美国典型煤矿介绍

董维武

(国家安全生产监督管理总局信息研究院,北京朝阳区,100029)

★世界煤炭 ★

美国典型煤矿介绍

董维武

(国家安全生产监督管理总局信息研究院,北京朝阳区,100029)

美国煤矿生产集中度不断提高,煤矿采用高新技术,生产效率高,煤矿安全状况好。本文重点介绍美国两个典型露天煤矿和两个典型长壁综采矿井的生产和技术应用状况。

露天开采 长壁综采 典型煤矿 美国

AbstractIn the United States,coal production becomes more and more concentrated as coal mines’production efficiency increases and good mine safety record continues due to the utilization of high and new technologies.This paper focuses on the coal production status and the application of technologies in two typical open cast coal mines and two typical underground coal mines in the U.S.

从20世纪70年代后期开始至今,美国大型煤炭公司通过兼并、联合,企业向大型化、集团化发展。规模排位前8家的美国煤炭企业煤炭产量比重从1976年的33.6%提高到2008年的60.72%。皮博迪能源集团公司 (Peabody Energy)是美国最大的煤炭生产企业,2008年产煤182.1 Mt,占美国煤炭总产量的17.1%。2008年美国全国共有重点煤矿51个,其中露天煤矿29个,井工煤矿22个。这些重点煤矿的煤炭产量占全国煤炭总产量的61%。全国拥有长壁综采矿井41个,其中,固本能源公司 (Consol Energy Inc)的拜莱煤矿 (Bailey Mine)是美国长壁综采煤炭产量最高的矿井,其劳动生产率由 1983年的 2.4 t/人 ·h提高到2008年的6.4 t/人·h,增长率高达61%。美国全国煤矿事故死亡人数从1980年的125人减少到2008年的29人,降幅达到78%。

1 露天煤矿

1.1 美国露天煤矿概况

由于美国具有得天独厚的煤炭资源赋存条件,近40多年来,美国露天采煤业发展迅速,露天开采比重从1970年的44%提高到2008年的66%。随着高性能大型露天开采设备和计算机监控系统的采用,露天煤矿产量大幅增加。2008年美国拥有露天煤矿52个,其中,千万吨级以上的露天煤矿11个。怀俄明州是美国露天煤矿最多的产煤州,有露天煤矿16个,其中大型露天煤矿14个,煤炭产量达到379.8 Mt,平均单个露天矿煤炭产量达27.1 Mt。北安特洛浦/罗切尔露天矿 (North Antelope Rochelle Mine)是美国最大的露天煤矿, 2008年生产煤炭88.5 Mt。

1.2 典型露天矿

(1)北安特洛浦/罗切尔露天煤矿。美国皮博迪能源集团公司经营的北安特洛浦/罗切尔露天煤矿位于美国怀俄明州吉列县境内。该矿由1983年底投产的北安特洛浦露天矿和1985年底投产的罗切尔露天矿于1999年合并为北安特洛浦/罗切尔露天煤矿,成为美国目前最大的露天煤矿。该矿煤炭产量占美国煤炭总产量的8.3%。该矿自建成以来已累计生产煤炭12亿t。2008年该矿有矿工1080人,产煤88.4 Mt。

该矿开采的煤层是波德河煤田的 Wyodak-Anderson煤层,煤层厚度18.29～24.39 m,表土覆盖层厚度15.24～106.68 m。目前该矿剩余的煤炭可采储量约为10.88亿t。

该露天矿生产的煤炭是美国生产的含硫量最低的煤炭。典型的煤质参数是:硫分为0.2%;热值为20.038～20.504 MJ/kg。

若a>λ1或d>λ1,则μ<0。由引理2可知,存在大于1的特征值,因此indexW(F,(0,0))=0。

该矿采用的设备主要有:3台索斗铲和5个由自卸式卡车和机铲组成的采运队。在3个矿坑内采煤,采出的煤炭用自卸式卡车运输倾倒入料斗。全矿共有4个给料斗。大块煤经坑内破碎机破碎后由胶带输送机直接输送到圆型储煤装载仓,再由组合列车运往用户。煤炭装载设施由5个储煤装载仓组成,可满足150节车皮组合列车装载。目前,该露天矿有38个电厂煤炭用户。

该露天矿每天两班作业,每班12小时,全年365天生产。

(2)黑雷露天煤矿 (BlackThunder Coal Mine)。位于怀俄明州吉列县以南70 km处的阿奇煤炭公司 (Arch Coal Inc.)黑雷露天煤矿是规模仅次于北安特洛浦/罗切尔露天煤矿的美国第二大露天煤矿。其煤炭产量占美国煤炭总产量的7.6%。黑雷露天煤矿于1976年开始建设,1977年投产。该矿使用了大块煤破碎设备、胶带输送机运输系统和高速组合列车装载系统。目前该矿所有设备都采用了计算机控制系统,其中包括1989年安装的采坑内块煤破碎系统和胶带输送机输送系统。1998年以前,黑雷露天煤矿主要由阿科煤炭公司 (ARCO)经营,现归属阿奇煤炭公司经营。2008年黑雷露天煤矿产煤80.4 Mt。

黑雷露天煤矿现开采的煤层是Wyodak煤层。煤层赋存呈缓倾斜状,煤层厚度22 m,局部煤层有夹矸。2004年,阿奇煤炭公司出资6.11亿美元成功收购了邻近煤矿的煤炭资源开采权,增加煤炭可采储量约650 Mt,使阿奇煤炭公司的煤炭可采储量增加到13.70亿t。

黑雷露天煤矿开采的煤炭是低硫次烟煤。所产煤炭除大块煤需要破碎外,无须进行洗选就可以直接供给电厂发电。典型的煤质参数是:热值为20.3 MJ/kg;灰分为5%;水分为25%～30%。

黑雷露天煤矿在其矿山开采权范围内有几个独立的露天矿坑。露天矿表土覆盖层的剥离采用6台索斗铲,其中3台为大型索斗铲。B-E2570 WS型索斗铲是最大的1台,自重6700 t。另外3台索斗铲,1台B-E1570W型索斗铲,臂长97.5 m,斗容69 m3;1台B-E 1300W型索斗铲,臂长92 m,斗容34 m3;1台从阿奇煤炭公司调运来的。

露天矿浅层表土剥离首先采用爆破方式进行松动,先用机铲-自卸卡车完成20%～30%的表土覆盖层剥离,然后采用索斗铲倒堆完成全部剥离作业。煤层开采也是采用先爆破后开采的方式。采用5台P&H 2800型机铲和1台Marion 351-M型机铲。自卸卡车采用载重218 t的Liebherr T-262型和载重290 t的 Komatsu 930E型自卸卡车。露天矿坑边设有半固定式破碎站,由自卸卡车运来的煤在破碎站经破碎机初步破碎后,再由1条长3.5 km的胶带输送机运送至储煤装载仓。

装车系统由1座容量为12700 t的储煤装载仓和1座容量为82000 t的储煤装载仓及自动计量全自动化装车站组成。装载能力分别为4100 t/h和10800 t/h。

2 井工煤矿

2.1 美国长壁综采矿井概况

美国从20世纪60年代开始从西欧引进长壁综采技术,并在70年代期间逐步推广应用,从而使长壁综采煤炭产量在井工煤矿总产量中的比重不断增加。2008年,美国有长壁综采矿井41个,其中,固本能源公司拜莱煤矿是美国长壁综采年产量最高的煤矿,年产煤9.996Mt。威廉森能源公司(Williamson Energy,LLC)马奇 1号矿 (Mach No.1)是美国长壁综采平均工效最高的煤矿,人均工效达到14.03t/h。美国单一长壁工作面的产量也不断刷新。2005年皮博迪能源集团公司二十英里煤矿 (Twentymile Mine)长壁工作面年单产达到8.7 Mt,人均年产煤27000 t。该矿第1个综合机械化采煤工作面自1989年投产以来,已累计生产煤炭100 Mt。

2.2 典型长壁综采矿井

(1)二十英里煤矿。皮博迪能源集团公司二十英里煤矿位于美国科罗拉多州西北部,距斯廷博特斯普林斯县 (Steamboat Springs)30 km。1987年以前,二十英里煤矿采用房柱式开采。1989年投产了第一个长壁综采工作面。2005年该矿长壁工作面单产达到8.7 Mt。2006年增设新的长壁采区。2008年该矿有矿工496人,产煤7.8 Mt,人均年产煤15725 t。

二十英里煤矿开采的是格林河 (Green River)煤田的上部煤层。煤层厚度为2.6～2.9 m,煤层最大倾角10°。矿井采深300～400 m。目前该煤矿规划区内的煤炭可采储量有100 Mt。

二十英里煤矿生产动力煤,产出的煤炭无需洗选直接供给用户。典型的煤质参数是:水分为10.3%;灰分为9.8%;挥发分为35.5%;热值为26.3 MJ/kg。

二十英里煤矿采用平硐开拓,从地面广场用连续采煤机沿煤层开拓5条平硐,除1条安装胶带输送机运煤外,其余4条中,2条为进风巷,2条为回风巷。井上、下都采用柴油机驱动的无轨车运输人员和材料和设备。现有两条采区巷道掘进工作面。每条巷道掘进工作面配备的设备有:1台久益(Joy)12CM12型连续采煤机、2台弗莱彻尔(Fletcher)型顶板锚杆安装机、2台久益梭车和1台斯泰穆勒 (Stamler)型履带式给料破碎机。巷道宽6 m,高2.9 m,顶板锚固采用长1.8 m的树脂锚杆。

二十英里煤矿采用单一长壁工作面作为主要的煤炭生产单位。1989-2001年,二十英里煤矿已完成9个采区的煤炭开采。现有的煤炭储量尚可供布置15个采区。工作面长度由最初的195 m增加到1999年的305 m,采区最长曾达到5.5 km。综采工作面采用的设备包括:1台朗艾道 (Long-Airdox)Electra 3000型双滚筒采煤机、174台液压支架、1台DBT可弯曲刮板输送机和1台转载机。煤炭运输系统采用大陆公司 (Continental)生产的胶带式输送机,带宽1.8 m,输送能力为5000 t/h。2006年,二十英里煤矿新购入1套长壁综采设备,并提升了煤炭运输系统的输送能力。

滚筒采煤机的割煤运行速度为40 m/min,割深900 mm,每班完成20～22个生产循环,班产煤2700 t。最高日产煤46340 t。为防止运输系统出现过载,采用计算机监控系统控制滚筒采煤机的运行状态。

二十英里煤矿巷道掘进产出的原煤需要进行洗选,长壁综采工作面产出的煤炭在装车外运前需经筛分,并破碎到-55 mm的粒度。由联合太平洋公司 (Union Pacific)每天安排1列105节车皮的组合列车外运,每次运煤量为10000 t。

(2)苏福 (SUFCO)煤矿。阿齐煤炭公司苏福煤矿位于美国犹他州萨莱纳东北50 km,盐湖城南200 km处。该煤矿过去一直采用房柱式开采, 20世纪80年代开始采用高产高效的长壁式开采。苏福煤矿是犹他州最大的煤矿,生产的动力煤经洛杉矶港出口到日本。2008年该矿有矿工 359人,产煤6.95 Mt,平均工效9.18 t/h。

苏福煤矿开采的是沃萨奇普拉奥 (Wasatch Plateau)煤田的煤。煤层厚度2.1～6.1 m,平均厚度4.1 m。平均采深335 m。目前剩余的可供长壁工作面开采的煤炭储量约有41.0 Mt。

苏福煤矿的典型煤质参数是:水分为10%;灰 分 为 8.5%;硫 分 为 0.35%;热 值 为26.5 MJ/kg。

苏福煤矿巷道掘进采用久益12CM12型连续采煤机和载重18 t的久益梭车,并采用久益锚杆安装机进行顶板支护。

苏福煤矿于1985年首次采用长壁工作面开采, 1998年安装使用了现代长壁综采工作面开采设备。开采的煤层厚度为2.6 m。18号采区是该矿首次布置的“超级采区”。工作面长283 m,采区长4.3 km。2000年,该矿开采的22号采区长5.7 km,年产煤6.9 Mt。采区间设备搬家所用的时间平均为8～12天,机械设备总重量 5200 t,运距长达6 km。

综采工作面采用的设备包括:1台久益7LS-3型双滚筒采煤机、久益掩护式液压支架、DBT可弯曲刮板输送机和转载机。工作面额定最高产煤效率为4540 t/h,实际控制在2300 t/h。该工作面平均日产煤22700 t。产出的煤在进入胶带输送机系统之前采用MMD500型给料破碎机将大块煤破碎到-55 mm。滚筒采煤机的总装功率为 1110 kW,一次行程截深 1.07 m,运行速度 8～12 m/min。

苏福煤矿的地面储煤能力小,仅为27000 t左右。为减少地面压煤,产出的煤须每天用卡车运往130 km以外的联合太平洋公司铁路煤炭集散地。

[1]Major U.S.Coal Mines,U.S.EIA

[2]www.mining-technology.com

(责任编辑 刘承秘)

A glimpse of typical coal mines in the U.S.A.

Dong Weiwu
(National Institute of Occupational Safety,Chaoyang District,Beijing 100029,China)

TD-2

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董维武 (1952-),男,北京人,副研究员,主要从事能源、煤炭经济和职业安全健康信息研究工作。