我国经过40多年的基本建设,已建成铁矿山204座.其中:重点矿山44座,地方国营矿山160座,共形成铁矿开采能力19719万t.
铁矿山的开拓方式有露天开采和地下开采(平峒,斜井,竖井)两大类别.我国在1949～1957年期间,80%以上的矿山为地下开采,露天开采的不到20%.随后,由于一批露天矿相继建成投产,地下开采的比重急剧下降,到90年代初,露天开采的比重升到了80%,地下开采的比重则降到了20%.
(一)露天开采
1996年全国露天开采的铁矿石原矿量为18538万t,占全国铁矿石原矿产量的73.5%.重点露天矿山27座,共产铁矿石原矿量9106万t,占重点矿山矿石产量10637万t的85.6%.重点露天矿经济技术指标:采出的矿石平均含铁27.67%,回采率97.07%,贫化率4.39%,剥采比2.74t/t,下降速率7.50m/a.
露天矿穿孔,铲装,运输等技术装备不断更新.目前,在全国重点矿山穿孔已形成牙轮钻和潜孔钻并用的结构,完全淘汰了冲击钻.1996年,牙轮钻台年综合效率为23787m,最高31611m(水厂铁矿);潜孔钻台年综合效率14066m,最高25279m(兰尖铁矿).铲装设备向着大型化,现代化方向发展.1996年,重点露天矿使用最多的是4～4.6m3电铲,台年平均综合效率133.3万t,容量最大的16m3电铲,台年平均效率347.5万t,最高482.1万t(齐大山铁矿).运输方式主要为汽车和铁路运输,部分采用胶带运输.80年代以来,本溪钢铁公司和鞍山钢铁(集团)公司的一些矿山逐步用108～154t的电动轮汽车取代了其他汽车,实现了运输汽车大型化,现代化.1996年,108t汽车的台年效率平均为35.9万t;154t汽车为89.5万t,最高123万t(齐大山铁矿);使用最多的42t汽车,台年效率平均为27.6万t,最高44.3万t(白云鄂博铁矿).1965年以后,部分重点矿山采用了铁路电机车运输,1996年,重点露天开采矿山电机车的台年平均效率:80t电机车为79.18万t,100t电机车为54.99万t,150t电机车为88.26万t.
露天开采的采矿工艺,长期采用全境推进,宽台阶缓帮作业的采剥工艺,现在已开始转向陡帮开采,横向推进新工艺.80年代以来,许多大型露天矿由山坡露天转入深凹开采,由于作业条件恶化和运输出现问题,从而制约了生产能力的提高.1994年开始实施了"深凹露天矿开采综合技术研究"的"八五"攻关项目,现已取得了初步成果.
在爆破器材和技术方面也有所发展,陆续采用了岩石炸药,铵油炸药,硝铵炸药,乳化油炸药等等,在生产中应用了大区多排孔微差爆破技术.
(二)地下开采
1996年全国地下开采铁矿石原矿6690万t,占全国铁矿石原矿产量的26.5%.其中重点地下矿山17座,共产矿石原矿1536万t,占重点矿山产量的14.4%.重点地下矿经济技术指标:采出矿石平均品位为36.9%,回采率76.2%,贫化率19.8%,年下降速度6.98m.
目前,地下开采的采矿方法主要是无底柱采矿法,大约占72%,其次是浅孔留矿法,占9%,房柱式和壁式采矿法占8%,空场法占7%,有底柱分段崩落采矿法占3%,充填法占1%.地下开采的矿山巷道支护由50年代的木支护发展到了现在木支护,混凝土支护和喷锚支护三种支护方法并存的局面.凿岩装运也逐步向机械化方向发展,现在已普遍采用凿岩台车凿岩,装运机铲装,电机车运输.由于采矿方法,技术装备,支护方法等方面的不断改进,地下矿山的全员劳动生产率有了很大提高,新中国成立初期的1949年,全国重点地下矿山的全员劳动生产率只有19.9t/(人·a),到1995年已达到561t/(人·a),提高了近30倍.
三,选矿与加工技术
我国铁矿由于贫矿多(占总储量的97.5%)和伴(共)生有其他组分的综合矿多(占总储量的1/3),所以在冶炼前绝大部分需要进行选矿处理.
1996年全国入选铁矿石21497万t,占全国产铁矿石原矿25228万t的85.2%.入选铁矿石生产铁精矿粉8585.7万t,其中重点选矿厂处理原矿10961万t,生产铁精矿粉4158万t,占全国铁精矿粉产量的48.4%.
(一)矿石破碎
我国选矿厂一般采用粗破,中破和细破三段破碎流程破碎铁矿石.粗破多用1.2m或1.5m旋回式破碎机,中破使用2.1m或2.2m标准型圆锥式破碎机,细破采用2.1m或2.2m短头型圆锥式破碎机.通过粗破的矿石,其块度不大于1m,然后经过中,细破碎,筛分成矿石粒度小于12mm的最终产品送磨矿槽.
(二)磨矿工艺
我国铁矿磨矿工艺,大多数采用两段磨矿流程,中小型选矿厂多采用一段磨矿流程.由于采用细筛再磨新工艺,近年来一些选矿厂已由两段磨矿改为三段磨矿.采用的磨矿设备一般比较小,最大球磨机3.6m×6m,最大棒磨机3.2m×4.5m,最大自磨机5.5m×1.8m,砾磨机2.7m×3.6m.
磨矿后的分级基本上使用的是螺旋分级机.为了提高效率,部分选矿厂用水力旋流器取代二次螺旋分级机.
(三)选别技术
1.磁铁矿选矿
主要用来选别低品位的"鞍山式"磁铁矿.由于矿石磁性强,好磨好选,国内磁选厂均采用阶段磨矿和多阶段磨矿流程,对于粗粒嵌布的磁铁矿采用前者(一段磨矿),细粒,微细粒嵌布的磁铁矿采用后者(二段或三段磨矿)(图3.2.23).我国自己研制的系列化的永磁化,使磁选机实现了永磁化.70年代以后,由于在全国磁铁矿选矿厂推广了细筛再磨新技术,使精矿品位由62%提高到了66%左右,实现了冶金工业部提出精矿品位达到65%的要求.
图3.2.23弓长岭铁矿磁选和细筛工艺流程
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2.弱磁性铁矿选矿
主要用来选别赤铁矿,褐铁矿,镜铁矿,菱铁矿,假象赤铁矿或混合矿,也就是所谓的"红矿".这类矿石品位低,嵌布粒度细,矿物组成复杂,选别困难.80年代后,选矿技术方面对焙烧磁选,湿式强磁选,弱磁性浮选和重选等工艺流程,装备和新品种药剂的研究不断改进,使精矿品位,金属回收率不断提高.如鞍钢齐大山选矿厂采用弱磁—强磁—浮选的新工艺流程(图3.2.24),获得令人鼓舞的成就.
图3.2.24齐大山选厂工艺流程
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3.多金属共(伴)生矿选矿
这类矿石成分复杂,类型多样,因此采用的方法,设备和流程也各不相同,如白云鄂博铁矿采用反浮选—多梯度磁选,絮凝浮选,弱磁-反浮选-强磁选,弱磁-正浮选,焙烧磁选等不同的工艺流程,以提高铁的回收率,并综合回收稀土氧化物.攀枝花铁矿通过磁选获得TFe53%左右的钒铁精矿,磁选后的尾矿通过弱磁扫选-强磁选-重选-浮选-干燥电选,获得钛精矿和硫钴精矿,回收钛和钴.大冶铁矿采用弱磁-强磁和浮选,综合回收铁,铜和钴,硫等元素.
表3.2.11列出了1996年我国重点铁矿选矿厂不同矿石类型的选矿技术经济指标.
表3.2.11重点选矿厂按矿石类型技术经济指标
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(四)烧结球团技术
烧结技术是我国人造富矿的主要手段.1996年共生产人造富矿16095.6万t,其中重点企业9485.9万t,占58.9%,地方国营企业6133.7万t,占38.1%.
我国在细精矿烧结的技术上已达到相当水平.鞍钢早在50年代初就在烧结机上成功地把酸性烧结矿制作方法改为碱性烧结矿制作方法,在世界上第一个用消石灰或生石灰作熔剂解决了细精矿烧结问题.
烧结球团的装备水平也有所提高,全国共有烧结机419台,总面积15522m2,其中:130m2级以上的烧结机有22台,合计面积4107m2;24～129m2的烧结机197台,合计面积9387m2;小于24m2的烧结机200台,合计面积2028m2.1994年2月24日在马鞍山钢铁厂投产的300m2烧结机,是我国除宝钢外自行设计,制造和建设的规模最大的现代化烧结机.
全国1995年烧结的主要技术经济指标为:利用系数1.36t/(m2·h),烧结矿品位53.00%,烧结机日历作业率80.94%,烧结矿合格率为84.92%,工人劳动生产率为2170t/(h·a).
四,环境保护
钢铁工业是我国的支柱产业,许多重工业基地或城市,如鞍山(鞍钢),攀枝花(攀钢),马鞍山(马钢)等等,都是围绕着钢铁工业发展起来的.由于铁矿山,钢铁厂往往规模大,涉及面广,人口多,因此相应的环境问题十分突出.例如马鞍山市主导产业是钢铁生产业,其产值占全市的65%以上.然而,每生产1t钢铁,排放近2万m3废气,50t废水,4t工业固体废弃物.据统计,唐山地区大中型铁矿开发占地5280.6hm2,其中露天采矿占地1127.8hm2,排石场占地1939.3hm2,尾矿场650.2hm2.铁矿开采破坏耕地1357.9hm2,林地490.5hm2,草地47.8hm2,每年排放矿坑水616.12万t,洗选矿废水1934.2万t.山地生态本来就很脆弱,植被的破坏必然导致这些地区水土流失和造成泥石流的风险.
解决环境问题,首先需要重视的是复垦工作.通过复垦减少占地,减轻污染.在唐山地区曾开展了尾矿复垦工艺研究,把冶理尾矿纳入工艺流程,使采,选,排,复土,植被形成一个较完整循环的采矿复垦作业工序.通过四种复垦模式历经三年的复垦试验,在唐山中小铁矿复垦了1345.9hm2,复垦率达到30.26%,复垦经济效益1550万元,年种植效益19.6万元.这次试验为鞍山式铁矿排土场,尾矿冶理及复垦提供了技术途径.
其次要开展废石或尾矿的综合利用研究.我国许多铁矿都是综合性矿床,废石或尾矿中往往含有多种有用组分.回收和提取这些有用组分,不但能在经济上带来收益,而且可以减轻废石和尾矿对环境的污染.攀枝花铁矿年产铁矿石1350万t,同时又从铁矿尾矿中回收了钒,钛,钴,钪等多种有用和稀有金属.铁的价值只占矿石总价值的38.6%,而从尾矿中综合回收的五氧化二钒,硫钴精矿,钛精矿,氧化钪等产品的价值却占了60%以上.再如梅山铁矿,该矿是个埋藏集中,储量大,品位高的大型地下开采铁矿山,年产铁矿石200万t.由于矿石中含硫达2.5%左右,直接进行烧结配料,造成二氧化硫对大气的污染和对农田的大面积危害,并影响烧结矿质量.上海梅山冶金公司充分利用矿山的资源优势用选矿副产品硫精砂生产硫酸作为一条开展综合利用和深加工,提高经济效益的好途径.利用选矿自身优势,把焙烧废渣变成铁品位高的铁精矿用于烧结;利用其排放废水作为选矿循环水的补充水,做到了把"三废"消化在生产工艺中,变废为宝,化害为利.尾气排放由于选择了"二转二吸"工艺而使尾气排放低于国家标准,生产出的硫酸成品达到国家一级品质量标准.按年产2万t硫酸计,可产硫酸渣2.1万t,仅硫酸渣一项年经济效益即达231万元.
对于环境污染比较严重的矿山必须进行治理,制订必要的措施,添置和更新必要的环境保护设备.目前在这方面普遍存在的问题是环境保护经费不足,老企业环境保护欠账太多.如马鞍山,建市38年中,生产钢铁8000多万t,上缴利税60亿元,而环境保护投资却欠账20亿元.
今后资源开发和环境保护要协调发展.企业在新建,扩建和改建过程中要严格执行"三同时",以避免新污染源的产生.一个地区在制定经济社会发展规划时,必须遵循"经济建设,城乡建设,环境建设同步规划,同步实施,同步发展"的三同步方针.
铁矿山的开拓方式有露天开采和地下开采(平峒,斜井,竖井)两大类别.我国在1949～1957年期间,80%以上的矿山为地下开采,露天开采的不到20%.随后,由于一批露天矿相继建成投产,地下开采的比重急剧下降,到90年代初,露天开采的比重升到了80%,地下开采的比重则降到了20%.
(一)露天开采
1996年全国露天开采的铁矿石原矿量为18538万t,占全国铁矿石原矿产量的73.5%.重点露天矿山27座,共产铁矿石原矿量9106万t,占重点矿山矿石产量10637万t的85.6%.重点露天矿经济技术指标:采出的矿石平均含铁27.67%,回采率97.07%,贫化率4.39%,剥采比2.74t/t,下降速率7.50m/a.
露天矿穿孔,铲装,运输等技术装备不断更新.目前,在全国重点矿山穿孔已形成牙轮钻和潜孔钻并用的结构,完全淘汰了冲击钻.1996年,牙轮钻台年综合效率为23787m,最高31611m(水厂铁矿);潜孔钻台年综合效率14066m,最高25279m(兰尖铁矿).铲装设备向着大型化,现代化方向发展.1996年,重点露天矿使用最多的是4～4.6m3电铲,台年平均综合效率133.3万t,容量最大的16m3电铲,台年平均效率347.5万t,最高482.1万t(齐大山铁矿).运输方式主要为汽车和铁路运输,部分采用胶带运输.80年代以来,本溪钢铁公司和鞍山钢铁(集团)公司的一些矿山逐步用108～154t的电动轮汽车取代了其他汽车,实现了运输汽车大型化,现代化.1996年,108t汽车的台年效率平均为35.9万t;154t汽车为89.5万t,最高123万t(齐大山铁矿);使用最多的42t汽车,台年效率平均为27.6万t,最高44.3万t(白云鄂博铁矿).1965年以后,部分重点矿山采用了铁路电机车运输,1996年,重点露天开采矿山电机车的台年平均效率:80t电机车为79.18万t,100t电机车为54.99万t,150t电机车为88.26万t.
露天开采的采矿工艺,长期采用全境推进,宽台阶缓帮作业的采剥工艺,现在已开始转向陡帮开采,横向推进新工艺.80年代以来,许多大型露天矿由山坡露天转入深凹开采,由于作业条件恶化和运输出现问题,从而制约了生产能力的提高.1994年开始实施了"深凹露天矿开采综合技术研究"的"八五"攻关项目,现已取得了初步成果.
在爆破器材和技术方面也有所发展,陆续采用了岩石炸药,铵油炸药,硝铵炸药,乳化油炸药等等,在生产中应用了大区多排孔微差爆破技术.
(二)地下开采
1996年全国地下开采铁矿石原矿6690万t,占全国铁矿石原矿产量的26.5%.其中重点地下矿山17座,共产矿石原矿1536万t,占重点矿山产量的14.4%.重点地下矿经济技术指标:采出矿石平均品位为36.9%,回采率76.2%,贫化率19.8%,年下降速度6.98m.
目前,地下开采的采矿方法主要是无底柱采矿法,大约占72%,其次是浅孔留矿法,占9%,房柱式和壁式采矿法占8%,空场法占7%,有底柱分段崩落采矿法占3%,充填法占1%.地下开采的矿山巷道支护由50年代的木支护发展到了现在木支护,混凝土支护和喷锚支护三种支护方法并存的局面.凿岩装运也逐步向机械化方向发展,现在已普遍采用凿岩台车凿岩,装运机铲装,电机车运输.由于采矿方法,技术装备,支护方法等方面的不断改进,地下矿山的全员劳动生产率有了很大提高,新中国成立初期的1949年,全国重点地下矿山的全员劳动生产率只有19.9t/(人·a),到1995年已达到561t/(人·a),提高了近30倍.
三,选矿与加工技术
我国铁矿由于贫矿多(占总储量的97.5%)和伴(共)生有其他组分的综合矿多(占总储量的1/3),所以在冶炼前绝大部分需要进行选矿处理.
1996年全国入选铁矿石21497万t,占全国产铁矿石原矿25228万t的85.2%.入选铁矿石生产铁精矿粉8585.7万t,其中重点选矿厂处理原矿10961万t,生产铁精矿粉4158万t,占全国铁精矿粉产量的48.4%.
(一)矿石破碎
我国选矿厂一般采用粗破,中破和细破三段破碎流程破碎铁矿石.粗破多用1.2m或1.5m旋回式破碎机,中破使用2.1m或2.2m标准型圆锥式破碎机,细破采用2.1m或2.2m短头型圆锥式破碎机.通过粗破的矿石,其块度不大于1m,然后经过中,细破碎,筛分成矿石粒度小于12mm的最终产品送磨矿槽.
(二)磨矿工艺
我国铁矿磨矿工艺,大多数采用两段磨矿流程,中小型选矿厂多采用一段磨矿流程.由于采用细筛再磨新工艺,近年来一些选矿厂已由两段磨矿改为三段磨矿.采用的磨矿设备一般比较小,最大球磨机3.6m×6m,最大棒磨机3.2m×4.5m,最大自磨机5.5m×1.8m,砾磨机2.7m×3.6m.
磨矿后的分级基本上使用的是螺旋分级机.为了提高效率,部分选矿厂用水力旋流器取代二次螺旋分级机.
(三)选别技术
1.磁铁矿选矿
主要用来选别低品位的"鞍山式"磁铁矿.由于矿石磁性强,好磨好选,国内磁选厂均采用阶段磨矿和多阶段磨矿流程,对于粗粒嵌布的磁铁矿采用前者(一段磨矿),细粒,微细粒嵌布的磁铁矿采用后者(二段或三段磨矿)(图3.2.23).我国自己研制的系列化的永磁化,使磁选机实现了永磁化.70年代以后,由于在全国磁铁矿选矿厂推广了细筛再磨新技术,使精矿品位由62%提高到了66%左右,实现了冶金工业部提出精矿品位达到65%的要求.
图3.2.23弓长岭铁矿磁选和细筛工艺流程
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2.弱磁性铁矿选矿
主要用来选别赤铁矿,褐铁矿,镜铁矿,菱铁矿,假象赤铁矿或混合矿,也就是所谓的"红矿".这类矿石品位低,嵌布粒度细,矿物组成复杂,选别困难.80年代后,选矿技术方面对焙烧磁选,湿式强磁选,弱磁性浮选和重选等工艺流程,装备和新品种药剂的研究不断改进,使精矿品位,金属回收率不断提高.如鞍钢齐大山选矿厂采用弱磁—强磁—浮选的新工艺流程(图3.2.24),获得令人鼓舞的成就.
图3.2.24齐大山选厂工艺流程
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3.多金属共(伴)生矿选矿
这类矿石成分复杂,类型多样,因此采用的方法,设备和流程也各不相同,如白云鄂博铁矿采用反浮选—多梯度磁选,絮凝浮选,弱磁-反浮选-强磁选,弱磁-正浮选,焙烧磁选等不同的工艺流程,以提高铁的回收率,并综合回收稀土氧化物.攀枝花铁矿通过磁选获得TFe53%左右的钒铁精矿,磁选后的尾矿通过弱磁扫选-强磁选-重选-浮选-干燥电选,获得钛精矿和硫钴精矿,回收钛和钴.大冶铁矿采用弱磁-强磁和浮选,综合回收铁,铜和钴,硫等元素.
表3.2.11列出了1996年我国重点铁矿选矿厂不同矿石类型的选矿技术经济指标.
表3.2.11重点选矿厂按矿石类型技术经济指标
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(四)烧结球团技术
烧结技术是我国人造富矿的主要手段.1996年共生产人造富矿16095.6万t,其中重点企业9485.9万t,占58.9%,地方国营企业6133.7万t,占38.1%.
我国在细精矿烧结的技术上已达到相当水平.鞍钢早在50年代初就在烧结机上成功地把酸性烧结矿制作方法改为碱性烧结矿制作方法,在世界上第一个用消石灰或生石灰作熔剂解决了细精矿烧结问题.
烧结球团的装备水平也有所提高,全国共有烧结机419台,总面积15522m2,其中:130m2级以上的烧结机有22台,合计面积4107m2;24～129m2的烧结机197台,合计面积9387m2;小于24m2的烧结机200台,合计面积2028m2.1994年2月24日在马鞍山钢铁厂投产的300m2烧结机,是我国除宝钢外自行设计,制造和建设的规模最大的现代化烧结机.
全国1995年烧结的主要技术经济指标为:利用系数1.36t/(m2·h),烧结矿品位53.00%,烧结机日历作业率80.94%,烧结矿合格率为84.92%,工人劳动生产率为2170t/(h·a).
四,环境保护
钢铁工业是我国的支柱产业,许多重工业基地或城市,如鞍山(鞍钢),攀枝花(攀钢),马鞍山(马钢)等等,都是围绕着钢铁工业发展起来的.由于铁矿山,钢铁厂往往规模大,涉及面广,人口多,因此相应的环境问题十分突出.例如马鞍山市主导产业是钢铁生产业,其产值占全市的65%以上.然而,每生产1t钢铁,排放近2万m3废气,50t废水,4t工业固体废弃物.据统计,唐山地区大中型铁矿开发占地5280.6hm2,其中露天采矿占地1127.8hm2,排石场占地1939.3hm2,尾矿场650.2hm2.铁矿开采破坏耕地1357.9hm2,林地490.5hm2,草地47.8hm2,每年排放矿坑水616.12万t,洗选矿废水1934.2万t.山地生态本来就很脆弱,植被的破坏必然导致这些地区水土流失和造成泥石流的风险.
解决环境问题,首先需要重视的是复垦工作.通过复垦减少占地,减轻污染.在唐山地区曾开展了尾矿复垦工艺研究,把冶理尾矿纳入工艺流程,使采,选,排,复土,植被形成一个较完整循环的采矿复垦作业工序.通过四种复垦模式历经三年的复垦试验,在唐山中小铁矿复垦了1345.9hm2,复垦率达到30.26%,复垦经济效益1550万元,年种植效益19.6万元.这次试验为鞍山式铁矿排土场,尾矿冶理及复垦提供了技术途径.
其次要开展废石或尾矿的综合利用研究.我国许多铁矿都是综合性矿床,废石或尾矿中往往含有多种有用组分.回收和提取这些有用组分,不但能在经济上带来收益,而且可以减轻废石和尾矿对环境的污染.攀枝花铁矿年产铁矿石1350万t,同时又从铁矿尾矿中回收了钒,钛,钴,钪等多种有用和稀有金属.铁的价值只占矿石总价值的38.6%,而从尾矿中综合回收的五氧化二钒,硫钴精矿,钛精矿,氧化钪等产品的价值却占了60%以上.再如梅山铁矿,该矿是个埋藏集中,储量大,品位高的大型地下开采铁矿山,年产铁矿石200万t.由于矿石中含硫达2.5%左右,直接进行烧结配料,造成二氧化硫对大气的污染和对农田的大面积危害,并影响烧结矿质量.上海梅山冶金公司充分利用矿山的资源优势用选矿副产品硫精砂生产硫酸作为一条开展综合利用和深加工,提高经济效益的好途径.利用选矿自身优势,把焙烧废渣变成铁品位高的铁精矿用于烧结;利用其排放废水作为选矿循环水的补充水,做到了把"三废"消化在生产工艺中,变废为宝,化害为利.尾气排放由于选择了"二转二吸"工艺而使尾气排放低于国家标准,生产出的硫酸成品达到国家一级品质量标准.按年产2万t硫酸计,可产硫酸渣2.1万t,仅硫酸渣一项年经济效益即达231万元.
对于环境污染比较严重的矿山必须进行治理,制订必要的措施,添置和更新必要的环境保护设备.目前在这方面普遍存在的问题是环境保护经费不足,老企业环境保护欠账太多.如马鞍山,建市38年中,生产钢铁8000多万t,上缴利税60亿元,而环境保护投资却欠账20亿元.
今后资源开发和环境保护要协调发展.企业在新建,扩建和改建过程中要严格执行"三同时",以避免新污染源的产生.一个地区在制定经济社会发展规划时,必须遵循"经济建设,城乡建设,环境建设同步规划,同步实施,同步发展"的三同步方针.