露天煤礦開采工藝現(xiàn)狀及發(fā)展方向

王繼國

摘要：本文主要對國內(nèi)外的露天開采工藝技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并通過對國內(nèi)外露天煤礦先進(jìn)開采工藝技術(shù)裝備的研究，提出國內(nèi)露天煤礦開采工藝技術(shù)的發(fā)展方向。

Abstract： This article mainly analyzes the status quo of open-pit mining technology at home and abroad， and through the study of advanced mining technology and equipment at home and abroad， proposes the development direction of domestic open-pit mining technology.

關(guān)鍵詞：露天煤礦;開采工藝;高產(chǎn)高效

Key words： open-pit coal mine;mining technology;high production and efficiency

中圖分類號：TD824? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0061-02

0? 引言

我國煤炭儲量中適合露天開采的儲量有641億t，可采的經(jīng)濟(jì)儲量約460億t，主要分布在內(nèi)蒙、云南、山西、新疆4大地區(qū)。近年來，露天煤礦產(chǎn)量占全國煤礦產(chǎn)量比重逐漸增加。露天煤礦高效開采工藝技術(shù)的研究已經(jīng)迫在眉睫。

1? 國內(nèi)露天煤礦開采工藝技術(shù)現(xiàn)狀

上世紀(jì)50年代，國家開始大力支持能源發(fā)展，煤炭作為主要的能源之一，作為重點方向列入國家戰(zhàn)略，根據(jù)煤炭開采的現(xiàn)狀和中國煤炭分布的賦存條件，提出了優(yōu)先建設(shè)露天煤礦的方針。在蘇聯(lián)的援建下，興建了海州、撫順、新丘等第一批露天煤礦。這一階段的露天開采工藝，主要受蘇聯(lián)開采工藝的影響，以傳統(tǒng)的單斗+鐵路運(yùn)輸?shù)陌脒B續(xù)開采工藝為主。較大型的露天煤礦采用的單斗電鏟容量打4m3，鐵路運(yùn)輸采用標(biāo)準(zhǔn)軌（1435mm）列車運(yùn)輸，實現(xiàn)半連續(xù)開采，效率在當(dāng)時處于領(lǐng)先，例如撫順西露天煤礦等;較小型的露天煤礦采用的電鏟容量多為1m3及以下，鐵路運(yùn)輸采用窄軌（900mm以下）礦車運(yùn)輸，個別礦山采用卡車運(yùn)輸，效率較大型露天煤礦低。60年代開始又陸續(xù)建設(shè)了哈密、嶺北、扎賚諾爾、平莊、義馬等露天煤礦，開采工藝多延續(xù)第一批露天煤礦的傳統(tǒng)工藝。80年代以后，國家加大露天煤礦建設(shè)投入力度，逐步開發(fā)了安太堡、黑岱溝、霍林河、伊敏河、元寶山等五大露天礦，從歐美等國家引進(jìn)先進(jìn)的開采設(shè)備，多采用美國的先進(jìn)半連續(xù)開采工藝，較五六十年代的露天煤礦，本批次的露天煤礦開采工藝變化較大，重型和超重型卡車運(yùn)輸逐漸取代鐵道運(yùn)輸，大型排土機(jī)和吊斗鏟的應(yīng)用更是讓露天煤礦開采效率突飛猛進(jìn)，連續(xù)開采工藝與半連續(xù)開采工藝已經(jīng)成為主流，傳統(tǒng)的開采方式已經(jīng)逐漸淘汰。例如在小龍?zhí)逗秃卺窚下短斓V，采用了輪斗鏟采掘+膠帶運(yùn)輸+排土機(jī)排土的全連續(xù)剝離工藝，輪斗鏟容量超過80m3。在霍林河、撫順西露天礦等采用了單斗鏟采掘+卡車+坑內(nèi)破碎機(jī)+膠帶運(yùn)輸?shù)牟擅汗に嚒?/p>

雖然20世紀(jì)50年代開始，我國的露天煤礦開采就列入國家能源開采的重要工作之一，但受制于開采工藝技術(shù)及裝備技術(shù)的限制，一直處于借鑒國外技術(shù)和使用進(jìn)口設(shè)備的狀況，近年來，隨著國內(nèi)各項技術(shù)的發(fā)展，露天煤礦開采技術(shù)也取得了長足的發(fā)展和進(jìn)步。主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

①迫于井工煤礦產(chǎn)能（單井單面年產(chǎn)能力已超1500萬噸）提升的壓力，露天煤礦產(chǎn)能需求在不斷提高;

②隨著部分傳統(tǒng)井工煤礦的資源枯竭，露天開采的產(chǎn)量占煤炭總產(chǎn)量比重在逐年增加;

③隨著集成系統(tǒng)的發(fā)展，露天煤礦的開采已經(jīng)開始打破傳統(tǒng)的以點帶面的發(fā)展模式，逐步在朝著系統(tǒng)化、連續(xù)化、集約化的方向發(fā)展;

④隨著物聯(lián)網(wǎng)、信息化的發(fā)展，露天煤礦的開采裝備也逐步在朝著自動化、智能化、綠色化、高效化方向發(fā)展。（表1）

2? 國外露天煤礦開采工藝技術(shù)現(xiàn)狀

如上所說，露天煤礦的開采需要煤層賦存條件以及一個國家的技術(shù)水平作為支撐，歐美、澳大利亞等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的煤炭工業(yè)較中國發(fā)展較快，水平較高，尤其是在美國和澳大利亞，煤田賦存條件較好，適宜于露天開采，同時工業(yè)水平作為強(qiáng)力的支撐，所以在這些國家提出的政策就是超前發(fā)展露天采煤，受這些采煤大國的影響，目前世界露天采煤量占總采煤量的比重還在不斷增加，開采條件好的國家露天開采比重均超過了50%（如表2）。經(jīng)過數(shù)十年的露天煤礦開采技術(shù)發(fā)展，各個國家也逐漸形成了各具特點的露天開采工藝，其中最具有代表的為美國、澳大利亞、俄羅斯。

2.1 設(shè)備大型化、開采連續(xù)化、礦井系統(tǒng)化

在美國的羅切斯特露天煤礦，采用的吊斗鏟+重型卡車+破碎機(jī)+連續(xù)皮帶機(jī)+排土機(jī)的連續(xù)開采工藝，年產(chǎn)能力可達(dá)數(shù)千萬噸，而且使用的吊斗鏟斗容量已超過100m3，與之相匹配的重型卡車載重量達(dá)數(shù)百噸。

2.2 開采工藝合并簡化、作業(yè)連續(xù)化

基于特殊的煤田地質(zhì)賦存條件和簡化工藝的原則，美國發(fā)展了無運(yùn)輸拉斗鏟倒堆工藝。德國形成了典型輪斗鏟連續(xù)開采工藝。高切割力輪斗鏟開采工藝在印度褐煤露天礦得到廣泛應(yīng)用。美國、澳大利亞等國在單斗-卡車剝離間斷開采工藝中還加入移動破碎站，在礦井中直接將大塊煤或玻璃層直接破碎，大大提高了后續(xù)的運(yùn)輸效率。

2.3 開采技術(shù)綜合化、高效化

受能源需求的不斷增加，煤炭的需求量也在不斷提高，化石燃料中煤炭占了大半江山，同時在受到后續(xù)開采煤層的地質(zhì)賦存條件更為復(fù)雜，開采的范圍和深度在不斷擴(kuò)展，剝離比在不斷提高，單一開采工藝方式往往不能與之相適應(yīng)，開采成本高，效率低，需求以及各項因素的影響促使露天煤礦的開采效率不斷提升，開采高度集約化和開采工藝綜合化越來越成為開采的主流方向。近年來，多種開采工藝應(yīng)用同一露天煤礦已成為特大型和大型露天煤礦開采的一種新的工藝技術(shù)組織模式。

2.4 注重科技攻關(guān)

在歐美、澳大利亞等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，露天煤礦開采科研與設(shè)計理論已形成完整體系，為開采工藝的優(yōu)化提升奠定了堅實基礎(chǔ)，保證了露天煤礦開采工藝系統(tǒng)更簡化、更高效、投入更少、效益更好。

綜上所述的露天煤礦開采技術(shù)發(fā)展趨勢和特點，整理國外典型的露天煤礦信息如表3。

3? 國內(nèi)露天煤礦開采的未來方向

通過對國內(nèi)外露天煤礦開采工藝現(xiàn)狀的分析可知，現(xiàn)在露天開采較為先進(jìn)的開采工藝為拋擲爆破+吊斗鏟倒推工藝（此工藝在黑岱溝使用），集采掘、運(yùn)輸、排土于一身，按照黑岱溝露天煤礦斗容量90m3的吊斗鏟計算，理論年剝離量可達(dá)3000萬m3以上，但該設(shè)備成本高達(dá)6.5億。其他露天開采工藝所需設(shè)備成本雖比吊斗鏟倒推工藝較少，但開采成本均高于此工藝。因此，對于國內(nèi)露天煤礦開采工藝技術(shù)的發(fā)展方向主要有以下幾點：

①大型高端開采設(shè)備國產(chǎn)化。露天煤礦開采裝備受制于人的局面還沒有徹底打破，如大型吊斗車、排土機(jī)等設(shè)備的還處于初步研究階段。

②露天開采技術(shù)朝著綠色化、智能化方向發(fā)展。環(huán)保壓力越來越大，露天開采對環(huán)境的影響必須要得以解決或緩解，同時高產(chǎn)高效的需求必須要依靠智能化水平來得以解決。

③加大科研投入，注重基礎(chǔ)理論研究。國內(nèi)的露天煤礦開采技術(shù)裝備處于借鑒創(chuàng)新到自主創(chuàng)新轉(zhuǎn)變的過渡期，自主創(chuàng)新需要有堅實的理論作為基礎(chǔ)。

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