露天煤礦開采的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展方向

李繼

(華能伊敏煤電有限責(zé)任公司伊敏露天礦,內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021130)

露天煤礦開采的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展方向

李繼

(華能伊敏煤電有限責(zé)任公司伊敏露天礦,內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021130)

露天煤礦開采技術(shù)是煤礦開采企業(yè)提高企業(yè)經(jīng)濟效益最重要的組成部分,本文就露天煤礦開采技術(shù)的現(xiàn)狀和技術(shù)特點作了簡明的闡述,并就露天煤礦開采技術(shù)發(fā)展趨勢作了相應(yīng)的分析,以期在提高煤炭開采量的同時,能夠最大限度的保護環(huán)境,促進節(jié)能減排,保護自然環(huán)境。

露天煤礦開采 技術(shù)應(yīng)用 發(fā)展方向

露天煤礦開采相對于井下煤礦開采而言,具有設(shè)備投入成本低、安全系數(shù)高、生產(chǎn)效率高和資源回收方便等優(yōu)點。在發(fā)達國家,一般露天煤礦的開采率遠大于井下煤礦開采,而在我國,煤礦開采主要以井下煤礦開采為主,適合露天煤礦開采的儲量約有600多億噸,儲量很大,具有十分重要的開采意義。我國露天煤礦開采技術(shù)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,也取得了較大的提高和成就,露天煤礦開采量占全部煤礦開采量的比重也逐年提高,其開采技術(shù)也得到了長足的發(fā)展。如何繼續(xù)提高煤礦露天開采的工藝水平,在提高煤炭開采量的同時,能夠最大限度的保護環(huán)境,促進節(jié)能減排,這對煤礦資源的開采的合理化和走我國新型的工業(yè)化道路的發(fā)展戰(zhàn)略有著舉足輕重的意義。

1 我國露天煤礦開采的現(xiàn)狀

我國煤礦開采技術(shù)一般以井下煤礦開采為主,從而造成露天煤礦開采技術(shù)發(fā)展一直不受重視。又因我國露天煤礦主要以中西部為主,如山西、陜西和新疆等地,這些地區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達,對露天煤礦開采設(shè)備投入較少,其露天煤礦的開采所帶來的環(huán)境問題難以解決,導(dǎo)致我國的露天煤礦的開采技術(shù)較國外相差較遠,面臨著設(shè)備規(guī)模小、自動化程度低、生產(chǎn)效率低下和環(huán)境污染嚴重等問題,下面是我國較常用的幾種煤礦開采的工藝。

1.1 輪斗挖掘機連續(xù)開采

輪斗挖掘機連續(xù)開采技術(shù)在我國的露天煤礦中也較常用,其主要通過采用幾臺大型的輪斗挖掘機進行煤礦開采,其單臺挖掘機的年生產(chǎn)能力可達到500萬立方米,如元寶山露天煤礦采用兩臺輪斗挖掘機同時作業(yè),單臺挖掘機的年生產(chǎn)能力一般為600萬立方米,比當(dāng)初設(shè)計的年生產(chǎn)力高。這種簡單的輪斗挖掘機連續(xù)開采的技術(shù)大都在我國20世紀90年代的使用較多,在如今的露天煤礦開采工藝中使用較少,并沒有在我國露天煤礦中進行大范圍推廣。

1.2 單斗挖掘機+礦車運輸?shù)陌脒B續(xù)開采工藝

單斗挖掘機+礦車運輸?shù)陌脒B續(xù)開采工藝是我國當(dāng)今露天煤礦開采工藝使用最廣泛的一種,這種連續(xù)開采模式特別適用于年開采量不大的露天煤礦中,大多數(shù)都采用了這種開采工藝。其特點是：通過計算單斗挖掘機的容量與礦車的運輸量進行匹配,選擇合適的單斗挖掘機和礦車,此模式一般適用于煤礦的短途運輸,隨著運輸距離的增長,其運輸費用會成非直線型增長,根據(jù)筆者多年的生產(chǎn)經(jīng)驗來看,一般單斗挖掘機+礦車運輸?shù)倪B續(xù)開采工藝適用于運輸距離低于3公里的小型露天煤礦中。由于此模式的生產(chǎn)局限性,也衍生出一種單斗挖掘機+礦車運輸+皮帶運輸機模式的生產(chǎn)工藝,此工藝技術(shù)也相當(dāng)成熟,并在我國露天煤礦中大范圍使用。

1.3 拉斗鏟倒堆連續(xù)開采工藝

拉斗鏟倒堆連續(xù)開采工藝與單斗挖掘機+礦車運輸?shù)倪B續(xù)開采工藝相比,其節(jié)約了礦車的運輸成本,總體生產(chǎn)成本也較小,一次設(shè)備投入的成本較高,但其工藝方法的運用的局限性也較大,一般適用于煤層厚度在50m以內(nèi),其作業(yè)面積較大的煤礦中,通常作業(yè)面積3000m2以上。在我國準格爾黑岱溝露天煤礦中,這種使用工藝較好,且作業(yè)效率較高,其使用的拉斗的容量在100m3以上,年剝離量有2500萬m3,生產(chǎn)效率很高。

1.4 單斗挖掘機+破碎機+帶式輸送機的半連續(xù)開采工藝

單斗挖掘機+破碎機+帶式輸送機的半連續(xù)開采工藝是結(jié)合了上述3種工藝方法的優(yōu)缺點所產(chǎn)生的,這種連續(xù)開采工藝與上述的連續(xù)開采工藝相比,其生產(chǎn)效率和適用性都大大增加,但設(shè)備的靈活性不如單斗挖掘機+礦車運輸模式,在這種開采工藝中增加了破碎機的這一環(huán)節(jié),其有效的減小礦車運輸成本。而帶式輸送機則增加了設(shè)備開采的連續(xù)性。目前這種生產(chǎn)已在山西平朔露天煤礦中使用,其設(shè)計年生產(chǎn)能力達到1200萬噸,隨著這種單斗挖掘機+破碎機+帶式輸送機的連續(xù)開采工藝的優(yōu)點被廣泛認同,其生產(chǎn)工藝也會被完善,會越來越被廣泛使用。

1.5 國外采煤技術(shù)的發(fā)展

隨著國外的新技術(shù)的不斷發(fā)展,露天采煤技術(shù)也在不斷的完善和提高,其中以斗輪挖掘機、斗輪式預(yù)采系統(tǒng)和穿越運輸系統(tǒng)最為典型,目前國外已經(jīng)配備了大型斗輪挖掘機及其完善的輸送機系統(tǒng),采用斗輪挖掘機來剝離煤層表面的泥,通過可移動式階梯式輸送機或者轉(zhuǎn)載輸送機進行輸送排土。

2 露天煤礦開采的技術(shù)特點

隨著露天煤礦開采技術(shù)和各種開采設(shè)備自動化的提高,露天煤礦開采的技術(shù)特點也朝著綜合化、集成化和自動化方向發(fā)展,綜合筆者對我國現(xiàn)有的露天煤礦開采的工藝研究,總結(jié)我國露天煤礦開采的技術(shù)特點有以下幾種。

2.1 開采設(shè)備的綜合化

由于如今各種采煤設(shè)備和剝離設(shè)備的多樣化,型號功能也較多,其選擇的余地也較多,對于不同的煤層厚度可選擇的采煤設(shè)備也不同。如煤層厚度較薄的露天煤礦可采用維特根的綜合露天采礦機進行刨采,刨采后可經(jīng)過專用的礦車運輸至儲煤場,而下部煤層較大的地方可采用單斗挖掘機+破碎機+卡車運輸+皮帶輸送機的模式進行半連續(xù)開采,其生產(chǎn)效率也較高,且設(shè)備使用率也高。此礦采用了上述幾種開采工藝相結(jié)合的方法進行煤礦開采,其綜合自動化程度較高,既滿足了生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中的需求,又能保證采掘工藝的連續(xù)作業(yè)。

2.2 開采設(shè)備的大型化智能化

對于大型露天煤礦,可采用大型的電動挖掘機(電鏟)來進行開采,配備大型的自移式破碎機,其單小時破碎能力達到8000噸,及各種大型推土機和運輸機,可使整套設(shè)備的年剝離能力達到8000萬m3,由于其采購的各種設(shè)備的集中度較高,且自動化程度高,可大大較少工作人員的使用量,且提高了煤礦的整體安全性,并提高經(jīng)濟效益。

2.3 設(shè)備的自動化程度高

露天煤礦開采系統(tǒng)中采用了露天采礦機和大型刨采機的聯(lián)合開采工藝,是可集粉碎、采裝和運輸于一體的連續(xù)開采技術(shù),提高了設(shè)備的生產(chǎn)的連續(xù)性,大型開采設(shè)備的使用提高了整體開采設(shè)備的自動程度,也充分反映了露天煤礦開采的一種趨勢。

3 露天煤礦開采技術(shù)的發(fā)展趨勢

3.1 開采的設(shè)備的大型化和自動化

未來的露天煤礦開采會朝著設(shè)備大型化,系統(tǒng)集成化和智能化的方向發(fā)展,充分發(fā)揮系統(tǒng)智能化生產(chǎn)的優(yōu)勢,提高的煤礦的安全性能,且會進一步提高露天煤礦開采的效益,系統(tǒng)集成化的設(shè)備會使煤礦開采企業(yè)的內(nèi)部集約化程度提高,也變相提高了企業(yè)的運行效率。

3.2 傳統(tǒng)采掘工藝的各項創(chuàng)新

傳統(tǒng)采掘設(shè)備的各項性能改進必然會帶來各生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新,露天煤礦采掘技術(shù)的發(fā)展也是不斷的借鑒國內(nèi)外相關(guān)的新采掘工藝和各項新技術(shù)的產(chǎn)生所帶來的技術(shù)融合,可以將傳統(tǒng)的開采設(shè)備進行設(shè)備改造以滿足當(dāng)今開采設(shè)備的需求,如進行設(shè)備電控化和自動化改造等等,都將會推動露天煤礦開采設(shè)備的整體技術(shù)的提高。

3.3 露天煤礦綠色開采技術(shù)

露天煤礦綠色的開采技術(shù)是我國的中國礦業(yè)大學(xué)錢鳴高院士提出的,他是從保護環(huán)境的出發(fā)點對我國的煤礦開采技術(shù)進行重新定義。與傳統(tǒng)的井下煤礦開采相比,露天煤礦開采所帶來的環(huán)境污染遠大于井下開采。若露天開采的工藝安排不合理,且設(shè)備的老化嚴重,會造成露天開采對礦區(qū)的水資源,空氣污染嚴重,其影響礦區(qū)的地質(zhì)穩(wěn)定。

(1)露天煤礦綠色開采技術(shù)可減少露天采礦對周邊生態(tài)環(huán)境的污染,與此開采技術(shù)所需要的設(shè)備成本相比,綠色開采技術(shù)給企業(yè)所帶來的社會影響是不可估量的,如今,中國的環(huán)境污染較嚴重,需要各行業(yè)都需要有這種綠色的開采技術(shù),較少對環(huán)境的污染。(2)需提高各項高技術(shù)、低污染的設(shè)備的引進和采用率,提高露天開采的技術(shù)門檻,將露天開采技術(shù)、環(huán)境保護工程、人機工程學(xué)和計算機智能系統(tǒng)進行融合,充分發(fā)揮先進科學(xué)生產(chǎn)的作用,為實現(xiàn)露天煤礦綠色開采技術(shù)進行技術(shù)積累。(3)露天煤礦開采企業(yè)在實施綠色開采技術(shù)時,應(yīng)結(jié)合自身的發(fā)展需要,以提高生產(chǎn)效率、減小環(huán)境污為宗旨,形成各種具有企業(yè)特色的綠色開采模式。

3.4 露天煤礦開采設(shè)備的數(shù)字化

露天煤礦開采設(shè)備的數(shù)字化是國家重大戰(zhàn)略資源安全體系的關(guān)鍵組成部分,也是評估各礦山的綜合實力的一個基礎(chǔ)。露天煤礦開采設(shè)備的數(shù)字化是減小煤礦開采企業(yè)安全責(zé)任事故的一個根本的措施。開采設(shè)備的數(shù)字化是運用先進的計算機管理技術(shù),結(jié)合各種大型的智能化操作系統(tǒng),利用先進的數(shù)據(jù)通信技術(shù),如衛(wèi)星導(dǎo)航與通信技術(shù),實現(xiàn)系統(tǒng)的無人值守化和智能化操作。此系統(tǒng)是將生產(chǎn)、管理、自診斷、設(shè)備維護和安全等因素結(jié)合在一起,形成一個閉環(huán)控制系統(tǒng),保護各大型設(shè)備的安全,有利用形成煤礦企業(yè)的綜合自動化,提高了企業(yè)的綜合效率。

4 結(jié)語

露天煤礦開采設(shè)備的應(yīng)從粗放型向集約型轉(zhuǎn)換,充分利用國內(nèi)外相關(guān)的先進的技術(shù)和設(shè)備,提高我國露天煤礦開采采能力和整體技術(shù)裝備水平,是推進我國整體煤礦開采水平的關(guān)鍵組成部分,是提高煤礦企業(yè)綜合效率的重要組成部分。

[1]楊殿海.露天煤礦開采的研究[J].科技創(chuàng)新,2013,15.

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[3]夏建波,邱陽.露天礦開采技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2011.