李继
(华能伊敏煤电有限责任公司伊敏露天矿,内蒙古呼伦贝尔 021130)
露天煤矿开采的技术应用与发展方向
李继
(华能伊敏煤电有限责任公司伊敏露天矿,内蒙古呼伦贝尔 021130)
露天煤矿开采技术是煤矿开采企业提高企业经济效益最重要的组成部分,本文就露天煤矿开采技术的现状和技术特点作了简明的阐述,并就露天煤矿开采技术发展趋势作了相应的分析,以期在提高煤炭开采量的同时,能够最大限度的保护环境,促进节能减排,保护自然环境。
露天煤矿开采 技术应用 发展方向
露天煤矿开采相对于井下煤矿开采而言,具有设备投入成本低、安全系数高、生产效率高和资源回收方便等优点。在发达国家,一般露天煤矿的开采率远大于井下煤矿开采,而在我国,煤矿开采主要以井下煤矿开采为主,适合露天煤矿开采的储量约有600多亿吨,储量很大,具有十分重要的开采意义。我国露天煤矿开采技术经过近几十年的发展,也取得了较大的提高和成就,露天煤矿开采量占全部煤矿开采量的比重也逐年提高,其开采技术也得到了长足的发展。如何继续提高煤矿露天开采的工艺水平,在提高煤炭开采量的同时,能够最大限度的保护环境,促进节能减排,这对煤矿资源的开采的合理化和走我国新型的工业化道路的发展战略有着举足轻重的意义。
1 我国露天煤矿开采的现状
我国煤矿开采技术一般以井下煤矿开采为主,从而造成露天煤矿开采技术发展一直不受重视。又因我国露天煤矿主要以中西部为主,如山西、陕西和新疆等地,这些地区经济欠发达,对露天煤矿开采设备投入较少,其露天煤矿的开采所带来的环境问题难以解决,导致我国的露天煤矿的开采技术较国外相差较远,面临着设备规模小、自动化程度低、生产效率低下和环境污染严重等问题,下面是我国较常用的几种煤矿开采的工艺。
1.1 轮斗挖掘机连续开采
轮斗挖掘机连续开采技术在我国的露天煤矿中也较常用,其主要通过采用几台大型的轮斗挖掘机进行煤矿开采,其单台挖掘机的年生产能力可达到500万立方米,如元宝山露天煤矿采用两台轮斗挖掘机同时作业,单台挖掘机的年生产能力一般为600万立方米,比当初设计的年生产力高。这种简单的轮斗挖掘机连续开采的技术大都在我国20世纪90年代的使用较多,在如今的露天煤矿开采工艺中使用较少,并没有在我国露天煤矿中进行大范围推广。
1.2 单斗挖掘机+矿车运输的半连续开采工艺
单斗挖掘机+矿车运输的半连续开采工艺是我国当今露天煤矿开采工艺使用最广泛的一种,这种连续开采模式特别适用于年开采量不大的露天煤矿中,大多数都采用了这种开采工艺。其特点是：通过计算单斗挖掘机的容量与矿车的运输量进行匹配,选择合适的单斗挖掘机和矿车,此模式一般适用于煤矿的短途运输,随着运输距离的增长,其运输费用会成非直线型增长,根据笔者多年的生产经验来看,一般单斗挖掘机+矿车运输的连续开采工艺适用于运输距离低于3公里的小型露天煤矿中。由于此模式的生产局限性,也衍生出一种单斗挖掘机+矿车运输+皮带运输机模式的生产工艺,此工艺技术也相当成熟,并在我国露天煤矿中大范围使用。
1.3 拉斗铲倒堆连续开采工艺
拉斗铲倒堆连续开采工艺与单斗挖掘机+矿车运输的连续开采工艺相比,其节约了矿车的运输成本,总体生产成本也较小,一次设备投入的成本较高,但其工艺方法的运用的局限性也较大,一般适用于煤层厚度在50m以内,其作业面积较大的煤矿中,通常作业面积3000m2以上。在我国准格尔黑岱沟露天煤矿中,这种使用工艺较好,且作业效率较高,其使用的拉斗的容量在100m3以上,年剥离量有2500万m3,生产效率很高。
1.4 单斗挖掘机+破碎机+带式输送机的半连续开采工艺
单斗挖掘机+破碎机+带式输送机的半连续开采工艺是结合了上述3种工艺方法的优缺点所产生的,这种连续开采工艺与上述的连续开采工艺相比,其生产效率和适用性都大大增加,但设备的灵活性不如单斗挖掘机+矿车运输模式,在这种开采工艺中增加了破碎机的这一环节,其有效的减小矿车运输成本。而带式输送机则增加了设备开采的连续性。目前这种生产已在山西平朔露天煤矿中使用,其设计年生产能力达到1200万吨,随着这种单斗挖掘机+破碎机+带式输送机的连续开采工艺的优点被广泛认同,其生产工艺也会被完善,会越来越被广泛使用。
1.5 国外采煤技术的发展
随着国外的新技术的不断发展,露天采煤技术也在不断的完善和提高,其中以斗轮挖掘机、斗轮式预采系统和穿越运输系统最为典型,目前国外已经配备了大型斗轮挖掘机及其完善的输送机系统,采用斗轮挖掘机来剥离煤层表面的泥,通过可移动式阶梯式输送机或者转载输送机进行输送排土。
2 露天煤矿开采的技术特点
随着露天煤矿开采技术和各种开采设备自动化的提高,露天煤矿开采的技术特点也朝着综合化、集成化和自动化方向发展,综合笔者对我国现有的露天煤矿开采的工艺研究,总结我国露天煤矿开采的技术特点有以下几种。
2.1 开采设备的综合化
由于如今各种采煤设备和剥离设备的多样化,型号功能也较多,其选择的余地也较多,对于不同的煤层厚度可选择的采煤设备也不同。如煤层厚度较薄的露天煤矿可采用维特根的综合露天采矿机进行刨采,刨采后可经过专用的矿车运输至储煤场,而下部煤层较大的地方可采用单斗挖掘机+破碎机+卡车运输+皮带输送机的模式进行半连续开采,其生产效率也较高,且设备使用率也高。此矿采用了上述几种开采工艺相结合的方法进行煤矿开采,其综合自动化程度较高,既满足了生产各环节中的需求,又能保证采掘工艺的连续作业。
2.2 开采设备的大型化智能化
对于大型露天煤矿,可采用大型的电动挖掘机(电铲)来进行开采,配备大型的自移式破碎机,其单小时破碎能力达到8000吨,及各种大型推土机和运输机,可使整套设备的年剥离能力达到8000万m3,由于其采购的各种设备的集中度较高,且自动化程度高,可大大较少工作人员的使用量,且提高了煤矿的整体安全性,并提高经济效益。
2.3 设备的自动化程度高
露天煤矿开采系统中采用了露天采矿机和大型刨采机的联合开采工艺,是可集粉碎、采装和运输于一体的连续开采技术,提高了设备的生产的连续性,大型开采设备的使用提高了整体开采设备的自动程度,也充分反映了露天煤矿开采的一种趋势。
3 露天煤矿开采技术的发展趋势
3.1 开采的设备的大型化和自动化
未来的露天煤矿开采会朝着设备大型化,系统集成化和智能化的方向发展,充分发挥系统智能化生产的优势,提高的煤矿的安全性能,且会进一步提高露天煤矿开采的效益,系统集成化的设备会使煤矿开采企业的内部集约化程度提高,也变相提高了企业的运行效率。
3.2 传统采掘工艺的各项创新
传统采掘设备的各项性能改进必然会带来各生产工艺的创新,露天煤矿采掘技术的发展也是不断的借鉴国内外相关的新采掘工艺和各项新技术的产生所带来的技术融合,可以将传统的开采设备进行设备改造以满足当今开采设备的需求,如进行设备电控化和自动化改造等等,都将会推动露天煤矿开采设备的整体技术的提高。
3.3 露天煤矿绿色开采技术
露天煤矿绿色的开采技术是我国的中国矿业大学钱鸣高院士提出的,他是从保护环境的出发点对我国的煤矿开采技术进行重新定义。与传统的井下煤矿开采相比,露天煤矿开采所带来的环境污染远大于井下开采。若露天开采的工艺安排不合理,且设备的老化严重,会造成露天开采对矿区的水资源,空气污染严重,其影响矿区的地质稳定。
(1)露天煤矿绿色开采技术可减少露天采矿对周边生态环境的污染,与此开采技术所需要的设备成本相比,绿色开采技术给企业所带来的社会影响是不可估量的,如今,中国的环境污染较严重,需要各行业都需要有这种绿色的开采技术,较少对环境的污染。(2)需提高各项高技术、低污染的设备的引进和采用率,提高露天开采的技术门槛,将露天开采技术、环境保护工程、人机工程学和计算机智能系统进行融合,充分发挥先进科学生产的作用,为实现露天煤矿绿色开采技术进行技术积累。(3)露天煤矿开采企业在实施绿色开采技术时,应结合自身的发展需要,以提高生产效率、减小环境污为宗旨,形成各种具有企业特色的绿色开采模式。
3.4 露天煤矿开采设备的数字化
露天煤矿开采设备的数字化是国家重大战略资源安全体系的关键组成部分,也是评估各矿山的综合实力的一个基础。露天煤矿开采设备的数字化是减小煤矿开采企业安全责任事故的一个根本的措施。开采设备的数字化是运用先进的计算机管理技术,结合各种大型的智能化操作系统,利用先进的数据通信技术,如卫星导航与通信技术,实现系统的无人值守化和智能化操作。此系统是将生产、管理、自诊断、设备维护和安全等因素结合在一起,形成一个闭环控制系统,保护各大型设备的安全,有利用形成煤矿企业的综合自动化,提高了企业的综合效率。
4 结语
露天煤矿开采设备的应从粗放型向集约型转换,充分利用国内外相关的先进的技术和设备,提高我国露天煤矿开采采能力和整体技术装备水平,是推进我国整体煤矿开采水平的关键组成部分,是提高煤矿企业综合效率的重要组成部分。
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