中国露天矿山开采工艺技术与装备现状和未来

中国露天矿山开采工艺技术与装备现状和未来余斌吴鹏北京矿冶研究总院改革开放以来，我国经济步入了快速发展的轨道，矿业开发迎来了前所未有的发展机遇，矿山开采规模得到了突飞猛进的发展。

截至目前，我国已建成了各类金属矿山达1.2万余座，建成和即将建成的铁矿石年生产能力300万t 以上的矿山有34座，其中2002年以后在建、新建和改扩建矿山就达16座，其产能近1亿t。

随着投资的增加，采矿规模迅速扩大，采矿技术得到快速发展，装备水平逐步提高，有力地促进了采矿业的发展。

采矿技术的高效化和实用化国内露天矿采剥方法与国外进展大致相同。

多为陡帮开采，如组合台阶开采，高台阶、倾斜分条开采以及横采横扩等。

同时采用分期开采、分区开采，尽可能地缩短建设周期，提高了矿山企业的经济效益。

采矿工艺连续化半连续化。

目前国内外已有一部分矿山进行连续或半连续开采。

随着露天矿开采向深部发展，该工艺的意义日渐突出。

20世纪80年代开始，我国先后在大孤山、东鞍山、石人沟及水厂等铁矿应用间断—连续开采工艺。

1997年，齐大山铁矿通过引进大型可移动式破碎—胶带运输装备，建成了采场内可移动式矿岩破碎—胶带运输系统，标志着我国间断—连续开采工艺已进入世界先进水平。

目前国外有些矿山在研究管道输送，甚至是集装箱运输。

间断—连续运输工艺表现了其卓越的优势。

可移式破碎站。

可移式破碎站是汽车、破碎机和胶带运输机组成的间断连续运输工艺的核心技术装备之一。

随着开采深度的增加，破碎机组必须随时快速移动，以保证汽车始终处于最佳运距下工作。

由于固定式破碎机组造价高、建设时间长、搬迁困难、移动拆装工作量大、费用高，难以适应采矿下降速度的要求。

这些年大型移动破碎机组的研制与开发取得了迅速发展。

国外大型露天矿间断—连续运输也多采用可移式破碎站，如美国的西雅里塔铜钼矿，加拿大的兰德瓦利铜矿，澳大利亚的纽曼山铁矿，乌克兰的中部采选公司1号露天矿等。

我国鞍钢齐大山铁矿在采场内建成了1套矿、岩可移式破碎胶带运输系统，该系统自1997年投产后一直运转正常。

陡坡铁路运输。

这种运输方法充分利用现有的铁路运输设备，提高铁路运输线路的坡度，减少铁路展线长度，增大铁路运输可能达到的采深，提高矿山的经济效益。

例如：萨尔拜露天矿、索克洛夫露天矿和列别金露天矿成功地应用了陡坡铁路(纵坡达60‰)运输。

萨尔拜露天矿使用着上百台粘重达360t的直流牵引机组，年运量上亿吨。

萨尔拜露天矿目前的实际采深已达380m。

国内这方面的研究应用工作也取得了巨大进展。

马鞍山矿山研究院和攀钢矿业公司共同承担的国家科技部“十五”重点科技攻关项目——陡坡铁路运输系统研究，顺利完成了40‰〜 45‰陡坡铁路工业试验，150t单机牵引和150t双机牵引试验，尤其是224t电机车牵引试验都取得了预期的令人满意的效果。

目前50‰〜55‰坡度的工业试验的准备工作正在紧张地进行。

振动给矿机。

振动给矿机在深凹露天矿山汽车—铁路联合运输系统中得到较好的应用。

该设备已在鞍钢眼前山铁矿、本钢歪头山铁矿、马钢南山铁矿等矿山建成投产。

2009年，由马鞍山矿山研究院设计的国内最大的振动给矿机在本钢南芬露天矿建成并通过验收，设计生产能力1000万t/a。

该项技术不仅解决了我国冶金深凹露天矿山汽车—铁路联合运输系统的转载问题，而且节省了矿山基建投资，降低了转载成本，提高了转载能力，减少了污染等。

汽车—提升机运输。

爆破后的矿岩经采装设备装载到运输设备(汽车或其他运输设备)上，借助外加提升力，经过工作面道路和斜坡提升线路将其提升到地面(或卸矿点，或排土场)，实现了短距离运输。

德国西马格·特兰斯普兰公司应用了该项成果。

该技术特别适合短深型露天矿。

环保问题应得到重视。

露天矿山向深凹发展，坑内空气质量将越来越差。

国外企业已开展深部采场通风机的研究工作，提出了轴流通风机、水平通风机，甚至采用直升飞机螺旋浆式的通风方案。

露天矿其他的环保问题也将逐步提到日程上来，并有望得到较好的解决方案。

设备大型化、高效化我国矿山装备这些年来也发展很快，“十五”、“十一五”计划期间，国家千万吨级设备的攻关取得了很大成果，自行开发和合作生产的设备得到推广应用；国外不少先进设备，如电铲、汽车及间断—连续运输系统在国内得到应用，大大缩小了我国与世界上先进水平的差距。

穿孔设备穿孔直径越来越大，穿孔深度逐渐加深。

国内大型矿山穿孔设备是潜孔钻与牙轮钻共存，牙轮钻比例较高(占88%)，钻孔直径以250、310mm为主，中型矿山以潜孔钻为主，钻孔直径以200mm为主；国外普遍采用牙轮钻，直径大多为310〜380mm，有的达559mm，孔深可达73m。

图1为用于水厂铁矿、南芬铁矿、齐大山铁矿等大型露天铁矿的YZ55型牙轮钻机，钻孔直径310mm。

装载设备斗容量不断增加。

国外液压电铲的应用不断扩大(占26%)，机械电动铲仍占绝对优势(占48%)。

斗容量以16.8 m3、21 m3、30 m3、38 m3、43m3为主(20世纪70年代以11.5m3和13 m3为主)。

国内重点露天矿山主要以电铲为主，斗容量一般为4m3、10m3、16.8m3。

德兴铜矿2009年6月引进P&H公司19.5m3电铲，图3为德兴铜矿引进的19.5m3电铲和180t电动轮汽车。

2008年1月，国内首台55m3矿用WK55型电铲在山西太原重工股份有限公司成功下线，图4为WK55型电铲。

运输设备露天矿用汽车。

露天矿用汽车的吨位不断增加。

目前国外大型矿山，无论是液力机械传动的、还是交流驱动的电动轮汽车，其载重量大多为150t、240t、320t，小松、利勃海尔与卡特公司目前已研制出装载质量360t的汽车。

我国大型露天矿山汽车的最大装载质量也达到120t、170t。

首钢重型汽车制造厂生产的装载质量170t的电动轮汽车已在水厂铁矿投入现场试用，并在继续研制220t以及以上级别电动轮汽车。

湘电集团有限公司新研制的220t电动轮汽车已经下线，同时正在研制交流传动的大吨位电动轮汽车。

利勃海尔采矿设备公司于1998年月成功地研制出T282型两轴式柴油—电力交流传动的运输汽车，其有效载质量为327t。

图4为湘电集团研制SF33900型220t电动轮汽车，图5为利勃海尔公司生产T282型327t电动轮汽车。

矿用电机车。

目前国外露天采矿场使用电机车运输的国家主要是原独联体的一些国家，这些国家深凹露天矿电机车一般是直流电机或交流电机驱动的联动机组，粘重一般为300t以上，最大粘重为480t。

国内电机车一般为直流电机驱动，粘重一般为150t。

2001年湘潭电机厂为攀钢矿业公司生产了1台粘重224t电机车，目前运行情况良好，图6为湘电集团生产的粘重224t电机车。

大倾角运输机。

大倾角运输技术在露天矿山运输中具有明显的优越性。

美国、前苏联、瑞典、德国及英国等都进行了这方面的研究，如美国大陆公司研制了由2条胶带组成的夹持式大倾角运输机，瑞典斯维特拉公司研制了带横隔板的波浪挡边大倾角运输机和由2条胶带牵引的袋式大倾角运输机，英国休伍德公司研制了链板与胶带组合的大倾角运输机等。

这些运输机都实现了大于30°的大倾角连续运输。

前南斯拉夫麦依丹佩克铜矿因采用了大陆公司的大倾角运输系统，使采场内的汽车用量减少2/3，运距缩短4km，其中35km 是连续陡坡，大幅度降低了运输成本，每年可节省1200万美元。

但这些大倾角运输机在黑色金属矿山的应用实例很少。

马鞍山矿山研究院与澳大利亚西澳矿业学院合作，开展了具有自己特色的大倾角运输技术的研究工作，建成一座6m多高的试验模型机，取得了很好的效果。

辅助设备推土机的推土板容积加大。

小松公司推出的标准推土犁板的容积为34.4m3，而新型45m3超级犁板可提高推土效率达15%。

露天矿山发展趋势展望从我国矿山现状来看，已经到来的21世纪主要还是老矿山的扩建和技术改造，由于我国露天矿山大部分已进入凹陷或深凹开采，矿山规模也不大。

虽然我国矿山的采装设备与世界矿山大型露天矿山比较规格较小，劳动生产率偏低，但要通过大批淘汰已有的设备，向大型化发展也是不现实的。

以高技术、新工艺、新材料、大型设备来装备矿山是我国露天矿山发展的大趋势。

露天矿采矿设备的主要发展方向是研制采用先进技术特别是电子控制系统、更加灵巧可靠、造价较低的设备。

自控技术、传感技术、计算机技术等高新技术应用于大型设备、成套设备来控制、监测、管理矿山生产已成必然。

同时，一些虽算不上高新技术，但却很适用的、能给矿山带来更好效益的技术也将会受到矿山的欢迎。

总体来看，我国采矿技术已经接近或达到了国际先进水平。

差距主要体现在设备方面，这是制约我国采矿进步的关键技术因素。

缩小这方面的差距，一方面要通过“引进、消化、吸收、创新、提高”来发展我国的矿山设备；另一方面，要加大科技投入，加强技术创新，努力创造具有自主知识产权的新设备、新产品，着力于自身创新能力的增强，充分利用后发优势，实现矿山行业跨越式发展。

科学技术是第一生产力，以高新技术为基础，以技术创新、管理创新、制度创新为手段，推动矿山科技进步，是矿山企业持续发展的基础。

随着全球工业化和经济一体化的发展，采矿技术的发展不断趋向生产工艺简单化，生产过程连续化，采矿作业集中化，采矿设备大型化，以致作业过程的数字化、智能化与无人化。

我们一方面要顺应这种科技发展趋势，大力发展新技术、新工艺、新设备、新材料。

同时，要努力研发一些简单、适用、有效的实用技术，并加以推广应用，保证矿山企业的快速、持续、健康的发展。

信息技术为我国露天矿山带来了新的机遇和挑战。

如果将矿山企业信息化改造与生产技术的改造相结合，将信息技术直接嵌人采矿生产工艺中，对传统的采矿业在管理模式、组织结构、采矿工艺、决策方式等方面进行改革，就有可能在未来不久的时间内，实现我国矿产资源开采利用的跨越式发展。