蔡慶生 張嘉宇

呼倫貝爾學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步和思維方式的變遷，城市垃圾分類也走上了智能的科技列車，由此產(chǎn)生出如“互聯(lián)網(wǎng)+垃圾分類”APP，通過(guò)程序計(jì)算出居民生活垃圾所存在的二次利用價(jià)值，從而提高環(huán)境價(jià)值對(duì)社會(huì)資源的隱形價(jià)值；“微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)”可在不同類型混合垃圾中識(shí)別垃圾種類并進(jìn)行精確分類；“基于用戶特征的垃圾分類系統(tǒng)”根據(jù)用戶的生活、行為習(xí)慣等進(jìn)行分析，從源頭上引導(dǎo)和輔助社會(huì)大眾精準(zhǔn)科學(xué)地進(jìn)行垃圾分類；“桐行者”計(jì)劃對(duì)城市垃圾桶增設(shè)主端控制中樞，由主端控制中樞控制進(jìn)行分揀，并利用紅外線實(shí)現(xiàn)垃圾的掃描與分類，從而將數(shù)據(jù)傳送到傳感機(jī)械單元，實(shí)現(xiàn)垃圾分類自動(dòng)精準(zhǔn)化。

現(xiàn)如今城市垃圾處理的主流方法有衛(wèi)生填埋、高溫堆肥和焚燒，由此實(shí)現(xiàn)城市垃圾的無(wú)害化、資源化和減量化，從而達(dá)到碳減排的目的，提升資源的二次利用價(jià)值。隨著城市垃圾前端的智能分類方法不斷優(yōu)化創(chuàng)新，以及尾端垃圾處理技術(shù)的不斷跟進(jìn)，可以發(fā)現(xiàn)我國(guó)城市智能垃圾分類已經(jīng)形成較為系統(tǒng)的環(huán)境工程，從而引發(fā)了把該項(xiàng)環(huán)境工程由城市引申到煤礦企業(yè)的美好遠(yuǎn)景。本文結(jié)合城市智能垃圾分類處理的方法、“桐行者”計(jì)劃的實(shí)際調(diào)研，試圖將城市智能垃圾分類與處理的環(huán)境工程引申到煤礦，并對(duì)減少煤礦環(huán)境污染和加強(qiáng)資源利用予以闡述，淺談煤礦開采后資源環(huán)境損害與保護(hù)過(guò)程中存在的問題，并提出解決措施。

1 城市智能垃圾分類處理的現(xiàn)狀與發(fā)展技術(shù)

垃圾分類事關(guān)千家萬(wàn)戶，自2019 年9 月國(guó)家機(jī)關(guān)事務(wù)管理局印發(fā)通知，公布《公共機(jī)構(gòu)生活垃圾分類工作評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)》，并就進(jìn)一步推進(jìn)有關(guān)工作提出要求后，我國(guó)城市垃圾分類便正式提上日程。而推進(jìn)精準(zhǔn)的垃圾分類工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期、煩瑣、細(xì)致的社會(huì)系統(tǒng)工程，需要政府、企業(yè)、單位、居民等相關(guān)方共同深度合作，才能形成治理合力。

本文前期通過(guò)“桐行者”計(jì)劃，采用抽樣問卷調(diào)查、訪談?wù){(diào)查及觀察法三種調(diào)查方法，選取具有代表性的北京、天津、包頭、赤峰、呼倫貝爾等11 個(gè)城市，發(fā)放了350 份調(diào)查問卷，通過(guò)286 份有效調(diào)查問卷并結(jié)合Excel 程序計(jì)算獲得了有必要推廣城市垃圾分類處理的佐證結(jié)論。

人們對(duì)垃圾分類的意識(shí)較為普遍，數(shù)據(jù)顯示達(dá)56.40 %；在我國(guó)實(shí)行垃圾分類以后，65.89 %的人認(rèn)為垃圾分類常識(shí)較為冗長(zhǎng)；在對(duì)垃圾進(jìn)行分類這一行為方式上有54.84%的人認(rèn)為費(fèi)時(shí)費(fèi)力；當(dāng)垃圾中有食物殘?jiān)鼤r(shí)，59.50%的人會(huì)選擇直接丟進(jìn)垃圾箱中；出門在外還保持垃圾分類意識(shí)的人群占84.5%。根據(jù)以上調(diào)查城市，有41.28%的城市（區(qū)、縣、村）等已普及垃圾分類，有58.72 %的城市（區(qū)、縣、村）等還未普及垃圾分類；34.30%的人認(rèn)為垃圾分類的區(qū)域形同虛設(shè)；有61.63%的城市（區(qū)、縣、村）存在有關(guān)垃圾分類的引導(dǎo)和宣傳；而目前現(xiàn)階段有66.09%的城市（區(qū)、縣、村）還仍然設(shè)置可回收、不可回收型垃圾桶。

通過(guò)上述分析可知，僅僅依靠人為的垃圾分類還存在很多短時(shí)間不可協(xié)調(diào)的問題，由此引發(fā)了科技工作者對(duì)城市智能垃圾分類技術(shù)的研究與開發(fā)。由此初步設(shè)計(jì)了一款智能垃圾桶，如圖1 所示。

圖1 “桐行者”智能垃圾桶3D 模型

主端控制中樞為本設(shè)計(jì)的核心，通過(guò)主端核心中樞的控制實(shí)現(xiàn)垃圾的掃描與分類，從而將數(shù)據(jù)傳送到傳感機(jī)械單元，實(shí)現(xiàn)垃圾自動(dòng)精準(zhǔn)化分類。在每個(gè)垃圾分揀入口均設(shè)置與核心控制中樞相聯(lián)絡(luò)的局部控制中樞，局部控制中樞安裝相應(yīng)的傳感裝置，當(dāng)傳感器接收到主端控制中樞傳達(dá)的數(shù)據(jù)時(shí)將自動(dòng)打開入口進(jìn)行分揀。每個(gè)分類通道入口均設(shè)計(jì)自動(dòng)開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置會(huì)與傳感器單元聯(lián)絡(luò)，接收數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的開關(guān)閉合，即實(shí)現(xiàn)相應(yīng)垃圾進(jìn)入相應(yīng)垃圾通道，當(dāng)出現(xiàn)矛盾時(shí)開關(guān)將自動(dòng)關(guān)閉并有指示燈報(bào)警提示，如圖2 所示。

圖2 “桐行者”智能垃圾桶3D 模型剖面圖

除了“桐行者”計(jì)劃以外，在城市智能垃圾分類的方法與技術(shù)中發(fā)現(xiàn)了可以引申到煤礦開采后垃圾智能分類處理的辦法與途徑，分別為基于用戶特征的垃圾分類系統(tǒng)、微波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)以及智能垃圾回收車。

2 煤礦開采對(duì)資源環(huán)境的破壞情況與城市智能垃圾分類技術(shù)向煤礦的引申策略

在煤礦開采以后礦區(qū)將面臨非常復(fù)雜的環(huán)境破壞與變化，如對(duì)礦產(chǎn)資源的破壞、水資源的破壞、土壤地質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞以及大氣污染等。雖然現(xiàn)在有很多的辦法對(duì)上述破壞進(jìn)行保護(hù)與防治，但距離智能、綠色還存在以下有待改進(jìn)的地方，而將現(xiàn)有的智能垃圾分類方法引申到煤礦未嘗不是一種創(chuàng)新。

2.1 煤層氣資源開發(fā)

煤層氣是煤炭資源的伴生產(chǎn)物，大多成分為甲烷，多存在于煤層間或其圍巖裂隙內(nèi)。而煤層氣在煤系地層中的含量與煤層賦存條件、煤質(zhì)以及地質(zhì)構(gòu)造有極大的關(guān)系，不同礦井、不同煤層所含的煤層氣也不同。而煤層氣經(jīng)過(guò)壓縮冷卻等處理方法會(huì)變成高利用價(jià)值的高效清潔能源。現(xiàn)如今大量的煤層氣被當(dāng)成有害物質(zhì)通過(guò)井下抽采和地面抽采的方式排棄，浪費(fèi)了二次資源利用，增大了碳排量，對(duì)溫室效應(yīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，其中甲烷造成的溫室效應(yīng)是二氧化碳的25 倍左右，環(huán)境污染可想而知，同時(shí)也增加了煤礦的開采成本。其中存在的最大問題是無(wú)法因地制宜、定時(shí)定量地設(shè)計(jì)煤層氣的抽采方案與方法，因此導(dǎo)致煤層氣的利用受到限制。

如果參照“基于用戶特征的垃圾分類系統(tǒng)”設(shè)計(jì)一款基于不同煤層與其圍巖的特征進(jìn)行分類的系統(tǒng)，可以大大提高因沒有選擇適當(dāng)?shù)某椴晒に嚩斐傻墓I(yè)損失與能源消耗。通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的系統(tǒng)對(duì)各項(xiàng)煤質(zhì)的抽采方式進(jìn)行優(yōu)化收錄，并為用戶提供文字輸入查詢的方式。煤層類別查詢系統(tǒng)后臺(tái)會(huì)自動(dòng)定位查詢用戶的所在礦區(qū)，匹配位置并提供相應(yīng)的抽采分類標(biāo)準(zhǔn)，從而科學(xué)地進(jìn)行抽采與排放利用?？梢园殉椴沙鰜?lái)的甲烷用作居民生活所需的燃料、工業(yè)發(fā)電、化工原料和汽車動(dòng)力燃料等，不僅可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)利益而且節(jié)約了能源。

2.2 煤礦矸石綜合治理

矸石是煤礦開采后排放量最大的固體廢物。大量的矸石堆放會(huì)占用土地、破壞土地資源、影響地表環(huán)境形態(tài)?，F(xiàn)在處理矸石的主要方法是減少矸石的排放、能源化矸石和對(duì)矸石進(jìn)行治理與利用，但仍然存在著因?yàn)樘幚眄肥臅r(shí)間不及時(shí)而引發(fā)的泥石流、滑坡等重大安全隱患，其中關(guān)鍵原因是無(wú)法做到在矸石排放的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行分類綜合治理。

可以依托物聯(lián)、智能監(jiān)控、傳感器等設(shè)備，借助大數(shù)據(jù)分析、智能算法分析、云計(jì)算等技術(shù)手段，將排放矸石的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行智能化地分析和管理，因地制宜地選擇出矸石治理的最佳方案并進(jìn)行治理設(shè)計(jì)和安全檢測(cè)，從而能夠在開采后同一時(shí)間實(shí)現(xiàn)矸石的綜合治理。

2.3 礦井排水的資源化

礦井水來(lái)源于大氣降水、地表水和地下水，其中地下水又分為孔隙水、裂隙水和巖溶水，這些水源影響煤炭的安全開采和工作環(huán)境，大部分礦井水會(huì)被抽到地面排到河水里。當(dāng)前世界的很多地方生活用水不夠充沛，而礦井水源的利用可以解決生活所需。礦井水是否可以作為生產(chǎn)與生活用水，主要取決于其中的有害污染雜質(zhì)是否可以清除干凈以及礦井水質(zhì)的簡(jiǎn)單化。對(duì)于奧陶系灰?guī)r涌水一般在源頭進(jìn)行截流，利用專用排水管道排至地面進(jìn)行簡(jiǎn)單消毒滅菌處理，該種水質(zhì)對(duì)應(yīng)的處理方法可實(shí)現(xiàn)礦井年收支平衡，但處理方法較為單一。在我國(guó)礦區(qū)多為潔凈礦井水、含懸浮物礦井水以及高礦化度礦井水，后兩種水質(zhì)的處理方法也更加復(fù)雜多樣，而如何做到與礦井開采時(shí)同步分辨并且利用適宜的方法處理礦井水，是解決礦井缺水問題、減少碳排放的關(guān)鍵突破口。

2.4 煤炭清潔生產(chǎn)

煤炭清潔生產(chǎn)可有效減少煤炭開采對(duì)人類和環(huán)境的破壞風(fēng)險(xiǎn)，提高可再生能源的利用率，增加新能源的開發(fā)能力。長(zhǎng)久以來(lái)，我國(guó)開放型、粗放型的礦井生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方式導(dǎo)致能源的高消耗，碳排放帶來(lái)了嚴(yán)重的生態(tài)與環(huán)境問題，因此必須加快推進(jìn)煤炭清潔生產(chǎn)的進(jìn)程，如圖3 所示。

圖3 煤炭清潔生產(chǎn)三方APP 設(shè)計(jì)流程

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽“桐行者”垃圾分類計(jì)劃的實(shí)際調(diào)研、創(chuàng)作智能垃圾分類系統(tǒng)，并將其引申到煤礦開采垃圾分類與應(yīng)用。通過(guò)本文提出的煤礦開采垃圾分類，可以使煤礦開采過(guò)程中產(chǎn)生的煤層氣體、井下水源、煤矸石等物體分類處理并應(yīng)用到生活中，減少環(huán)境污染，達(dá)到了節(jié)能減排的目的。智能垃圾分類可以引領(lǐng)新時(shí)尚，重塑全民生活理念。煤礦開采后對(duì)不同資源進(jìn)行精準(zhǔn)的分類處理更是對(duì)綠色發(fā)展國(guó)家戰(zhàn)略的有力踐行，在鞏固垃圾資源化、減量化和無(wú)害化基礎(chǔ)上，不斷推進(jìn)能源的二次利用與碳減排，助力生態(tài)文明建設(shè)。