河南省典型綠色礦山特征及其建設重點

楊 琳,袁海明,王 濤

(1.河南省豫地科技集團有限公司,河南 鄭州 450000;2.河南省第六地質大隊有限公司,河南 鄭州 451460;3. 河南省國土空間調查規劃院,河南 鄭州 450053)

在全球環境與資源問題日益突出的環境下[1-3],中國作為碳排放量最高的國家,積極響應環境生態反饋與經濟社會發展需求[4-6],提出“雙碳”目標和綠色發展理念[7-9]。盡管礦產資源是經濟發展的重要保障[10-12],但礦山建設必須要堅持綠色理念和可持續發展道路。因此,基于礦產資源綜合利用的綠色礦山建設是我國踐行綠色發展理念和實現“雙碳”目標中不可或缺的一環[13-15]。

對綠色礦山的研究,主要集中于明確綠色礦山定義[16-17]、建設綠色礦山制度體系[17-19]、構建動態評價指標體系[20-22]、探索綠色建設模式[23-25]等,與我國綠色礦山發展的地方探索時期(2003—2006年)、國家重視及推動期(2007—2011年)、高速發展期(2012—2016年)和規范化時期(2017—)等4個階段[26-27]相互對應。綠色礦山是一個多維的系統概念,是以保護生態環境、降低資源消耗、追求可循環經濟為目標,綠色發展與生態保護理念應貫穿于礦產資源開發利用的全過程。關于綠色礦山建設制度與評價體系的構建,國內各省基于省內礦產資源特征與生產實踐,總結符合省情的4-6類的1級評價指標與多類次級指標來制定綠色礦山建設制度和構建相應的評價體系[28-29]。評價方法有專家評價方法(第三方評估等)、運籌學與傳統數學方法(數據包絡分析法或模糊綜合評判法等)、新型評價方法(人工智能評價法、灰色綜合評價法等)及綜合判定法(AHP+模糊數學判定法、模糊神經網絡法等)[30-33],但大多數研究以單個綠色礦山為研究對象,以某個區域內多個綠色礦山為研究對象的做評價工作研究的不多,難以對區域性宏觀相關特征進行總結。

本文以河南省內49家典型綠色礦山為例,在綠色礦山基本特征的基礎上,結合河南省礦產資源分布現狀(圖1)以及河南省綠色礦山建設評價的6類1級評價指標(礦區環境、資源開發利用、資源綜合利用、節能減排、科技創新與數字化礦山、企業管理與企業形象),利用皮爾遜相關性分析和G(基尼指數)分析的評價方法探討評價指標之間的聯系,總結河南省綠色礦山宏觀特征,分析綠色礦山建設重點,以期為河南省進一步推動省內綠色礦山建設提供參考。

圖1 河南省礦產資源分布略圖

1 河南典型綠色礦山特征

1.1 河南新莊煤礦典型綠色礦山特征

河南省神火煤電股份有限公司為推進新莊煤礦綠色礦山建設,成立新莊煤礦綠色礦山建設委員會,制定綠色礦山管理體系,目前各項綠色礦山建設工作運行正常,檔案齊全。礦區南北長約7.5 km,東西寬約3 km,面積約20.436 7 km2,綠化面積17 624.3 m2,礦區覆蓋率100%。礦區環境建設符合《工業企業總平面設計規范》(GB50187-2012)。廠區建有危廢專用庫房、2座生活污水處理系統和2座礦井水處理系統,資源綜合利用建設良好。采煤方法采用走向長壁或傾向長壁后退式綜合機械化采煤方法,洗選尾礦產品均采用干法排放,能高效開發利用資源。節能減排建設執行力度大,煤礦采取多種措施與政策落實、推動節能減排建設。2020年投入主營業務收入的2.63%進行科技研發及技改,不斷推動科技創新與數字化礦山建設,其中,新莊煤礦采掘作業綜合機械化率達到100%,運輸的自動化率已經達到70%以上,煤流系統能實現從工作面到選煤地點的全過程自動化。

1.2 總體特征

1.2.1 礦種分布類型

河南省49家入庫綠色礦山開采礦種可劃分為煤礦、有色金屬礦、非金屬礦、黑色金屬及建筑石料石材礦等5類。其中,以煤礦類綠色礦山占比最高,為40.82%;有色金屬礦類綠色礦山占比6.12%,涉及鉬礦、鋁土礦及高鋁黏土礦等;非金屬與建材礦類綠色礦山占比46.94%,非金屬礦種主要為灰巖礦和石灰巖礦,灰巖礦中又包括水泥用灰巖和其他用途灰巖礦種,建材類礦種主要為建筑用大理石及建筑石料用灰巖礦;黑色金屬礦類綠色礦山占比6.12%,主要為鐵錳礦(圖2a)。

河南省典型綠色礦山與全國661家國家級綠色礦山試點單位礦種分布均具有能源類、非金屬及建材礦類綠色礦山高占比特征(圖2)。國內能源礦類綠色礦山(煤礦、油氣)尤其是煤礦類綠色礦山的高占比(圖2b),表明“雙碳”背景下我國經濟社會發展的主導能源仍然是煤炭,煤礦類綠色礦山建設仍然是河南省乃至全國綠色礦山建設問題的重點[34-35]。而河南省內非金屬及建材類綠色礦山46.94%的高占比(遠超國內平均占比18.46%)則表明河南省為全國基建工作提供堅實的耗材保障(圖2a)。河南省內低占比的金屬礦類綠色礦山則是河南省綠色礦山建設工作中的薄弱點(圖2a),也側面突出河南省金屬礦產資源的稀缺。

2.2 開采方式特征

河南省綠色礦山開采方式主要為地下開采和露天開采2種。其中,地下開采類綠色礦山占比42.86%,僅涉及煤礦類綠色礦山(占比40.82%)和黑色金屬礦類綠色礦山(占比2.04%)2類;露頭開采占比57.14%,涉及大部分黑色金屬礦類綠色礦山,全部的有色金屬礦、非金屬及建材礦類綠色礦山。

圖2 典型綠色礦山開采礦種分類占比圖

能源類綠色礦山全部以地下開采為主,非能源類礦山大部分以露天開采為主,這主要與受到能源類礦產形成時期(尤其是聚煤期)的地質條件和后期保存條件有關[36-37]。

2 典型綠色礦山建設評價指標特征

2.1 綠色礦山特征對評價指標得分的影響

(1)礦種類型對評價指標的影響

不同礦種類型的綠色礦山的建設評價指標得分差異較大。其中,煤礦類的綠色礦山的礦區環境和科技創新與數字化礦山指標得分均高于其他礦種類型,這得益于政府對于能源行業環保問題的重視與數字化社會的快速發展(圖3)。盡管各類綠色礦山由于資金、設備、政策等原因導致資源開發利用產生較大差異,但各企業在各自有限的條件,利用高效的企業管理最大限度地對資源進行有效整合并綜合利用,同時也保證企業自身形象。黑色金屬礦類綠色礦山僅企業管理與企業形象一項評價指標得分高于平均值,其他5項指標均低于平均得分,這表明河南省綠色礦山建設中黑色金屬礦種綠色礦山建設是極其薄弱的一環。

圖3 不同類型綠色礦山評價指標得分分布直方圖

(2)開采方式對評價指標的影響

不同開采方式對礦區環境、資源開發利用、資源綜合利用、節能減排、企業管理與企業形象等5類評價指標得分影響較小,但對科技創新與數字化礦山指標得分的影響異常明顯(圖4)。地下開采類綠色礦山的科技創新與數字化礦山得分明顯高于露天開采類綠色礦山(圖4),這一指標的過大差異導致地下開采類綠色礦山建設綜合評價優于露天開采類綠色礦山。這表明社會發展對能源的需求促使能源產業成為科技創新的首要受益目標,同時地下開采環境的復雜性和高危險性也是促進該類綠色礦山科技創新和數字化建設的重要因素。

圖4 不同開采方式綠色礦山評價指標得分折線圖

(3)疫情對評價指標的影響

2020年前后,礦區環境、資源開發利用、節能減排以及企業管理與企業形象等4項評價指標得分都十分接近,但資源綜合利用以及科技創新與數字化礦山2個評價指標受時間因素影響明顯(圖5)。從2020年開始,資源綜合利用得分明顯低于2019年(圖5),這可能是由于2019年末至2020年初疫情造成資源供應緊張,而在2020年疫情之后,企業側重資源開發利用而導致綜合利用率較低。2020—2021年,科技創新與數字化礦山評價指標得分相對于2019年也有較大的提高,反映河南省數字化社會的高速發展和科技創新的穩定進步。這也得益于數字化信息與智能化信息在疫情期間發揮的巨大貢獻,使得社會對于數字化技術的轉化應用異常重視。

圖5 不同年份綠色礦山評價指標得分折線圖

2.2 綠色礦山建設評價指標相關性分析

(1)基本統計學分析

統計河南省內49家典型綠色礦山6類1級評價指標得分,計算基本統計學參數如表1。各類評價指標得分范圍及標準差較大的2項是科技創新與數字化礦山和資源綜合利用,主要是受疫情、企業實力、當地政策等多因素共同影響。較小的2項是資源開發利用和礦區環境,這表明河南省經濟社會的發展充分貫穿綠色發展與可持續發展理念。

表1 綠色礦山6類1級評價指標專家評分統計學分析

(2)皮爾遜相關性分析

皮爾遜相關系數r在-1～1之間,|r|大于0.05即具有顯著相關性,越接近1時代表相關性越大,并且r>0代表線性正相關,r<0代表線性負相關;|r|小于0.05、接近0時代表無線性相關,但不排除兩者之間存在非線性相關性[38-39]。皮爾遜相關系數等于協方差除以各自標準差的乘積,即:

通過計算各評價指標與其他評價指標得分的皮爾遜相關系數可知(表2),礦區環境和資源開發利用、礦區環境和節能減排、礦區環境和科技創新與數字化礦山、資源綜合利用和節能減排具有顯著的正相關關系;礦區環境和企業管理與企業形象、資源開發利用和資源綜合利用、資源開發利用和節能減排、資源開發利用和科技創新與數字化礦山、資源開發利用和企業管理與企業形象、資源綜合利用和科技創新與數字化礦山、資源綜合利用和企業管理與企業形象均具有顯著的負相關關系。

(3)基尼系數分析

基尼系數G主要應用于經濟學上的判斷收入分配差異,基尼系數最小等于0,表示收入分配絕對平均;最大等于1,表示收入分配絕對不平均[40,41]。將其引申到綠色礦山建設評價指標中用于描述各類1級評價指標對綜合評價的貢獻差異,G為0,表示該類評價指標對綜合評價的主導作用;G為1,表示該類評價指標對綜合評價的無貢獻。評價指標對綜合評價的貢獻越大,基尼系數也越小;反之,評價指標對綜合評價的貢獻越小,基尼系數也越大。其計算公式如下:

G=1-2∑(Xi×Yi)

其中,Xi為該類1級評級指標得分的累積概率,Yi為綜合評價得分的累積比例。

表2 典型綠色礦山6類1級評價指標皮爾遜相關性分析

計算各評價指標與綜合評價得分的基尼系數可知(表3),6類1級指標基尼系數由小到大依次為科技創新與數字化礦山(0.038)、企業管理與企業形象(0.045)、節能減排(0.059)、資源綜合利用(0.067)、資源開發利用(0.074)和礦區環境(0.083),反映科技創新與數字化礦山在綠色礦山建設評價中的重要地位。

3 結論

(1)能源類地下開采式礦山是河南省綠色礦山建設的重點,綠色礦山建設過程中要重視突發事情應急管理。綠色發展和可持續發展理念融入能源主導型經濟社會的發展必然要求河南省重視省內高占比能源類綠色礦山的建設。2019年突發疫情事件導致多類1級評價指標出現極大的波動,反映當前河南省綠色礦山建設體系對突發事件應急管理工作的忽視。

表3 典型綠色礦山6類1級評價指標與綜合評價分數基尼系數統計表

(2)礦區環境以及資源開發利用建設和非能源類綠色礦山的科技創新與數字化礦山建設是河南省綠色礦山建設的薄弱點。礦區環境以及資源開發利用對綜合評價綠色礦山建設的低貢獻、得分偏差小,體現河南省內各企業對這兩項建設工作的共同缺失;而科技創新與數字化礦山評價指標的得分偏差最大,反映了各企業在該項建設中出現極不平衡的現象。

(3)河南省經濟社會發展對綠色發展與可持續發展理念的重視確保綠色礦山建設中資源開發利用和礦區環境環節的穩定;G的低值(0.038)則反映科技創新與數字化礦山在綠色礦山建設評價中的重要地位。皮爾遜系數r則表明礦區環境和科技創新與數字化礦山(r= 0.093)具有顯著的正相關關系;資源開發利用和科技創新與數字化礦山(r= -0.082)、資源綜合利用和科技創新與數字化礦山(r= -0.074)具有顯著的負相關關系。