某大型露天煤矿开采工艺探析

   随着我国大型露天煤矿的开发与建设,煤矿露天开采进入了一个新高潮,本文针对目前我国煤炭资源露天开采的发展状况,分析了露天采煤对生态环境的不良影响,阐述了露天煤矿开采的体系,对促进煤炭工业的可持续发展具有重的指导意义。
  关键词露天煤矿;开采;生态环境;可持续发展
  Abstract With the development and construction of China’s large-scale open pit mine open pit mining has entered a new climax, for the development of open-pit mining of coal resources in China, the adverse effects of opencast coal mining on the ecological environment on the openthe system of coal mining, an important guiding significance in promoting the sustainable development of the coal industry.
  Key words open pit; mining; ecological environment; sustainable development
  中图分类号 TD824 文献标识码A文章编号
  
  一、露天煤矿开采及其体系
  与地下开采矿山的开采有所区别,露天煤矿开采是指在保证露天矿山安全、高效生产的同时,兼顾露天采煤对生态环境的影响,充分利用一切可以利用的资源,防止或尽可能的减轻露天采煤对土地、空气、水以及地质灾害的不良影响,使露天矿山形成“高效率、低能耗、低污染、低排放”的运行模型,以取得最佳的经济效益和社会效益,促进矿山企业的可持续发展露天煤矿开采体系如图1所示。
  
  图1露天煤矿开采体系
  二、露天煤矿开采技术的主内容
  2.1开采工艺与设备选型合理化
  露天开采工艺与设备选型是露天矿设计的主环节,其合理与否将影响露天矿的投资、露天开采的成本以及露天矿的建设和生产;因此实现露天煤矿开采就必须选择合理的开采工艺与设备。
  露天煤矿既是一个能源生产基地,又是一个能源消耗大户。因此,在露天开采工艺系统选择过程中,除了充分考虑矿区气候条件、矿床的自然条件、产量规模、资金、开发现状等因素之外,应尽量采用能耗小、从源头上减少污染物产生、尽量降低昂贵的燃油消耗的开采工艺,采用“以电代油”的清洁开采工艺例如,条件符合的露天煤矿应尽量采用连续开采工艺、半连续开采工艺或者拉斗铲倒堆工艺,代替传统的单斗——卡车间断工艺;在矿岩运输方面,连续、半连续开采工艺均采用带式输送机运输,拉斗铲倒堆工艺集采掘、运输、排土3项作业于一体,大大减少了卡车燃油成本(如表1),既高了经济效益又减少了环境污染。
  表1公路运输与带式输送机运输技术经济比较
  运输方式 吨公里经营费/元 吨公里能耗(KW·h)
  公路运输 11.45 5.4
  带式输送机运输 .93 1.87
  露天矿设备选型除了考虑矿床赋存条件、自然地理条件、矿山生产能力等条件之外,应优先选择单位耗油少、电耗低的设备,以降低生产成本;此外,应使铲、车合理匹配,设备维修及时,以有利于充分发挥设备效率,达到高产、高效、减少吨煤燃油消耗与吨煤电耗的目的。
  2.2煤炭资源回采率最大化
  煤炭本身就是一种资源,在我国能源消耗中占据重地位;因此,如何实现煤炭资源回采率的最大化是实现露天煤矿开采的重内容。为了减少煤炭损失、高煤炭回采率,应选择合理的采煤方法;对于开采水平、近水平煤层的露天矿,应采用顶板露煤与倾斜分层相结合的方式,回采前用辅助设备清扫煤面;对于开采倾斜、急倾斜煤层的露天矿,台阶采用水平分层时,应采用顶板露煤,从煤层顶板向底板推进,三角煤、岩用推土机送至本台阶工作面附近,用前装机或电铲装车的采煤方法,其回采顺序如图2所示。
  
  ①,②,‥‥,⑦回采顺序号
  图2露煤及回采顺序示意图
  此外,露井联采技术能够充分发挥露天开采和井工开采的优势,高资源采出率,将对环境的破坏减轻到最低,实现资源与环境的协调开采,我国早期建设的老露天矿,多为倾斜煤层,一些露天矿已近闭坑,可以采用深部陡帮横采内排技术,深部陡帮横采内排技术可以短期实现内排,缩短运距,降低生产成本,并且缩短高陡边坡存在的时间,有利于边坡稳定,最重的是扩大了露天开采的煤炭资源储量,高煤炭资源回采率,有利于矿区可持续发展。
  2.3露天矿运输系统优化
  运输系统在露天矿各生产环节中起着“动脉”与“纽带”的作用,通过运输系统把采掘、运输、排土等各生产环节联系起来。因此,实现露天煤矿开采需对露天矿的运输系统优化研究。露天矿运输系统优化有利于节约运输费用、高运输效率、降低运输过程中能耗以及减轻矿区环境污染。露天矿运输系统优化应按照矿、岩的流向,从运输系统的总体目标出发,合理选择运输线路和运输工具,综合考虑运距、运输方式、运输时间和运输费用,以最短的路径、最少的环节、最快速度和最少的费用组织好矿、岩运输活动,高企业的经济效益。
  2.4矿山生产、经营与管理数字化
  在矿山生产、经营与管理的过程中,注重应用计算机信息技术,大力推进数字露天煤矿建设,以信息化、自动化和智能化带动企业发展数字露天煤矿是指在统一的时空框架下,对真实矿山整体及其相关现象的统一理解、表达与数字化再现;数字露天煤矿的建设必须以实现矿区煤炭资源安全、高效、开采为目标,它涵盖了露天煤矿生产、经营与管理等全部业务工作,可以实现露天矿地质、采矿计划、测量验收、边坡稳定以及土地复垦计算机决策管理,实现露天矿各个生产环节的自动调度与监控,实现露天矿人、财、物、产、供销、等各方面的数据的存储与管理,可以对工作环境、管理目标等变化条件及时正确地做出反应,实现高度可靠和准确的智能化实时管理,节约了人力物力,数字化露天煤矿的总体框架如图3所示。
  
  图3数字化露天煤矿的总体框架
  2.5资源综合利用化
  露天煤矿开采不仅考虑煤炭资源的合理开采,而且把露天煤矿的伴生矿物、废气、污水、煤矸石、粉煤灰等都看做资源,对这些资源进行开发利用,发展循环经济,形成相关产业,如电力产业、炸药生产、煤化工产业等。通过资源综合利用和产业循环经济综合降低资源开采成本,促进资源消耗“减量化”、废物利用“资源化”,减轻了露天采煤对生态环境的不良影响,实现了真正的开采露天煤矿资源。
  2.6 露天采矿与生态环境重建一体化
  露天采煤破坏了矿区原始的生态环境,因此,实现露天煤矿开采就通过土地复垦与生态修复的手段,对露天开采引起的土地功能退化、生态结构缺损、功能失调等问题,通过工程、生物及其他综合措施来恢复和高生态系统的功能,露天煤矿的土地复垦与生态修复应与采矿活动同步进行,根据矿山不同开采时期的技术特点和自然环境等因素,及时做出相应的复垦或生态修复方案,使得露天采矿与生态环境重建在工艺、工序和时空关系上协调发展,尽量避免或减少对生态环境的破坏,实现露天采矿与生态环境重建的一体化,促进矿区的可持续发展。
  2.7粉尘、烟气净化
  为了减轻采矿活动对空气的污染,应采取粉尘、烟气的净化技术。首先应把粉尘、烟气等有害物质最大限度地消除在生产过程中,露天矿山企业可以采取以下措施(1)采用流化床脱硫等技术,并将锅炉安装除尘器,减少锅炉烟尘排放量,使锅炉烟尘和SO2达标排放;(2)及时清理露天采场台阶上的浮煤,在开采过程中高选采效果,即有利于高煤炭采出率,又可以有效防止煤炭自燃;(3)对边帮压煤采取必的防灭火措施,既有利于减轻空气污染,又可以保证边坡稳定;(4)在储煤场建起高于煤堆的防风墙,减轻大气污染;(5)设备作业过程可以采用湿式防尘和洒水降尘的方式,减少粉尘污染,同时作业人员也加强个人防护;(6)加强矿区路面的管理工作,经常保持路面平整,及时清除路面尘土,降低粉尘量。
  三、结束语
  综上所述;本文根据我国煤炭资源露天开采的发展状况,阐述了露天采煤对生态环境的不良影响,在此基础上出了露天煤矿开采的概念,对促进煤炭工业的可持续发展具有重的指导意义。
  注文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。