煤炭資源露天開采

1.2.3.1 露天開采主要特點分析當礦體埋藏較淺或地表有露頭時，采用露天開采最為優越(圖1-3)。與地下開采相比，露天開采優點是:資源利用充分、回采率高、貧化率低，適于用大型機械施工，建礦快，產量大，勞動生產率高，成本低，勞動條件好，生產安全;缺點是:需剝離并排棄大量巖土，尤其較深的露天礦，往往占用較多的農田;設備購置費用較高，初期投資較大;設備效率及勞動生產率受氣候影響較大。圖1-3 煤炭露天開采隨著開采技術的發展，適于露天采礦的范圍越來越大，包括開采低品位礦床和某些地下開采過的殘礦。對平緩礦床(一般礦層傾角小于12°)采用倒堆、橫運或縱運采礦法;對于傾斜礦床采用組合臺階、橫采掘帶或分區分期開采的方法。縱觀世界經濟發達國家煤炭工業的發展特點是:依據本國煤田賦存條件，優先發展露天采煤，露天采煤量占總采煤量的比重不斷增加。開采條件好的國家露天開采比重均超過50%，其中加拿大88.0%、德國78.3%、印度73.8%、澳大利亞70.0%、印尼70.0%、美國61.5%、俄羅斯56.1%、南非52.9%、波蘭33.3%、英國23.6%、日本11.6%。各國逐漸形成了各具特點的露天采煤工藝，其中具有代表性的有美國、澳大利亞、俄羅斯及印度。經過幾十年的發展，隨著露天開采現代新技術和新工藝的引入，我國在條件適宜地區的露天開采成本大幅度下降，勞動生產率大幅度提高，獲得顯著經濟效益。同時，露天煤礦產量占全國煤礦產量比重逐漸增加，由2002年的4%左右提高到目前的10%左右。根據《煤炭工業“十一五”發展規劃》，全國將重點建設10個千萬t級現代化露天煤礦。在這種大的宏觀經濟和能源供需背景下，我國煤炭露天開采又進入了新的發展階段。1.2.3.2 露天開采主要作業內容露天開采作業主要內容包括:穿孔爆破、采裝、運輸和排土。這四項工作的好壞及它們之間的配合如何，是露天采礦的關鍵。(1)穿孔爆破。是在露天采場礦巖內鉆鑿一定直徑和深度的定向爆破孔，以炸藥爆破，對礦巖進行破碎和松動。穿孔設備主要有回轉鉆機、潛孔鉆機和牙輪鉆機等，爆破多用銨油炸藥、漿狀抗水炸藥、乳化炸藥及粒狀乳化炸藥。(2)采裝。是用采礦或機械將礦巖裝入運輸設備，或直接卸到指定地點的作業。常用的設備有單斗挖掘機輪斗挖掘機、拉斗鏟與露天采礦機等，最廣泛采用的為單斗挖掘機。(3)運輸。是將露天采場的礦、巖分別運送到卸載點(或選礦廠)和排土場，同時把生產人員、設備和材料運送到采礦場。主要運輸方式有鐵路、公路、輸送機、提升機，還有水力運輸和用于崎嶇山區的索道運輸。選擇運輸方式必須綜合考慮地形、地質、氣候條件，露天礦生產能力，開采深度，礦石和圍巖的物理力學性質等，經過全面技術經濟比較后，確定合理的運輸方式。(4)排土。是指從露天采場將剝離覆蓋在礦床上部及其周圍的表土和巖石，運送到專門設置的排土場進行排棄的作業。排土方法依其排土設備的不同，分為推土犁推土、推土機排土、前裝機排土和拖拉鏟運機或拉斗鏟排土等。排土場優先選用內部排土方式，外土場應選擇在盡量靠近采礦場，少占農田的位置，有條件的應放置在山谷、洼地處，利于環境保護和土地復墾。1.2.3.3 露天開采存在的問題剖析我國露天煤礦開采技術與國外先進水平相比，仍存在著規模小、產業集中度低、經濟效益較低，技術工藝與裝備水平、設備制造水平相對落后，自動化程度低，大型成套裝備國產化程度低、進程較慢等問題。(1)我國露天開采技術發展緩慢同國外露天煤礦的發展相比，我國的露天煤礦發展緩慢。主要原因是我國適宜于露天開采的煤炭資源地理位置不佳，離煤炭消費重心較遠，綜合開發條件較好的很少，大部分煤田埋藏較深，基建工程量大，剝采比大。同時，我國機械制造水平低，過去已有的技術設備無法適應大型露天煤礦的開發。20世紀80年代，我國煤炭部提出了“優先發展露天開采”的方針，規劃建設霍林河、伊敏河、平朔、準格爾、元寶山等5大露天礦，把露天開采作為持續穩定、健康發展煤炭工業的一項重要戰略方針[4]。可是，由于我國煤炭工業建設長期以井工開采為主，露天開采在煤炭工業中沒有放在應有的重要地位，而且在我國可以劃歸的露天開采儲量中，煤化程度普遍較低，最高為氣煤，最多是褐煤。我國露天采煤發展緩慢還有一個原因是露天煤礦分布具有明顯的區域性，多集中在中西部地區，以山西、內蒙古、陜西、新疆等地為主。這些地區多屬于煤炭輸出區，自身對煤炭的消費量不大，加上向外運輸條件較差，使得大規模露天開采受到制約。這些地區生態系統比較脆弱，考慮到大規模露天開采對環境的破壞，一是恢復起來比較難，二是植被破壞后造成沙塵增加，直接影響到我國的中部和東部地區。另外，這些地區經濟欠發達，而大規模露天采煤前期投入較高，地方無力承擔，這也是煤炭露天開采比重一直較低的一個原因。(2)露天煤炭開采新技術研發投入不足一方面，我國露天礦具有各不相同的內、外部復雜條件，其各項重大技術決策具有舉足輕重的作用，正確的設計決策能為露天礦帶來上千萬元甚至以億元計的經濟效益，而錯誤的決策會造成驚人的損失。長期以來，露天煤炭開采設計缺乏創新，一些煤炭開采技術問題始終難以解決。如:絕大多數露天煤礦為近水平煤層埋藏、分區開采、汽車端幫環線開拓運輸系統壓幫內排、端幫邊坡設計采用靜態分析，造成端幫邊坡角偏小、端幫壓煤、運輸成本高等問題。另一方面，除了傳統的技術開發研究，未來的露天煤炭開采技術——數字化技術、自動化技術、無人化技術研究投入不夠。礦業界迄今尚未能達到實現開采系統完全自動化、無人化操作的目標。如獲成功，這將可大大提高生產效率，大大降低生產成本，大大提高作業安全水平。我國尚沒有對煤炭開采作業的自動化和機器人化的深入研究。(3)露天煤炭開采造成的環境問題世界各采煤國家都將優先發展露天采煤作為增加煤產量的主要途徑，盡量實現集中開采，以提高勞動生產率，降低成本。但是露天采煤業迅猛發展的同時，也帶來了一系列的礦山環境問題和生態破壞，嚴重影響地區的生態環境質量和經濟持續發展。以往傳統的地質、采礦及管理學科沒有或很少將礦山環境勘查、評價、預測、管理、立法、執法與露天煤礦勘查、露天煤礦建設、設計、生產、閉坑有機地結合起來。如露天采礦學就追求剝離最少，采煤最多，只要不滑坡，邊坡越陡越好，很少考慮地面變形或閉坑后災害，很少以綜合的、長遠的經濟效益、社會效益和環境效益作為研究追求的出發點。露天采煤形成的凹坑，由于地質構造、邊坡巖體、地表水地下水作用等原因，誘發滑坡、塌陷、水土流失、泥石流等一系列地質災害，又引起地面變形而危及周邊地區的工業企業和居民建筑的安全，既造成巨大的經濟損失又破壞了原來的生態地質環境。我國露天煤礦開采環境問題復雜、多樣、特殊、敏感，由于特定歷史因素影響，對礦業城市地質環境和生態環境的影響和破壞巨大。露天煤礦開采環境問題根本上說是人類采礦工程活動使環境發生變化或惡化。這就需要決策者、管理者、生產者有可持續發展的眼光，開發科學、先進、環保的煤炭開采技術，從事露天煤礦開采，主動地、積極地利用開采工程改善、美化周邊環境，變有害為無害，變不利為有利，實現資源開發和環境保護的協調發展。發展露天煤炭開采技術解決環境問題是非常必要的。
備注：數據僅供參考，不作為投資依據。