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我国露天煤矿发展现状及展望

时间:2023-08-06 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 ★

我国露天煤矿发展现状及展望

杨晓伟1,王 妍2,刘 欣1,于海旭1,张周爱1,田 羽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 介绍了我国露天煤矿的发展历程,对其资源和生产情况以及开采工艺、装备的发展现状进行了阐述,对比分析了我国露天煤矿发展水平和世界先进水平的差距,对我国露天煤矿未来发展进行了展望。研究表明,我国露天煤矿资源和生产集中在内蒙古、山西、新疆、云南等省(区),露天煤炭产量占全国煤炭总产量的比例逐年提高。随着露天煤矿规模化、大型化发展,我国露天煤矿开采工艺和装备技术水平日益提升。未来开采工艺综合化、露天装备智能化、智能矿山系统化、开采与生态重建一体化将成为露天煤矿的发展方向,并推动露天煤矿可持续、高质量发展。

关键词 露天煤矿;开采工艺;露天装备;生态建设;现状和展望

我国是煤炭生产和消费大国,露天煤矿具有生产规模大、生产成本低、安全保障高、经济效益好等优势,2003-2012年我国露天煤矿发展迎来了“黄金十年”,在建设规模、生产总量、开采工艺等方面都取得突破性进展。2013年后我国露天煤矿在安全、环保、资源保护性开发的政策背景下,逐渐进入高质量发展阶段,煤炭产量占全国煤炭总产量的比例持续提升,为保障国家能源供给和安全做出了重要贡献。

1 我国露天煤矿发展现状

1.1 露天煤炭资源现状

1.1.1 各省(区)露天煤矿资源分布

2021年,全国15个省(区)有适合露天开采的煤炭资源分布,分别为山西、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、河南、湖南、广西、贵州、云南、陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆。其中,内蒙古露天煤矿数量最多,主要分布在神东基地的准格尔矿区、神东矿区,以褐煤为主;蒙东基地的宝日希勒矿区、伊敏河矿区、霍林河矿区、白音华矿区、胜利矿区等,以烟煤为主。新疆适合露天开发的煤炭资源最为丰富,主要集中在新疆基地的三塘湖矿区、大南湖矿区、五彩湾矿区、西黑山矿区等。山西、云南、陕西等地适合露天开发的煤炭资源已基本得到开发,还有一些在建的露天煤矿,难以有新的适合露天开发的资源。其他省份适合露天开发资源有限,开采条件相对较差,可以开发中小型露天煤矿。未来,露天煤炭资源主要集中在内蒙古和新疆地区,两地适合露天开发的资源占全国露天煤炭资源的90%。按省(区)分布的露天煤矿情况[1-2]见表1。

表1 我国主要省(区)露天煤矿分布

序号省(区)主要大型露天煤矿1内蒙古哈尔乌素、黑岱沟、胜利西一、胜利西二、胜利东二、白音华一号、白音华三号、宝日希勒、伊敏、元宝山、平庄西露天、扎哈淖尔、霍林河南露天2 辽宁抚顺东露天3 黑龙江宝清朝阳露天、古莲河4 山西安太堡、安家岭、平朔东露天5 陕西西湾6 云南布沼坝7 新疆五彩湾一号、新疆天池南露天、新疆天池将军戈壁二号、大南湖红沙泉

1.1.2 煤炭保供基地露天煤矿资源分布

为强化能源安全保供基础设施建设,推动能源基础设施高质量发展,2022年9月,国家能源局提出建设山西、蒙西、蒙东、新疆、陕北五大煤炭供应保障基地,夯实煤炭煤电兜底保障基础。全国五大煤炭供应保障基地均有露天煤矿资源分布,分别位于晋北地区、神东地区、蒙东地区、新疆地区,是我国露天煤炭资源集中的区域。此外,云贵和陕北地区也有一定的适合露天开采的煤炭资源。

1.1.3 露天煤矿所在地区气候环境、地形地貌以及资源分布情况

我国露天煤矿所在地区按照自然气候和地形地貌情况,可以划分为蒙东草原地区,蒙西、晋北高原地区和新疆戈壁荒漠地区。蒙东地区有扎赉诺尔矿区等14个矿区,伊敏、霍林河、元宝山三大露天煤矿也处于蒙东地区,地质资源储量约占全国露天总储量的26.9%。蒙西地区适合露天开采的矿区主要集中在神东和准格尔矿区,地质资源储量约为6 925.09 Mt,6个主要露天煤矿的可采储量6 067.84 Mt;晋北地区适合露天开采的矿区主要为平朔矿区,地质资源储量10 672.01 Mt;3个主要露天煤矿资源量3 535.34 Mt。新疆戈壁荒漠地区适合露天开采的矿区主要集中在吐哈煤田和准东煤田,包含大南湖、三塘湖、五彩湾、西黑山等15个矿区,生产和规划的主要露天煤矿有39处。

1.2 露天煤矿生产情况

1.2.1 总体情况

2021年,全国共有露天煤矿357处,生产能力98 015万t/a,主要分布在内蒙古、山西、新疆、云南、陕西、黑龙江、辽宁、青海、宁夏等15个省(区)。其中,生产煤矿209处,产能74 211万t/a;生产能力大于400万t/a露天煤矿54处,产能69 800万t/a。

1.2.2 露天煤矿数量、产能和产量变化

(1)从整体看,2013年以后我国露天煤矿持续快速发展,生产能力和区域集中度不断提高。全国有露天煤矿的省(区)有15个,露天煤炭开采主要集中在内蒙古、山西、新疆、云南等地,和“黄金10年”相比,河南成为露天煤矿退出省份,湖南成为新增露天煤矿省份。

(2)从数量看,全国露天煤矿的数量有所减少,从2014年的429处减少到357处,减少了72处。内蒙古、山西、云南等地的露天煤矿数量均有减少,新疆露天煤矿数量有所增加,但这4个地区仍是我国露天煤矿集中分布的区域,4省(区)露天煤矿数量占全国露天煤矿数量的比例从2014年的80.9%增长到2021年的87.1%[3],如图1所示。

图1 2014年和2021年主要省(区)露天煤矿数量占比情况

(3)从产能看,全国露天煤矿产能不断增加,从2014年的68 814万t/a增长到98 015万t/a,增长了29 201万t/a。内蒙古、山西、新疆等地的产能均有所增长,云南产能略有减少,但这4个地区仍是我国露天煤矿产能最集中的区域,4省(区)露天煤矿产能占全国露天煤矿产能的比例从2014年的93.1%增长到2021年的95.3%,如图2所示。

图2 2014年和2021年主要省(区)露天煤矿生产能力占比情况

(4)从产量看,随着淘汰落后产能、煤炭资源整合以及煤炭企业重组,我国露天煤矿数量减少、产能增加、开采布局进一步集中,生产能力持续增强。2013年后我国煤炭总产量略有波动,露天煤矿产量基本保持增长趋势,露天煤矿产量占全国煤炭产量比重持续增长。2021年我国露天煤矿产量占比达到21.4%[4],如图3所示,对稳定我国煤炭产能,保障国家能源安全发挥了重要作用。

图3 2013-2021年我国露天煤矿产量和占比

1.2.3 千万吨级露天煤矿

2021年底,全国共有产能1 000万t/a及以上露天煤矿27处,总生产能力51 900万t/a。产能3 000万t/a以上的露天煤矿4处,总生产能力13 400万t/a,分别是国家能源集团哈尔乌素、宝日希勒露天煤矿,产能均达到3 500万t/a;国家能源集团黑岱沟露天煤矿产能3 400万t/a;新疆天池能源公司南露天矿产能3 000万t/a。

2 我国露天煤矿开采工艺、装备技术发展

2.1 我国露天煤矿开采工艺具有多样性

20世纪80年代前,受国内设备制造能力及开采技术限制,我国露天煤矿主要以单斗-铁道间断开采工艺为主。20世纪80年代后,我国积极引进国外先进设备和管理技术,安太堡露天煤矿率先采用进口设备建成我国第一个年产千万吨级大型露天煤矿,单斗-卡车工艺成功试用,并逐渐成为1980—2000年我国露天煤矿使用最多的开采工艺。随着电铲和卡车等设备国产化的突破,单斗-卡车工艺全面铺开,为21世纪我国露天煤矿产能的快速扩张做出了重要贡献[5]

随着煤矿产能大规模扩张时代结束,我国露天煤矿从追求生产规模大型化向经济效益最大化转变,半连续工艺兼具连续工艺和间断工艺优势,有利于生产规模扩大和生产成本降低,逐渐被绝大多数露天煤矿采用。从20世纪90年代开始,我国通过引进、消化、吸收、再造,掌握了半连续工艺的特性、使用和维护,单斗-卡车-半移动(半固定)破碎站半连续式开采工艺得到推广[6]。2010年后随着露天煤矿的快速发展,半移动破碎站半连续工艺在大型露天煤矿得到了广泛应用,占比达到80%以上。2007年,伊敏河露天煤矿投入国内第一套自移式破碎机半连续工艺用于煤炭开采,推动了我国露天煤矿单斗-自移式破碎机-带式输送机半连续工艺的发展。但目前我国自移式半连续工艺技术仍处于摸索阶段,自移式破碎机国产化制造尚未取得突破[7]

纵观我国露天采煤工艺发展,单斗-卡车工艺、半移动破碎站半连续工艺在我国得到普遍应用。随着开采条件愈发复杂,对工艺特性的掌握和装备制造水平的突破,露天煤矿也应该综合各种工艺的特点和适应性,选择不同工艺进行组合,运用综合开采工艺达到降低成本、保障安全生产的目的。

2.2 技术装备水平和制造能力大幅提升

20世纪80年代前期设计的露天煤矿采装设备以4 m3电铲为主,运输设备以80~150 t电机车和蒸汽机车为主。随着科学技术的进步,露天煤矿装备向大型化、现代化方向发展。

(1)钻孔设备。由冲击钻发展到高效能的潜孔钻和牙轮钻,最大钻孔直径达310 mm。

(2)采掘设备。单斗挖掘机斗容从4 m3增加到75 m3,斗容为8~43 m3的液压铲也得到普及应用。轮斗挖掘机最早在云南小龙潭和布昭坝露天煤矿采用,小时理论能力为1 500~2 000 m3/h(松方)、400~700 m3/h(松方)的中小型轮斗挖掘机。20世纪90年代,沈阳机械厂与德国克虏伯公司联合研制小时理论能力3 600 m3/h的轮斗挖掘机,主要在元宝山露天煤矿应用,使我国轮斗挖掘机逐渐走向大型化。

(3)破碎设备。破碎机(站)从最初生产能力2 000 t/h的齿辊式破碎机,发展到理论生产能力1 000~12 000 t/h各种规格的半移动破碎站及其成套设备,平朔安家岭、准格尔哈尔乌素、霍林河一号露天煤矿分别使用生产能力2 500、3 500、7 600 t/h的半移动破碎站半连续开采,大大提高了生产能力和效率。自移式破碎机的理论生产能力从3 000~9 000 t/h不等,平朔东露天煤矿使用的生产能力9 000 t/h的自移式破碎机半连续工艺系统技术达到国际先进水平。

(4)运输卡车。自卸卡车从20吨级发展到360吨级。矿用卡车无人驾驶的研发起步晚,但发展迅速。中煤平朔东露天煤矿“1台电铲+7台矿卡+13台辅助设备”协同编组化运行模式,实现了采-运-排全流程协同作业;准能黑岱沟露天煤矿实现多台无人驾驶矿用卡车与电铲多工作面同时编组运行作业[8];宝日希勒露天煤矿通过极寒型复杂气候环境露天煤矿5台无人驾驶卡车编组安全示范工程评审和科技成果鉴定;华能伊敏露天煤矿实现了在无安全员的情况下有人驾驶车辆与无人驾驶车辆混编作业[9];国电投白音华露天煤矿完成2个编组12台无人驾驶宽体自卸车联合试运转,无人驾驶宽体自卸车成功实现装-运-卸全程无人作业。[10]

2.3 露天矿山智能化处在初级探索阶段

1999年首届“国际数字地球”大会上提出“数字矿山”概念以来,我国大型露天煤矿以安全生产、降本增效两条主线逐步开展数字矿山信息化建设工作。具有代表性的有华能伊敏露天煤矿,准能黑岱沟和哈尔乌素露天煤矿,中煤平朔安太堡、安家岭、东露天等大型露天煤矿,主要着力点在“无人卡车”“5G”“远程电铲”等以装备应用为中心的建设方向,截至2023年5月底,全国约有300台无人驾驶车辆在30余处露天煤矿开展试验。

总体上看,我国露天煤矿智能化建设工作主要以基础通讯网络平台建设为基础,侧重于矿山企业信息采集存储、网络传输、可视化展示、远程操控等各领域的智能化,实现了勘探设计数字化、剥采装载自动化、运输过程遥控化、信息传输网络化、经营管理信息化等各模块的智能化,一定程度上提升了数字化设计工具普及率、关键工艺流程数控化率以及矿山生产运营管理的自动化程度。但现阶段我国露天煤矿智能化表现出“模块化”特征,各模块之间独立性较强,和国外一体化、集成化矿山智能化系统相比,我国的露天煤矿智能化系统性、综合性程度相对较低,还处在探索和初级发展阶段。

3 我国露天煤矿发展水平与国外先进水平对比

从全球范围来看,煤炭露天开采是世界主要产煤国家的开采方式。2022年,11个产煤国家的露天煤矿煤炭产量占比在50%以上,其中印度、印度尼西亚、德国、加拿大露天煤矿煤炭产量占比在90%以上;澳大利亚、俄罗斯露天煤矿煤炭产量占比在70%~90%之间;美国、南非、哈萨克斯坦露天煤矿煤炭产量占比在50%~70%之间。同期,我国煤炭产量45亿t,露天煤矿煤炭产量约10亿t,占比仅为22%左右。

3.1 生产成本和效率与世界领先水平仍有差距

我国露天煤矿采用以单斗-卡车为主的综合开采工艺,随着露天煤矿生产规模不断扩大,煤炭运输距离越来越远,生产成本越来越高,生产成本和效率与以轮斗连续开采、吊斗铲倒堆等综合开采工艺为主的国家相比有一定差距[11]

从生产成本看,直接倒堆工艺成本最低,轮斗挖掘机-悬臂排土机、轮斗挖掘机-带式输送机-排土机、单斗挖掘机-破碎站-带式输送机、单斗挖掘机-汽车的成本分别是直接倒堆工艺的1.08、2.09、2.59、3.09倍。

从生产效率看,美国、澳大利亚、德国露天煤矿生产效率处于世界先进水平,2021年美国露天煤矿工人生产效率为2.26万t/(a·工);2020年俄罗斯、加拿大、波兰、南非、哈萨克斯坦、印度露天煤矿生产率处于中等位置,俄罗斯全部露天煤矿平均生产效率为0.48万t/(a·工)。2020年我国露天煤矿平均生产效率为1.47万t/(a·工),处于中等向先进迈进的水平,国内部分露天煤矿生产效率达到世界领先水平,但相比美国、澳大利亚等先进露天煤矿的生产效率还存在一定差距,具体情况见表2。

表2 2020年世界主要产煤国家典型露天煤矿生产效率

国家煤田煤矿生产效率/(万t·a-1·工-1)中国全部煤田(平均)全部煤矿(平均)1.47平朔煤田安太堡露天煤矿4.42宝日希勒煤田宝日希勒露天煤矿4.39准格尔煤田哈尔乌素露天煤矿2.23准格尔煤田黑岱沟露天煤矿2.84美国波德河煤田北安特路普罗谢尔煤矿(North Antelope Rochelle Coal Mine)4.75黑雷煤矿(Black Thunder Coal Mine)3.69卡巴罗煤矿(Caballo Coal Mine)6.21澳大利亚博文煤田贡涅拉-河畔煤矿(Goonyella-Riverside Coal Mine)2.69悉尼和冈尼达煤田太亚瑟煤矿(Mount Arthur Coal Mine)0.85吉普斯兰煤田罗扬煤矿(Loy Yang Coal Mine)4.67德国莱茵煤田汉姆巴赫煤矿(Hambach Coal Mine)2.32鲁尔煤田加茨维勒煤矿(Garzweiler Coal Mine)2.05鲁尔煤田因登煤矿(Inden Coal Mine)1.83

续表2

国家煤田煤矿生产效率/(万t·a-1·工-1)俄罗斯全部煤田(平均)全部煤矿(平均)0.48印度塔尔切尔煤田阿南塔煤矿(Ananta Coal Mine)2.62科尔巴煤田库斯曼达煤矿(Kusmunda Coal Mine)2.09科尔巴煤田迪普卡煤矿(Dipka Coal Mine)0.92哈萨克斯坦埃基巴斯图兹煤田勇士煤矿(Bogatyr Coal Mine)0.71卡拉干达煤田舒巴尔科煤矿(Shubarkol Coal Mine)0.41埃基巴斯图兹煤田东方煤矿(Vostochny Coal Mine)0.30加拿大萨斯克彻温煤田埃斯特万煤矿(Estevan Coal Mine)1.54福丁河煤田福丁河煤矿(Fording River Operations)0.72东库特奈煤田埃尔克维煤矿(Elkview Coal Mine)0.67南非威特班克煤田乔治文登煤矿(Goedgevonden Coal Mine)2.00瓦特贝格煤田格鲁特盖卢克煤矿(Grootegeluk Coal Mine)0.93威特班克煤田沃尔福克兰米德尔堡煤矿(Wolvekrans Middelburg Coal Mine)0.69

注:国外生产效率为全员效率,托管业务人员按比例折算到用工人数中;我国在计算生产效率时用工人数只含在职在册人员,不包括外包工程人员

3.2 外包模式与国外相比相对落后

矿山外包模式在矿业发达的澳大利亚、欧美、南非等国非常普遍,早在20世纪60年代,澳大利亚已在金矿开采中采用外包模式,陆续推广应用到铁矿、有色金属矿和煤矿等领域。国外露天煤矿的外包多采用集团式矿山专业运营承包模式,定位于大中型矿山中长期合同,通过总包方式集中管理,各项工作由具备资质等级的一家单位承担,具有专业的人员、设备和管理水平,具备较强的资金实力和抗风险能力。例如,澳大利亚大型露天煤矿提供预剥离作业的装备主要由日本小松930E和美国卡特彼勒793卡车以及德国利勃海尔R9800和美国卡特彼勒6060挖掘机组成,生产设备的大型化可以有效控制开采成本、提高资源利用效率。以专业管理为依托,对安全、成本、质量、进度等进行管理,具有较强的专业技术水平,可有效控制开采成本、提高资源利用效率。我国从20世纪80年代开始采用外包模式,在煤矿、金属矿、建材矿等得到了快速发展和应用。国内的露天煤矿多采取分工序外包、分专业施工的形式,以分散管理和项目管理方式为主,在规范开采、安全管理、成本控制、质量保障等方面的专业化管理水平与国外专业化托管运营公司有一定差距。比如国内外包模式使用的装备以2~3 m3的液压铲、50 t左右的卡车等小型燃油设备居多,与国外整体托管模式相比单台设备能力小,设备相对落后,生产效率较低,碳排放强度大,同时露天矿与外委单位在运输道路规划、工期设置、工程进度等方面尚未形成高效的生产配合模式。

3.3 露天装备智能化仍处在探索试验阶段

目前,国外以无人驾驶矿用卡车为代表的露天智能化装备已发展到规模化商业化实际应用阶段,在露天煤矿开采过程中得到大量运用,并与其他系统集成连续作业,实现了露天煤矿的效率提升和成本降低。我国矿用卡车无人驾驶技术研究起步较晚,近年来发展迅速,但露天装备智能化仍处在技术探索和试点实验阶段,实际生产效率并不高,尚未实现露天煤矿降本增效的目的,未达到规模化复制和应用的阶段。

3.4 原创智能化装备尚未在露天煤矿使用

国外在原发性智能化、清洁化装备研发方面已经取得了实质性进展,并在露天煤矿得到应用。瑞典斯堪尼亚公司研发的无人驾驶卡车AXL和沃尔沃公司研发的纯电池型HX2自动化装载车,从原创设计角度实现了真正的无人化设计、无人化操作。国内原创性露天装备也取得了突破性进展,以矿用卡车为例,河南跃薪公司研发的“无人双向纯电动矿卡”在洛阳钼业集团应用于钼矿开采,徐工集团最新款纯电动矿车XDR80TE交付全球矿业巨头淡水河谷公司使用,但国内的原创性智能化矿用卡车尚未应用于露天煤矿开采。

3.5 矿山智能化建设处于独立模块化阶段

国外矿山智能化建设经过30余年的发展,已实现经营管理层智能化。与发达国家矿山智能化相比,我国露天煤矿智能化处于独立的模块智能化,边坡远程智能监测、卡车防碰撞、超速报警等相对独立的系统模块应用较为成熟,钻机自动导航钻孔也成功应用。但各个装备之间相互独立,矿山智能化运行缺乏系统性,与未来整体性、系统化的矿山智能化并不匹配,比如已经广泛推广应用的卡车调度管理系统并未实现真正意义上的智能化调度功能,在现场中更多是作为车铲位置可视化及生产统计报告系统应用。现有的露天煤矿机构设置、人员配备、技术管理、生产组织和运营管理等都围绕传统矿山设计,和未来真正实现矿山智能化的管理组织模式匹配度不高。

3.6 矿区生态建设多处于初级、中级阶段

经过数十年的发展,我国露天煤矿在土地复垦及环境保护方面已经取得了一定成就,经历了从被动的土地复垦初级阶段到主动进行矿区环境治理、有目的生态重建的中级阶段,再到追求以可持续发展为目标的高级阶段,部分露天煤矿甚至达到国际先进水平[12]。20世纪80年代后期,我国借鉴美国、澳大利亚等发达国家经验,相继发布实施了《国家建设征用土地条例》《土地复垦规定》等法律法规,生态恢复工作开始步入法治化轨道。2000年以后,我国绿色露天矿山建设逐步由粗放型转变为以资源节约型和环境友好型为核心的集约型发展模式,将以往的矿区土地复垦问题提升到矿区生态系统重建及其资源可持续利用上。党的十八大以后,我国五大露天煤矿作为绿色矿山建设的先行者,遵循绿色低碳和可持续发展理念,形成了适合不同区域、气候特点的复垦与生态重建理论、经验和实践,逐步由土地复垦和植被恢复单一发展模式转变为生态重建及农作物、动植物养殖等多元化生态产业发展模式。但与国外生态环保可持续发展、全价值链减排模式相比,我国相当一部分露天煤矿距离重建自然生态系统、建设生态产业链的程度仍然较远,尚未形成经济效益、生态效益和社会效益可持续发展的生态系统。

4 我国露天煤矿发展展望

煤炭作为我国的兜底保障能源,未来很长一段时间内的基础能源地位不会改变。露天煤矿具备生产能力大、开采成本低、生产效率高、安全条件好等一系列优势,推进露天煤矿高质量发展将为我国煤炭长期稳定供应、保障国家能源安全提供重要保障。

4.1 推进我国露天煤矿煤炭开采可持续发展

我国露天煤矿资源条件复杂,随着露天资源的持续性开发,应注重资源有限条件下的有效性和可持续性开发。一是加大勘探投入和力度,增加可供露天开采的煤炭资源储量,提高露天煤矿煤炭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。二是加强露天煤炭资源开发规划,整装煤田统一规划、统一开发,避免矿区无序混乱开采,减少资源浪费;坚持集中开采集约经营原则,减少矿权设置数量,建设大型和特大型露天煤矿,整合中小型露天煤矿。三是加强部际协调,强化用地保障,避免露天煤矿采剥失调。

4.2 推广多种工艺综合开采实现高效安全开采

我国以单斗-卡车工艺为主的综合开采工艺,由于开采条件越发复杂,成本将越来越高。随着露天煤矿开采高度集中化,开采范围不断扩大,开采深度日益增加,应根据自身地质资源条件,在不同开采深度、不同区域针对不同开采对象选择不同的开采工艺,采用多种开采工艺组合成综合开采工艺方式,充分发挥各开采工艺的优势特点,以综合工艺实现优化开采,获取最大经济效益。在工艺发展方向上,应当重点发展以单斗-卡车开采工艺和自移式半连续开采工艺为主的综合开采工艺,尤其应当发展灵活性高、适应性强、开采成本低的自移式半连续开采工艺。

4.3 制定技术创新战略推动智能矿山建设进程

露天煤矿企业应坚持系统化观念,制定5~10年技术创新战略,加强智能化、数字化驱动发展课题的立项研究,应用“系统工程”方法,将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合,建设综合智能网络平台,形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统,实现剥采、运输、环境监测与生态复原、经营管理等过程的智能化运行,全面推进智能矿山系统化建设,打造智能露天煤矿新标杆,实现以智减人、以智促安、以智增效等综合效应。

4.4 推进智能装备集群发展提高系统综合效能

加大智能矿山建设投入,增加无人矿卡编组数量,提升无人矿卡运行规模,加快推进无人矿卡集群化发展,提高无人驾驶系统运行效率和经济效益。同时,加大矿区自卸卡车无人驾驶技术的应用,推进电铲、推土机、平路机、洒水车等其他设备的无人化和WK-35电铲远程驾驶,应用极寒环境下移动式大块物料破碎装备、滚筒式连续采煤机工艺关键技术,提高智能装车系统、带式输送机巡检机器人系统等各生产环节的智能化水平,通过剥离、开采、运输各环节、全过程装备智能化、规模化,提高露天煤矿生产运输系统的综合效能。

4.5 引进研发原创露天装备助力企业转型升级

以创新驱动为切入点,以技术变革为突破口,进一步加大智能化矿山的资金投入,发挥企业主导产学研的作用,在露天装备改造升级基础上,引进成熟先进的原创性矿山智能化、清洁化生产装备和运行系统,如无驾驶室矿用卡车、纯电动矿用卡车等,增加作业时间和装载空间,提高设备参数、设备能力和系统运行效率,实现降本增效。同时,注重借智借势集中攻坚,结合我国露天煤矿资源、技术和装备现状实际,加大自主研发力度,和国内企业、装备制造商合作研发,通过无人操作设计、纯电动化设计,助推生产技术迭代升级,实现真正的新型智能化、无人化、电动化、清洁化,激活露天煤矿“智”变新动能。

4.6 推进露天煤矿开采与生态重建一体化工作

世界主要露天开采国家在环境保护方面构建了完善的法律法规体系、有效的行政管理体制、合理的金融保障制度、先进的环境治理和复垦技术等,实现了露天煤炭开采的可持续发展。结合国外露天煤矿开发环境保护的理念和做法,我国露天煤矿、特别是中小型露天煤矿,应进一步完善露天煤矿生态重建评估体系,包括规划、投入、考核等保障措施,统筹采剥-运输-排弃-复垦等生产工艺,实现资源开发和环境协调发展的良性循环。

参考文献:

[1] 中国煤炭学会露天开采专业委员会.中国露天煤炭事业发展报告(1914-2007)[M]. 北京:煤炭工业出版社,2010.

[2] 中国煤炭工业协会煤炭工业技术委员会,中国煤炭学会露天开采专业委员会,煤炭工业规划设计研究院有限公司.中国露天煤炭事业百年发展报告(1914-2013)[M]. 北京:煤炭工业出版社,2015.

[3] 田会,才庆祥,甄选.中国露天采煤事业的发展展望 [J].煤炭工程,2014,46(10):11-14.

[4] 应急管理部信息研究院.世界煤炭工业发展研究(2020)[M].北京:应急管理出版社,2021.

[5] 郑友毅.从科学发展观角度,看中国露天煤矿的建设与发展历程[J].煤炭工程,2007,41(2):9-11.

[6] 路占元,董向忠,蒯本秋,等.我国露天煤矿技术发展方向 [J].煤炭技术,2007(4):1-3.

[7] 孙效玉,冯建宏,杨宏贤,等.我国数字露天煤矿的实施对策与总体技术方案 [J].露天采煤技术,2005(3):31-35.

[8] 张宝卫,秦少华. 国家能源集团准能黑岱沟露天煤矿智能化建设实践与经验[J].中国煤炭,2021,47 (S1):166-171.

[9] 张波,袁金祥,赵耀忠,等. 伊敏露天煤矿智能化建设关键技术与发展前景研究[J].中国煤炭,2021,47 (S1):183-187.

[10] 袁广忠,徐长友,平彦军,等.国家电投集团内蒙古能源有限公司智能化建设探索与实践[J].中国煤炭,2021,47 (S1):45-49.

[11] 张幼蒂.现代露天开采技术国际发展与我国露天采煤前景 [J].露天采矿技术,2005(3):1-3.

[12] 煤炭工业技术委员会.平朔露天矿区绿色生态环境重构关键技术与工程实践[M].北京:煤炭工业出版社,2018.

Present situation and prospect of the development of open-pit coal mine in China

YANG Xiaowei1, WANG Yan2, LIU Xin1, YU Haixu1,ZHANG Zhouai1, TIAN Yu1

(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 This paper introduces the development history of open-pit coal mine in China, elaborates the resources and production situation and present situation of mining technology and equipment of open-pit coal mine, analyses the gap between China's open-pit coal mine development level and the world's advanced level, and prospects the future development of open-pit coal mine in China. The study shows that the resources and production of open-pit coal mines are concentrated in Inner Mongolia, Shanxi, Xinjiang and Yunnan, and the proportion of open-pit coal production to the total coal production in China has been increasing year by year. With the large-scale development of open-pit mines, the mining and equipment technology level of China's open-pit coal mines are improving day by day. In the future, the integration of mining technology, intelligence of open-pit equipment, systematization of intelligent mine, and integration of mining and ecological reconstruction will become the development direction of open-pit coal mine, and promote the sustainable and high-quality development of open-pit coal mine.

Keywords open-pit coal mine; mining technology; open-pit equipment; ecological construction; present situation and prospect

中图分类号 TD824

文献标志码 A

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引用格式:杨晓伟,王妍,刘欣,等. 我国露天煤矿发展现状及展望[J]. 中国煤炭,2023,49(6):126-133. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.06.018

YANG Xiaowei, WANG Yan, LIU Xin, et al. Present situation and prospect of the development of open-pit coal mine in China [J]. China Coal,2023,49(6):126-133. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.06.018

作者简介:杨晓伟(1988-),男,黑龙江龙江人,工程师,现从事露天采矿技术及安全管理方向研究工作。E-mail:20006688@chnenergy.com.cn

通讯作者:王妍(1986-),女,山东泰安人,高级工程师,硕士,现从事国内外煤炭发展研究工作。E-mail:wangyan860721@163.com

(责任编辑 郭东芝)

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