露天煤矿开采技术与未来发展趋势
露天煤矿开采技术与未来
发展趋势
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我国露天煤矿开采技术与未来发展趋势
作者：高鹏飞马骁史磊
来源：《科学与财富》2016年第19期
摘要：本文介绍了国内露天煤矿开采现状，探讨了露天煤矿开采技术装备以及未来的发展趋势。
关键词：露天开采，大型化，集中化
1 露天开采技术概述
露天采矿是指利用一定的采掘运输设备，在敞露的空间从事开采作业，已经广泛用于开采煤炭、金属矿、冶金辅助原料建筑材料及化工原料等矿床。当今世界95%以上的能源和80%以上的工业原料都来自矿产资源。我国铁矿石90%，有色金属矿石52%，化学原料矿石%，建材矿石近100%采用露天开采方式，煤炭虽然是我国的主要能源，但露天开采比重不足10%。
目前已建成或正在改扩建的千万吨露天煤矿有准格尔黑岱沟露天煤矿（a），宝日希勒一号露天煤矿（a）、魏家峁露天煤矿（一期a，二期）、白音华三号露天煤矿（a）、锡林浩特胜利东二号露天煤矿（a）、神华新疆准东露天煤矿（a）和新疆帐篷沟露天煤矿（a）等。
经过多年的发展，我国煤炭矿山的露天开采工艺有：
（一）间断开采工艺。有单斗—铁道开采工艺、单斗—卡车开采工艺等。
（二）半连续开采工艺。有单斗—卡车—半固定破碎机—带式输送机开采工艺、单斗—移动式破碎机—带式输送机开采工艺等。
（三）连续开采工艺。轮斗—带式输送机—推土机开采工艺。
（四）拉斗铲倒堆开采工艺。
（五）综合开采工艺。
根据煤炭工业发展“十二五”规划，到2015年，全国煤炭生产能力将达到41亿吨/年，煤炭产量控制在39亿吨/年左右，其中露天煤矿生产能力将达到8亿吨/年，千万吨级矿井（露天）达到60处，我国煤炭露天开采将进入新的发展阶段。
2 我国露天煤矿开采的技术现状
我国露天煤矿经过了半个多世纪的发展，已进入了大型化、集中化、现代化的新时代。尤其是引进国外先进的露天采矿设备以及计算机技术的广泛应用，大大提高了露天煤矿开采的效率。
开采方式
我国现有生产露天矿采用的开采程序都比较单一，主要采用缓工作帮、全境界开采方式。煤矿绝大多数采用工作线呈平行走向分布，垂直走向推进的纵向开采方式。
露天矿开拓的核心问题是运物方式。目前采用的开拓方法主要有铁路运输、公路运输、铁路与公路联合运输、汽车箕斗联合运输、汽车破碎机带式输送机运输等。
开采设备
穿孔是坚硬矿岩露天矿的主要生产环节之一。目前我国金属矿山主要采用孔径250mm的牙轮钻和孔径200mm的潜孔钻，部分矿山使用孔径310mm的牙轮钻和孔径250mm的潜孔钻。
近年来，我国露天矿在爆破技术和新型炸药研制方面取得较大进展。在露天矿基建剥离时，成功地进行了万吨级大爆破和数十次百吨级和千吨级的大爆破，掌握了在各种复杂条件下进行松动爆破、抛掷爆破及定向爆破的技术。在炸药加工方面，成功研制出了多胺油炸药、多孔粒状胺油炸药、乳化炸药和防水浆状炸药。
我国大、中、小型露天矿一般采用1～挖掘机进行采装。这种挖掘机对大型露天矿来说，规格小，效率低，全年效率一般为100～120万吨。目前少数大型露天矿采用6m3和挖掘机装载，全年效率可达400万吨左右。
尤其是露天煤矿采用的半连续工艺，其工艺系统环节的配合与设备选型、开拓运输方式、破碎机类型、设置及破碎过程参数选择、工艺系统的可靠性等均对半连续工艺系统的经济效益产生影响。因此，设计部门、生产企业对半连续工艺系统的优化具有重大的经济意义。我国露天煤矿建设中，先后引进英国、德国、美国等国家的挖掘机、大型卡车、破碎机。
运输设备
露天矿铁路运输采用重80吨、100吨和150吨的重联（两台80t牵引机车经改造连成一体）的电机车和载重60吨的翻斗车。汽车运输一般使用载重20～40吨级的自卸汽车。少数矿山使用了100吨级的电动轮汽车，个别矿山还引进了170吨的载重汽车。
3 我国露天开采工艺技术发展趋势
高效集约化矿井建设是煤炭工业的发展方向。我国露天开采技术今后的发展方向是开采规模大型化、工艺设备大型化、工艺连续化和半连续化、开拓方式多样化，并且扩大电子计算机、系统工程等学科在露天矿设计、规划和生产中的应用，便于选择最优方案，并使生产管理现代化。
设备大型化与开采集中化
目前煤矿使用的电铲最大斗容量已达，在大唐国际锡林浩特矿业公司率先实现使用，与之相配套的卡车最大装载质量达360t，液压挖掘机最大铲斗容量达55m3，拉斗铲的铲斗客积达160m3；轮斗挖掘机日生产能力24万m3；移动式破碎机破碎能力超过10000t/h。
开采工艺连续化
现在露天采矿最具代表性的全连续工艺是轮斗挖掘机—带式输送机—排土机工艺，具有高效率、低成本的特点。但由于矿产资源埋藏和地质条件不同，连续工艺的应用受到限制。
半连续工艺能够更好的适应各类矿藏埋藏条件，达到了广泛应用。其中最典型的半连续工艺是单斗—卡车—半固定破碎站—胶带输送机系统，该工艺同时具备单斗—卡车适应性强和带式输送机成本低的优点，在国内许多大型露天煤矿达到了广泛应用。此外，单斗—移动式破碎机—胶带输送工艺系统，能够实现坑内破碎后直接接入胶带机运输系统，并实现多台阶运行，在我国伊敏河露天煤矿投入了使用，中电投白音华露天煤矿也将试用该工艺。
近几年，多种开采工艺综合应用已经成为大型露天矿开采的一种发展模式。例如我国自行设计自行组织建设与管理的准格尔矿区黑岱沟露天矿上部黄土采用轮斗挖掘机—胶带运输机—排土机连续工艺；岩石剥离采用吊斗铲倒堆—单斗电铲—卡车间断工艺；下部煤层采用单斗电铲—卡车—半固定破碎站—胶带运输机半连续工艺，成为世界露天煤矿工艺与设备集大成者。
表土剥离采用轮斗挖掘机—胶带系统，硬岩剥离采用抛掷爆破与巨型吊斗铲倒堆工艺，辅之以单斗电铲—卡车用于剩余硬岩的剥离工程，采煤采用单斗电铲—卡车—半固定破碎站—胶带运输机工艺。这种综合工艺系统充分发挥了各种工艺的优势，取得了很好的经济效益。
智能化矿山建设
随着计算机技术的不断发展，电子信息技术广泛应用到露天开采的各个领域。从矿床勘探、地质模型的建立到矿山设计，从矿山的生产管理、流程调度到设备故障监测，计算机已经成为矿山露天开采当中不可缺少的工具。
安全生产及环境保护规范化
合理充分开发和利用矿产资源，重建矿区生态环境，保持矿山可持续发展，已经受到人们的普遍关注。在矿山环境保护方面，土地复垦、三废处理、高陡边坡防治及煤炭自燃等问题都给人们不断提出新问题，促使人们不断深入研究露天采矿与生态重建一体化等新理论、新方法和新技术。
4 结束语
文章分析了我国露天开采技术与未来发展趋势，对于整个行业有一个比较宏观的把握，相关内容值得从业人员参考与借鉴。
参考文献
[1] 曾宪辉，林连宝，邹凯.紫金山金矿地下采空区顶板上露天台阶失稳的控制[J].有色金属，2012，54（2）：93—97.
[2] 林连宝.紫金山金矿地下转露天开采采空区围岩工程地质特征及危害控制[J].有色矿山，2013，32（2） 10一14.
[3] 张建民.中国地下煤火研究与治理[M].北京：煤炭工业出版社，2008.