露天礦開采工藝發展趨勢與信息化現狀

王 建

（太鋼集團嵐縣礦業有限公司， 山西 嵐縣 035200）

1 固體資源開采工藝概況

根據礦床的埋藏條件，陸地固體資源開采方法大致可以分為：即露天開采和地下開采兩種。

露天開采適用于礦床埋藏較淺，甚至露出地表，剝采比小，礦床規模較大，為大型機械設備的應用、實現機械化作業創造了非常好的條件。

礦床地下開采適用于礦床規模不大，埋藏較深的礦體，人員和設備的安全性差，勞動生產率低，開采成本高，回采率低，資源損失和貧化較嚴重。

2 露天開采工藝現狀與比較

2.1 露天開采工藝優越性

露天開采無論從技術上還是經濟上都具有明顯的優越性，表1羅列了主要國家露天煤礦的開采比例。

表1 各國煤炭露天開采比例 %

由表1可見，發達國家露天開采產量約占總產量的40%～50%；而我國煤炭露天開采產量僅占總產量的10%左右，具有較大的發展潛力。近年來，出于安全、效率、節約資源等因素考慮，國家將露天開采列為優先發展戰略。

2.2 露天開采工藝系統分類與經濟性比較

露天礦開采的經濟效果在很大程度上取決于所采取的開采工藝系統。目前常用的露天開采工藝系統有：單斗挖掘機-汽車開采系統（間斷工藝）；輪斗挖掘機-帶式輸送機開采系統（連續工藝）；單斗挖掘機-（汽車）破碎站-帶式輸送機開采系統（半連續工藝）。

圖1 單斗挖掘機-汽車工藝系統（間斷開采系統）

挖掘機作為間斷開采系統中的主要設備，其具有價格低、性能可靠、適應性強、作業成本低等特點，可滿足各類硬度礦體和爆破開采粒度的開采要求。

汽車作為間斷開采系統的主要運輸設備，雖然機動靈活、適應不同礦山道路環境，由于其動力消耗很大程度上用于自身自重的消耗，油料與輪胎的消耗也是影響成本的極大因素，綜合來看，其單位運輸成本較高，維修及耗材消費巨大，僅適合短距運輸作業。

作為連續開采工藝系統中的輪斗挖掘機設備，其結構復雜自動化程度高，可與帶式輸送機直接配合用于采掘塊度適中的表土及松軟物料等，但設備采購成本較高，所需作業條件苛刻，年平均工作時間較短。

圖2 輪斗挖掘機-帶式輸送機工藝系統（連續開采系統）

帶式輸送機可在單位時間內連續輸送大量物料、單位運輸成本低、可靠性高、維修費用小等特點。以年產3000萬t原煤的大型露天礦為例，若采用半連續開采工藝代替間斷開采工藝每年可節約能源消耗折合標準煤11萬t，節省使用與維護成本約10億元。

綜上所述，半連續開采工藝大幅降低了生產成本、節約了大量能源消耗、減少了污染排放。目前常用的半連續開采工藝主要有：單斗挖掘機-自移式破碎站-帶式輸送機-排土機、單斗挖掘機-卡車-半移動破碎站-帶式輸送機-排土機兩種形式。

圖3 單斗挖掘機-自移式破碎站-帶式輸送機工藝系統

圖4 單斗挖掘機-（卡車）-半移動式破碎站-帶式輸送機工藝系統

由單斗挖掘機-自移式破碎站-帶式輸送機作為主要設備組成的半連續開采系統可完全摒棄采用燃油作為燃料的卡車開采工藝，且比自卸卡車運輸的開采工藝生產成本大幅降低，因此成為全世界范圍內露天采礦的發展趨勢。

3 國內外礦山系統信息化和智能化發展現狀

現代礦山的發展離不開信息技術的應用，采用信息化控制與檢測技術的礦山系統已經從粗放開采、無序開采轉向智能化、自動化、系統化發展。智能化、自動化、信息化技術已成為國外行業領軍企業大力推廣的先進技術，通過對山下、山上生產、安全等各環節的全流程信息管理，可實現主要設備的各子系統自動化控制和檢測，此外，通過應用計算機網絡技術，實現對各子系統的互聯網連接，對整個露天開采生產環節的綜合檢測、控制、診斷等功能，極大提高了生產效率與安全環保水平。

國內煤礦的信息化發展過程主要先從單機、單個生產環節實現過程自動化，繼而逐步推廣至全礦山生產環節的數字化，這與國外采礦發達國家的發展路線是一致的。隨著實時礦山測量、GPS實時導航與遙控、GIS管理與輔助決策和3DGM的應用，國內部分大型露天礦山（如我國的平朔、霍林河礦區），通過采用GPS實時導航與遙控、實時礦山測量、GIS管理與輔助決策以及3DGM等技術，已可在辦公室生成礦床模型、礦山采掘計劃，并與采場設備相聯系，形成動態管理與遙控指揮系統。

4 國內外半連續開采工藝成套裝備及智能化水平發展現狀

國外主要的半連續開采工藝系統設備制造商為德國的KRUPP公司、德國曼－塔史拉夫公司、瑞典的SANDVIK、英國MMD等國際知名企業。

蒂森克虜伯公司是世界上實力最強的半連續開采、連續開采工藝系統成套設備的公司之一，其為大唐勝利東二號露天煤礦提供的三套自移式破碎站系統（9000 t/h自移式破碎站+一體式連接橋+電纜-漏斗車）代表了的當前裝備的最高水平，可對單臺設備或成套設備進行智能化控制與自動化協調，保證各設備在工作面現場能安全、高效、協調、連續地運行。如與智能化集散控制系統相配合即可實現露天開采過程的智能化、信息化和可視化。

國內目前太原重工具有開發大型露天礦自移式破碎站半連續開采系統成套裝備的技術能力，并有部分業績，通過對挖掘、破碎、轉載、輸送、排土等關鍵設備運行狀態的集中控制和聯鎖，實現智能開采、綠色開采。但國內廠商業績較少，亟需打破外方設備的壟斷。

5 結語

在高耗能、高污染的礦產開采領域，采用“以電代油”的綠色環保生產已成為各大生產企業及裝備制造行業的發展趨勢，以單斗挖掘機-自移式破碎站-帶式輸送機為代表的半連續開采工藝作為低能耗、低成本、對信息化與智能化發展有極大促進作用的先進裝備成套技術，必將搶占露天礦山開采技術前沿，市場發展潛力巨大，對于國家“中國制造2025”具有引領示范作用。

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