我国露天煤矿开采工艺发展状况综述.pdf

第 2 5卷 第 3期 2 0 0 8年 0 9月 采 矿 与安全 工程 学报 J o u r n a l o f Mi n i n g＆ S a f e t y En g i n e e r i n g V0 1 ． 25 No ． 3 Se p ． 2 0 08 文章编号 1 6 7 3 3 3 6 3 2 0 0 8 0 3 0 2 9 7 0 4 我国露天煤矿开采工艺发展状况综述 姬长 生 中国矿业大学 矿业 工程 学院 ， 江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 摘 要 文章 简要 介 绍 了我 国露天 开采 工 艺 的发展 过 程 ， 建 国初 期 主要 以单 斗铁 道 工 艺为 主发 展 至 1 9 8 0年代 以来转 向 以单斗 汽车 工 艺为主 ， 半连 续 开采 工艺 、 综合 开采 工 艺、 拉 斗 铲倒堆 工艺等 目前 各种 露天 开采 主流 工 艺并存局 面 的特 点和采 用 的主要 采掘 、 运输 设备 ． 介 绍 了 当前我 国露天 煤矿开采工艺的主要特点、 发展状况以及存在的主要 问题． 关键 词 露 天煤矿 ；开采 工 艺 系统 ； 综 述 中图 分类 号 T D 8 2 4 文献 标识 码 A On De v e l o p me n t o f S u r f a c e Co a l M i n i n g S y s t e ms i n Ch i n a J I C h a n g s h e n g S c h o o l o f Mi n i n g En g i n e e r i n g 。Ch i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g ＆ Te c h n o l o g y ，Xu z h o u，J i a n g s ．u 2 2 1 1 1 6，Ch i n a Ab s t r a c t Th e d e v e l o p me n t o f s u r f a c e mi n i n g s y s t e ms i s b r i e f l y i n t r o d u c e d ． S i n c e t h e f o u n d a t i o n o f t h e P e o p l e ’ S Re p u b l i c o f C h i n a i n 1 9 4 9 ， t h e s h o v e l ／ t r a i n s y s t e m h a v e b e e n u s e d a s t h e ma j o r s u r f a c e c o a l mi n i n g s y s t e m．Fr o m 1 9 8 0 s o n，t h e s u r f a c e c o a l mi n i n g s y s t e ms i n Ch i n a h a v e b e e n b e c o mi n g c o mb i n a t i o n s o f s h o v e l ／ t r u c k，s e mi c o n t i n u o u s mi n i n g s y s t e m i n c o mb i n a t i on wi t h mi ni n g s ys t e m s a nd dr a g l i ne s t r i p pi n g．The m a i n d i gg i n g a n d h a ul i n g e q u i pme nt u s e d i n p r e s e nt mi ni n g s ys t e m s a r e a l s o s u mm a r i z e d． Af t e r de s c r i b i n g t he ma i n c h a r a c t e r i s t i c s a n d d e v e l o p me n t i n Ch i n a ’ S s u r f a c e c o a l mi n i n g s y s t e ms ，t h e ma j o r p r o b l e ms f a c e d a r e a l s o p o i n t e d out ． Ke y wo r d ss u r f a c e c o a l m i n e s；mi ni ng s y s t e m s ；s umma r i z a t i o n 1 露天开采工艺 的发展 人类从事 固体矿物的开采从 4 5 万年前 的旧石 器时代开始 ， 露天开采石料口 ] ． 按 照固体矿物开采 方法分类 ， 主要分为露天开采和地下开采两大类． 露 天开采 固体 矿物 历经 约 4 1万 年开始 进入 地下 开 采． 据 国土 资 源部 网站 报道 ， 截至 2 0 0 6年 初 ， 中 国 已发现 1 7 1种矿产资源 ，查 明资源储量 的有 1 5 9 种， 其 中石油、 天然气 、 煤、 铀 、 地热 等能源矿产 1 O 种 ， 铁 、 锰 、 铜 、 铝、 铅 、 锌等金 属矿产 5 4种 ， 石 墨、 磷、 硫 、 钾盐等非金属矿产 9 1种 ， 地下水 、 矿泉水等 水气矿产 3种． 在我国 固体矿产资源 中， 露天开采 占很大的比重 ， 例如建筑材料、 石料等几乎全部 由 露天开采方法采 出， 化工原料 矿石 7 O ％以上用露 天 开采 方法 采 出 ， 黑 色冶金 辅 助矿石露 天 开采 比重 达到 9 0 以上 ， 铁矿石 9 0 以上 、 有色金属矿石 3 0 以上 由露天 开采方 法 采 出[ 2 ] ． 在世界主要产煤 国家中， 露天开采煤炭由于受 自然赋存条件限制 ， 比例有所不同． 目前我国是第 ～ 产煤大国， 但煤层赋存条件复杂， 适合露天开采 的比例不大． 目前露天开采产量 比重约占全国煤炭 产量的 8 左右． 1 9 9 6年美国露天开采所 占比例为 6 1 ， 原 东 德 占 1 0 0 ，西 德 占 5 4 ％， 俄 罗 斯 6 0 ． 9 ％， 澳大利亚 7 3 ． 8 ， 印度占 7 5 [ 3 ] ． 收稿 日期2 0 0 80 1 2 3 基金项 目国家“ 十一五” 科技支撑项 目 2 0 0 6 B AB 1 6 B 0 0 6 作者简 介姬长生 1 9 5 6 一 ， 男 ， 吉林 省舒兰县人 ， 教授 ， 博士 ， 博士生导师 ， 从事露 天开采工艺及设计理论 、 矿业系统工程 、 资源开发 与规 划 、 工业工程等方面的研 究． E ma i l c s j i c u mt ． e d u ． c n T e l 0 5 1 6 8 3 5 9 0 5 0 1 维普资讯 2 9 8 采矿与安全工程学报 第 2 5卷 露天开采是指作业场所敞露于地表， 直接揭露 覆盖 于 固体矿 物之 上 的岩 层 而 采 出 有用 矿物 的一 种开采方法． 主要特点是矿物埋藏浅 ， 生产能力大 ， 作业空问约束相对较小， 安全性能高 ， 矿 产资源 回 收率大 一 般在 9 0 以上 ， 平朔 安太 堡露 天矿达 9 9 ， 作业成本低 ， 劳动生产率高． 主要缺点是对 环境的直接影 响较 大 ， 开采作 业受气候 影响较大 风 、 雨、 雾、 雪 、 严寒等 ． 固体矿物用露天开采还是 地下开采主要 由剥采 比决定 ， 即开采单位有用矿物 资 源需要 剥离 多 少 无用 或 暂 时不 能 利 用 的 固体 覆 盖物． 剥采比大小主要受开采工艺及其成本大小的 影响， 并与当时条件下设备制造水平密切相关． 露天开采工艺 的发展从最初 由简单的人力开 采发展到今天的机械化大规模开采 ， 已经形成 了以 大型机械化开采为主的各种开采工艺并存的局面． 世 界各 国根 据 自身 矿 产 资源 赋 存 状 态 形 成 了各 具 特 色 的露天 开采 工艺 系统 ． 美 国中小型露天煤矿以单斗铲汽车工艺为主 ， 大 型矿 山 以单 斗 汽车 、 拉 斗铲倒 堆 配合半 连续 工艺 为主 ； 俄罗斯 以单斗铁道 、 单斗汽车工艺为主； 德 国形成了适合 自身埋藏条件的连续开采工 艺一轮 斗 铲带 式输 送机 采煤 工艺 ； 澳 大利 亚形成 了以拉 斗 铲倒 堆 为 主要工 艺 的 硬煤 开 采 工 艺 和 连 续 开采 工 艺 系统 为 主的褐 煤开 采工 艺． 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 ， 详见 表 1 ． 、 表 1 露天开采工 艺系统分 类 Ta b l e 1 Cl a s s i f i c at i o n o f s ur f a c e mi ni ng s y s t e ms 工艺分类 采用设备 I 间断 工艺 1 ． 单斗挖掘机铁道运输推土犁 挖掘机 A 2 ． 单斗挖掘机 汽车推土机 独立式3 ． 单斗挖掘机联 合运输 汽车铁 道 ； 汽车 箕斗 ；汽车溜井平 峒排土设备 B 1 ． 单斗挖掘机倒堆 合并式2 ． 拖拉铲运机开采 I I 连 续 工艺 1 ． 多斗挖掘机带式输送机排 土机 独 主 式； 娄 羹 矗 案 嘉 土 B 1 ． 多斗挖掘机运输排土桥 合并式2 ． 带排土臂的轮斗挖掘机 I I I 半连续 工艺 1 ． 单斗挖掘机汽车半固定破碎 机带式 输送机 2 ． 单斗挖掘机移动破碎机带 式输送机 3 ． 多斗挖掘机汽车或铁路 4 ． 上述间断／ 连续工艺的不同组合 2建国 以来我 国露天煤矿开 采工艺 的发展 1 9 4 9 年 中华人 民共 和国成立 以后 ， 我 国露天 煤矿开采工艺的发展大体经历 2 个主要 阶段 第 1阶段从 建 国开 始 到 1 9 8 0年 代 初 期 ， 开 采 工艺系统以单斗铁道工艺 占据绝对主导地位 ， 如表 2 l_ 5 所列 当时正在生产的 1 2座国有露天煤矿 ， 其中 单斗铁道工艺比例占8 3 ． 3 3 ， 单矿平均设计生产 能力 1 7 2 ． 9 2万 t ／ a ， 实 际核定生产 能力 1 3 7 ． 5万 t ／ a ． 表 2 1 9 4 9 1 9 8 0年我国主要露天煤矿开采工艺 系统 Ta b l e 2 S ur f a c e c oa l mi n i n g s y s t e ms u s e d i n s t a t e - own e d m i n e s f r o m 1 94 9 t o 1 98 0 第 2阶段以 5大露天煤矿为代表， 伊 敏河 、 霍 林河 、 平朔安太堡 、 黑岱沟、 元宝山露天煤矿相继投 产 ， 其 中以 ] 9 8 7年平朔安太堡露天煤矿建成投产 为标志 ， 国内首个产量过千万 吨的特大型露天煤矿 问世 ， 露天煤矿开采工艺转向剥离 以单斗汽车工艺 为主， 进而转向采煤半连续开采工艺 ， 全矿综合开 采工艺为主导的露天煤矿开采工艺系统． 随着我国改革开放的进程 的不断推进 ， 露天煤 矿 的开 采规 模发 生 了质 的飞跃 ， 千 万 吨级 的特大 型 露天矿山陆续投产 ， 1 4个生产能力达百万 吨级及 以上的露天煤矿平均设计年生产能力 1 4 8 8 ． 0 7万 t ， 总能力达到 2 0 8 3 3 万 t ， 单矿平均设计 的核定年 生产 能 力较 1 9 8 0年前 投 产 的 1 2个 主要 露 天 煤矿 设计生产能力提高了 8 ． 6 1 ～1 0 ． 8 2倍 ； 各种开采工 艺系统 也 陆续在 我 国 出现 ， 如 连 续 工 艺 、 拉 斗铲 倒 堆工艺 ， 使得 目前世界上各类主流露天开采工艺系 统在我 国露 天煤 矿一 一实 现 ， 详 见 表 3 [ 6 ] ． 维普资讯 第 3 期 姬长生 我 国露天煤矿开采工艺发展状况综述 表 3 1 9 8 0年以后我国建设的主要露天煤矿开采工艺 系统 Tab l e 3 Su r f a c e c o a l mi ni ng s y s t e ms u s e d i n s t a t e - own e d mi n e s s i n c e 1 98 0 改 革开放 以后 ， 我 国 5大露 天煤 矿开 采工 艺 的 主要特点是 由过去 的单一 由单斗铁道工艺为主转 向以单斗汽车、 半连续 、 综合工艺方向全面发展， 没 有哪一个大型矿山以某种单一工艺系统唱独角戏． 其 中最具代表性的矿山为准格尔黑岱沟露天煤矿 ， 几乎汇集了目前世界上大型露天矿 山各种现存 的 开采工艺系统 上部黄土采用 了轮斗一 带式输送机 连续 工 艺系统 ， 单 斗 汽 车 工 艺 辅 助作 业 ； 中部 岩 石 初期 以单斗汽车工艺为主， 2 0 0 7年 1 1月 国内引进 的第 1台大型迈步式拉斗铲投入试运行 斗容 9 0 m 。 ，回转 半径 1 0 0 m， 自重 5 3 0 0 t ， 在我 国露 天矿 首次实现倒堆剥 离 内排工艺 系统； 采煤 以单斗汽 车一 坑边半固定破碎站一 带式输送机将煤 炭运至地 面选 煤 厂 ； 整 个矿 山 的综合 开采 工艺 系统 既包括 了 间断工艺系统 、 连续工艺系统、 半连续工艺系统 ， 又 包含 了独立式 的拉斗铲直接倒堆开采工艺系统． 露天矿山采用单斗汽车工艺 的主要优点是作 业灵活 ， 推进速度快， 缺点是合理运距较短 一般在 2 ～4 k in ， 燃 油 消耗 大 ， 空 气 污 染 严 重 ， 吨 公 里 运 费是 目前露天矿山所用运输方式 中最高的． 黑岱沟 露天矿弓 f 进大型拉斗铲用于煤层上部 岩石 的直接 倒堆 ， 节省 了大量汽车及油耗 ， 简化 了开采工艺系 统， 减少了辅助设备用量 ， 因而可以大大 降低开采 成本 ． 3 目前 阶段我 国露天煤矿 开采工艺的特点 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． 1 9 8 0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 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 1 0 0 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 3～ 4 m。 提高到 2 5～ 2 7 m。 安太 堡矿于 2 0 0 6年引进了斗容 5 5 m。的单斗挖掘机 ； 黑岱沟 2 0 0 7 年引进 6 0 ． 4 m。 单斗挖掘机 ； 运输汽 车载重 由 2 0 ～3 2 t提 高到 1 5 4 ～1 9 0 t 黑岱 沟 2 0 0 7年 引进 3 2 6 t 载重 汽 车 ． 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 ； 还有就是决策的科学化 、 民主化进程受计划 经济时代影响， 对于露天开采 的重视程度不够． 在 维普资讯 3 0 0 采矿与安全工程学报 第 2 5 卷 改革开放初期 ， 我国中部某个煤 田非常适合露天开 采 ， 结果划归地下开采 ， 造成资源 的极大浪费． 实际 上 ， 我 国探 明适 于露天开采 的煤炭储量 已经超过 4 0 0亿 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 ． 近 3 0 a 来 ， 世界各 国在露天 开采设 备制造方 面 日趋理性化 ， 由 1 9 8 0年代前后一度片面追求大 型化转向追求最佳匹配与经济最优化方面． 例如， 曾经生产的单斗机械铲最大斗容 1 3 8 m。 1 9 6 0年 代投入生产 ， 拉斗铲斗容 1 6 8 m。 B E - 4 2 5 0 W ，臂 长 9 4 ． 5 m， 1 9 6 9年制造 ， 运煤 汽车最大载重达 1 0 0 0 t ， 到 目前 主 流单 斗 机 械铲 斗 容 一 般采 用 1 5 ～ 3 0 m。 ， 配合载重 1 5 O ～ 3 2 0 t 的汽车口 ] ， 拉斗铲澳 大利亚主要采用 4 5 ～4 8 m。 斗容 ， 美国 目前主 要采 用 4 2 ～8 8 m。 斗 容I 1 ． 4 存在的 问题 我国露天煤矿开采工艺发展过程中， 存在的主 要 问题是 自主研 发的开采设备少 ， 质量不过关 ， 制 造能力无法适应大型露天采矿事业发展 的需要． 比 如大型汽车轮胎 ， 使 用寿命仅及进 口轮胎寿命 的 5 O ； 目前 大 型露 天煤 矿使 用 的单 斗挖 掘 机 、 重 型 汽车等设备绝大部分依靠进 口； 设备维修水平有待 提高 ； 适合我国露天煤矿具体埋藏条件的开采工艺 系统研 究需 要进 一 步 加 强 ， 包 括 设 备规 格 、 作业 参 数 、 合理的运煤方式选择等 ； 半连续开采工艺系统 中的关键设备一破碎机的研发工作亟待加强． 参考文 献 [ 1 ] KE NNE D Y B A．S u r f a c e Mi n i n g ，2 n d E d i t i o n l, M] ． Col or a do Soc i e t y o f M i ni ng， M e t a l l ur gy a nd Ex pl or a t i o n I nc ．， 1 99 0 ． [ 2 ] 骆 中洲．露天采矿学 [ M] ．徐州 中国矿业学 院出版 社 ， 1 9 8 6 ． [ 3 3 张幼蒂 ， 姬长 生．矿 业集 中化开发探 讨[ c ] ／ ／ 全 国第 八 届矿业系统工程会议 论文集． 北 京 煤 炭工 业 出版 社 ， 2 0 0 2 ． [ 4 ] F UNG R ．S u r f a c e C o a l Mi n i n g T e c h n o l o g y ， E n g i ne e r i n g a nd En vi r o nme nt s p e c t s。No ye s Da t a Co r p o r a t i o n [ M] ．Ne w J e r s e y P a r k R i d g e ， 1 9 8 1 ． [ 5 ] 贺全超 ， 杨朝 阳， 罗随月 ， 等 ．平朔安家岭露 天煤矿扩 能改造 工艺选择[ J ] ．露天采矿技术 ， 2 0 0 6 1 1 - 3 ． HE Qu a n - c h a o，YANG Ch a o y a n g，L UO S u i ～ y u e ，e t a 1 ． S e l e c t i o n o f e n l a r g i n g a b i l i t y t r a n s f o r ma t i o n c r a f t i n P i n s h u o A n j i a l i n g o p e n - p i t c o a l mi n e [ J ] ．Op e n c a s t Mi n i n g Te c h n o l o g y ，2 0 0 6 1 1 - 3 ． [ 6 ] 王平亮．黑岱 沟露天 煤矿扩 能改 造后 轮斗工 艺系 统 的布置方式[ J ] ．露天采矿技术 ， 2 0 0 6 3 1 1 1 3 ． W ANG Pi n g ～ l i a n g ． W h e e l e x c a v a t o r c r a f t s y s t e m l a yo ut mod e a f t e r e nha n c i ng t hr o u ghou t t r a ns f or ma t i o n i n He i d a i g o u o p e n - p i t c o a l mi n e [ J ] ．Op e n c a s t M i n i n g Te c h n o l o g y ，2 0 0 6 3 1 1 1 3 ． [ 7 ] 马军 ， 才庆祥 ， 陈树召．露 天煤矿 单斗 挖掘机 一卡 车工艺发展探讨[ J ] ．露天采矿技术 ， 2 0 0 6 6 1 - 3 ． MA J u n。CAI Qi n g x i a n g，CHEN S h u z h a o ．De v e l - o p me n t d i s c u s s i o n o f s i n g l e t r u c k s h o v e l - t r u c k t e c h n o l o g y i n s u r f a c e c o a l mi n e [ J ] ．Op e n c a s t Mi n i n g Te c h n o l o g y ，2 0 0 6 6 1 - 3 ． r 8 ] ATLI NS ON T，BURDON R G． Ad v a n c e d s u r f a c e mi n i n g t e c h n o l o g y p r o j e c t r e p o r t [ M] ．S y d n e y Th e Uni v e r s i t y of Sy dn e y，1 98 4． [ 9 ] MAR T I N C H．Au s t r a l a s i a n c o a l mi n i n g p r a c t i c e [ M] ．1, s ． 1 ． ] Th e Au s t r a l a s i a n I n s t i t u t e o f Mi n i n g M e t a l l ur gy，1 98 6． [ 1 O ] 耿兆瑞．当代美 国煤炭工业 [ M] ．北京 煤炭工业 出 版社 ， 1 9 9 7 ． 1, 1 1 ] 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 ， 1 9 9 6 1 0 1 0 1 2 ． ZHANG Yo u d i ，CAI Qi n g x i a n g，LI Ke - mi n，e t a L C h a r a c t e r i s t i c s o f t h e wo r l d d e v e l o p me n t o f s u r f a c e mi n i n g t e c h n o l o g y a n d p r o p o s a l s o n t h e p r o g r a m f o r s u r t a c e mi n i n g t e c h n o l o g y o f C h i n a [ J ] ． Ch i n a Co a l ，1 9 9 6 1 0 1 0 1 2 ． 维普资讯