露天煤矿开采工艺及其发展趋势研究

摘要：经过了几十年的发展，现代开采新技术新工艺的引入，使在条件适宜地区露天开采成本大幅度下降，劳动生产率大幅度提高，获得显著经济效益。我国露天煤矿开采技术取得了长足的发展和进步。同时，露天煤矿产量占全国煤矿产量比重逐渐增加，本文回顾了国内外露天煤矿发展现状，系统的分析了目前露天煤矿开采技术及其新工艺发展的特点，并明确其发展不足。指出了露天煤矿未来的发展方向，即对露天开采工艺不断进行创新。大型、新技术、综合工艺、集约化生产、绿色环保开采、数字智能化管理是未来露天采煤工艺和技术发展的主要趋势。

1.露天煤矿开采技术发展现状

1.1世界露天开采技术发展现状及特点

世界经济发达国家煤炭工业现阶段发展特点是，依据本国煤田赋存条件超前发展露天采煤，世界露天采煤量占总采煤量的比重不断增加。开采条件好的国家露天开采比重均超过50%。加拿大88. 0% 、德国78.3%、，美国61.5%、俄罗斯56.1% 、南非52.9% 。逐渐形成了各具特点的露天采煤工艺，其中具有代表性的有美国、澳大利亚、俄罗斯及印度。

1.2我国露天煤矿技术发展现状

我国煤炭储量中适合露天开采的储量有641亿t，按经济剥采比褐煤4.0、烟煤6.0计算， 露天可采的经济储量约460亿t，主要分布在内蒙、云南、山西、新疆4大地区。其中内蒙250亿t；云南100亿t；山西70亿t； 新疆30亿t（其他地区10亿t）。储量勘探程度较高，均为精、详查储量，分布地区处在煤炭工业建设重点西移的战略规划区，可供特大型、大型露天矿区开发。可见煤炭资源并不是制约我国露天采煤发展的因素。我国露天采煤发展几经曲折，产量比重始终停留在3%—4%。近年来，露天煤矿产量占全国煤矿产量比重逐渐增加，由2002年的4%左右提高到2010年的9%左右。

2.现阶段露天煤矿开采工艺的特点

目前，露天矿常用的开采工艺系统主要根据开采的物料流是否连续进行划分，分为间断式（ 亦称周期式）、连续式和半连续3 种，也有将其分为间断式和连续式2种的分类方法（ 如美国露天采煤工艺分类法）；也有根据开采工艺的主要环节（采掘、 运输、排卸）是否由不同设备完成分为独立式与合并式开采工艺系统两类。

露天煤矿开采工艺系统的发展主要取决于煤层的赋存条件和设备制造能力。 1980 年以来，我国新建的大型露天煤矿开采工艺系统的主要特点是：

（1） 剥离以单斗汽车工艺为主，5大露天煤矿（ 伊敏河、霍林河、安太堡、黑岱沟、元宝山） 均采用了此类工艺； 后续建设的露天煤矿也纷纷采用单斗汽车工艺系统用于剥离；

（2） 表土剥离在条件适宜的矿山采用了连续工艺系统， 例如黑岱沟、元宝山、哈尔乌素， 布沼坝；

（3） 煤炭开采以半连续工艺系统为主，表3所列生产能力在百万t 以上、开采深度超过100 m 的露天煤矿莫不如此；

（4） 大型矿山均采用了综合开采工艺系统，即单一矿山采用两种或两种以上开采工艺系统同时运行；

（5） 具备条件的矿山开始考虑引进大型拉斗铲倒堆工艺，如黑岱沟、哈尔乌素等；

（6） 开采运输设备大型化趋势加速，单斗挖掘机由过去斗容34 m3 提高到25～27m3；运输汽车载重由20～232t提高到154～2190t。

露天开采工艺系统的发展，取决于开采设备制造能力的提高程度。我国露天采煤的年生产能力在全国煤炭生产能力中所占比例不高，一方面是煤层赋存条件复杂，适合露天开采的储量比例不高；另一方面设备制造能力跟不上，国外设备占据大部分份额。实际上，我国探明适于露天开采的煤炭储量已经超过400 亿t，加快露天开采矿山的建设速度，提高资源的利用率，对于我国这样一个人口大国，资源人均占有量远不及世界平均水平的国家来说意义十分重大。

3.露天煤矿开采技术发展趋势

露天煤矿开采技术是露天采煤科技发展的主题， 露天采煤工艺是发展露天采煤技术的最活跃的因素， 露天采煤工艺和技术的创新， 则是露天矿安全及生产能力得以充分发挥的重要保证。大型、新技术、综合工艺、集约化生产、绿色环保开采、数字智能化管理是未来露天采煤工艺和技术发展的主要趋向。

3.1设备大型化、开采集中化、生产规模化

坚持对优势煤炭资源实行集中化开采， 发挥大规模生产的优势， 提高煤炭开采的经济效益，实行大集团经营战略， 实现高度集约化经营。由大型企业集团占有煤炭生产、销售份额，是煤炭集约化开发一个重要趋势， 露天开采可实现优势资源的集约化开采， 实现大规模生产的高效益。

3.2基于传统开采模式上的创新

随着与露天煤炭开采相关的科学技术的日新月异的发展，基于传统开采模式的创新是大势所趋。这种技术与矿山生产协调有序发展，将会越来越多的吸纳其他科研成果和技术手段，促使相关学科交叉融合，催生新兴科技成果与技术手段。如，露天煤矿时效边坡分析与二次设计技术，以往露天煤矿边坡采用静态、均一、永久性设计，端帮边坡角缓；端帮设置运输通道，边坡进一步变缓，造成端帮压煤，并且多占用土地。

3.3露天煤矿绿色开采技术

露天煤矿开采环境问题复杂、多样、特殊、敏感，由于特定历史因素影响对矿业城市地质环境和生态环境的影响和破坏非常巨大。露天煤炭绿色开采技术是未来露天煤炭开采技术的发展趋势。

3.4露天煤炭开采数字化、自动化

如今，已有多种新技术可以供应并且可以用于露天开采， 其中不仅有先进的数字计算技术设备，而且还有精密可靠的全球卫星定位系统、高速高频双向无线数据通信技术、平面显示器等等。同时，这些新技术乃是目前正在开发的各种矿山控制系统的基础。

矿山数字化是国家战略资源安全保障体系的重要组成部分，是评价矿山资源生态环境的重要数据基础。数字矿山建设是资源可持续发展的重要基石，是化解高危行业风险的根本途径。数字矿山是建立在数字化、信息化、虚拟化、智能化、集成化基础上的，由计算机网络管理的管控一体化系统，它综合考虑生产、经营、管理、环境、资源、安全和效益等各种因素，使企业实现整体协调优化，在保障企业可持续发展的前提下，达到提高其整体效益、市场竞争力和适应能力的目的。数字矿山的最终目标是实现矿山的综合自动化。

4 结语

近年来，我们欣喜地看到，我国露天煤矿开采技术取得了长足的发展和进步。一是露天煤矿产量占全国煤矿产量比重逐渐增加。二是露天煤矿开采特点正在向高度集中化、集约化方向发展，开采工艺正在向多样化、综合化和半连续化方向发展。露天煤矿开采工艺由以单斗—铁道运输为主导向以单斗—卡车运输为主导的开采工艺发展，尤其是连续开采工艺和半连续开采工艺得到了迅速发展，吊斗铲倒堆开采工艺受到重视并开始实施。三是露天煤矿开采装备正在向大型化、系列化、自动化方向发展。四是露天煤矿边坡稳定与安全技术也从初始阶段的认识不足、认识不清到越来越受到重视，边坡稳定技术与手段越来越成熟、先进、有效，保障了露天煤矿的安全高效生产。这些，对发展露天采矿理论和新工艺、新设备的研究具有重要意义。

参考文献：

[1] 骆中洲. 露天采矿学[M] . 徐州： 中国矿业学院出版社， 1986.

[2] 张幼蒂，才庆祥， 李克民， 等. 世界露天开采技术发展特点及我国露天采煤科研规划建议[J]. 中国煤炭， 1996（10）.

[3] 翟宏新，露天煤矿开采工艺及设备的新进展[J]，矿山机械，2008（19）.

[4] 许志中，李永强等，我国露天矿山开采的薄弱环节及对策分析[J]，矿业快报，2006（10）.