綠色生態(tài)開采花崗石技術初探

摘 要：為了解決好花崗石礦山生態(tài)環(huán)境污染與防治問題，經過對飾面花崗石礦山的勘探、開采和石材切片加工廠進行實地考察，并查閱了大量石材開采和探礦技術文獻，通過系統(tǒng)性地調查和理論研究，認為飾面花崗石完全可以使用先進的高密度電阻率物探技術和地下開采（房柱采礦法）技術進行開發(fā)與利用，可以實現(xiàn)生態(tài)礦山建設，有利于充分利用石材資源。

關鍵詞：綠色；生態(tài)；地下開采；飾面花崗石

0 引言

過去，我國由于各種原因，石材礦山的無序開采，濫采亂挖，不但破壞了草原、森林植被，而且還導致一些地表景觀破壞、土地資源破壞和生物多樣性損失，加劇了生態(tài)惡化。黨的十八屆五中全會提出：“堅持綠色發(fā)展，推進美麗中國建設，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，堅持可持續(xù)發(fā)展，堅定走生產發(fā)展和生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，加快建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會，形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化建設新格局?！币虼?，建設“生態(tài)礦山”具有重要的現(xiàn)實意義，可以從根本上解決礦山生態(tài)環(huán)境污染與防治問題，有利于充分利用礦產資源，有利于國家生態(tài)安全和經濟可持續(xù)發(fā)展。

1 飾面花崗石資源開發(fā)利用現(xiàn)狀及原因

1.1 缺乏人才和技術

飾面石材礦山企業(yè)大多是生產工藝和技術裝備落后，企業(yè)技術創(chuàng)新能力差，主要表現(xiàn)為：

一是專業(yè)技術人才缺乏。我國2008年8月才在河南建筑職業(yè)技術學院設立了專門的裝飾石材專業(yè)，開始了中專、大專層次的石材專業(yè)技術人才的正規(guī)學歷教育。之前，飾面石材開采技術只是在建材建筑院校采礦專業(yè)中設置的一門課程。所以，在飾面石材礦山企業(yè)一般都缺乏懂專業(yè)技術的管理人員，更缺乏有經驗、有能力的地質和采礦專業(yè)人才。二是建材專業(yè)地勘隊伍和設計單位的作用發(fā)揮不夠。一個原因就是這些專業(yè)部門缺少市場開發(fā)和服務的意識，另一個原因是企業(yè)對飾面石材專業(yè)部門不了解，甚至不知道。三是思想保守。許多飾面石材礦山業(yè)主對我國先進的飾面石材勘探和開采技術并不十分了解，甚至一無所知。另外，礦山采用先進的開采技術，需要投入必要的開采設備，初期投資相對更高，由于礦山企業(yè)對新的開采技術認識不夠，很難接受新技術的推廣。

1.2 地質評價方法落后

大多飾面花崗石礦在開發(fā)利用時，所使用的是地質礦產資源勘測設計研究院編制的《花崗石礦儲量簡測報告》，其勘探手段主要是以淺井、采坑和少量鉆孔揭露地質特征，控制工程不足，地質勘探資料不能滿足正式開采所需。即使企業(yè)在正式建設前都開展了一些詳細的地質勘探工作，但是在以往的花崗石礦床地質評價工作中，常常用鉆探這一傳統(tǒng)的勘探手段，然而大量實踐證明，鉆探對飾面花崗石礦床而言只能大致了解鉆孔附近節(jié)裂密度分布情況，甚至不能準確判斷巖芯斷口是人為造成還是自然節(jié)裂產生，更不要說礦體的產狀特征了。雖然在礦山建設前做了一些鉆探工作，然而在花費昂貴代價后，卻依然對自己礦山資源狀況不清楚，這給后期生產帶來諸多不利因素，甚至直接影響到企業(yè)的正常生產。

近年來，我國飾面花崗石礦床勘探技術，開始使用高密度電阻率物探法，這是一種分辨率高、解釋方便、信息豐富、成本低、效率高，能清晰地刻畫出具有高電阻率特征的石材礦體三維空間形態(tài)，對影響石材礦質量的風化層、裂隙構造等不利因素有較強的識別能力。實踐證明該物探方法投入小、效率高，能夠迅速查明礦區(qū)內風化層分布范圍，石材礦體構造、產狀、裂隙和隱伏斷裂位置，以及荒料率和水文地質等，可為石材礦開采提供可靠的依據。因此，目前我國對于花崗石石材礦山探礦手段推廣使用物探方法，輔以其他勘探方法，這樣做不僅可以節(jié)約勘探成本，縮短勘探周期，同時還可以獲取可靠的勘探資料。這項石材高密度電阻率物探技術在東北潮濕的森林覆蓋區(qū)以及西北干旱戈壁地區(qū)進行石材地質勘查工作，取得較好的效果。特別是在新疆、吉林和黑龍江等地花崗石礦山的應用，并取得了事半功倍的探礦效果，可以減少探礦費用40%，縮短工期50%，但獲取的地質資料更加可靠。

1.3 采礦方法選擇不合理

石材礦山企業(yè)投資者，不愿在地質勘查和礦山開采設計上多投入，沒有找有實力和正規(guī)的專業(yè)單位進行勘探和開采設計。在礦山開采方案的選擇和開采設備選型方面都缺乏科學依據。以至于好多石材開發(fā)商在開采過程中不經驗證，就把其他礦山使用的開采工藝搬到自己石材礦山上進行使用。由于選擇開采方法與工藝時，沒有依據礦山的實際地質條件進行采礦設計，例如本來對于中酸性、酸性浸入到巖中形成花崗石的礦床，因硬度較大，開采時應當選擇機械化程度較高的開采方法，如金剛石串珠鋸全鋸切開采，圓盤鋸配合劈巖機開采，卻使用了技術落后的密集鉆孔爆破法開采。又如本來礦山埋藏較深或風化層較厚，應該使用地下采礦方式，卻選擇了露天采礦方法，結果導致大量資金投入到無效的采剝作業(yè)中，而且還破壞了生態(tài)環(huán)境。結果浪費了幾百萬、甚至上千萬的資金后，才明白走的都是彎路。

飾面石材礦山類型有露天開采和地下開采兩種方式。露天開采分為山坡露天開采、凹陷露天開采和井式露天開采；地下開采分為山洞型開采（點礦柱房柱采礦法）和井巷型開采（連續(xù)礦柱房柱采礦法）等。其中，地下開采方式一般適用于山形陡峭、剝離量大和礦體直立的礦山?；◢徥V床上部一般都有風化裂隙層，在南方風化裂隙層多以化學風化為主，風化裂隙層較淺，采石方法多用露天開采，但從保護生態(tài)環(huán)境、防止水土流失，也可以使用地下開采；在北方特別是新疆、內蒙古西部等干旱地區(qū)風化裂隙層則以物理風化為主，風化深度一般在10～30米，有的更深，采用地下開采方式，將使開采作業(yè)變得更為實際，特別是對高檔花崗石礦床使用地下開采技術，更是毋庸質疑的。

2 我國石材采礦先進技術的應用

我國早在漢、宋、清代就開始應用了石材礦山地下開采技術，開采凝灰?guī)r、砂巖和粗面巖，用于民居建筑及古墓構件。主要實例有：一是浙江東部三門灣的一座奇特的島嶼，島上有4個山體，共開鑿了1300多個石窟，大的石窟有上萬方甚至十幾萬方的石頭被開采。整個采石場規(guī)模巨大，有數(shù)十萬平方米，巨大的石窟卻只用15～20厘米左右薄的礦柱支撐了千百年，現(xiàn)代力學者對此也是驚嘆不已。此外，還有浙東寧海伍山石窟采石遺跡，共有30多個洞群，800多石窟，洞高10～100多米。以及浙西的龍游石窟采石遺跡，共有24個主窟，每個石窟面積1000～3000平方米，洞內均分布3～4根巨大石柱支撐石窟。二是廣東佛山市南海西樵山的石燕巖石窟，是宋—清、明后發(fā)展石窟開采，以斜井或豎井掘進后采石，數(shù)十萬平方米的古代地下采石場遺址，石窟高有30米，中心只有一根石柱支撐，千百年沒有坍塌。而且，地下采石場地表植被依然保持原有狀態(tài)，沒有遭受到任何的生態(tài)破壞。

現(xiàn)代以來，國外大理石礦使用機械化技術對石材礦山進行地下開采也已經有幾十年的歷史了，特別是歐洲國家普遍使用地下開采方法（洞采）開采大理石。國內，目前地下開采大理石礦的企業(yè)有：甘肅金潤玉石業(yè)有限公司、四川寶興漢白玉開發(fā)公司和四川寶興億隆石材有限公司，引進意大利洞采設備和技術進行大理石地下開采。北京穿山龍洞采技術有限公司，福建泉州新興采石技術研究所，采用國產鉆機和金剛石串珠繩鋸相結合的全繩鋸洞采技術進行大理石地下開采；云南省云龍縣松平坡板巖礦也采用了地下開采技術，等等。特別是近幾年，國內大理石地下開采的企業(yè)也開始明顯增多，可以說地下開采飾面石材技術在大理石礦山企業(yè)應用也逐漸趨于成熟。而且，采用地下開采方法和機械鋸切開采工藝，可以使大理石礦山開采達到無破壞，無石渣開采，實現(xiàn)“低能耗、低污染、低排放”的三低綠色礦山。

3 花崗石地下開采的可行性

對于地表剝離量大或埋藏較深的花崗石礦體，如果能夠采用與大理石相同的地下開采（洞采）工藝，會大大降低花崗石的開采成本。理論上講，花崗石與大理石地下開采方法是相同的。但是在飾面花崗石礦山，目前還沒有使用地下開采（洞采）石材技術的實例，這是因為大理石類石材硬度一般在莫氏3度以下，花崗石類石材硬度一般都在莫氏5度以上，因此現(xiàn)有成熟的大理石開采機械鋸切設備完全不能用于花崗石地下開采矩形通道的掘進和礦房切頂，所以花崗石地下開采必須使用專用鉆孔和鋸切設備，以及施工工藝方法。

雖然，現(xiàn)在花崗石地下開采技術只有極少數(shù)國外礦山試驗，但在國內福建泉州新興采石技術研究所已經采用國產鉆機和金剛石串珠鋸相結合的全繩鋸洞采技術開展了花崗石開采工業(yè)試驗，并取得成功。北京穿山龍洞采技術有限公司和一些已經獲得國家專利的全繩鋸洞采技術和設備的發(fā)明人，也都認為使用鉆機和金剛石串珠鋸是完全可以實現(xiàn)花崗石地下開采。其原理是：首先，使用國產鉆機和金剛石串珠鋸進行地下開采矩形通道的掘進和礦房切頂。然后，使用深凹露天礦開采方法和開采設備進行礦房回采作業(yè)。

4 花崗石地下采礦技術可產生的效果

飾面花崗石礦山應用地下開采方法和機械鋸切開采工藝，采石時可根據礦脈走向，追蹤開采，荒料率高。而且不會破壞地表植被，還可以節(jié)約大量的剝離費用。一年四季不管刮風下雨都可以照常作業(yè)。開采石材時如同刀切豆腐塊，成荒率高達90%以上，石材整體質量大大提高，并且石渣、煙霧和粉塵少，有利于環(huán)境保護，同時大幅度的降低綜合開采成本。由于開采不需要爆破，還可以避免爆破生產事故的發(fā)生。所以，花崗石礦在開采時使用地下開采方法，必將獲得較好的經濟和社會效益。

如果再將近幾年石材礦山使用的“條石/板材組合鋸機”引入地下礦開采，可以從根本上解決了工程石材的傳統(tǒng)開采和切片加工破壞資源、污染環(huán)境、成本高等問題。該鋸機是石材開采與切片加工的組合鋸機，可根據所需石材規(guī)格直接在石材礦體上進行采石和切片加工，鋸切開采操作簡單、高效、節(jié)能。切割刀具噪音小、切割速度快，采用水過濾自動循環(huán)冷卻系統(tǒng)、大大節(jié)約了生產用水量。而且產量比傳統(tǒng)設備提高4倍，投資費用節(jié)省70%。同時節(jié)省了荒料吊裝運輸和石材廠加工環(huán)節(jié)，節(jié)約了建立石材加工廠的費用及土地資源。

另外，開采完畢的地下石材礦山還可以建設礦山公園，進行產業(yè)結構調整。在國外的石材王國意大利就利用舊大理石礦山的地下采空區(qū)建設地下旅游娛樂項目，取得很好的經濟效益。我國的深圳市龍崗區(qū)鵬茜礦業(yè)公司，在2005年礦山企業(yè)面臨資源衰竭期時，在國家支持下利用舊大理石礦山地下采空區(qū)建設地下旅游娛樂項目，既節(jié)約了寶貴的土地資源，也是礦山企業(yè)關閉后如何進一步利用的全新探索，為安置職工就業(yè)提供了新的出路，同時還可以取得更好的經濟效益，這些實踐經驗都可以為進一步開發(fā)利用花崗石開采資源借鑒。

5 花崗石地下采礦技術的可推廣性

我國現(xiàn)在的石材行業(yè)仍然處于粗放發(fā)展階段，也就是說整個石材開采行業(yè)還處在發(fā)展歷程的初級階段，之前大多數(shù)石材礦山仍處于盲目建設、無規(guī)劃的開采，破壞環(huán)境、浪費資源的狀況。全國約有50%石礦開采點處于技術非常落后，甚至野蠻開采；約有30%的礦點技術一般，但不具備規(guī)模經濟；約有20%的礦點雖有一定規(guī)模與技術，但與國際水準仍有很大差距。全國石材荒料開采平均成品率僅為20%～25%，石材人均年產量約為25立方米左右；而意大利、西班牙等石材行業(yè)發(fā)達國家荒料開采成品率為70%～80%，人均年產量則為200～300立方米等。所以，石材礦山多具有“小、土、散、亂”的特點，開采技術總體還是比較落后。

另外，石材業(yè)由于長期家庭作坊式的混亂開采，人為造成了難以計數(shù)的“天坑”群，采石帶來生態(tài)破壞、環(huán)境污染的情況，不僅使后續(xù)采礦帶來安全隱患，也給礦山治理留下了重重難題。因此，石材開采的省市相繼出臺礦山生態(tài)修復治理的政策，例如：一是福建省泉州市安溪縣2011年3月在全省范圍內率先實現(xiàn)整個石材行業(yè)的全面徹底退出；2012年晉江市、泉州市石材開采業(yè)整體退出；2013年德化縣、泉州臺商投資區(qū)石材開采業(yè)整體退出；2015年泉州市、泉港區(qū)、南安市、惠安縣石材開采業(yè)整體退出；2017年漳州市長泰縣位于龍津溪生態(tài)控制區(qū)的吳田山所有石材采礦點在年底全部關閉。二是山東省青島市建筑石材開采低于4萬立方米/年的礦山于2013年年底實施關閉；濟南市2015年關閉未采用輪鋸開采的石材礦山。三是湖北黃岡市2013年8月關停247家石材開采加工企業(yè)。四是內蒙烏蘭察布市2015年徹底關閉全市的石材產業(yè)。五是湖南汨羅市三益花崗巖礦區(qū)、南方花崗巖礦區(qū)10余家花崗巖礦山2016年1月全面關停，等等。所以，隨著各地加大對石材礦山治理政策的落實，飾面花崗巖石材地下開采技術的推廣和使用有著十分廣闊的前景。

6 結語

隨著國家石材發(fā)展政策的調整，新疆、內蒙古和甘肅省正逐步成為我國重要的花崗石主產區(qū)。如何處理好石材開采與環(huán)境保護的關系，成為每個執(zhí)政者和工程技術人員的必須考慮的問題，慘痛的歷史經驗教訓，表明石材開采絕不能再走過去的老路，我們應當學習部分歐洲國家出臺限制使用露天開采石材的政策，鼓勵使用地下開采石材技術，而且石材開采必須由有經濟和技術實力的大企業(yè)經營，所有石材開發(fā)企業(yè)必須持有正規(guī)石材勘探部門提交的儲量報告，并依此由正規(guī)的石材礦山設計院設計采礦方法，做到科學建礦與采石。礦山企業(yè)只要按設計開采石材，礦房和采空區(qū)的地表是永遠不會塌陷，可以實現(xiàn)“綠色生態(tài)開采”，減少對綠色植被破壞，降低揚塵污染，有效保護山體、地表和植被生態(tài)系統(tǒng)。進一步促進花崗石礦床開發(fā)利用方式的根本轉變，實現(xiàn)美麗與發(fā)展雙贏，走出一條具有特色的花崗石綠色生態(tài)礦山開發(fā)之路，給子孫留下青山綠水，為建設“美麗中國”做出更大貢獻。

參考文獻

[1]楊世明.試論花崗石礦床地下開采的可行性[J].非金屬礦工業(yè)導刊，2015（1）：24-26.

[2]楊世明.花崗石荒料地下開采技術初探[J].非金屬礦工業(yè)導刊，2015（2）：35-38，45.

[3]楊世明.飾面石材采礦方法分類探討[J].石材，2014（9）：23-29.

[4]傅遠偉，李建軍，江顯伙，鞏輝.國內石材洞采新進展[J].石材，2015（11）：20-24.

[5]侯智山.高密度電法在新疆石材礦山勘探中的應用 [J].石材，2012（08）：19-21.

[6]孟貴祥，嚴加永，呂慶田，張昆，陳維民.高密度電法在石材礦探測中的應用 [J].吉林大學學報（地球科學版），2011（02）：592-599 .

[7]王修忠， 解立發(fā)，陳軍元.高密度電阻率法在永吉北大湖飾面用花崗石勘查中的應用[J].非金屬礦工業(yè)導刊.2011（增刊1）：79-81.

[8]劉志學.高密度電阻率法在石材勘查中的應用 [J].石材，2009（5）：17-20.

[9]李運璧.石材應用、開發(fā)與投資指南 [M].北京： 地質出版社，1999：78-121.

[10]陳洪文，李林.試論花崗石資源勘探中的物探工作方法及地質效果[J].中國非金屬礦工業(yè)導刊，1987（04）57-63.

[11]中國共產黨新聞網.堅持綠色發(fā)展 推進美麗中國建設 [EB/OL]. （2015-11-17） [2017-04-2].http：//dangjian.people.com.cn/n/2015/1117/c399958-27825703.html

[12]中國石材網.我國石材礦山總體落后的原因 [EB/OL]. （2013-11-12） [2017-04-2].https：//wenku.baidu.com/view/d2b9fca3a0116c175f0e4894.html

[13]全國政協(xié)提案.關于合理引導石材礦山產業(yè)有序發(fā)展的提案 [EB/OL]. （2007-3-8） [2017-04-2].https：//wenku.baidu.com/view/930e821fff00bed5b9f31dde.html