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澳大利亚露天煤矿发展研究

时间:2023-10-26 来源:中国煤炭杂志官网 分享:

★ 世界煤炭——世界露天煤矿发展系列研究 ★

澳大利亚露天煤矿发展研究

张 鹏1,倪 坤2,王 晗1,于海旭1,刘 欣1,李庆健1,金 磊1,杜勇志1,李新鹏1,卑若楠1

(1.国能宝日希勒能源有限公司,内蒙古自治区呼伦贝尔市,021000;2.应急管理部信息研究院,北京市朝阳区,100029)

摘 要 为借鉴先进产煤国家经验,推进我国露天煤矿高质量发展,通过研究分析澳大利亚60年来露天煤矿的发展历程,采用定量研究和定性分析相结合的方法,研究分析了澳大利亚露天煤炭资源分布、露天煤矿生产现状和生产结构、开采技术和装备应用、生态环境保护等方面的规律、特点和经验。研究表明,澳大利亚充分发挥了露天开采生产规模大、劳动效率高、煤炭供应有保证等优势,优先发展露天开采,开采工艺以无运输倒堆工艺和间断式开采工艺为主,开采装备向大型化和智能化发展;露天煤矿向大型化和集约化发展,大型露天煤矿智能化发展进入规模化应用阶段;生态环境保护的原则是恢复到扰动之前的状态。基于此,中国可借鉴澳大利亚在煤炭资源条件适宜的地区持续扩大露天煤矿生产规模的做法,进一步扩大露天煤矿产量和开采集中度,重点发展半连续开采工艺,将生态环境保护要求贯穿于露天煤炭开采的全过程,实现露天煤矿开采的良性循环。

关键词 露天煤矿;资源分布;开采工艺;采矿装备;生态环境保护;智能化发展

1 澳大利亚煤炭资源分布特点

截至2020年底澳大利亚硬煤探明资源量为737.19亿t,适合露天开采的硬煤资源主要分布在昆士兰州的博文盆地和新南威尔士州的悉尼-冈尼达盆地,约占硬煤资源量的75.8%;褐煤资源量765.08亿t,全部适合露天开采,主要分布在维多利亚州的吉普斯兰盆地。硬煤经济资源量(EDR)主要分布于昆士兰州和新南威尔士州,褐煤EDR主要分布于维多利亚州。澳大利亚煤炭资源分布特点如下。

(1)澳大利亚适合露天开采的硬煤资源占比约75%。澳大利亚有2个主要含煤区域[1-7],一是昆士兰州的博文盆地,其适合露天开采的煤炭资源约占50%,二是新南威尔士州的悉尼和冈尼达盆地,其适合露天开采的煤炭资源约占25%;2个盆地开采条件优越,大部分煤层在300 m以浅,博文盆地上部煤层厚45~75 m、下部煤层厚20~150 m,悉尼盆地煤层厚度在1.5~3.5 m或18~60 m不等。

(2)煤炭资源主要分布在昆士兰州、新南威尔士州、维多利亚州。截至2020年底,澳大利亚硬煤和褐煤EDR合计分别为74 147、74 039 Mt,具体见表1和表2。博文煤田、悉尼煤田、加利利煤田的硬煤EDR占硬煤资源量的比重分别为35.8%、25.6%、15.4%,合计为76.8%;吉普斯兰煤田褐煤EDR占褐煤资源量的比重为98.9%。大部分硬煤EDR分布于昆士兰和新南威尔士州,然后是南澳大利亚州、西澳大利亚州和塔斯马尼亚州;硬煤产品主要有炼焦煤和动力煤。褐煤EDR主要分布于维多利亚州。澳大利亚已探明的硬煤可采资源量为1 633.30亿t,包括741.46亿t的经济资源量、50.27亿t的次经济探明资源量和841.57亿t的推断资源量。

表1 2020年底澳大利亚硬煤煤田资源量及占比

硬煤煤田硬煤EDR/Mt占比/%博文煤田26 56035.8悉尼煤田19 01325.6加利利煤田11 39215.4其他17 18223.2

表2 2020年底澳大利亚褐煤煤田资源量及占比

褐煤煤田褐煤EDR/Mt占比/%吉普斯兰煤田73 23898.9其他煤田8011.1

(3)博文盆地是澳大利亚煤炭资源最多、煤质最优、开采条件最好的含煤盆地。博文盆地是澳大利亚最重要的二叠纪煤炭产地,拥有世界最大的烟煤矿床和澳大利亚70%的炼焦煤资源;博文盆地面积为75 000 km2,硬煤经济可采储量为471.80亿t;博文盆地开采条件好,适合露天开采的煤炭资源丰富,在产煤矿露天产量占比80%以上,其余为井工开采、开采深度在650 m以浅。

(4)新南威尔士州悉尼-冈尼达盆地是澳大利亚二叠纪煤炭的第二产地。新南威尔士州主要煤炭资源位于悉尼-冈尼达盆地,是澳大利亚煤炭资源量仅次于博文盆地的含煤盆地,也是澳大利亚二叠纪煤炭的主要产地。悉尼盆地是悉尼-冈尼达盆地的主要组成部分,该盆地包括亨特煤田、纽卡斯尔煤田、南部煤田、西部煤田4个主要煤田;冈尼达盆地位于悉尼盆地西北,被新南威尔士州划分为冈尼达煤田。悉尼-冈尼达盆地的硬煤经济可采储量为243.30亿t,炼焦煤约占25%,亨特煤田、纽卡斯尔煤田、南部煤田、西部煤田4个煤田和冈尼达煤田的硬煤经济可采储量占比分别约44%、3%、4%、21%和28%。悉尼盆地构造简单、煤层产状大多接近水平,倾角变化范围为5°~10°;冈尼达煤田的部分地方有许多玄武岩系侵入;悉尼-冈尼达盆地煤层开采深度在120~300 m之间;适合露天开采的煤炭资源丰富,在产煤矿露天产量占比75%以上。

2 澳大利亚露天煤矿煤炭开采发展现状

与世界大多数煤炭生产国相比,澳大利亚煤炭产量大部分来自露天开采,2020年,硬煤露天开采与井工开采产量的比例为5∶1;褐煤开采全部是露天开采;硬煤和褐煤开采均以大型露天煤矿开采为主。

2.1 近60年露天煤矿煤炭产量增长迅速

目前,澳大利亚露天开采占比保持在82%~85%,比世界平均占比高出40多个百分点;硬煤生产的96%集中在昆士兰州和新南威尔士州;昆士兰州和新南威尔士州2个主要产煤州生产硬煤的露天煤矿合计为67处,煤炭产量的增长主要依赖于露天开采单矿规模的扩大和煤矿数量的增加。

(1)20世纪70年代中期以后,露天开采超过井工开采逐渐成为主导。2021年露天开采煤炭产量与井工开采煤炭产量的比例由1961年的1∶8.8调整为5.2∶1,如图1所示。20世纪60年代,澳大利亚加大煤炭投资并引进先进技术,不仅使原有井工煤矿实现了机械装载,进一步提高生产效率,而且开始大力发展露天开采,露天开采比重不断提高;1974/1975年度露天煤矿煤炭产量所占比重由1960/1961年度的10.2%提高到51.3%,超过了井工煤矿煤炭产量;随着露天开采技术装备水平的提升,露天开采煤炭产量迅速提高,1994/1995年度露天开采煤炭产量所占比重比1974/1975年度增加了20.6个百分点,提高到71.9%;2020/2021年度比1994/1995年度增加了11.9个百分点,提高为83.9%[8]

图1 1961-2021年澳大利亚煤炭总产量及露天与井工煤矿煤炭产量

(2)近60年,澳大利亚露天煤炭开采经历了3个发展阶段。1960/1961-1974/1975年度为高速发展阶段,所占比重增加了41.1个百分点;1974/1975-1994/1995年度为中速发展阶段,所占比重增加了20.6个百分点;1994/1995-2019/2020年度为缓慢发展阶段,所占比重增加了11.9个百分点[8],如图2所示。

图2 1961-2021年澳大利亚煤炭总产量、露天煤矿煤炭产量及占比

2.2 大型露天煤矿在生产结构中占绝对优势

澳大利亚大型露天煤矿的优势明显。2020年,澳大利亚硬煤露天开采煤矿67处,其中昆士兰州42处、新南威尔士州25处,不同产能露天煤矿产量占比和数量占比情况如图3所示。其中产能400万t/a以上的露天煤矿产量与数量占比分别为86.9%和58.1%,澳大利亚大型露天煤矿以较少的煤矿数量生产了绝大部分的煤炭产量;产能1 000万t/a 及以上的露天煤矿产量和数量占比分别为46.3%和19.4%,近20%的较大型露天煤矿生产了近一半的煤炭产量。维多利亚州罗杨(Loy Yang)露天煤矿主要生产褐煤,2020年该矿煤炭产量占澳大利亚露天煤炭总产量的比重为7.1%;昆士兰州风景(Peak Downs)露天煤矿主要生产炼焦煤,2020年度该矿煤炭产量占澳大利亚露天煤炭总产量的比重为4.1%[9]

图3 不同产能露天煤矿产量和数量占比

2.3 露天煤矿煤炭产量规模与单矿产量齐增长

近30年,澳大利亚露天煤矿单矿产量与露天煤矿总产量增长趋势趋于一致。1990-2020年,澳大利亚露天煤矿数量由61处增加到67处,期间2013年曾经增加到81处;露天煤矿煤炭总产量由140 Mt持续增加到451 Mt,增幅为222.1%,占煤炭总产量的比重由69.93%提高到82.80%,年平均增长速度为3.98%;露天煤矿平均单矿产量由2.295 Mt增加到6.730 Mt,增幅为193.25%,年平均增长幅度为3.65%[8],如图4所示。

图4 1990-2020年露天煤矿产量与单矿产量

近30年,澳大利亚井工煤矿数量减少、总产量依靠单井产量的提高而增加。1990-2020年,井工煤矿数量由68处减少到27处;井工煤矿煤炭总产量从60.36 Mt增加到94.00 Mt,增幅为55.73%,占煤炭总产量的比重30.07%降低到16.30%,年平均增长速度为1.49%。井工煤矿平均单井产量由0.888 Mt增加到3.481 Mt,增幅为291.89%;年平均增长速度为4.66%[8],如图5所示。

图5 1990-2020年井工煤矿产量与井工煤矿单矿产量

3 澳大利亚露天煤矿开采工艺和技术装备特点

澳大利亚露天煤炭资源开发条件较好,露天煤矿开采工艺比较齐全、技术装备先进。硬煤资源大多分布在昆士兰州和新南威尔士州,具有埋藏浅、倾角缓、厚煤层多等特点,主要采用无运输倒堆开采工艺和单斗-卡车间断开采工艺;褐煤主要埋藏于南部的维多利亚州,具有煤层厚、分布广、灰分低、储量大的特点,主要采用轮斗连续工艺开采;露天煤矿大型开采装备依靠进口,技术服务以本国企业为主。

(1)硬煤开采以无运输倒堆和间断开采工艺为主。大部分硬煤资源分布于昆士兰州和新南威尔士州地表平坦的自然环境中,埋藏较浅、倾角较小;大型露天煤矿以综合开采工艺为主,一般采用4~6 台吊斗铲完成剥离工作、电铲(液压挖掘机或前端装载机)负责煤炭采装、卡车负责运输。位于博文盆地的最大的炼焦煤生产矿——风景(Peak Downs)露天煤矿采深约300 m、采用吊斗铲倒堆工艺和单斗卡车工艺相结合,覆盖层剥离由6台吊斗铲完成,电铲和卡车负责煤炭开采和装运;该盆地的柯里奇(Curragh)和萨拉吉(Saraji)露天煤矿均由4台吊斗铲完成剥离,然后由电铲/装载机、卡车负责煤炭采装和运输。

(2)褐煤开采以连续开采工艺为主。褐煤主要埋藏于维多利亚州,特点是煤层厚、分布广、灰分低、储量大,均采用连续工艺开采。使用大型轮斗挖掘机或链斗挖掘机进行剥离和采煤,采出的煤和矸石经带式输送机运到地面分流站,将煤炭和矸石分流,矸石运往排土场,煤炭运往电厂。最大的褐煤生产煤矿罗杨(Loy Yang)露天煤矿褐煤开采作业使用4台电动斗轮挖掘机进行剥离和开采,每台斗轮挖掘机长190 m、高50 m,重达5 000 t,煤炭挖掘能力4 000 t/h;采出的煤炭由15 km长的带式输送机运至发电站,带式输送机以5.3 m/s的速度将煤炭运至容量为80 000 t的煤仓进行破碎(破碎机破碎能力为2 500 t/h),然后再输送至发电站。

(3)露天煤矿大型开采装备依靠进口。澳大利亚露天煤矿选用具有世界先进水平的开采装备。2020年,澳大利亚露天开采单矿产量是井工开采单矿产量的约2倍,露天采矿活动的主要装备包括:吊斗铲、矿用卡车、斗轮挖掘机、电铲、破碎机和带式输送机、刮土机(铲土机)、推土机等。绝大多数重型装备/土方装备都是进口的,最大的采矿设备进口国是美国,其次是日本、德国等,主要进口设备供应商包括美国卡特彼勒、日本小松、德国利勃海尔等公司。露天煤矿开采装备的共同特点是配备重型设备、采用最先进的开采工艺和技术,多数装备选用来自煤机制造业内前3家公司的产品。

吊斗铲在澳大利亚露天煤矿得到广泛使用,用于上覆岩层的剥离。澳大利亚露天矿山通常比美国、欧洲的同类矿山要大,一般采用台阶延伸法增大吊斗铲的有效半径,采场宽度也比其他国家大,典型宽度在60~70 m;常用吊斗铲臂长100 m、斗容45~48 m3,新建矿山吊斗铲斗容增大到55~60 m3。开采规模最大的风景露天矿使用卡特彼勒吊斗铲和自卸卡车、利勃海尔挖掘机等大型装备;开采规模第二位的太亚瑟露天矿聘用世界一流的采矿技术服务商、采用利勃海尔的挖掘机和大型矿用卡车等。

(4)露天煤矿开采技术服务依靠澳大利亚本国企业。澳大利亚与欧美等国家的矿山运作模式相同,采用矿山外包模式。20世纪60年代,澳大利亚在金矿生产中采用外包模式,陆续推广应用到铁矿、有色金属矿和煤矿等领域。澳大利亚有采矿设备和技术服务承包商550多家,向露天煤矿提供采矿服务、粉煤选煤和过程控制及地层加固技术等方面的服务。露天采矿服务的内容具体包括矿山规划、钻爆、开采、矿石破碎与筛分、原料处理、矿场基础设施开发以及矿区运营与维护等。例如承包商负责给澳大利亚的风景、贡耶拉瑞尔赛德(Goonyella Riverside Mine)、黑水(Blackwater Mine)等大型露天煤矿的开采作业提供采矿服务以及运输车队租赁和设备维护服务等,提供预剥离作业的装备主要有小松930E和卡特彼勒793卡车以及利勃海尔R9800和卡特彼勒6060挖掘机。

(5)大型露天煤矿智能化建设进入规模化应用阶段。澳大利亚是露天矿山较早开始智能化建设的国家,矿用卡车无人驾驶是露天煤矿智能化建设的重点。截至2022年5月,澳大利亚矿山无人驾驶矿车数量达到706辆,占世界矿山正在使用的无人驾驶矿车总量的66.1%,这些矿车在25处矿山运行,其中贡耶拉瑞尔赛德露天煤矿运行86台,占澳大利亚无人驾驶矿车总量的12.2%;多尼亚(Daunia)露天煤矿为34台,占澳大利亚无人驾驶矿车总量的4.8%。

4 澳大利亚露天煤矿生态环境保护措施和实施效果

澳大利亚政府对采矿企业生态环境保护原则是“恢复原貌”,要求煤炭开采企业以对环境负责的方式进行生产,通过采前计划、污染控制程序、采后矿区复垦监控等措施将煤炭开采造成的环境影响降到最低;煤炭企业从开发到复垦的每个阶段都要严格遵守联邦政府、各州和地区政府的环境保护法律法规要求;满足各州(领地)政府环保法规的要求是煤炭开发项目规划顺利实施的重要工作;露天煤矿开采生态环境修复技术覆盖整个采矿生命周期。

4.1 露天煤矿环保监管机构设置合理、法律法规完善

澳大利亚环境保护监管机构包括联邦政府机构和州/领地政府两级机构,主要露天煤矿所在州是昆士兰州和新南威尔士州。联邦政府主要机构是可持续、环境、水资源、人口与社区部,主要职能是负责澳大利亚的环境保护和生物多样性保护等,核心法规是《环境保护与生物多样性保护法》(1999)。新南威尔士州主要机构是环境保护局,核心法规是《环境保护法》(1997)、《环境规划与评价法》(1979);该州规划、工业和环境部,核心法规是《矿业法》(1992)。昆士兰州主要机构是环境与遗产保护局,核心法规是《环境保护法》(1994);该州自然资源、矿山和能源部,核心法规是《矿物资源法》(1989)。

澳大利亚矿业生态环境保护相关法律法规较为完善,覆盖矿业开采的全生命周期,法律法规中突出预防原则,技术标准和指标要求非常详细。根据澳大利亚国家宪法,澳大利亚的矿产资源实行联邦和州/领地分权管理,铀矿由联邦政府立法,其他矿产品由各州政府制定符合各自实际情况的矿业法规。澳大利亚联邦政府1999年颁布的《环境和生物多样性保护法》(EPBC),对那些可能造成重大环境影响的活动进行环境评估和审批,该法规定闭坑计划是采矿方案评估过程的重要考虑因素,要求所有州和地区都要有闭坑计划的规定,要求矿山企业必须向当地相关采矿审批机构提交具体采掘区域的土地恢复计划。

各州的矿业法和环境保护法等提出的采矿业环境保护主要规定包括:空气质量、噪音、水质治理以及采后土地复垦等。要求每个煤矿定期监测采煤现场和社区的空气质量、噪音等级和水质,使其符合环保标准要求,保证员工和社区居民的身体健康;生产企业要尽量减小矿业开发破坏土地的程度,尽可能恢复到采前的利用水平。

4.2 生态环境保护原则是恢复到扰动之前的状态

澳大利亚州政府对采矿企业提出的生态环境保护总体原则是“恢复原貌”:采后土地需要恢复到采前的土地利用能力,或恢复成与周围土壤构造相同的状态,即不低于开采前的生态水平。具体要求如下。

(1)提交环境影响评价、做好采前准备。环境影响评价报告的提交、审批是采矿企业获取采矿许可证的先决条件。矿业公司在取得采矿许可证之前,首先至少用1 a时间,耗资上千万澳元,对矿区范围居民、土地利用、文化遗迹以及气候、地形、土壤、动植物、病虫害等多方面进行调查研究,论证环保管理方案的可行性和科学性,确定土地复垦目标和标准,提交环境影响评价报告。其次,矿业公司还需根据开采方案和环境管理方案对开采阶段的环境保护工作制定年度开采计划和土地复垦计划,土地复垦计划需要得到州环境保护局的认可。环境保护局根据现存资料,在与周边案例进行类比分析基础上,评估土地复垦计划是否可行。

(2)缴纳复垦保证金、落实土地复垦要求。缴纳复垦保证金主要目的:一是确保因勘探或开采活动被破坏的土地恢复成为与其周围土壤结构相同并达到以后能够利用的状态;二是制约土地复垦义务人,保障土地复垦费用的落实;三是鼓励矿业公司尽快实施土地复垦的措施,复垦工作完成好的、保证金缴纳比率调低,否则会调高比例。缴纳保证金对应的面积为每年扩大开采的面积,作为奖励,开采过程中已复垦的面积可以按比例抵消破坏的土地面积。

(3)保障公众参与、公开确定复垦土地的用途。各州政府将矿业公司与土地所有者的谈判环节公开,并作为颁发采矿权证的一个必要条件,以保障公众参与决策。矿业公司必须提出土地复垦的用途和实施计划。土地权益的相关方和矿业公司共同决策复垦后土地的利用方向、复垦土地质量的检测指标和评价标准等。在采矿和复垦过程中,政府根据公众意见和评价可以调整矿业公司缴纳保证金的比例,同时政府收回环境使用权也要考虑公众意愿。

4.3 露天煤矿开采不受原始生态环境的影响

澳大利亚主要露天煤矿的原始生态环境为亚热带草原。2个主要产煤州昆士兰州和新南威尔士州的气候均为亚热带草原气候。澳大利亚是一个地形多样的国家,有着不同的气候带。昆士兰州和新南威尔士州2个主要的产煤州均位于东部,澳大利亚大陆东部的地形单元是大分水岭,贯穿南北走向与海岸线基本平行,总长度约为3 000 km,宽度为160~320 km,平均高度为800~1 000 m,其中海拔2 230 m的科修斯科山是最高山峰。

昆士兰州热带雨林面积约占该州面积的53%;该州主要煤炭富集区是澳大利亚第一大含煤盆地博文盆地,位于东部沿海,为热带草原气候。新南威尔士州主要煤炭富集区悉尼盆地是澳大利亚第二大含煤盆地,位于东海岸,为热带草原气候。

4.4 环保管理制度和激励政策全面有效

澳大利亚主要采煤州矿业开采实行的环境管理制度主要包括《开采计划与开采环境影响评价报告》制度、《年度环境执行报告书》制度、矿区复垦保证金制度、矿山监察员巡回检查制度等,目的是具体落实采前工作准备、采中环境保护和采后土地复垦,以及各州政府的监督检查。

《开采计划与开采环境影响评价报告》制度是指矿业公司开采前,需要制定《开采计划与开采环境影响评价报告》,先由专家组审核,再由州政府批准。报告的主要内容包括开采可能造成的环境、经济、安全、社会影响,对空气污染、噪音污染、地下水污染、土地污染等提出相应的治理与恢复措施;《年度环境执行报告书》制度是指矿业公司需在每年规定的时间向矿业主管部门提交《年度环境执行报告书》,新的煤炭和其他矿产品投资商获得矿权的要求是必须提供“采矿作业计划”(MOP)和“年度环境管理报告”(AEMR);主要产煤州依据《矿业法》设立了复垦保证金,目的是向该州的居民承诺,该州因矿产品和石油的勘探和开发所造成的环境破坏的恢复费用,由在该州从事勘探开发活动的投资商承担,不会给当地居民增加额外的税收负担;矿山监察员巡回检查制度是指政府的矿业主管部门对“年度环境执行报告书”审查后由分管监察员对矿业公司进行现场抽查。

4.5 露天煤矿生态环境修复技术覆盖整个采矿生命周期

澳大利亚生态环境修复技术覆盖煤炭开采过程中的粉尘控制和采中采后土地复垦技术。

(1)粉尘控制技术覆盖开采和运输等过程。在钻孔和爆破阶段粉尘控制方面,主要根据风速和风向确定爆破时间从而控制粉尘,如图6所示[1]。利用爆破前环境检查表、实时天气监测数据对敏感地区爆破进行严格监控,根据最新的天气条件,包括风速和方向、逆温和大气湍流强度等,在爆破前自动计算最近居住区的无爆破冲击半径。

图6 露天煤矿根据风速和风向确定爆破时间控制

在开采阶段粉尘控制方面,澳大利亚露天煤矿普遍采用洒水车和高压喷水装置来减少采煤作业中的粉尘排放;在大风条件下,采取降低剥离物卸载平台高度或实施内排等措施控制粉尘。

在运输阶段粉尘控制方面,使用全球定位系统跟踪采矿和除尘设备位置,并通过实时天气监测,协助除尘作业;在每个转载点使用频率可调节的喷水装置;自动喷水装置安装在原煤破碎站受料斗上,从卡车进入卸载区触发传感器到卡车离开后的设定时间段内,自动喷水装置产生细雾,以抑制粉尘产生。另外,使用带护帘的可伸缩滑槽,将煤装载到火车车厢内。

在储煤阶段的粉尘控制方面,当风速大于6 m/s时,启动储煤场周围安装的自动喷雾器;商品煤堆在24 h内由铁路装载运走;在盛行风的下风向设置树木防风障,减少商品煤堆的粉尘扩散;在运输道路上使用化学除尘剂,大大减少了运输道路上洒水量。

在排土场粉尘控制方面,为迅速覆盖露天煤矿服务期内开采造成的大面积土地扰动,从而抑制扰动区域粉尘产生,并防止杂草生长,澳大利亚露天矿有效做法是对排土场进行空中播种,并对临时排土场进行复垦,确保种植植物稳定生长,以尽量减少风蚀扬尘的产生。

在矿区粉尘监测方面,开采矿产资源对粉尘污染控制的重点在于监测,各采矿企业应制定粉尘监测计划,提供环境粉尘水平相关的信息;定期监测采矿作业的粉尘排放情况,由此评价采矿活动对周围环境中粉尘含量的影响以及已经采取的控制措施的有效性,矿区粉尘现场监测设备如图7所示[1]

图7 矿区粉尘现场监测

(2)土地复垦技术。澳大利亚矿业公司土地复垦技术包括种子采集、表土剥离、分层堆放、分层回填、地貌重塑、土地平整、恢复植被等一系列复垦措施。矿业公司在剥离表土时,采取把适合植物生长的腐殖土单独堆放、尽量保存地表植物等方法,以便复垦时使用,并能够尽快恢复地力、有利于土地复垦后动物和植物的栖息和生长。对于露天开采,一般按照土壤层次进行分层剥离、分层堆放、分层回填。表土剥离和存放对土地复垦尤为重要,表土保存时间越短,所包含种子和植物的存活率就越高,不仅能够缩短地力培肥的时间,而且能使植被恢复得更好更快。地貌重塑工程量较大,但能保证复垦后景观与周边地形的一致性和地层的稳定性,使复垦后土地利用的风险降到最低,确保土地长期使用的安全性和可靠性。

(3)复垦动态监测。在矿产开发过程中,矿业公司必须对土地复垦效果实施动态监测。根据监测结果不断修正土地复垦方案中提出的具体复垦目标、标准、指数及相关技术参数等。矿业公司在向州环保局提交的年度土地复垦进展报告和闭坑土地复垦报告中,必须提供准确的监测数据和结果,说明土地复垦是否达到了确定的指标和技术参数标准,以及土地复垦是否在朝好的方向发展。政府根据监测结果确定是否授权矿业公司开展下一步土地复垦工作,企业根据监测结果调整复垦措施。监测工作一般由矿业公司聘请的研究或技术咨询机构承担。

5 澳大利亚露天煤矿发展以及对我国的启示

(1)澳大利亚充分利用煤炭资源条件的优势大力发展露天煤炭开采。20世纪60年代,澳大利亚加大煤炭投资,不断提高露天煤炭开采所占比重,20世纪70年代中期,露天煤炭开采比重超过井工煤矿,目前已经提高到82%左右,超过世界露天煤矿开采比重40个百分点以上。我国可借鉴澳大利亚的做法,在煤炭资源条件适宜的地区继续扩大露天煤矿产量规模,提高露天煤矿产量占煤炭总产量的比重,充分发挥露天开采在安全生产与职业健康、资源回收率、劳动生产率、生产成本等方面的特殊优势,推进露天煤矿高质量发展,保障我国煤炭稳定供应和国家能源安全。

(2)半连续工艺和综合工艺提高了澳大利亚露天煤矿生产效率和经济性。20世纪70年代,澳大利亚开始在单斗-卡车间断开采工艺中加入了破碎机,用带式输送机替代汽车运输降低运输费用;2002年,昆士兰州贡耶拉露天煤矿引入大型自移式破碎机,使得露天煤矿的半连续工艺开采技术更加丰富并发展成为典型的综合开采工艺,成为露天煤矿绿色开采的新选择。半连续开采工艺和综合开采工艺集合了间断与连续工艺的优点,适应性较强,是露天煤矿开采工艺的新趋势。我国露天煤矿开采条件较为复杂,未来可利用综合开采工艺适应性较强的特点,实现露天煤矿开采由单一化工艺向综合化转变,由单一开采方式向复合开采方式转变,由传统单斗-卡车工艺为主向半连续工艺为主的综合工艺转变。

(3)澳大利亚生态环境保护要求贯穿于露天煤矿开采的全过程,其原则是“恢复原貌”。环境保护监管机构包括联邦政府和州/领地政府两级机构,环境监管机构设置合理;矿业生态环境保护相关法律法规突出预防原则、技术标准和指标要求的操作性强;粉尘控制和土地复垦技术覆盖露天煤炭开采全过程。我国露天煤矿环境治理可借鉴澳大利亚的做法,进一步完善生态环境保护法律法规体系、强化露天煤矿环境影响与治理的监督管理,大力推广生态环境保护技术,实现我国露天煤矿开采的良性发展。

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Research on the development of open-pit coal mines in Australia

ZHANG Peng1, NI Kun2, WANG Han1, YU Haixu1, LIU Xin1, LI Qingjian1, JIN Lei1, DU Yongzhi1, LI Xinpeng1, BEI Ruonan1

(1. China Energy Baorixile Energy Co., Ltd., Hulun Buir, Inner Mongolia 021000, China;2. Information Institute of Ministry of Emergency Management of PRC, Chaoyang, Beijing 100029, China)

Abstract In order to draw on the experience of advanced coal producing countries and promote the high-quality development of open-pit coal mines in China, the development history of open-pit coal mines in Australia over the past 60 years was studied and analysed, as well as the laws, characteristics and experiences in the distribution of open-pit coal resources, the current production status and structure of open-pit coal mines, mining technology and equipment applications, and ecological environment protection in Australia by using a combination of quantitative and qualitative analysis methods. The results show that Australia gives full play to the advantages of open-pit coal mine, such as large production scale, high labor efficiency, guaranteed coal supply, and gives priority to the development of open-pit mining; the mining technology is dominated by the non-transportation dumping technology and intermittent mining technology, and the mining equipment is developing towards large-scale and intelligent; the open-pit coal mine is developing towards large-scale and intensive development, and the intelligent development of large-scale open-pit coal mines has entered the stage of large-scale application; the principle of ecological environment protection is to restore to the state before disturbance. On the basis, China can learn from Australia's practice of continuously expanding the production scale of open-pit coal mines in areas with suitable coal resources conditions, further expand the output and mining concentration of open-pit coal mines, focus on the development of semi-continuous mining technology, apply the requirements of ecological environment protection through the whole process of open-pit coal mining, so as to achieve a virtuous circle of open-pit coal mining.

Keywords open-pit coal mine; resource distribution; mining process; mining equipment; ecological environment protection; intelligent development

中图分类号 TD824

文献标志码 A

引用格式:张鹏,倪坤,王晗,等. 澳大利亚露天煤矿发展研究[J]. 中国煤炭,2023,49(7):128-136. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.07.017ZHANG Peng, NI Kun, WANG Han, et al.Research on the development of open-pit coal mines in Australia[J]. China Coal,2023,49(7):128-136. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.07.017

作者简介:张鹏(1987-),男,内蒙古呼伦贝尔人,博士,高级工程师,主要从事露天煤矿高边坡风险管理研究工作。E-mail:jans7zp@hotmail.com

通讯作者:倪坤(1983-),男,内蒙古呼和浩特人,博士,高级工程师,主要从事煤炭发展战略研究工作。E-mail:nikun@coalinfo.net.cn

(责任编辑 郭东芝)

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