露天煤矿开采技术发展趋势

1绪论1.1选题背景1.1.1 能源消费格局短期内仍以煤炭消费为主能源是人类社会发展进步的物质基础。

本世纪的头20年是中国经济社会发展的重要战略机遇期，同时也将面临许多新的重要变化和挑战。

煤炭一直是我国的基础能源，在一次能源的生产及消费结构中均占到70%，远高于国际能源25％的消费水平。

2010年，全国原煤产量完成32.4亿吨，同比增长8.9%；煤炭开采及洗选业完成固定资产投资3770亿元，同比增长23.3%；煤炭出口量完成1903万吨，同比下降15%，出口金额为23亿美元，下降5.2%；煤炭进口量完成16478万吨，同比增长30.9%，进口金额169亿美元，增长60.1%。

[1]初步核算，2010年能源消费总量32.5亿吨标准煤，比2009年增长5.9%。

煤炭消费量增长5.3%。

用煤行业的增长速度均超过煤炭行业，来自下游的强劲需求使得煤炭供需缺口有进一步扩大的趋势。

"十五"是我国煤炭工业快速恢复和发展时期，2005年煤炭产量已经超过20亿吨。

2010年煤炭产量超过30亿吨，由煤炭供应偏紧转向供需基本平衡。

"十一五"期间我国煤炭工业转入比较平稳的发展势头，煤炭产量平均每年增长5%左右。

图1-1全国煤炭产量走势图Fig.1-1The diagram of the coal production of China1.1.2我国露天采煤量比重将有较大提高经过了几十年的发展，我们欣喜地看到，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，由2002年的4%左右提高到2010年的9%左右。

此外，根据《煤炭工业"十一五"发展规划》，全国将重点建设10个千万吨级现代化露天煤矿。

在这种大的宏观经济和能源供需背景下，我国煤炭露天开采又进入了新的发展阶段。

1.2研究意义以煤炭为主的一次能源消费结构格局, 在我国将长期存在, 合理开发煤炭资源, 走可持续发展道路,已成为共识。

实现煤炭资源合理持续健康发展, 就开采技术而言, 首先要实现煤炭工业开采技术的现代化, 一方面要科学利用煤炭资源, 降低资源耗竭速度, 延长资源服务年限, 做到相对可持续；另一方面煤炭生产要向集约、高效、洁净、环保方向发展, 在有条件的地区大力发展露天开采。

露天开采具有安全、高效、易复垦、回采率高、成本低,便于采用数字信息技术等特点,世界各产煤大国无一不优先发展露天开采。

世界主要产煤国如加拿大露采产量比重为88%、德国78%、美国61. 5%、俄罗斯56%。

我国煤炭资源赋存条件相对较差, 煤层埋藏深,从而造成中国煤炭开采主要以井工开采为主, 露天开采产量仅为9%左右。

经济发达国家露天开采成本比井工低75%-83%，生产效率比井工高7-9倍。

我国露天开采与井工开采相比，吨煤投资比井工低20%-30%，建设工期短1/4-1/3，生产成本低15%-30%，生产效率高1倍以上，煤炭回收率达95%，百万吨死亡率为国有井工矿1/30。

如果我国露天采煤比重由目前提高，煤炭资源回收率也会相应提高，在未来可节约可采储量数百亿吨。

由此可见，从开采技术方式入手,提高露天采煤产量在总产量中的比重，是实现煤炭资源有序合理开发，提高煤炭资源安全保障程度十分重要的途径之一。

[2]但是，我国露天煤矿开采技术与国外先进水平相比，仍存在着规模小、产业集中度低、经济效益较低，技术工艺与装备水平、设备制造水平相对落后，自动化程度低，大型成套装备国产化程度低、进程较慢等问题。

所以，发展我国大型现代化露天开采技术对于我国走新型工业化道路具有重要意义。

[2]王庆一.中国煤炭工业演变及前景[J].中国煤炭,20011.3研究思路本文采取下列方法进行论文的资料收集、整理以及分析研究工作。

1)文献法，即搜集、鉴别、整理有关露天煤矿开采技术的文献，通过对相关文献的研究了解国内外露天煤矿开采技术发展现状，并从中收集所需材料。

2)定性定量分析法，对搜集到的相关材料进行整理分析，在定性定量分析的基础上总结出露天煤矿技术发展存在的问题。

3)多学科综合研究法的运用。

2 露天煤矿开采技术回顾与发展现状2.1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，1952年为23.4%，1981年为40.1%，1988年为50.2%，2000年约65%。

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%、印度73.8%、澳大利亚70.0%、印尼70.0%、美国61.5%、俄罗斯56.1% 、南非52.9% 、波兰33.3%、英国23.6%、日本11.6%。

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。

[3]2.1.1设备大型化、开采集约化美国、澳大利亚等西方国家单斗—卡车间断开采工艺，电铲斗容已达76.5m3，与之相匹配的卡车载重量达363t。

俄罗斯单斗-铁道间断开采工艺，电铲斗容达12—16m3，电机车牵引重量360—480t，使单斗-铁道露天矿生产能力提高到一个新水平；集约化开采主要特征：露天矿数目减少，单个露天矿生产能力增大，开采强度加大。

如德国莱茵矿区，1950 年代有23个露天矿，1990年代减为4个，目前减少到3个，产量则保持在1亿t左右；俄罗斯、哈萨克斯坦等国已建成年产量达50—60Mt/a露天煤矿，年产量20Mt/a以上的露天煤矿则遍及美、俄、澳、波、捷、印等国。

[4]2.1.2开采工艺合并简化、作业连续化美国利用其特殊的煤田地质赋存条件和简化工艺的原则，发展了无运输拉斗铲倒堆工艺，甚至一个大型露天煤矿就一台巨型拉斗铲进行倒堆剥离，形成了具有特色的工艺方式。

俄罗斯在开发西伯利亚地区露天煤田时，也充分利用了这一原则，无论是近水平煤层，还是倾斜煤层拉沟露煤都巧妙地利用拉斗铲剥离倒堆。

德国形成了典型轮斗铲连续开采工艺。

目前轮斗铲生产能力达30×104m3 /d，形成了特大型露天煤矿。

1960年代印度褐煤露天矿首先进行了高切割力轮斗铲采掘砂岩和硬褐煤试验，结合本国煤田地质赋存条件开展了技术攻关，相继完成了高切割力轮斗铲、耐磨斗齿研制和松动爆破、爆破块度控制等技术难题的攻关工作。

目前，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。

1970年代美国、澳大利亚等国开始在单斗-卡车剥离间断开采工艺中加入了移动破碎机，目前[3]张幼蒂.现代露天开采技术国际发展与我国露天采煤前景[J].露天采矿技术,2005移动破碎站生产能力可达6000—8000t/h。

[5]2.1.3开采技术综合化、高效化随着露天煤矿开采高度集约化，露天煤矿开采范围趋于扩大，开采深度增加，境界内煤田地质条件复杂多变，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。

近十年来，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。

美国、俄罗斯、印度、哈萨克斯坦等国家，在大型和特大型露天矿开发中均成功的运用了这一模式。

在同一露天矿不同部位，依据煤田地质条件，采用不同的开采工艺, 以获取最大经济效益。

2.1.4注重科技攻关露天采煤发达的国家，在露天开采科研与设计理论方面已形成一个完整体系，保证了开发建设露天矿工艺系统简单、高效、投入少、效益好。

如俄罗斯埃基巴斯图兹露天矿区发展顺利的重要原因是开发前进行了十余年大量研究工作；德国莱茵矿区、印度辛劳利矿区也是经过多年科技攻关才开发成功的。

2.1.5实施开采-复垦一体化，保持环境可持续发展无废料开采工艺技术得到了广泛应用，实施开采-复垦一体化工艺技术，边开采边复垦。

并在复垦土地修复、矿山生态重建、高边坡控制与滑坡防治、煤炭自燃防治等方面提出了许多新的技术问题。

2.1.6利用信息技术、数字技术建设管理矿山随着计算机、通信技术及全球卫星定位技术日新月异的发展，智能性监控管理系统已应用于露天矿山，GPS数据收集定位系统，数字矿床模型与计算机辅助设计系统，可视监控系统，宽带高速双向通信系统等技术，已成为露天矿山生产监控与管理不可缺少的有力工具。

[6]2.2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[5]贺佑国,王瑞武,等.国外天煤矿的发展趋势[J].中国煤炭,1998[6]王运敏.冶金矿山采矿技术的发展趋势及科技发展战略[J].金属矿山,2006250亿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。

[7]2.2.1我国露天煤矿发展历程20世纪50—60年代提出了优先发展露天采煤方针，在苏联的援建下，兴建了海州、抚顺、新丘等第一批露天煤矿，全国露天煤矿年产能为2000余万吨。

这一阶段的露天开采工艺，以单斗—铁道工艺为主。

较大型露天矿采用3—4m3单斗电铲，向标准轨（ 1435mm）列车装车；小型露天矿则多采用1m3电铲装载窄轨（900mm以下）矿车，只有个别矿山采用卡车运输。

准轨机车粘着质量为80—150t，自翻车载重50—60t。

显示了露天采煤良好经济效益和优越性，可惜限于地质勘探落后，未能持续发展，反而出现了停滞。

1960年代建设了哈密、岭北、扎赉诺尔、平庄、义马等露天煤矿，形成第二个露天煤矿建设高潮，这批露天煤矿几乎都受到大跃进的影响，推行“三边”政策，地质不清，盲目开工；简易投产，设备不足；设计采用了不现实指标，生产剥采比增大，以致于后来把认识上错误诿于露天开采本身，1970年代几乎没有上露天煤矿。

20世纪80年代改革开放以后，我国决定开发五大露天煤矿，即安太堡、黑岱沟、霍林河、伊敏河、元宝山露天矿。

其设计总生产能力为52Mt/a。

自80年代至90年代，五大露天已经先后建成移交生产。

这一阶段，露天开采工艺也发生了较大变化。

卡车运输逐渐取代铁道运输，随着新建矿山产量规模的逐年提高，此比例继续扩大，目前卡车运输已占统治地位。

在这一阶段，开采设备规格不断加大。

与此同时，发展了连续开采工艺与半连续开采工艺。