美國典型煤礦介紹

董維武

(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院,北京朝陽區(qū),100029)

★世界煤炭 ★

美國典型煤礦介紹

董維武

(國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局信息研究院,北京朝陽區(qū),100029)

美國煤礦生產(chǎn)集中度不斷提高,煤礦采用高新技術(shù),生產(chǎn)效率高,煤礦安全狀況好。本文重點(diǎn)介紹美國兩個(gè)典型露天煤礦和兩個(gè)典型長壁綜采礦井的生產(chǎn)和技術(shù)應(yīng)用狀況。

露天開采 長壁綜采 典型煤礦 美國

AbstractIn the United States,coal production becomes more and more concentrated as coal mines’production efficiency increases and good mine safety record continues due to the utilization of high and new technologies.This paper focuses on the coal production status and the application of technologies in two typical open cast coal mines and two typical underground coal mines in the U.S.

從20世紀(jì)70年代后期開始至今,美國大型煤炭公司通過兼并、聯(lián)合,企業(yè)向大型化、集團(tuán)化發(fā)展。規(guī)模排位前8家的美國煤炭企業(yè)煤炭產(chǎn)量比重從1976年的33.6%提高到2008年的60.72%。皮博迪能源集團(tuán)公司 (Peabody Energy)是美國最大的煤炭生產(chǎn)企業(yè),2008年產(chǎn)煤182.1 Mt,占美國煤炭總產(chǎn)量的17.1%。2008年美國全國共有重點(diǎn)煤礦51個(gè),其中露天煤礦29個(gè),井工煤礦22個(gè)。這些重點(diǎn)煤礦的煤炭產(chǎn)量占全國煤炭總產(chǎn)量的61%。全國擁有長壁綜采礦井41個(gè),其中,固本能源公司 (Consol Energy Inc)的拜萊煤礦 (Bailey Mine)是美國長壁綜采煤炭產(chǎn)量最高的礦井,其勞動(dòng)生產(chǎn)率由 1983年的 2.4 t/人 ·h提高到2008年的6.4 t/人·h,增長率高達(dá)61%。美國全國煤礦事故死亡人數(shù)從1980年的125人減少到2008年的29人,降幅達(dá)到78%。

1 露天煤礦

1.1 美國露天煤礦概況

由于美國具有得天獨(dú)厚的煤炭資源賦存條件,近40多年來,美國露天采煤業(yè)發(fā)展迅速,露天開采比重從1970年的44%提高到2008年的66%。隨著高性能大型露天開采設(shè)備和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的采用,露天煤礦產(chǎn)量大幅增加。2008年美國擁有露天煤礦52個(gè),其中,千萬噸級以上的露天煤礦11個(gè)。懷俄明州是美國露天煤礦最多的產(chǎn)煤州,有露天煤礦16個(gè),其中大型露天煤礦14個(gè),煤炭產(chǎn)量達(dá)到379.8 Mt,平均單個(gè)露天礦煤炭產(chǎn)量達(dá)27.1 Mt。北安特洛浦/羅切爾露天礦 (North Antelope Rochelle Mine)是美國最大的露天煤礦, 2008年生產(chǎn)煤炭88.5 Mt。

1.2 典型露天礦

(1)北安特洛浦/羅切爾露天煤礦。美國皮博迪能源集團(tuán)公司經(jīng)營的北安特洛浦/羅切爾露天煤礦位于美國懷俄明州吉列縣境內(nèi)。該礦由1983年底投產(chǎn)的北安特洛浦露天礦和1985年底投產(chǎn)的羅切爾露天礦于1999年合并為北安特洛浦/羅切爾露天煤礦,成為美國目前最大的露天煤礦。該礦煤炭產(chǎn)量占美國煤炭總產(chǎn)量的8.3%。該礦自建成以來已累計(jì)生產(chǎn)煤炭12億t。2008年該礦有礦工1080人,產(chǎn)煤88.4 Mt。

該礦開采的煤層是波德河煤田的 Wyodak-Anderson煤層,煤層厚度18.29～24.39 m,表土覆蓋層厚度15.24～106.68 m。目前該礦剩余的煤炭可采儲(chǔ)量約為10.88億t。

該露天礦生產(chǎn)的煤炭是美國生產(chǎn)的含硫量最低的煤炭。典型的煤質(zhì)參數(shù)是:硫分為0.2%;熱值為20.038～20.504 MJ/kg。

若a>λ1或d>λ1,則μ<0。由引理2可知,存在大于1的特征值,因此indexW(F,(0,0))=0。

該礦采用的設(shè)備主要有:3臺索斗鏟和5個(gè)由自卸式卡車和機(jī)鏟組成的采運(yùn)隊(duì)。在3個(gè)礦坑內(nèi)采煤,采出的煤炭用自卸式卡車運(yùn)輸傾倒入料斗。全礦共有4個(gè)給料斗。大塊煤經(jīng)坑內(nèi)破碎機(jī)破碎后由膠帶輸送機(jī)直接輸送到圓型儲(chǔ)煤裝載倉,再由組合列車運(yùn)往用戶。煤炭裝載設(shè)施由5個(gè)儲(chǔ)煤裝載倉組成,可滿足150節(jié)車皮組合列車裝載。目前,該露天礦有38個(gè)電廠煤炭用戶。

該露天礦每天兩班作業(yè),每班12小時(shí),全年365天生產(chǎn)。

(2)黑雷露天煤礦 (BlackThunder Coal Mine)。位于懷俄明州吉列縣以南70 km處的阿奇煤炭公司 (Arch Coal Inc.)黑雷露天煤礦是規(guī)模僅次于北安特洛浦/羅切爾露天煤礦的美國第二大露天煤礦。其煤炭產(chǎn)量占美國煤炭總產(chǎn)量的7.6%。黑雷露天煤礦于1976年開始建設(shè),1977年投產(chǎn)。該礦使用了大塊煤破碎設(shè)備、膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)和高速組合列車裝載系統(tǒng)。目前該礦所有設(shè)備都采用了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),其中包括1989年安裝的采坑內(nèi)塊煤破碎系統(tǒng)和膠帶輸送機(jī)輸送系統(tǒng)。1998年以前,黑雷露天煤礦主要由阿科煤炭公司 (ARCO)經(jīng)營,現(xiàn)歸屬阿奇煤炭公司經(jīng)營。2008年黑雷露天煤礦產(chǎn)煤80.4 Mt。

黑雷露天煤礦現(xiàn)開采的煤層是Wyodak煤層。煤層賦存呈緩傾斜狀,煤層厚度22 m,局部煤層有夾矸。2004年,阿奇煤炭公司出資6.11億美元成功收購了鄰近煤礦的煤炭資源開采權(quán),增加煤炭可采儲(chǔ)量約650 Mt,使阿奇煤炭公司的煤炭可采儲(chǔ)量增加到13.70億t。

黑雷露天煤礦開采的煤炭是低硫次煙煤。所產(chǎn)煤炭除大塊煤需要破碎外,無須進(jìn)行洗選就可以直接供給電廠發(fā)電。典型的煤質(zhì)參數(shù)是:熱值為20.3 MJ/kg;灰分為5%;水分為25%～30%。

黑雷露天煤礦在其礦山開采權(quán)范圍內(nèi)有幾個(gè)獨(dú)立的露天礦坑。露天礦表土覆蓋層的剝離采用6臺索斗鏟,其中3臺為大型索斗鏟。B-E2570 WS型索斗鏟是最大的1臺,自重6700 t。另外3臺索斗鏟,1臺B-E1570W型索斗鏟,臂長97.5 m,斗容69 m3;1臺B-E 1300W型索斗鏟,臂長92 m,斗容34 m3;1臺從阿奇煤炭公司調(diào)運(yùn)來的。

露天礦淺層表土剝離首先采用爆破方式進(jìn)行松動(dòng),先用機(jī)鏟-自卸卡車完成20%～30%的表土覆蓋層剝離,然后采用索斗鏟倒堆完成全部剝離作業(yè)。煤層開采也是采用先爆破后開采的方式。采用5臺P&H 2800型機(jī)鏟和1臺Marion 351-M型機(jī)鏟。自卸卡車采用載重218 t的Liebherr T-262型和載重290 t的 Komatsu 930E型自卸卡車。露天礦坑邊設(shè)有半固定式破碎站,由自卸卡車運(yùn)來的煤在破碎站經(jīng)破碎機(jī)初步破碎后,再由1條長3.5 km的膠帶輸送機(jī)運(yùn)送至儲(chǔ)煤裝載倉。

裝車系統(tǒng)由1座容量為12700 t的儲(chǔ)煤裝載倉和1座容量為82000 t的儲(chǔ)煤裝載倉及自動(dòng)計(jì)量全自動(dòng)化裝車站組成。裝載能力分別為4100 t/h和10800 t/h。

2 井工煤礦

2.1 美國長壁綜采礦井概況

美國從20世紀(jì)60年代開始從西歐引進(jìn)長壁綜采技術(shù),并在70年代期間逐步推廣應(yīng)用,從而使長壁綜采煤炭產(chǎn)量在井工煤礦總產(chǎn)量中的比重不斷增加。2008年,美國有長壁綜采礦井41個(gè),其中,固本能源公司拜萊煤礦是美國長壁綜采年產(chǎn)量最高的煤礦,年產(chǎn)煤9.996Mt。威廉森能源公司(Williamson Energy,LLC)馬奇 1號礦 (Mach No.1)是美國長壁綜采平均工效最高的煤礦,人均工效達(dá)到14.03t/h。美國單一長壁工作面的產(chǎn)量也不斷刷新。2005年皮博迪能源集團(tuán)公司二十英里煤礦 (Twentymile Mine)長壁工作面年單產(chǎn)達(dá)到8.7 Mt,人均年產(chǎn)煤27000 t。該礦第1個(gè)綜合機(jī)械化采煤工作面自1989年投產(chǎn)以來,已累計(jì)生產(chǎn)煤炭100 Mt。

2.2 典型長壁綜采礦井

(1)二十英里煤礦。皮博迪能源集團(tuán)公司二十英里煤礦位于美國科羅拉多州西北部,距斯廷博特斯普林斯縣 (Steamboat Springs)30 km。1987年以前,二十英里煤礦采用房柱式開采。1989年投產(chǎn)了第一個(gè)長壁綜采工作面。2005年該礦長壁工作面單產(chǎn)達(dá)到8.7 Mt。2006年增設(shè)新的長壁采區(qū)。2008年該礦有礦工496人,產(chǎn)煤7.8 Mt,人均年產(chǎn)煤15725 t。

二十英里煤礦開采的是格林河 (Green River)煤田的上部煤層。煤層厚度為2.6～2.9 m,煤層最大傾角10°。礦井采深300～400 m。目前該煤礦規(guī)劃區(qū)內(nèi)的煤炭可采儲(chǔ)量有100 Mt。

二十英里煤礦生產(chǎn)動(dòng)力煤,產(chǎn)出的煤炭無需洗選直接供給用戶。典型的煤質(zhì)參數(shù)是:水分為10.3%;灰分為9.8%;揮發(fā)分為35.5%;熱值為26.3 MJ/kg。

二十英里煤礦采用平硐開拓,從地面廣場用連續(xù)采煤機(jī)沿煤層開拓5條平硐,除1條安裝膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤外,其余4條中,2條為進(jìn)風(fēng)巷,2條為回風(fēng)巷。井上、下都采用柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的無軌車運(yùn)輸人員和材料和設(shè)備。現(xiàn)有兩條采區(qū)巷道掘進(jìn)工作面。每條巷道掘進(jìn)工作面配備的設(shè)備有:1臺久益(Joy)12CM12型連續(xù)采煤機(jī)、2臺弗萊徹爾(Fletcher)型頂板錨桿安裝機(jī)、2臺久益梭車和1臺斯泰穆勒 (Stamler)型履帶式給料破碎機(jī)。巷道寬6 m,高2.9 m,頂板錨固采用長1.8 m的樹脂錨桿。

二十英里煤礦采用單一長壁工作面作為主要的煤炭生產(chǎn)單位。1989-2001年,二十英里煤礦已完成9個(gè)采區(qū)的煤炭開采?，F(xiàn)有的煤炭儲(chǔ)量尚可供布置15個(gè)采區(qū)。工作面長度由最初的195 m增加到1999年的305 m,采區(qū)最長曾達(dá)到5.5 km。綜采工作面采用的設(shè)備包括:1臺朗艾道 (Long-Airdox)Electra 3000型雙滾筒采煤機(jī)、174臺液壓支架、1臺DBT可彎曲刮板輸送機(jī)和1臺轉(zhuǎn)載機(jī)。煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)采用大陸公司 (Continental)生產(chǎn)的膠帶式輸送機(jī),帶寬1.8 m,輸送能力為5000 t/h。2006年,二十英里煤礦新購入1套長壁綜采設(shè)備,并提升了煤炭運(yùn)輸系統(tǒng)的輸送能力。

滾筒采煤機(jī)的割煤運(yùn)行速度為40 m/min,割深900 mm,每班完成20～22個(gè)生產(chǎn)循環(huán),班產(chǎn)煤2700 t。最高日產(chǎn)煤46340 t。為防止運(yùn)輸系統(tǒng)出現(xiàn)過載,采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制滾筒采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

二十英里煤礦巷道掘進(jìn)產(chǎn)出的原煤需要進(jìn)行洗選,長壁綜采工作面產(chǎn)出的煤炭在裝車外運(yùn)前需經(jīng)篩分,并破碎到-55 mm的粒度。由聯(lián)合太平洋公司 (Union Pacific)每天安排1列105節(jié)車皮的組合列車外運(yùn),每次運(yùn)煤量為10000 t。

(2)蘇福 (SUFCO)煤礦。阿齊煤炭公司蘇福煤礦位于美國猶他州薩萊納東北50 km,鹽湖城南200 km處。該煤礦過去一直采用房柱式開采, 20世紀(jì)80年代開始采用高產(chǎn)高效的長壁式開采。蘇福煤礦是猶他州最大的煤礦,生產(chǎn)的動(dòng)力煤經(jīng)洛杉磯港出口到日本。2008年該礦有礦工 359人,產(chǎn)煤6.95 Mt,平均工效9.18 t/h。

蘇福煤礦開采的是沃薩奇普拉奧 (Wasatch Plateau)煤田的煤。煤層厚度2.1～6.1 m,平均厚度4.1 m。平均采深335 m。目前剩余的可供長壁工作面開采的煤炭儲(chǔ)量約有41.0 Mt。

蘇福煤礦的典型煤質(zhì)參數(shù)是:水分為10%;灰 分 為 8.5%;硫 分 為 0.35%;熱 值 為26.5 MJ/kg。

蘇福煤礦巷道掘進(jìn)采用久益12CM12型連續(xù)采煤機(jī)和載重18 t的久益梭車,并采用久益錨桿安裝機(jī)進(jìn)行頂板支護(hù)。

蘇福煤礦于1985年首次采用長壁工作面開采, 1998年安裝使用了現(xiàn)代長壁綜采工作面開采設(shè)備。開采的煤層厚度為2.6 m。18號采區(qū)是該礦首次布置的“超級采區(qū)”。工作面長283 m,采區(qū)長4.3 km。2000年,該礦開采的22號采區(qū)長5.7 km,年產(chǎn)煤6.9 Mt。采區(qū)間設(shè)備搬家所用的時(shí)間平均為8～12天,機(jī)械設(shè)備總重量 5200 t,運(yùn)距長達(dá)6 km。

綜采工作面采用的設(shè)備包括:1臺久益7LS-3型雙滾筒采煤機(jī)、久益掩護(hù)式液壓支架、DBT可彎曲刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)。工作面額定最高產(chǎn)煤效率為4540 t/h,實(shí)際控制在2300 t/h。該工作面平均日產(chǎn)煤22700 t。產(chǎn)出的煤在進(jìn)入膠帶輸送機(jī)系統(tǒng)之前采用MMD500型給料破碎機(jī)將大塊煤破碎到-55 mm。滾筒采煤機(jī)的總裝功率為 1110 kW,一次行程截深 1.07 m,運(yùn)行速度 8～12 m/min。

蘇福煤礦的地面儲(chǔ)煤能力小,僅為27000 t左右。為減少地面壓煤,產(chǎn)出的煤須每天用卡車運(yùn)往130 km以外的聯(lián)合太平洋公司鐵路煤炭集散地。

[1]Major U.S.Coal Mines,U.S.EIA

[2]www.mining-technology.com

(責(zé)任編輯 劉承秘)

A glimpse of typical coal mines in the U.S.A.

Dong Weiwu
(National Institute of Occupational Safety,Chaoyang District,Beijing 100029,China)

TD-2

C

董維武 (1952-),男,北京人,副研究員,主要從事能源、煤炭經(jīng)濟(jì)和職業(yè)安全健康信息研究工作。