露天矿生产工艺系统分类的思考

姬长生

(中国矿业大学矿业工程学院，江苏 徐州 221116)

1 概述

露天矿生产工艺系统，指的是露天矿为完成矿岩采掘、运输、排卸这三个主要环节，依据物料流性质、所采用的设备作业方式，以区分其作业方法的一种名称或叫法。目前，我国较为公认的分类方法，是根据采掘、运输、排卸这三个主要环节物料流是否连续进行分类，例如间断式开采工艺系统、连续式开采工艺系统、半连续开采工艺系统等[1]。另外一种分类方法，是根据采掘、运输、排卸这三个主要环节是否由各自独立的设备完成，划分成合并式开采工艺系统、独立式开采工艺系统两类；前者如拉斗铲倒堆工艺系统集采、运、排三个环节于一身，均由拉斗铲独立完成三项不同的作业；后者如单斗汽车工艺系统采掘环节由单斗挖掘机完成，运输环节由汽车完成，排土作业由推土机完成。露天矿生产工艺系统有时简称为生产工艺或工艺，或工艺系统，但实质上露天矿生产工艺和生产工艺系统不是一个概念。

由中国矿业学院出版社1986年6月出版的《露天采矿学》教材中，对露天矿生产工艺系统分类参见表1(注意因名词术语的标准化，表1中有的词语已经由新的词语替代，例如胶带现称为带式输送机[2])。

美国露天矿生产工艺系统，也主要根据采掘、运输、排卸各环节物料流是否连续及生产工艺环节使用的设备情况进行分类，分为间断式、连续式生产工艺系统两类[3]，如表2所示。美国这种分类方法，并没有单独列出半连续工艺系统这一类别，而是直接把半连续工艺系统列入间断工艺系统一类，靠在连续与间断工艺系统中间。这样分类比我国的分类方法要准确一些。也就是说，采、运、排这三个环节中，物料流从始至终没有形成真正意义上的连续流，那么把这样的物料流划归间断流也是无可厚非的。

表1 我国露天矿生产工艺系统分类[1]

表2美国露天矿生产工艺系统分类及环节设备

随着科学技术的进步及露天开采工艺的发展，露天矿向着设备大型化、规模扩大化方向拓展，开采深度也越来越深，同一矿山使用的开采工艺也由单一式工艺过渡为组合式开采工艺，即在一个矿山内部，采用了两种或两种以上的开采工艺系统。例如神华准能集团黑岱沟露天煤矿开采工艺系统组成为：黄土层由轮斗铲/带式输送机连续工艺完成，上部岩石层由单斗汽车工艺系统完成，下部岩石层由拉斗铲倒堆工艺系统实现开采，煤层则由单斗铲汽车/半固定破碎站/带式输送机进行作业。

2 分类方法研究

我国露天矿生产工艺系统分类，目前通用分类方法多数倾向于根据采运排环节物料流是否连续，分为如表1所示的间断式、连续式、半连续三种。1980年以来，随着我国生产矿山不断向深部推进，露天矿山组合式开采工艺系统的应用越来越普遍。典型的单斗铁道工艺矿山，随着降深的增大，展线越加困难，深部多数采用了单斗汽车工艺系统，经由铁道运输系统运至地表。1990年后，新建的大型露天煤矿，绝大多数采用的是组合工艺系统，即剥离一般采用单斗汽车工艺系统；少数几个矿山(如黑岱沟、元宝山)采用了轮斗挖掘机带式输送机连续生产工艺系统，采煤则由半连续工艺系统完成。

伴随着组合开采工艺系统的应用范围不断扩大，出现了开采工艺系统分类的新问题，亦即表1中应该增加一种组合工艺系统，其含义是在一个露天矿内，采用两种或两种以上的开采工艺系统进行剥离和采矿作业。由此而来，产生了另一个分类问题，即半连续开采工艺系统是否还应该独立存在，作为开采工艺系统的一个独立类别而单独列出。

组合开采工艺系统作为一个独立的系统类别，组合了不同的间断、连续工艺系统是无可争议的，如果承认组合开采工艺系统的存在，则半连续工艺系统实质上就无存在的必要和理由。原因在于：

半连续工艺系统实质是间断工艺系统和连续工艺系统的串联式组合，显然属于组合工艺系统的一种。如单斗汽车工艺采煤后，经由汽车运至破碎站破碎，再经由带式输送机运往选煤厂或装车站，前面两个环节是间断式工艺系统完成的，破碎后物料是由连续运输系统实现运输的，因此整个系统可称为半连续工艺系统，也叫组合工艺系统。对于另外一种情况，例如黑岱沟露天煤矿上部黄土层，有时也采用轮斗挖掘机采掘，通过汽车运输解决不完整工作面的开采作业，第一个作业环节采掘是连续作业，后续运输、排卸环节是间断作业，也是一种半连续工艺系统的组合。显然，半连续工艺系统是串联式的组合工艺系统，串联方式可以有间断连续式和连续间断式两种。在冶金矿山，就有作者使用间断/连续运输(开采)工艺系统这样的称呼，而没有使用半连续开采工艺系统这个术语[4-7]。这个称呼由于明确指出间断采掘作业在前，连续运输环节在后(或反之)，而显得更加科学、准确而清晰。

对于同一个露天矿山，采用组合式生产工艺系统往往是串、并联组合式的组合工艺系统，如我国黑岱沟露天煤矿剥离系统，就有三套并联工艺系统(黄土层连续工艺系统、上部岩石单斗汽车工艺系统、下部岩石拉斗铲倒堆工艺系统或称合并式或间断式工艺系统)，再加上采煤一套串联式组合工艺系统，共同组成了黑岱沟露天煤矿的组合生产工艺系统。再如中煤集团平朔安太堡露天煤矿，剥离采用单斗汽车工艺系统，采煤采用单斗汽车/坑边半固定破碎站/带式输送机组合工艺系统，剥离、采煤是并联式组合工艺系统，而采煤则是串联式组合工艺系统，整个露天矿山采用的是并、串联式组合工艺系统。霍林河南露天煤矿剥离采用单斗汽车工艺系统，采煤是单斗汽车/坑边半固定破碎站/带式输送机组合式开采工艺系统。我国大型露天煤矿继五大露天矿之后，基本都是采用的以单斗汽车工艺/半固定破碎站或单斗挖掘机/移动式破碎机/带式输送机为代表的串联式组合工艺系统采煤，单斗挖掘机/汽车或少数连续工艺系统(如黑岱沟、元宝山)配合单斗汽车工艺系统进行剥离的组合式开采工艺系统。

3 分类建议

根据露天矿山开采工艺系统的应用与演变情况，开采工艺系统的分类应该进行科学严密的划分，即表1的第 Ⅲ 类应改为组合开采工艺系统，半连续工艺系统应列为组合开采工艺系统的一种，具体如表3所示。组合开采工艺系统也可称为联合开采工艺系统，或综合开采工艺系统。笔者认为，组合一词更能表达这一工艺系统的特性，故倾向采用组合生产工艺系统这一术语，或者称为联合开采工艺系统。组合与联合含义差别不大，而综合一词概念稍大一些。

表3 露天矿组合开采工艺系统

对于大家习惯上称呼的半连续工艺系统，为了明确起见，且不致引起歧义，建议对表3中串联式组合的1、2类称为间断连续式组合工艺系统(即采掘使用间断式作业系统，运输采用连续式或间断连续组合式作业系统)，第3类称为连续间断式组合工艺系统(即采掘环节为连续作业系统，运输与排卸环节为间断式作业系统)，其他称为并联式组合工艺系统。这样就比较明确地区别了具体矿山到底使用的是哪一类组合工艺系统，而不至于造成半连续工艺系统这个笼统称呼还要进一步解释是间断连续组合还是连续间断组合。

综上所述，露天矿开采工艺系统按照物料流是否连续进行分类，可以分为间断式、连续式与组合式三类生产工艺系统。其中，组合式系统可以分为串联式组合、并联式组合两类，而串联式组合工艺系统对应的目前国内大多习惯上称呼的半连续工艺系统，还可以进一步划分成间断连续式组合与连续间断式组合工艺系统两类。若从严格意义上划分，采、运、排三个环节构成开采工艺系统(这里需要强调的是研究对象是系统)，在这个系统中物料流没有形成自始至终的连续流，因而大家习惯上称呼的半连续工艺系统，实质上是间断流系统。如果不把组合工艺系统单独列为一类，则串联式组合工艺系统在表3中列为间断式工艺系统一类也是合情合理的。但是，对于大多数露天矿山而言，特别是大型露天矿山，单独使用一种开采工艺系统的情况越来越少，使用组合工艺系统的矿山越来越多，所以表3所列三种露天矿开采工艺系统的分类，应该是比表1前进了一步。

[1] 骆中州.露天采矿学[M].徐州：中国矿业学院出版社，1986，6.

[2] 煤炭科技名词审定委员会.煤炭科技名词[M].北京：科技出版社，1997.

[3] Fung R，Surface Coal Mining Technology，Engineering and Environment Aspects，Noyes Data Corporation. Park Ridge. New Jersey. USA. 1981.

[4] 苏靖, 杨明朗. 露天矿间断连续运输工艺系统布置研究[J]. 金属矿山, 1996(9):8-11.

[5] 张喆，李军才,沈宗儒.深凹露天矿间断-连续运输工艺的研究[J].中国矿业，2000，9(S1):527-530.

[6] 赵昱东.间断—连续运输系统在金属露天矿的应用与发展[J].矿业快报，2001,8(15):1-5.

[7] 李军才.深凹露天矿山间断—连续运输工艺的研究[J]. 中国矿业, 2002，11(3):27-31.