區(qū)道路和建筑物應(yīng)及時維護、清潔。加強礦區(qū)綠化，建立綠化保障機制，與周邊自然環(huán)境和景觀相協(xié)調(diào)，綠化植物搭配合理，礦區(qū)綠化覆蓋率應(yīng)達(dá)到100%；對排土場進行治理、復(fù)墾和綠化，在礦區(qū)專用道路兩側(cè)因地制宜地設(shè)置隔離綠化帶。

2.2 開發(fā)方式科學(xué)化

石材礦產(chǎn)利用的是礦石幾何形狀和礦石完整性，主要使用物理方式對礦石進行分離、切割、打磨和拋光，最終生產(chǎn)出各種石材產(chǎn)品。因此，在資源開發(fā)的方式上，石材礦山應(yīng)選擇資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的開發(fā)方式，因地制宜選擇合理的開采方式和方法，貫徹“邊開采、邊治理、邊恢復(fù)”的原則。礦山開采遵循采剝并舉、剝離先行的原則，宜采用自上而下、臺階式開采方式。開采方法宜采用機械化鋸切開采工藝，最大限度地提高荒料率，均衡有序地推進采場工作面。礦山最終邊坡角應(yīng)滿足安全生產(chǎn)穩(wěn)定要求，最終邊坡上應(yīng)留有安全平臺和清掃平臺。礦山運輸車輛應(yīng)保持清潔，荒料應(yīng)用水沖洗干凈出場，碎石、廢渣應(yīng)運至排土場存放或綜合利用。

2.3 綜合利用高效化

石材礦山在開采荒料的同時，會產(chǎn)生固體和半流體或泥漿狀廢棄物。固體廢棄物包括礦山建設(shè)和開采過程中剝離的表土和碎石、礦山開采過程中產(chǎn)生的廢石渣、邊角料以及存在缺陷的廢棄石料等。半流體廢棄物主要為荒料鋸切開采和加工過程中作為冷卻劑的水和石粉的鋸泥混合物。據(jù)統(tǒng)計，我國天然石材的開采平均利用率僅為35%左右，其余大部分資源變成了廢石渣，除此之外，石材加工時又會產(chǎn)生20%～30%的廢料，包括邊角料和廢石粉等[5]。因此，有效處理和利用這些固體和泥漿狀廢棄物是石材礦山綠色礦山建設(shè)的一個重要方面，石材礦山資源綜合利用應(yīng)按照減量化、再利用、資源化的原則，綜合開發(fā)利用小規(guī)格石料、邊角料、碎石、石渣、石泥、表土和渣土等固體廢棄物，提高資源綜合利用率，節(jié)約資源，使綜合利用率達(dá)到90%以上。

2.4 節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)化

石材礦山要建立生產(chǎn)全過程能耗核算體系，采取節(jié)能減排措施，控制并減少單位產(chǎn)品能耗、物耗和水耗，“三廢”排放符合環(huán)保要求。石材開采形成的污染主要包括生產(chǎn)粉塵、道路運輸粉塵、生產(chǎn)廢水、礦山廢渣和噪音污染，這些污染實際上為物理污染，不會產(chǎn)生有害有毒的化學(xué)物質(zhì)，處理方式也相對簡單。生產(chǎn)污水經(jīng)過污水處理后，90%以上的循環(huán)利用；廢渣和鋸泥綜合再利用，資源綜合利用率可達(dá)到90%以上；粉塵和噪音通過必要的防止措施，減小排放。通過科學(xué)合理的規(guī)劃和投入，石材礦山完全可以降低對周邊生態(tài)的擾動，實現(xiàn)污染的“零排放”。

2.5 管理信息數(shù)字化

數(shù)字化礦山是將信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)，應(yīng)用于各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)與管理和決策之中，提升礦山整體信息化水平，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營、生產(chǎn)決策、安全生產(chǎn)管理和設(shè)備控制的信息化。數(shù)字化礦山建設(shè)不僅可以提高工作效率和資源利用率，其本身也是創(chuàng)建綠色礦山的一部分。在積極開展科技創(chuàng)新、加大技術(shù)改造力度的同時，應(yīng)加強數(shù)字化礦山建設(shè)，實現(xiàn)礦山企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營和管理的信息化。石材礦山的數(shù)字化礦山建設(shè)相對其他礦山比較落后，大部分礦山僅建立了基本的生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)。除生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)之外，還應(yīng)建立數(shù)字化資源儲量模型、安全和環(huán)境監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、安全生產(chǎn)管理系統(tǒng)及其他綜合管理系統(tǒng)等，積極推進礦山機械化換人、自動化減人，實現(xiàn)礦山開采機械化、自動化和智能化。

2.6 礦區(qū)社區(qū)和諧化

和諧發(fā)展是綠色礦山建設(shè)的主題之一，包括礦山內(nèi)部以及與地方關(guān)系的和諧。首先，礦山要加強企業(yè)管理，建立健全各項規(guī)章制度，依法納稅，積極履行企業(yè)相關(guān)義務(wù)；其次，礦山要注重企業(yè)文化建設(shè)，關(guān)心企業(yè)員工的發(fā)展與健康，重視員工吃、住等條件的改善，并進一步豐富企業(yè)員工的體育文化生活，提高員工滿意度，建立起企業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略與員工個人價值和諧發(fā)展的機制；最后，在處理好環(huán)境保護、污染處理的同時，礦山要做好相關(guān)內(nèi)容的公示工作，且進一步支持所在地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊的集體經(jīng)濟、教育、慈善等工作，建立起與所在地區(qū)的政府、群眾代表的溝通協(xié)調(diào)機制，及時協(xié)調(diào)處理各種糾紛矛盾，實現(xiàn)地企和諧發(fā)展。

3 石材綠色礦山建設(shè)主要技術(shù)方案

3.1 石材綠色開采技術(shù)及其設(shè)備

在嚴(yán)格按照開發(fā)利用方案和初步設(shè)計要求開采，做好中長期開采規(guī)劃和短期開采計劃的同時，應(yīng)重點從綠色開采技術(shù)方法及其設(shè)備和提高開采荒料率等方面著手使資源開發(fā)方式更加科學(xué)化。

3.1.1 石材礦山綠色開采技術(shù)方法及其設(shè)備

石材荒料的開采方法主要有人工劈裂法、液壓劈裂法、黑火藥爆裂法、金屬燃燒劑爆裂法、靜態(tài)膨脹劑法、機械鋸切法、火焰切割法和高壓水射流切割法以及上述幾種方法不同組合的聯(lián)合開采法。由于人工劈裂法、爆裂法和火焰切割法等方法存在工作效率低、環(huán)境污染大、開采效果差等缺點，靜態(tài)膨脹劑法存在綜合成本高、外界環(huán)境影響敏感等不足之處，這些方法已經(jīng)逐步被淘汰或摒棄。高壓水切割法存在設(shè)備制造精度高、能耗大等應(yīng)用障礙，在實際生產(chǎn)中還未推廣使用。

目前，隨著我國技術(shù)裝備水平的不斷提高和各種機械切割設(shè)備的運用，石材礦山已經(jīng)進入了全鋸切機械化開采時代[6]。選擇先進的開采工藝技術(shù)及其設(shè)備可以保證荒料開采質(zhì)量，可以有效提高礦山開采荒料率和二次加工板材出材率，減少廢石渣、邊角料的產(chǎn)生，最大限度利用石材礦產(chǎn)資源。機械鋸切開采工藝具有高效、低耗、安全、環(huán)保、節(jié)能、人工成本低等優(yōu)點，達(dá)到了綠色開采的目的。目前，常見的鋸切組合開采方法主要有臂式鋸與串珠鋸組合高臺階開采、圓盤鋸與串珠鋸組合低臺階開采、圓盤鋸切割與人工劈裂組合低臺階開采、串珠鋸與臺架式或車載式鑿巖機高臺階開采等。

1) 臂式鋸與串珠鋸組合高臺階全鋸切開采。臂式鋸是在可旋轉(zhuǎn)90°的鏈臂外緣安裝旋轉(zhuǎn)鏈或金剛石環(huán)帶，通過鏈(帶)上裝配的截齒或鑲嵌金剛石合金體直接切削巖石，可以進行水平和垂直切割；串珠鋸是將金剛石串珠繩裝入貫通的鉆孔內(nèi)，利用由電機驅(qū)動的金剛石串珠循環(huán)轉(zhuǎn)動直接鋸切石材，可實現(xiàn)垂直和水平等任意角度的切割。臂式鋸與串珠鋸是兩種互補和相輔相成的開采設(shè)備，使用臂式鋸可大大提高穿引串珠繩交匯孔的成功率，從而提高鋸切效率[7]。該方法主要用于大理石、石灰石、石灰華及蛇紋巖等大理石類石材礦山的開采，國內(nèi)在甘肅金潤玉公司大理石礦、江西永豐雅高公司大理石礦等礦山均采用這種方法。該方法在山坡型露天礦開采中通常采用高臺階開采方案，開采臺階高度一般為6～9 m，長條塊石長度為6～12 m，長條塊石厚度1.6～2.0 m，開采工藝流程為長條塊石分離鋸切-翻倒-劃線-分解-整形-驗收-清渣。大理石開采中串珠繩的切割效率為6～15 m2/h，工作壽命為25～55 m2/m，花崗巖開采中串珠繩的切割效率為3～10 m2/h，工作壽命為8～20 m2/m。該方法的優(yōu)點是機械化程度高，開采效率高，對礦山環(huán)境破壞的可控性強；缺點是設(shè)備比較復(fù)雜，對操作人員的要求較高，不能切割花崗石等硬質(zhì)石材。

2) 圓盤鋸與串珠鋸組合低臺階全鋸切開采。圓盤鋸是目前生產(chǎn)效率最高，開采成本較低的石材開采技術(shù)[8]。通過在礦體表面鋪設(shè)軌道，利用主電機帶動金剛石圓盤鋸片高速旋轉(zhuǎn)，變頻調(diào)整切割速度，軌道牽引自動給進鋸切礦體。但是，圓盤鋸只能進行垂直方向切割，必須和串珠鋸等其他水平向切割方法聯(lián)合使用。國內(nèi)在四川江油金時達(dá)公司大理石礦、河北易縣昆侖花崗石礦等礦山均采用這種方法。該方法工作線長度要求40 m以上，礦體寬度20 m以上，平行于工作線方向的垂直切深面一般是荒料主切面，多條平行切縫的間距是荒料的厚度，每層開采臺階的高度(切深)一般為1.3～2.0 m，并通過2～3次分級鋸切達(dá)到分臺階高度，其中，一級鋸片直徑一般為1.6～2.6 m，中間級鋸片直徑一般為2.2～3.6 m，終級鋸片直徑一般為3.6～4.8 m，開采工藝流程為圓盤鋸單向或雙向垂直鋸切-串珠鋸水平面鋸切分離-垂直端面劈裂分離-荒料離臺-荒料驗收-運輸-清渣。該方法不受石材性質(zhì)、裂隙等條件的限制，切割速度快，切割面平整，減少了二次加工廢料，生產(chǎn)效率明顯提高，日產(chǎn)量為75 m3左右，而且二次加工板材出材率提高5%以上，從而降低了開采成本，具有高效、安全、環(huán)保、成材率高等優(yōu)點，幾乎適用于所有類型石材礦山；缺點是開采大規(guī)格荒料比較困難，開采平臺面積要求較大，對礦體的完整性程度要求較高，需要配套水平鉆、潛孔鉆等鉆孔設(shè)備。

3) 圓盤鋸切割與人工劈裂組合低臺階開采。人工劈裂是根據(jù)巖石節(jié)理走向，用人工和鋼釬鑿眼，然后在鑿眼中放入鋼楔，通過多個鋼楔作用于一線，逐步將礦體從巖石中分離出來的方法。采用將圓盤鋸垂直切割與人工劈裂結(jié)合，能夠充分發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)石材高效、經(jīng)濟的開采，福建建寧富強公司花崗石礦就是采用這種方法。該方法開采工藝流程為圓盤鋸單向或雙向垂直鋸切-人工水平劈裂分離-人工垂直端面劈裂分離-荒料離臺-荒料驗收-運輸-清渣。該方法一直是石材開采中最常用的開采方法，具有設(shè)備和工藝簡單、施工效率高等優(yōu)點；但是這種方法是一種半機械式開采方法，作業(yè)人員多，勞動強度大，存在不能控制水平分離面平整度的缺陷。

4) 串珠鋸與臺架式或車載式鑿巖機組合高臺階開采。該方法使用臺架式或車載式鑿巖機代替手持鑿巖機鉆鑿排孔，結(jié)合導(dǎo)爆索控制爆破，是替代火焰切割開采花崗石的較先進開采方法，主要適合花崗石礦山高臺階開采。該方法利用串珠鋸對具有三個自由面的分離體垂直端面切割分離，然后使用鑿巖機在另一個垂直立面和水平底面上鉆鑿排孔，使用導(dǎo)爆索雙面控制爆破，將分離體從礦體上分離。單頭鑿巖機鉆鑿中硬度花崗石速度約0.4 m/min，是人工鑿巖效率的2～3倍，因此該方法的優(yōu)點是開采效率高，開采荒料的質(zhì)量好；缺點是開采技術(shù)難度較高，需要使用火工品，安全管理要求較高。

石材礦山開采技術(shù)在一定時間內(nèi)仍將繼續(xù)以機械切割為主，隨著國產(chǎn)開采設(shè)備研發(fā)和制造實力的進一步增強，多功能鑿巖機、液壓劈裂機、臂式鋸、金剛石串珠鋸、圓盤鋸以及配套的原材料和工具得到不斷完善、改進和提高，將會成為未來一定時間內(nèi)石材礦山開采技術(shù)和設(shè)備的主流。針對具體礦山，應(yīng)結(jié)合礦山建設(shè)條件和生產(chǎn)規(guī)模，根據(jù)不同的礦山類型、礦體特征、石材性質(zhì)、地形地貌條件等客觀因素綜合確定科學(xué)合理的開采工藝方案，選擇合適實用的開采設(shè)備，真正實現(xiàn)綠色開采。

3.1.2 提高開采荒料率的技術(shù)措施

因地制宜選擇科學(xué)合理的資源開發(fā)方式和開采方式的主要目的之一就是要盡可能提高綜合荒料率，最大限度利用石材礦產(chǎn)資源。為此，應(yīng)重點采取以下幾方面的措施來提高荒料率。

1) 查明地質(zhì)情況，提高開采荒料率。天然石材由于受地質(zhì)因素的影響，會產(chǎn)生不同程度的節(jié)理和裂隙等構(gòu)造，對石材荒料的完整性造成了極大影響，也是影響荒料率的主要因素。在荒料開采的同時，應(yīng)加強生產(chǎn)勘探工作，查明礦體地質(zhì)特征，做好節(jié)理裂隙的統(tǒng)計素描，這是提高石材開采質(zhì)量和荒料率的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

2) 選擇合理的開采方法，提高開采荒料率?；诩夹g(shù)、經(jīng)濟及管理等因素綜合考慮，建議優(yōu)先采用適合具體礦山實際的機械化鋸切開采方法，選擇不同開采工藝和設(shè)備的組合，減少開采廢石和二次加工廢料的產(chǎn)生，從而提高綜合荒料率。

3) 選擇合適的荒料規(guī)格尺寸，提高開采荒料率?；牧弦?guī)格的選擇非常重要，應(yīng)根據(jù)礦體特征、加工要求和經(jīng)濟效益等方面綜合考慮，合理選用規(guī)格尺寸，減少開采廢石和加工邊角料的產(chǎn)生，提高開采荒料率和加工出材率。

4) 加強技術(shù)管理工作，提高開采荒料率。礦山在生產(chǎn)過程中，應(yīng)建立健全各項規(guī)章制度，增加提高采礦效率、質(zhì)量的科研投入，有針對性地進行技術(shù)改進，從而提高礦山荒料率等各項技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)。

3.2 石材礦山資源綜合利用方案

3.2.1 廢石渣的綜合利用

廢石渣的綜合利用率是考核石材礦山是否綠色達(dá)標(biāo)的重要指標(biāo)，要求產(chǎn)生的固體廢棄物應(yīng)達(dá)到100%的處置率。 目前對這些廢石渣的處置和利用方法有以下幾種。 ①生產(chǎn)砂石骨料。 一般說來，石材礦中結(jié)晶相對較細(xì)的花崗巖、大理巖和玄武巖等都適用于作為骨料，一些飛機場跑道的混凝土還專門要求用玄武巖作為骨料?；◢弾r加工制成砂石骨料可充分用于建筑、橋梁、公路等行業(yè)，具備硬度強、耐腐蝕，分布廣泛、資源充足的優(yōu)勢。生產(chǎn)砂石骨料是目前石材礦山固體廢渣主要的綜合利用出路之一。②生產(chǎn)有用礦物和工業(yè)原料。大理石廢料主要成分是碳酸鈣，可用于生產(chǎn)各種目數(shù)的碳酸鈣粉，是造紙、化工等行業(yè)的重要原料[9]；花崗石廢料利用磁選-浮選法去除雜質(zhì)，實現(xiàn)長石和石英的分離，可以獲得高品質(zhì)長石和石英[10]；花崗石廢渣可用于生產(chǎn)發(fā)泡陶瓷和透水磚，是裝配式建筑的首選材料，也是構(gòu)建海綿城市的環(huán)保新產(chǎn)品。 ③作為礦山基礎(chǔ)建設(shè)用石。石材礦山廢石可以作為壘砌堆場、路基、擋土墻、攔水壩等基礎(chǔ)石料石，可消化一定數(shù)量廢棄石料。

3.2.2 邊角料和碎料的綜合利用

礦山開采產(chǎn)生的小料、碎料以及邊角料也是石材礦山資源綜合利用的一個重要方面。邊角料和碎料可以制作石材馬賽克產(chǎn)品，加工路緣石、鋪路石和建筑用石，用于筑壩、筑路、擋土墻石，制作小工藝品和擺件等多種用途。

3.2.3 鋸泥石粉的綜合利用

鋸泥是石材開采加工過程中鋸解產(chǎn)生的石粉與水的混合物，這種混合物通過包含添加了絮凝劑的沉淀塔的污水處理系統(tǒng)，在壓濾機的作用下達(dá)到泥水分離，凈化后的水可再投入生產(chǎn)，石粉則可以綜合利用。目前，石材礦山鋸泥石粉主要用于加工石粉蒸壓加氣混凝土砌塊。石粉蒸壓加氣混凝土砌塊是以石材行業(yè)石粉、廢渣為硅質(zhì)材料，經(jīng)制漿后配以適量的生石灰和水泥鈣質(zhì)材料，攪拌澆注成型，由發(fā)氣劑鋁粉在料漿中發(fā)氣，在一定的溫度下水熱合成的輕質(zhì)、獨立封閉多孔結(jié)構(gòu)的新型建筑節(jié)能材料。此外，鋸泥石粉還可以生產(chǎn)仿石涂料、人造石材，作為混凝土填料，制備微晶玻璃、陶瓷、皮革酸和其他復(fù)合材料，用作助燃劑、脫硫劑、土壤改良劑等。

3.2.4 表土和渣土的綜合利用

利用堆存的剝離表土和篩分后的渣土進行環(huán)境治理、土地復(fù)墾、生態(tài)修復(fù)。剝離的表土用于復(fù)墾可有效保護地表熟土資源不流失、不浪費，減少復(fù)墾造地時外調(diào)土產(chǎn)生的額外資金投入。

3.3 石材礦山生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)

在石材礦山中，生態(tài)修復(fù)治理主要集中在邊坡、排土場和礦區(qū)道路等部位，應(yīng)遵循“邊開采、邊治理，宜耕則耕、宜建則建、宜林則林”的原則。其中，采場邊坡是石材礦山生態(tài)修復(fù)治理的重點和難點。

由于絕大多數(shù)石材礦山以露天自上而下臺階式開采為主，工作面較大，往往形成規(guī)模較大的露天采場，綠色植被嚴(yán)重破壞，致使大面積基巖裸露。在開采過程中，經(jīng)機械切割后，基巖形成了光滑的巖壁和邊坡，分臺階傾角多數(shù)近直立，植被種子及有機質(zhì)難以在巖壁上附著。此外，采場邊坡土壤資源和水資源匱乏，透水性較好，有機含量低。因此，在石材礦山生態(tài)治理修復(fù)中，存在基質(zhì)稀缺、自然環(huán)境惡劣、施工難度大和植物攀爬難度大等難點。針對礦山高陡邊坡及采場地質(zhì)環(huán)境修復(fù)，目前主要采用掛網(wǎng)噴播法、種植槽法、階梯法和上爬下掛立體綠化法等。

1) 掛網(wǎng)噴播法。該方法是將植生材料采用噴射機械施工而成的一種新型護坡形式。該技術(shù)在巖體上預(yù)埋錨釘和錨桿，然后鋪設(shè)鍍鋅鐵絲或塑料網(wǎng)，根據(jù)邊坡角度、巖石性質(zhì)和綠化要求等確定水泥、土、腐植質(zhì)、保水劑及混合植綠種子按一定比例組成的植被基材原料，經(jīng)攪拌后由常規(guī)噴錨設(shè)備噴射到巖石坡面，形成一定厚度的植被混凝土，從而起到恢復(fù)生態(tài)環(huán)境的作用。該方法技術(shù)要點為坡面清處理、配制混合基質(zhì)、掛網(wǎng)、噴混合材料、養(yǎng)護管理。其中，混合基質(zhì)的成分、配比、噴射厚度等是重要的技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)結(jié)合地區(qū)氣候條件、植物種類等因素確定。該方法可用于土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡，一般要求邊坡穩(wěn)定性需較好，優(yōu)點是施工機械化程度高、效率高、護坡整體穩(wěn)定性好，缺點是對坡面平整度要求高，植物選型多以草本為主，不適合大規(guī)格喬灌木，后期養(yǎng)護需求高。

2) 種植槽法。在巖石邊坡坡面按設(shè)計間距打入工程錨桿，并以坡面外端預(yù)留的錨桿為載體，利用錨桿和鋼筋混凝土梁板構(gòu)筑種植槽，在槽內(nèi)回填土壤，并栽植喬、灌、藤類植物，通過一段時間的生長后用以遮蔽坡面的一種技術(shù)[11]。該技術(shù)要點主要是搭設(shè)腳手架、錨桿成孔制作、鋼筋混凝土梁板槽澆筑、槽內(nèi)裝填種植土、種植喬灌木及爬藤類植物綠化、養(yǎng)護。其中，種植槽結(jié)構(gòu)、基質(zhì)配比等是重要的技術(shù)指標(biāo)，需結(jié)合邊坡穩(wěn)定性、植被選型等確定。該方法多用于高陡巖質(zhì)邊坡治理，要求邊坡穩(wěn)定性較好，優(yōu)點是施工機械化程度高，效率高，苗木成活率高，植物選型豐富，可根據(jù)坡面特征合理布置，缺點是施工難度較大，風(fēng)險較高，人工痕跡明顯。

3) 階梯法。該方法是目前應(yīng)用最為普遍和成熟的邊坡復(fù)綠方式[12]。石材礦山采用自上而下的臺階式開采，會形成1.0～1.4 m高的分臺階和10～14 m高的臺階，在階梯式平臺內(nèi)側(cè)和外側(cè)砌筑種植槽，并填加客土、肥料，種植喬木、灌木、草本和藤本植物以達(dá)到復(fù)綠效果。該技術(shù)施工工序一般為坡面排險、臺階圍墻防護或坡底續(xù)坡、覆土栽植、養(yǎng)護，其中臺階寬度、高度以及續(xù)坡的坡角是重要的技術(shù)指標(biāo)。該方法可用于臺階式開采礦山的土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡，要求邊坡穩(wěn)定性較好，優(yōu)點是機械化程度高，效率高，植物選型豐富，成活率高，缺點是受場地大小限制，存在施工風(fēng)險。

4) 上爬下掛立體綠化。高陡邊坡復(fù)綠的主體植物是爬藤植物，可充分利用開采平臺的空間，采取上爬下掛的立體綠化模式[13]。該方法是在某一級平臺上分別種植上爬植物以及下掛植物，上爬植物種植在平臺內(nèi)側(cè)，便于向上一級壁面攀爬，下掛植物種子在平臺外側(cè)，便于向下一級壁面垂吊，在光滑巖壁需要增設(shè)金屬網(wǎng)或金屬線等以輔助植物攀爬。該方法適用于臺階式開采礦山的高陡巖質(zhì)邊坡，其中，種植槽采用漿砌塊石，充分利用廢石料，既可以降低工程造價，又能實現(xiàn)廢棄物的資源化利用，缺點是工程量較大，人工痕跡明顯。

此外，生態(tài)袋法、孔穴法、飄臺法、石籠掛壁法等方法也可適合坡度大于70°的高陡邊坡生態(tài)治理和復(fù)綠。

3.4 石材礦山數(shù)字化建設(shè)方案

根據(jù)石材礦山生產(chǎn)管理實際，數(shù)字化礦山建設(shè)的總體思路是利用衛(wèi)星航拍數(shù)據(jù)快速構(gòu)建露天礦區(qū)三維場景，結(jié)合小型無人機航拍技術(shù)獲取礦區(qū)精細(xì)場景高分辨率航拍數(shù)據(jù)，為數(shù)字礦山管理平臺、礦山精細(xì)場景構(gòu)建提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。借助Surpac軟件和3DMine軟件等現(xiàn)有三維礦業(yè)軟件，實現(xiàn)從礦床地質(zhì)建模、不同品級荒料分布、儲量計算、開拓運輸系統(tǒng)設(shè)計、采剝進度計劃的可視化、數(shù)字化與智能化。建立礦區(qū)智能監(jiān)控、模擬仿真和安全生產(chǎn)綜合調(diào)度系統(tǒng)，作為礦山生產(chǎn)的日常生產(chǎn)綜合管理平臺，實現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化、監(jiān)控調(diào)度實時化、生產(chǎn)信息透明化的先進生產(chǎn)指揮管理能力。

針對石材礦山的開采工藝特點和現(xiàn)狀，建設(shè)由礦山數(shù)據(jù)中心、三維地質(zhì)-采礦軟件平臺、三維可視化管控平臺、生產(chǎn)管理執(zhí)行系統(tǒng)平臺和安全生產(chǎn)信息平臺組成的“一個中心”和“四個平臺”組成的數(shù)字化礦山綜合系統(tǒng)。

1) 礦山數(shù)據(jù)中心。 石材數(shù)字化礦山數(shù)據(jù)信息管理包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)應(yīng)用三個基本流程(圖1)。其中，數(shù)據(jù)采集層主要采集地測采數(shù)據(jù)、機車人定位數(shù)據(jù)、視頻影像數(shù)據(jù)、產(chǎn)品質(zhì)量數(shù)據(jù)、安全生產(chǎn)與環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)和設(shè)備配件數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)存儲于不同數(shù)據(jù)庫中，并通過服務(wù)器數(shù)據(jù)中心交換、流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。 通過這些數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用，可以實現(xiàn)地質(zhì)資源管理、生產(chǎn)管理、質(zhì)量控制管理、三維可視化管控以及設(shè)備與安全管理，進而對石材礦山勘查、開采、銷售等全流程進行數(shù)字化、信息化管理。

圖1 石材礦山數(shù)據(jù)信息管理結(jié)構(gòu)Fig.1 Data information management structure of stone mine

2) 三維地質(zhì)-采礦軟件平臺。通過建立地質(zhì)勘查工程數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建礦區(qū)地表模型、開拓系統(tǒng)模型、地層/巖體模型、礦體模型、構(gòu)造模型、礦石品級模型或其他類型模型。在此基礎(chǔ)上進行地質(zhì)資源儲量估算和動態(tài)管理、地質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、露天境界優(yōu)化、露天采場設(shè)計、生產(chǎn)計劃編制和工程出圖。

3) 三維可視化管控平臺。利用遙感圖像、數(shù)字高程模型以及鉆孔、鋸切、移位、吊裝、運輸和清渣等方面的設(shè)備模型，建立礦山及周邊的地形與影像、采礦作業(yè)的三維虛擬仿真。通過接入視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)，邊坡、粉塵、噪聲在線監(jiān)測監(jiān)控數(shù)據(jù)，機械、車輛、人員定位跟蹤和調(diào)度等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)礦山生產(chǎn)三維可視化管控。

4) 生產(chǎn)管理執(zhí)行系統(tǒng)平臺。主要實現(xiàn)礦權(quán)管理、資源儲量管理、設(shè)備管理和生產(chǎn)計劃與執(zhí)行管理，自動形成調(diào)度臺賬、生產(chǎn)數(shù)據(jù)看板、荒料質(zhì)量等圖表資料，便于管理者隨時監(jiān)控生產(chǎn)執(zhí)行情況。

5) 安全生產(chǎn)信息平臺。包含應(yīng)急預(yù)案管理、風(fēng)險分級管控和隱患排查等多個功能。風(fēng)險分級管控包含危險源管理、風(fēng)險點辨識、風(fēng)險分級管控、風(fēng)險臺賬、風(fēng)險公示等；隱患排查包含隱患排查清單、隱患上報、隱患復(fù)查、隱患臺賬、任務(wù)分配、消息推送、風(fēng)險監(jiān)控和預(yù)警等。

4 結(jié) 語

石材綠色礦山建設(shè)的內(nèi)容和評價指標(biāo)繁雜，涉及的具體內(nèi)容非常廣泛，是一項龐雜的系統(tǒng)工程，本文僅針對石材礦山綠色礦山建設(shè)的核心內(nèi)容和主要技術(shù)方案進行了分析和討論。針對具體礦山，需要因地制宜，根據(jù)礦山實際和開發(fā)利用現(xiàn)狀，編制切實可行的實施方案指導(dǎo)綠色礦山建設(shè)。此外，綠色礦山建設(shè)是一個按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和評價指標(biāo)查漏補缺的過程，需要礦山企業(yè)把綠色礦山建設(shè)作為日常性工作，與礦山管理有機融合起來，不斷發(fā)現(xiàn)問題并制定計劃、措施和方案，并進行持續(xù)改進。