露天煤矿开采工艺现状及发展方向

王继国

摘要：本文主要对国内外的露天开采工艺技术现状进行分析，并通过对国内外露天煤矿先进开采工艺技术装备的研究，提出国内露天煤矿开采工艺技术的发展方向。

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.

关键词：露天煤矿;开采工艺;高产高效

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

中图分类号：TD824                                     文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）36-0061-02

0  引言

我国煤炭储量中适合露天开采的储量有641亿t，可采的经济储量约460亿t，主要分布在内蒙、云南、山西、新疆4大地区。近年来，露天煤矿产量占全国煤矿产量比重逐渐增加。露天煤矿高效开采工艺技术的研究已经迫在眉睫。

1  国内露天煤矿开采工艺技术现状

上世纪50年代，国家开始大力支持能源发展，煤炭作为主要的能源之一，作为重点方向列入国家战略，根据煤炭开采的现状和中国煤炭分布的赋存条件，提出了优先建设露天煤矿的方针。在苏联的援建下，兴建了海州、抚顺、新丘等第一批露天煤矿。这一阶段的露天开采工艺，主要受苏联开采工艺的影响，以传统的单斗+铁路运输的半连续开采工艺为主。较大型的露天煤矿采用的单斗电铲容量打4m3，铁路运输采用标准轨（1435mm）列车运输，实现半连续开采，效率在当时处于领先，例如抚顺西露天煤矿等;较小型的露天煤矿采用的电铲容量多为1m3及以下，铁路运输采用窄轨（900mm以下）矿车运输，个别矿山采用卡车运输，效率较大型露天煤矿低。60年代开始又陆续建设了哈密、岭北、扎赉诺尔、平庄、义马等露天煤矿，开采工艺多延续第一批露天煤矿的传统工艺。80年代以后，国家加大露天煤矿建设投入力度，逐步开发了安太堡、黑岱沟、霍林河、伊敏河、元宝山等五大露天矿，从欧美等国家引进先进的开采设备，多采用美国的先进半连续开采工艺，较五六十年代的露天煤矿，本批次的露天煤矿开采工艺变化较大，重型和超重型卡车运输逐渐取代铁道运输，大型排土机和吊斗铲的应用更是让露天煤矿开采效率突飞猛进，连续开采工艺与半连续开采工艺已经成为主流，传统的开采方式已经逐渐淘汰。例如在小龙潭和黑岱沟露天矿，采用了轮斗铲采掘+胶带运输+排土机排土的全连续剥离工艺，轮斗铲容量超过80m3。在霍林河、抚顺西露天矿等采用了单斗铲采掘+卡车+坑内破碎机+胶带运输的采煤工艺。

虽然20世纪50年代开始，我国的露天煤矿开采就列入国家能源开采的重要工作之一，但受制于开采工艺技术及装备技术的限制，一直处于借鉴国外技术和使用进口设备的状况，近年来，随着国内各项技术的发展，露天煤矿开采技术也取得了长足的发展和进步。主要表现在以下几个方面。

①迫于井工煤矿产能（单井单面年产能力已超1500万吨）提升的压力，露天煤矿产能需求在不断提高;

②随着部分传统井工煤矿的资源枯竭，露天开采的产量占煤炭总产量比重在逐年增加;

③随着集成系统的发展，露天煤矿的开采已经开始打破传统的以点带面的发展模式，逐步在朝着系统化、连续化、集约化的方向发展;

④随着物联网、信息化的发展，露天煤矿的开采装备也逐步在朝着自动化、智能化、绿色化、高效化方向发展。（表1）

2  国外露天煤矿开采工艺技术现状

如上所说，露天煤矿的开采需要煤层赋存条件以及一个国家的技术水平作为支撑，欧美、澳大利亚等经济发达国家的煤炭工业较中国发展较快，水平较高，尤其是在美国和澳大利亚，煤田赋存条件较好，适宜于露天开采，同时工业水平作为强力的支撑，所以在这些国家提出的政策就是超前发展露天采煤，受这些采煤大国的影响，目前世界露天采煤量占总采煤量的比重还在不断增加，开采条件好的国家露天开采比重均超过了50%（如表2）。经过数十年的露天煤矿开采技术发展，各个国家也逐渐形成了各具特點的露天开采工艺，其中最具有代表的为美国、澳大利亚、俄罗斯。

2.1 设备大型化、开采连续化、矿井系统化

在美国的罗切斯特露天煤矿，采用的吊斗铲+重型卡车+破碎机+连续皮带机+排土机的连续开采工艺，年产能力可达数千万吨，而且使用的吊斗铲斗容量已超过100m3，与之相匹配的重型卡车载重量达数百吨。

2.2 开采工艺合并简化、作业连续化

基于特殊的煤田地质赋存条件和简化工艺的原则，美国发展了无运输拉斗铲倒堆工艺。德国形成了典型轮斗铲连续开采工艺。高切割力轮斗铲开采工艺在印度褐煤露天矿得到广泛应用。美国、澳大利亚等国在单斗-卡车剥离间断开采工艺中还加入移动破碎站，在矿井中直接将大块煤或玻璃层直接破碎，大大提高了后续的运输效率。

2.3 开采技术综合化、高效化

受能源需求的不断增加，煤炭的需求量也在不断提高，化石燃料中煤炭占了大半江山，同时在受到后续开采煤层的地质赋存条件更为复杂，开采的范围和深度在不断扩展，剥离比在不断提高，单一开采工艺方式往往不能与之相适应，开采成本高，效率低，需求以及各项因素的影响促使露天煤矿的开采效率不断提升，开采高度集约化和开采工艺综合化越来越成为开采的主流方向。近年来，多种开采工艺应用同一露天煤矿已成为特大型和大型露天煤矿开采的一种新的工艺技术组织模式。

2.4 注重科技攻关

在欧美、澳大利亚等经济发达国家，经过数十年的发展，露天煤矿开采科研与设计理论已形成完整体系，为开采工艺的优化提升奠定了坚实基础，保证了露天煤矿开采工艺系统更简化、更高效、投入更少、效益更好。

综上所述的露天煤矿开采技术发展趋势和特点，整理国外典型的露天煤矿信息如表3。

3  国内露天煤矿开采的未来方向

通过对国内外露天煤矿开采工艺现状的分析可知，现在露天开采较为先进的开采工艺为抛掷爆破+吊斗铲倒推工艺（此工艺在黑岱沟使用），集采掘、运输、排土于一身，按照黑岱沟露天煤矿斗容量90m3的吊斗铲计算，理论年剥离量可达3000万m3以上，但该设备成本高达6.5亿。其他露天开采工艺所需設备成本虽比吊斗铲倒推工艺较少，但开采成本均高于此工艺。因此，对于国内露天煤矿开采工艺技术的发展方向主要有以下几点：

①大型高端开采设备国产化。露天煤矿开采装备受制于人的局面还没有彻底打破，如大型吊斗车、排土机等设备的还处于初步研究阶段。

②露天开采技术朝着绿色化、智能化方向发展。环保压力越来越大，露天开采对环境的影响必须要得以解决或缓解，同时高产高效的需求必须要依靠智能化水平来得以解决。

③加大科研投入，注重基础理论研究。国内的露天煤矿开采技术装备处于借鉴创新到自主创新转变的过渡期，自主创新需要有坚实的理论作为基础。

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