中國露天煤礦70 年成就回顧及高質(zhì)量發(fā)展架構(gòu)體系

才慶祥 ， 陳彥龍

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院, 江蘇 徐州 221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 深地工程智能建造與健康運(yùn)維全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 徐州 221116)

中國露天煤礦開采起源于1914 年遼寧撫順古城子露天堀(今撫順西露天礦前身)，史稱中國第一露天煤礦，至今已有110 a 的歷史。但露天煤礦真正的大發(fā)展始于新中國成立，蓬勃發(fā)展始于改革開放[1]。特別是進(jìn)入21 世紀(jì)以來，我國露天煤炭開采產(chǎn)量已超過其他產(chǎn)煤國家，躍居世界第1 位，中國露天煤炭事業(yè)形成了跨越式發(fā)展的新局面。在這期間，中國露天煤礦事業(yè)抒寫了由小到大、從弱到強(qiáng)的壯闊篇章。

綜合新中國成立后露天煤礦70 a 來的建設(shè)發(fā)展歷程來看，在露天開采理論與技術(shù)方面，歷經(jīng)起步恢復(fù)、中西融合交流、西方技術(shù)消化吸收再創(chuàng)新再到完全自主知識產(chǎn)權(quán)，至今已走在世界的前列；在露天開采工藝方面，完成了從間斷開采工藝到半連續(xù)開采工藝、連續(xù)開采工藝，再到綜合開采工藝的發(fā)展；在露天開采設(shè)備方面，實(shí)現(xiàn)了由幾立方米斗容、十幾噸裝載量的小型設(shè)備到近百立方米斗容、幾百噸裝載量，以及連續(xù)采掘配合高速寬膠帶的大型采運(yùn)設(shè)備的跨越；在露天原煤總產(chǎn)量方面，實(shí)現(xiàn)了從百萬噸、千萬噸、億噸再到十億噸的飛躍；在露天開發(fā)模式方面，逐步實(shí)現(xiàn)了由單一煤炭資源開發(fā)向可持續(xù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)方向質(zhì)變發(fā)展[2-5]。

2022 年，我國露天煤礦產(chǎn)能與產(chǎn)量首次雙雙突破10 億t，以占比約8%的煤礦數(shù)量，貢獻(xiàn)了全國約23%的煤炭產(chǎn)量，開啟了露天煤炭開采事業(yè)的新起點(diǎn)[6]。在產(chǎn)量供應(yīng)能力持續(xù)增強(qiáng)的同時(shí)，露天煤礦的智能化水平也加速提升，以智能綜合管控平臺、無人駕駛、智能監(jiān)測預(yù)警、智能鉆爆等為代表的智能化應(yīng)用場景不斷豐富[7]。然而，露天煤炭開采事業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，也面臨著一些問題，如土地挖損壓占、大氣污染、地下水流失等環(huán)境問題[8]，開采過程中共伴生資源利用率低以及邊幫滯留資源浪費(fèi)等問題也亟待解決。

綜上，值此中國露天煤礦事業(yè)在曲折中不斷前進(jìn)、發(fā)展、創(chuàng)新、登高之際，筆者首先回顧了新中國成立70 a 來露天煤礦的建設(shè)歷史及發(fā)展歷程，對各時(shí)期露天煤礦產(chǎn)量與數(shù)量規(guī)模、露天開采理論與技術(shù)、露天開采工藝與裝備、資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)等方面取得的突出成就進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)；然后分析了現(xiàn)階段露天煤礦發(fā)展面臨的主要問題；最后根據(jù)新時(shí)期下露天煤礦建設(shè)的總體目標(biāo)和發(fā)展趨勢，提出了我國露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展架構(gòu)體系及實(shí)現(xiàn)路徑。以期為推進(jìn)我國露天煤礦持續(xù)、快速、健康、高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

1 中國露天煤礦建設(shè)歷程

新中國成立之后，伴隨著社會主義建設(shè)的前進(jìn)步伐，中國露天煤礦事業(yè)取得了巨大的成就。根據(jù)不同時(shí)期露天煤礦的數(shù)量、產(chǎn)量、開采理論技術(shù)及工藝裝備等發(fā)展指標(biāo)，將我國露天煤礦建設(shè)歷程自1949 年至今歸納劃分為4 個(gè)發(fā)展階段：包括起步恢復(fù)階段(1949—1979 年)、快速發(fā)展階段(1980—1999 年)、綜合發(fā)展階段(2000—2020 年)及智能化初級發(fā)展階段(2021 年以后)4 個(gè)時(shí)期。

1.1 起步恢復(fù)階段(1949—1979 年)

以阜新海州露天煤礦及稍后的撫順西露天煤礦改擴(kuò)建為標(biāo)志，我國露天煤礦建設(shè)進(jìn)入起步恢復(fù)期，這一時(shí)期劃定在新中國成立后到改革開放前的30 a 間。

新中國成立后，經(jīng)過3 a 國民經(jīng)濟(jì)恢復(fù)建設(shè)，國家統(tǒng)籌規(guī)劃了第1 個(gè)五年計(jì)劃(1953—1957 年)。“一五”計(jì)劃共確定3 處露天煤礦項(xiàng)目，分別是阜新海州露天煤礦、撫順西露天煤礦、撫順東露天煤礦[9]。伴隨著“一五”計(jì)劃的穩(wěn)步推進(jìn)以及原有露天煤礦的恢復(fù)生產(chǎn)，1957 年我國露天煤礦年產(chǎn)量高達(dá)10.08 Mt，其產(chǎn)量占當(dāng)年煤炭總產(chǎn)量的6.75%，相較于1949 年露天原煤產(chǎn)量，提高了213%。“一五”計(jì)劃末期，全國共有露天煤礦20 多處，總設(shè)計(jì)產(chǎn)能10.33 Mt/a，至此，我國露天煤礦事業(yè)步入了健康發(fā)展的軌道。

基于“一五”計(jì)劃的建設(shè)成效，“二五”計(jì)劃及3年調(diào)整期內(nèi)(1958—1965 年)，國家陸續(xù)規(guī)劃設(shè)計(jì)了哈密三道嶺、義馬北、可保、依蘭、平莊西、公烏素、鶴崗嶺北、布沼壩等露天煤礦，同時(shí)對海州露天煤礦、撫順西露天煤礦進(jìn)行了擴(kuò)建與技術(shù)改造。相比于“一五”計(jì)劃期間，露天煤礦年產(chǎn)能約增加8 Mt，露天煤礦數(shù)量增至30 多處，總設(shè)計(jì)產(chǎn)能超過17 Mt/a。同時(shí)，露天煤礦的分布范圍也從遼寧逐漸擴(kuò)展至河南、新疆、山東等地。隨著露天煤礦數(shù)量與生產(chǎn)能力的提升，1960年我國露天年產(chǎn)量達(dá)到24.62 Mt。但由于前期開采導(dǎo)致采剝比失衡，加上當(dāng)時(shí)技術(shù)制約，使得“二五”期間全國露天煤炭產(chǎn)量連年降低，至“二五”計(jì)劃末期(1965 年)，全國露天產(chǎn)量陷入最低峰，國有重點(diǎn)露天煤礦年產(chǎn)量僅有4.22 Mt，露天產(chǎn)量占全國煤炭總產(chǎn)量比例降至1.8%。

1966—1979 年期間，“三五”“四五”計(jì)劃陸續(xù)完成，伴隨著平莊西、扎賚諾爾靈泉、云南可保、義馬北、哈密三道嶺、鶴崗嶺北、海勃灣公烏素和石炭井大峰等露天礦的建成投產(chǎn)[10]，全國露天煤炭產(chǎn)量開始回升。1966—1979 年，國有重點(diǎn)露天煤礦年產(chǎn)量從7.6 Mt 增至16.56 Mt，提高118%。

在此階段，中國露天煤炭產(chǎn)量經(jīng)歷了“起步發(fā)展—陷入低谷—逐漸恢復(fù)”3 個(gè)過程(圖1)，我國的露天煤礦事業(yè)也在曲折中發(fā)展，在發(fā)展中調(diào)整，在調(diào)整中恢復(fù)，在恢復(fù)中鞏固，在鞏固中提高，為步入快速發(fā)展階段奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖1 起步恢復(fù)階段露天煤礦年產(chǎn)量及占煤炭總產(chǎn)量比例Fig.1 Annual production of open-pit coal mines and its proportion in total coal production during the start-up rehabilitation stage

1.2 快速發(fā)展階段(1980—1999 年)

改革開放后，我國露天煤礦建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展階段，以霍林河、伊敏、元寶山、黑岱溝、安太堡五大露天煤礦建設(shè)投產(chǎn)為該時(shí)期的主要標(biāo)志，時(shí)間集中在1980—1999 年的20 a 間。

在改革春風(fēng)的催生下，以“優(yōu)先發(fā)展露天煤礦”和“盡量打開大露天”的國家政策為指導(dǎo)方針，我國露天煤礦建設(shè)進(jìn)入快速發(fā)展期。通過引進(jìn)大型露天開采設(shè)備、合作設(shè)計(jì)五大露天煤礦、合作開發(fā)運(yùn)營安太堡露天礦等方式，極大推動了我國露天煤礦的建設(shè)進(jìn)程，有力促進(jìn)了中西技術(shù)與建設(shè)理念的融合。這一時(shí)期，我國露天煤礦開采在技術(shù)上和建設(shè)規(guī)模上都取得了顯著的成就。

1980 年，全國露天煤礦年產(chǎn)能0.3 Mt 及以上的有18 座，總設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力達(dá)21.30 Mt/a，全國露天煤炭產(chǎn)量16.99 Mt，占全國煤炭總產(chǎn)量的2.7%；1985 年全國露天煤礦年產(chǎn)量達(dá)到25.32 Mt，占全國煤炭總產(chǎn)量的2.9%，正式超過1960 年露天煤炭產(chǎn)量；1995 年，全國露天煤炭年產(chǎn)量41.53 Mt，占全國煤炭總產(chǎn)量的3.2%(圖2)。在此期間，我國與美國島溪公司合作開發(fā)的特大型露天煤礦——平朔安太堡露天煤礦以及我國自主設(shè)計(jì)、自行施工的年產(chǎn)能5 Mt 以上的黑岱溝、霍林河南露天、小龍?zhí)兜? 座大型露天煤礦也陸續(xù)投產(chǎn)，總設(shè)計(jì)年產(chǎn)能高達(dá)48 Mt。

圖2 快速發(fā)展階段露天煤礦年產(chǎn)量及占煤炭總產(chǎn)量比例Fig.2 Annual production of open-pit coal mines and its proportion in total coal production during the rapid development stage

全國露天煤炭產(chǎn)能、產(chǎn)量大幅度增長的背后離不開開采理論技術(shù)與開采工藝的進(jìn)步。快速發(fā)展期內(nèi)，原有露天煤礦的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)被優(yōu)化，單斗-卡車間斷工藝逐漸替代了原有的單斗-鐵道間斷工藝并進(jìn)行了大規(guī)模推廣，輪斗連續(xù)工藝、半連續(xù)工藝與綜合開采工藝也逐漸開始應(yīng)用[11]。這一時(shí)期內(nèi)，露天大型開采設(shè)備主要以國外引進(jìn)為主，國產(chǎn)設(shè)備為輔。同時(shí)，露天煤礦的建設(shè)和管理模式也逐漸呈現(xiàn)出市場經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，在兼顧產(chǎn)能的同時(shí)，也開始對環(huán)境保護(hù)以及共伴生資源的有效利用等要素加以關(guān)注[12-13]。

1.3 綜合發(fā)展階段(2000—2020 年)

進(jìn)入21 世紀(jì)以來，隨著市場經(jīng)濟(jì)和改革開放的深入，國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源需求激增，使得露天煤礦建設(shè)迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。在注重生產(chǎn)安全、建設(shè)大型露天礦、提高煤炭資源回采率、綠色開采等政策背景下，我國露天煤礦在產(chǎn)量規(guī)模、開采理論、開采工藝等方面均取得了突破性成就，時(shí)間集中在2000—2020年的20 a 間。

截至2020 年，全國共有4 Mt/a 及以上的大型露天煤礦53 處，總產(chǎn)能6.37 億t，其中千萬噸級大型露天煤礦26 處，產(chǎn)能4.93 億t，占全國露天產(chǎn)能的51.9%。產(chǎn)量方面，露天煤礦年產(chǎn)量由2000 年的0.5 億t 增長至2020 年的8 億多t，占全國煤炭總產(chǎn)量的比例由4%增長至21%(圖3)；開采工藝方面，單斗-自移式破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)工藝得到大力發(fā)展，拉斗鏟工藝得到應(yīng)用[14]；開采理論方面，提出了現(xiàn)代露天煤礦開采設(shè)計(jì)中確定經(jīng)濟(jì)合理采剝比的方法、建立了露天綠色礦山理論、形成了具有中國特色的露天煤礦綜合評價(jià)體系。同時(shí)，我國露天煤礦行業(yè)在市場化改革、資源整合、安全整治、建設(shè)大基地、綠色開采等方面均取得了創(chuàng)新性成就，形成了具有自身特點(diǎn)的露天煤礦技術(shù)體系。

圖3 綜合發(fā)展階段露天煤礦年產(chǎn)量及占煤炭總產(chǎn)量比例Fig.3 Annual production of open-pit coal mines and its proportion in total coal production during the comprehensive development stage

1.4 智能化初級發(fā)展階段(2021 年以后)

2020 年以來，隨著國家發(fā)改委、能源局、應(yīng)急部、煤礦安監(jiān)局等八部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》、中國煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布《煤炭工業(yè)“十四五”高質(zhì)量發(fā)展指導(dǎo)意見》、能源局與礦山安監(jiān)局發(fā)布《煤礦智能化建設(shè)指南(2021 年版)》等一批煤礦智能化建設(shè)法規(guī)的出臺[15]，露天煤礦進(jìn)入了智能化建設(shè)的新階段，目標(biāo)是通過科技創(chuàng)新驅(qū)動開采技術(shù)、工藝裝備和智能化水平的整體提升，實(shí)現(xiàn)露天煤礦安全、綠色、少人、高效發(fā)展。

2021 年12 月，國家能源局印發(fā)了《智能化示范煤礦驗(yàn)收管理辦法(試行)》(國能發(fā)煤炭規(guī)(2021)69 號)，對確定的71 個(gè)國家首批智能化示范煤礦的驗(yàn)收管理工作提供了要求和依據(jù)。同年，各煤炭大省(自治區(qū))開始進(jìn)行智能化煤礦驗(yàn)收工作，如截至2021 年年底內(nèi)蒙古自治區(qū)已經(jīng)完成了12 座大型露天煤礦的智能化驗(yàn)收工作。

目前，我國露天煤礦智能化建設(shè)工作主要圍繞5G+多網(wǎng)絡(luò)融合、大數(shù)據(jù)采集與分析、智能綜合管控平臺、邊坡監(jiān)測、三維地質(zhì)模型構(gòu)建、人員車輛安全監(jiān)控、破碎站智能控制、帶式輸送機(jī)智能巡檢、無人駕駛、智能鉆爆、智能運(yùn)輸、智能裝車、智能分選、固定崗位無人值守等方面為中心建設(shè)內(nèi)容，在這些方向均取得了一定的進(jìn)展[16]。5 處露天煤礦入選國家首批智能化示范煤礦，約300 臺無人駕駛車輛在30 余處露天煤礦開展試驗(yàn)[17]。上述一系列成就標(biāo)志著我國露天煤礦發(fā)展逐漸步入智能化建設(shè)階段。

雖然露天行業(yè)的智能化建設(shè)取得了許多成就，但從總體上看，大部分露天煤礦的智能化建設(shè)工作重心都集中在信息化、可視化、無人化等方面，且大多露天煤礦智能化工作都未將外委承包施工部分納入建設(shè)范疇，而外委承包施工在我國露天煤礦是普遍存在且占有較大比重的。由此可見，智能化與業(yè)務(wù)系統(tǒng)的融合深度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，尚停留在展示、輔助、備用階段。與國外一體化、集成化礦山智能化應(yīng)用相比，我國露天煤礦智能化系統(tǒng)性、綜合性程度相對較低，還處在探索和初級發(fā)展階段[18]。

回顧我國露天煤礦建設(shè)歷程，從1949—1979 年的起步恢復(fù)階段到2021 年以后的智能化初級發(fā)展階段，全國露天煤炭產(chǎn)能、產(chǎn)量大幅度增長，整體呈上升趨勢(圖4)。露天煤炭產(chǎn)量從1949 年最初的201.8萬t，增長到2022 年的10.57 億t，提高了520 多倍。露天煤炭開采事業(yè)呈跨越式發(fā)展，為我國煤炭工業(yè)發(fā)展乃至中國工業(yè)大發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

圖4 1949—2022 年露天煤礦年產(chǎn)量及占煤炭總產(chǎn)量比例Fig.4 Annual production of open-pit coal mines and its proportion in total coal production from 1949 to 2022

2 露天煤礦70 年發(fā)展成就回顧

2.1 露天煤礦產(chǎn)量及數(shù)量規(guī)模

新中國成立至今，露天煤礦產(chǎn)量及數(shù)量規(guī)模均不斷發(fā)展，在露天煤礦建設(shè)歷程不同階段建成的典型露天煤礦分布情況如圖5 所示。

圖5 不同發(fā)展階段下典型露天煤礦分布情況Fig.5 Distribution of typical open-pit coal mines at different development stages

在起步恢復(fù)階段，經(jīng)初期調(diào)整和恢復(fù)原有露天煤礦生產(chǎn)建設(shè)，我國露天煤炭工業(yè)逐漸進(jìn)入快速發(fā)展軌道。在此期間，代表性的新建及改擴(kuò)建露天煤礦包括阜新海州露天煤礦、撫順東露天煤礦、哈密三道嶺露天煤礦、撫順西露天煤礦等。到1979 年，國有重點(diǎn)露天煤礦產(chǎn)量為16.56 Mt，是1949 年建國時(shí)的8.2 倍。露天工業(yè)在國家發(fā)展中不斷調(diào)整，在調(diào)整中產(chǎn)能與產(chǎn)量逐漸增加，相關(guān)產(chǎn)業(yè)同步穩(wěn)定發(fā)展，為下一時(shí)期的快速發(fā)展階段奠定了基礎(chǔ)。

在快速發(fā)展階段，1980 年全國露天煤礦產(chǎn)量16.99 Mt，占全國煤礦總產(chǎn)量的2.7%。已建成0.3 Mt/a及以上的主要露天煤礦有18 座，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為21.3 Mt/a。改革開放以后，我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，煤炭需求增加，面對煤炭供需緊張、供不應(yīng)求問題，在原煤炭工業(yè)部的“優(yōu)先發(fā)展露天煤礦”和“要盡快打開大露天”的方針指導(dǎo)下，建設(shè)了五大露天煤礦：霍林河露天煤礦、元寶山露天煤礦、伊敏露天煤礦、黑岱溝露天煤礦和安太堡露天煤礦[19]。與此同時(shí)，也相繼建設(shè)了武家塔、馬家塔、寶日希勒等露天煤礦，并對原有的霍林河、小龍?zhí)丁⒉颊訅巍⒑Ｖ荨犴樜鞯嚷短烀旱V進(jìn)行技術(shù)升級和改造。其中，中美合資的安太堡露天煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為15.33 Mt/a；霍林河南露天煤礦于1981 年9 月開工投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為3 Mt/a，在1988 年開始進(jìn)行擴(kuò)建，在1992 年建成了7 Mt/a 的二期擴(kuò)建工程；伊敏露天煤礦一采區(qū)在1984 年建成，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力1 Mt/a，1992 年開始擴(kuò)建，1998 年擴(kuò)建完成，2000 年達(dá)產(chǎn)設(shè)計(jì)能力5 Mt/a。在快速發(fā)展階段期間，露天煤礦產(chǎn)量大幅度提高，單礦設(shè)計(jì)能力從5 Mt/a以下提高到最大15.33 Mt/a，露天煤礦事業(yè)在技術(shù)、建造規(guī)模和數(shù)量上取得了顯著成就。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國能源需求不斷增加，對煤炭的需求也呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。為了滿足這一需求，國家在煤炭開采領(lǐng)域進(jìn)行了大量的投資和創(chuàng)新支持，露天煤礦的產(chǎn)量和數(shù)量規(guī)模不斷擴(kuò)大，露天煤炭資源產(chǎn)量占全國煤炭總產(chǎn)量的比例越來越高，我國露天煤礦發(fā)展也迎來了“黃金十年”，在建設(shè)規(guī)模和生產(chǎn)產(chǎn)量等取得了顯著性的進(jìn)步。如平朔東、哈爾烏素、白音華、勝利等一批大型特大型露天煤礦建成投產(chǎn)；2014 年，黑岱溝露天煤礦產(chǎn)能核增至34 Mt/a，哈爾烏素露天煤礦和寶日希勒露天煤礦產(chǎn)能均核增至35 Mt/a。

進(jìn)入智能化初級發(fā)展階段，新疆天池能源有限責(zé)任公司南露天煤礦產(chǎn)能核增至40 Mt/a，開創(chuàng)了我國露天煤礦單礦產(chǎn)能新局面。截止到2022 年，我國露天煤礦產(chǎn)量首次突破10 億t，達(dá)到10.57 億t，露天煤炭產(chǎn)能和產(chǎn)量比例均已占到全國的20%以上。目前，我國露天煤礦數(shù)量達(dá)350 余處，產(chǎn)能達(dá)11.62 億t；已建成安全高效露天煤礦101 處，千萬噸級露天煤礦超30 處；露天煤礦產(chǎn)能分布全國11 個(gè)省區(qū)，其中內(nèi)蒙古、新疆兩地的露天煤礦合計(jì)產(chǎn)能占全國露天煤礦的比重達(dá)到85%以上。露天煤礦已成為我國煤炭行業(yè)不可或缺的重要組成部分，其在我國產(chǎn)能調(diào)節(jié)過程中的“緩沖倉”地位愈加明顯，對于發(fā)揮煤炭在能源中的基礎(chǔ)和兜底保障作用意義重大。

2.2 露天開采理論與技術(shù)

2.2.1 露天煤礦地質(zhì)模型構(gòu)建

在起步恢復(fù)階段，20 世紀(jì)60 年代國內(nèi)露天煤礦開始了地質(zhì)模型構(gòu)建的相關(guān)研究。最初地質(zhì)模型基本為信息量單一、功能簡單的等值線模型、多邊形模型和格網(wǎng)模型等可視化程度較低的二維模型。

進(jìn)入快速發(fā)展階段后，一些科研機(jī)構(gòu)和露天煤礦合作開發(fā)了適應(yīng)單一煤層賦存的地質(zhì)模型，但由于數(shù)據(jù)更新困難、準(zhǔn)確度差、操作界面復(fù)雜等原因，模型僅用于科研和生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化，在露天煤礦中的實(shí)際應(yīng)用極少。1986 年，安太堡露天煤礦引入了Morrison 公司開發(fā)的Eagles 軟件，地質(zhì)模型首次被用于露天煤礦生產(chǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)中。此后，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域科研工作人員結(jié)合已有理論實(shí)踐，逐步形成了礦床地質(zhì)模型的構(gòu)建技術(shù)。通過對軟件操作系統(tǒng)的漢化和改進(jìn)，國外地質(zhì)建模商用軟件逐漸應(yīng)用于露天煤礦的生產(chǎn)規(guī)劃設(shè)計(jì)領(lǐng)域。期間安太堡露天煤礦和元寶山露天煤礦引入的VULCAN 軟件是國外商用軟件在國內(nèi)露天煤礦生產(chǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)用的典型代表[20]。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段后，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、遙感系統(tǒng)(RS)，以及虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)組成的空間信息技術(shù)的成熟應(yīng)用和發(fā)展，露天煤礦地質(zhì)模型構(gòu)建逐步實(shí)現(xiàn)了精細(xì)化的三維塊體和三維實(shí)體可視化。三維地質(zhì)模型具有精度高、信息量大、功能齊全、運(yùn)算能力強(qiáng)、可視化程度高等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效實(shí)現(xiàn)地形地物、礦床地質(zhì)資料的高度數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息、儲量管理、開采設(shè)計(jì)的可視化，地質(zhì)預(yù)報(bào)、測量驗(yàn)收的精準(zhǔn)化，使得礦山的地質(zhì)、測量、設(shè)計(jì)、安全和施工管理的信息能夠共享，實(shí)現(xiàn)采礦決策總體優(yōu)化、生產(chǎn)過程優(yōu)化預(yù)控，提高了礦山企業(yè)的現(xiàn)代化管理水平。在該階段，國內(nèi)也開發(fā)了多款三維地質(zhì)建模軟件，如3DMine、DiMine 等。

進(jìn)入智能化初級發(fā)展階段以后，露天礦山智能開采對地質(zhì)模型構(gòu)建提出了新的更高的要求。通過進(jìn)一步提高勘探精度，建立高精度三維地質(zhì)模型，進(jìn)而準(zhǔn)確反映煤層賦存地質(zhì)狀態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造和煤巖特征，提高礦山地質(zhì)的透明化水平，為建設(shè)智能露天礦山提供精準(zhǔn)地質(zhì)保障[21-22]。

2.2.2 露天煤礦規(guī)劃與設(shè)計(jì)

在起步恢復(fù)階段之初，新建的海州露天煤礦和撫順西露天煤礦改擴(kuò)建工程屬于前蘇聯(lián)援建工程，設(shè)計(jì)工作由前蘇聯(lián)列寧格勒煤礦設(shè)計(jì)院完成，采用單斗-鐵道間斷工藝，開拓方式為非工作幫固定折返坑線和工作幫移動折返坑線開拓運(yùn)輸系統(tǒng)。20 世紀(jì)50 年代后期，在掌握了前蘇聯(lián)的設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，國內(nèi)設(shè)計(jì)院開始自行完成了一批露天煤礦規(guī)劃與設(shè)計(jì)，如1958 年沈陽設(shè)計(jì)院完成了中國第1 個(gè)露天煤礦工程設(shè)計(jì)——設(shè)計(jì)能力3 Mt/a 的平莊西露天煤礦。該階段我國露天煤礦設(shè)計(jì)能力一直保持在5 Mt/a 以下，開采工藝以單一的單斗-鐵道間斷工藝為主。

進(jìn)入快速發(fā)展階段后，相關(guān)設(shè)計(jì)單位在“五大露天煤礦建設(shè)”過程中多方位學(xué)習(xí)和消化國外技術(shù)，露天煤礦設(shè)計(jì)突破了原有鐵道運(yùn)輸-走向拉溝-全區(qū)開采-外部排土的傳統(tǒng)模式，開始設(shè)計(jì)分區(qū)開采-壓幫內(nèi)排，并在拉溝方案和開采程序上進(jìn)一步改進(jìn)；霍林河、黑岱溝露天煤礦設(shè)計(jì)突破了千萬噸級規(guī)模；單斗-卡車間斷工藝和單斗-卡車-半固定破碎站半連續(xù)工藝在安太堡、黑岱溝、伊敏和元寶山等露天煤礦應(yīng)用；輪斗連續(xù)工藝在國內(nèi)首次被小龍?zhí)逗筒颊訅温短烀旱V三期擴(kuò)建過程中引進(jìn)應(yīng)用。專家學(xué)者們進(jìn)一步創(chuàng)新了露天煤礦的設(shè)計(jì)理論，如田會[23]提出了適用于煤巖量計(jì)算的相交圖形法；張幼蒂和楊榮新[24]總結(jié)了現(xiàn)有的各種露天開采境界優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的共性問題，給出了動態(tài)綜合優(yōu)化露天開采境界的原則和方法；楊榮新[25]分析了基于靜態(tài)經(jīng)濟(jì)分析理論的局限性，提出按動態(tài)經(jīng)濟(jì)分析確定露天開采境界的理論和方法；姬長生和張幼蒂[26-27]以單位儲量凈現(xiàn)值最大及合理匹配各要素之間相互關(guān)系為準(zhǔn)則，運(yùn)用系統(tǒng)工程方法和規(guī)模經(jīng)濟(jì)理論建立了露天礦山生產(chǎn)能力綜合優(yōu)化模型。在此期間，《露天煤礦采礦設(shè)計(jì)手冊》《露天煤礦工程設(shè)計(jì)規(guī)范》等露天煤礦標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的陸續(xù)制定，使得我國露天煤礦設(shè)計(jì)體系得以進(jìn)一步完善。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段后，國內(nèi)露天煤礦設(shè)計(jì)理念由注重剝采工程技術(shù)、均衡生產(chǎn)向注重資源開發(fā)可行性研究轉(zhuǎn)變，更加關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益、安全效益和環(huán)保效益，呈現(xiàn)出規(guī)模大型化、生產(chǎn)集約化和高產(chǎn)高效的特點(diǎn)。露天煤礦開始全面進(jìn)入20～40 Mt/a 的規(guī)模時(shí)代。拉斗鏟倒堆工藝、單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝分別在黑岱溝露天煤礦、伊敏露天煤礦首次設(shè)計(jì)并應(yīng)用。隨著《煤炭工業(yè)露天礦工程建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告編制標(biāo)準(zhǔn)》《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范》《煤炭工業(yè)露天礦工程建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)文件編制標(biāo)準(zhǔn)》《煤炭工業(yè)露天礦礦山運(yùn)輸工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》《煤炭工業(yè)露天礦邊坡工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等一系列國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的編制和實(shí)施，國內(nèi)露天煤礦完整的建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作體系逐步建立。

2.2.3 露天煤礦采區(qū)劃分與轉(zhuǎn)向

在起步恢復(fù)階段，國內(nèi)露天煤礦單礦開采面積相對較小，運(yùn)距對于單斗-鐵道間斷工藝的生產(chǎn)成本影響較小，因此主要采用緩工作幫、全境界開采方式不斷延深露煤。

進(jìn)入快速發(fā)展階段后，單礦開采面積大幅增加，全境界開采方式受到限制。20 世紀(jì)80 年代以后，安太堡露天煤礦首次引入分區(qū)開采的新理念，快速推動了國內(nèi)露天煤礦分區(qū)開采和轉(zhuǎn)向技術(shù)的發(fā)展。分區(qū)開采有效降低了初期基建工程量，在優(yōu)先開采有利區(qū)段、降低運(yùn)距、快速實(shí)現(xiàn)內(nèi)排等方面優(yōu)勢明顯。工作線長度是露天煤礦采區(qū)劃分的基礎(chǔ)和依據(jù)，直接影響剝離運(yùn)距，進(jìn)而影響煤礦的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。期間于汝綬和習(xí)永峰[28]從剝離總費(fèi)用最小的角度出發(fā)推導(dǎo)了露天礦經(jīng)濟(jì)工作線長度的計(jì)算公式圖解方法。為解決采區(qū)轉(zhuǎn)向期間造成的運(yùn)距增加、出現(xiàn)剝離“洪峰”、生產(chǎn)管理復(fù)雜、露煤量偏少等問題[29]，才慶祥和姬長生[30]以安家?guī)X露天煤礦一采區(qū)向二采區(qū)轉(zhuǎn)向?yàn)槔岢隽? 種可行的采區(qū)轉(zhuǎn)向方案，通過定量計(jì)算與定性分析確定了最佳采區(qū)轉(zhuǎn)向方式，研究方法與結(jié)論對其他類似條件的礦山提供了重要指導(dǎo)；顧正洪等[31]分析了間斷式和連續(xù)式2 種采區(qū)轉(zhuǎn)向方式的特點(diǎn)，并以霍林河南露天礦為例對不同轉(zhuǎn)向方式進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，對不同條件下露天礦采區(qū)轉(zhuǎn)向方式的選擇提供了參考。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段后，專家學(xué)者們進(jìn)一步豐富和優(yōu)化了采區(qū)轉(zhuǎn)向理論。劉憲權(quán)等[32-33]、徐志遠(yuǎn)等[34]以安太堡露天煤礦為例分析了采區(qū)轉(zhuǎn)向接續(xù)期間存在的作業(yè)空間不足與快速延深需求的矛盾、內(nèi)排土場空間不足、運(yùn)距增大、原煤生產(chǎn)接續(xù)困難和運(yùn)輸系統(tǒng)復(fù)雜化等問題，提出了內(nèi)排搭橋、反向高段內(nèi)排及“樹枝形”運(yùn)輸系統(tǒng)等開采程序優(yōu)化措施；姬長生[35]總結(jié)分析了近水平露天煤礦中直角緩幫、扇形推進(jìn)和重新拉溝3 種轉(zhuǎn)向方式的特點(diǎn)；周偉等[36]以安太堡露天煤礦為例提出采用采區(qū)間搭橋、反向內(nèi)排和筑路式組溝開拓運(yùn)輸系統(tǒng)方式解決大型近水平露天煤礦轉(zhuǎn)向期間內(nèi)排空間不均衡、運(yùn)距過長的問題。

2.2.4 露天煤礦剝采比調(diào)節(jié)

在起步恢復(fù)階段，國內(nèi)露天煤礦主要采用單斗-鐵道間斷工藝，由于運(yùn)距對該工藝的生產(chǎn)成本影響不大，因此多采用剝采比均衡法優(yōu)化剝采計(jì)劃，達(dá)到均衡生產(chǎn)的目的。但剝采比均衡法以超前剝離為代價(jià)，前期投資較大且投資回收期長。陳百玉[37]根據(jù)投資經(jīng)濟(jì)效果原則就采用單斗-鐵道工藝的大中型露天煤礦的前期生產(chǎn)剝采比和最大生產(chǎn)剝采比及維持年限進(jìn)行了討論。

進(jìn)入快速發(fā)展階段后，單斗-卡車間斷工藝和半連續(xù)工藝在國內(nèi)開始大規(guī)模應(yīng)用，采剝運(yùn)距隨礦山規(guī)模發(fā)展而不斷增加。但剝采比均衡法無法解決采剝運(yùn)距增大帶來的生產(chǎn)成本提高的問題，同時(shí)剝離“洪峰”過去后采掘與運(yùn)輸之間存在矛盾[38]。因此，考慮經(jīng)濟(jì)效益的剝采比優(yōu)化方法開始應(yīng)用于露天煤礦設(shè)計(jì)及生產(chǎn)中，但仍然無法解決礦山生產(chǎn)的穩(wěn)定和剝離“洪峰”削減的現(xiàn)實(shí)問題。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得露天煤礦可以基于地質(zhì)模型模擬優(yōu)化生產(chǎn)進(jìn)度，剝采比優(yōu)化理論進(jìn)一步革新。于汝綬[39]提出了剝離運(yùn)輸功均衡法，將剝采比和采剝運(yùn)距相結(jié)合，既考慮了礦山生產(chǎn)的均衡，有效地削減了剝離“洪峰”，又充分發(fā)揮了主要設(shè)備的效率，改善了礦山的經(jīng)濟(jì)效益。此外，相關(guān)學(xué)者對于特殊條件下的生產(chǎn)剝采比優(yōu)化也進(jìn)行了研究。白潤才等[40]針對元寶山露天煤礦受境界內(nèi)河流影響引起的剝采比波動問題，提出了采用雙坑配采的方法調(diào)節(jié)生產(chǎn)剝采比，實(shí)現(xiàn)采剝工程的平穩(wěn)過渡；趙紅澤等[41]分析了近水平轉(zhuǎn)傾斜煤層煤礦的生產(chǎn)能力約束指標(biāo)，提出了雙坑動態(tài)剝采調(diào)節(jié)方法。

2.2.5 露天煤礦開拓運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化

在起步恢復(fù)階段，露天煤礦多采用單斗-鐵道間斷工藝，開拓運(yùn)輸方式主要為非工作幫固定坑線、工作幫移動坑線和聯(lián)合坑線方式。如海州露天煤礦采用底板折返固定坑線開拓；撫順西露天煤礦開采初期剝離采用北幫移動坑線系統(tǒng)，中期形成了工作幫直進(jìn)與折返混合的準(zhǔn)軌鐵道移動坑線開拓；平莊西露天煤礦采用底幫固定折返坑線與頂幫移動折返坑線的聯(lián)合坑線開拓方式。

進(jìn)入快速發(fā)展階段后，各露天煤礦因地制宜，紛紛探索更適合本礦的開拓方式。同時(shí)，由于開采工藝的轉(zhuǎn)變，鐵道運(yùn)輸系統(tǒng)逐漸減少，公路開拓運(yùn)輸系統(tǒng)、帶式輸送機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)在露天煤礦中的比例不斷增大。如安太堡露天煤礦采用單斗-卡車開采工藝和多出入溝-直進(jìn)回返移動坑線-內(nèi)排的開拓方式；布沼壩露天煤礦應(yīng)用了輪斗挖掘機(jī)-帶式輸送機(jī)-排土機(jī)連續(xù)開采工藝的剝離系統(tǒng)，采用采剝分離的雙出入溝固定坑線的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段后，為適應(yīng)各種開采條件和不同的開采深度，聯(lián)合開拓運(yùn)輸方式得到廣泛應(yīng)用，專家學(xué)者們也提出了不同條件下開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的優(yōu)化方法。如尚濤等[42]分析了近水平露天煤礦分區(qū)開采過渡期間開拓運(yùn)輸系統(tǒng)的特點(diǎn)、問題和解決途徑，提出了該時(shí)期開拓運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化的思路和方法；車兆學(xué)和才慶祥[43-44]針對傳統(tǒng)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)將內(nèi)排運(yùn)輸?shù)缆凡贾糜诙藥驮斐傻倪\(yùn)距增加及端幫壓煤問題創(chuàng)新性地提出了中間邁步式搭橋開拓運(yùn)輸系統(tǒng)。劉福明等[45]進(jìn)一步給出了露天煤礦中間搭橋的適用條件，確定了中間搭橋的高度和寬度等關(guān)鍵參數(shù)。劉光偉等[46]建立了基于選線道路費(fèi)用成本最優(yōu)化的數(shù)值計(jì)算模型，優(yōu)化后的線路費(fèi)用成本更低，能快速、有效地解決礦山運(yùn)輸系統(tǒng)定線問題。

2.2.6 露天煤礦安全開采保障

在起步恢復(fù)階段伊始，黨中央國務(wù)院就高度重視煤礦的安全生產(chǎn)工作。1949 年第1 次全國煤礦工作會議提出了“煤礦生產(chǎn)，安全第一”的方針，多級安全監(jiān)察機(jī)構(gòu)相繼成立，并陸續(xù)制定和發(fā)布了大量的煤礦安全生產(chǎn)行政法規(guī)、規(guī)程和規(guī)章。到1952 年底，全國煤礦安全生產(chǎn)管理體系初步形成，保障了露天煤礦的安全發(fā)展。1961 年，黨中央重申“安全為了生產(chǎn)，生產(chǎn)必須安全”，并提出了“調(diào)整、鞏固、充實(shí)、提高”的8字方針。總體來看，在此時(shí)期內(nèi)我國露天煤礦安全管理處于傳統(tǒng)的被動管理模式。

進(jìn)入快速發(fā)展階段后，原煤炭工業(yè)部相繼發(fā)布了《煤礦安全工作試行條例》《煤礦安全監(jiān)察試行條例》《煤礦安全規(guī)程》等安全政策方針，并提出了執(zhí)行“安全第一”方針的10 條標(biāo)準(zhǔn)，露天煤礦安全生產(chǎn)狀況逐漸改觀。1993 年2 月3 日原能源部頒布了我國歷史上第1 部露天煤礦安全技術(shù)法規(guī)——《煤礦安全規(guī)程(露天煤礦)》，為提升露天煤炭企業(yè)安全管理水平提供了重要保障。與此同時(shí)，學(xué)者們對露天煤礦安全開采中最重要問題之一的邊坡穩(wěn)定性開展了研究。如白占平和郭增濤[47]采用有限元方法分析了五龍礦井工開采對海州露天煤礦西南幫應(yīng)力與位移的影響；周昌壽[48]分析了露天煤礦內(nèi)排土場的主要變形類型以及穩(wěn)定性影響因素，提出了保證內(nèi)排土場穩(wěn)定的措施；曹蘭柱等[49-50]采用離散單元法和模型試驗(yàn)分析了海州露天煤礦南幫隨露天開挖的應(yīng)力變化和巖移特征，揭示了邊坡巖移機(jī)理和潛在滑坡模式；芮勇勤等[51]根據(jù)老化理論提出了露天煤礦邊坡中軟弱夾層的一般流變方程，建立了長期抗剪強(qiáng)度與應(yīng)力作用時(shí)間變化的關(guān)系，為蠕動邊坡動態(tài)穩(wěn)定性分析提供了理論依據(jù)。總體來看，在此時(shí)期，露天煤礦安全管理整體仍處于“被動安全”向“主動安全”過渡階段。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段后，以《安全生產(chǎn)法》和《煤礦安全監(jiān)察條例》為主體的煤礦安全生產(chǎn)法律法規(guī)體系基本形成。各露天煤礦以“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”為安全生產(chǎn)方針，從安全質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化入手，總結(jié)煤礦法律法規(guī)和安全生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，建立和完善了安全管理制度化管理體系。同時(shí)，露天煤礦邊坡穩(wěn)定性理論研究進(jìn)一步豐富。舒繼森等[52-53]通過理論分析和物理相似模型試驗(yàn)改進(jìn)了使用極限平衡法計(jì)算巖體邊坡平面滑動時(shí)的水壓分布假設(shè)；才慶祥等[54]提出了露天礦時(shí)效邊坡理論，以邊坡的暴露時(shí)間作為邊坡時(shí)效性評價(jià)的指標(biāo)，為露天煤礦實(shí)現(xiàn)靠幫開采提供了安全保證；楊天鴻等[55]建立了基于微震監(jiān)測信息反演的邊坡巖體內(nèi)部損傷演化模型；王東等[56]研究了斷層位置對露天礦順傾層狀邊坡穩(wěn)定性的影響；陳彥龍等[57-58]考慮了大型運(yùn)輸設(shè)備作業(yè)對邊坡覆巖的循環(huán)加卸載效應(yīng)和爆破沖擊動載作用，研究了邊坡煤巖體的動態(tài)力學(xué)特性；韓流等[59]提出了平面和圓弧兩種失穩(wěn)模式的時(shí)效穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算方法，建立了邊坡時(shí)效穩(wěn)定分析的理論模型；劉福明等[60]研究了壓實(shí)區(qū)與非壓實(shí)區(qū)滲透速率不同的內(nèi)在原因，提出了提高露天礦排土場邊坡穩(wěn)定性的建議。目前隨著露天煤礦智能化建設(shè)和安全避險(xiǎn)系統(tǒng)等進(jìn)一步的研發(fā)，露天煤礦已經(jīng)向全面實(shí)現(xiàn)“主動安全”方向發(fā)展。

在我國露天煤礦過去70 a 的發(fā)展建設(shè)歷程中，在開采理論與技術(shù)發(fā)展方面，我國露天煤礦在地質(zhì)模型構(gòu)建、規(guī)劃與設(shè)計(jì)、采區(qū)劃分與轉(zhuǎn)向、剝采比調(diào)節(jié)、開拓運(yùn)輸系統(tǒng)優(yōu)化以及安全開采保障等領(lǐng)域均獲得了長足的發(fā)展，各領(lǐng)域隨露天煤礦發(fā)展階段的不同特征及發(fā)展趨勢總結(jié)如圖6 所示。

圖6 露天煤礦開采理論與技術(shù)發(fā)展趨勢Fig.6 Development trends in theory and technology of open-pit coal mining

2.3 露天開采工藝及裝備

在起步恢復(fù)階段，受國內(nèi)設(shè)備制造能力和開采技術(shù)的限制，單斗-鐵道工藝是國內(nèi)露天煤礦的主要工藝。如撫順西、海州、平莊西、三道嶺等露天煤礦均采用單斗-鐵道開采工藝。彭世濟(jì)等[61-62]研究總結(jié)了單斗-鐵道工藝中采運(yùn)環(huán)節(jié)之間的聯(lián)系與配合問題，確定了車鏟比的合理值；駱中洲和王世輝[63-64]研究了電子計(jì)算機(jī)模擬露天礦生產(chǎn)系統(tǒng)的步驟與方法，用于匹配設(shè)備數(shù)量及列車的調(diào)度。在此階段，國內(nèi)露天煤礦開采設(shè)備主要依賴于從前蘇聯(lián)進(jìn)口，1954 年撫順挖掘機(jī)廠成功研制斗容為0.5 m3的挖掘機(jī)，標(biāo)志著我國露天煤礦開采裝備由進(jìn)口向自主研發(fā)的轉(zhuǎn)變。之后，4 m3電鏟、80～150 t 電機(jī)車和蒸汽機(jī)車等國產(chǎn)裝備逐漸應(yīng)用到露天開采作業(yè)中，自主研發(fā)的裝備制造體系逐漸完善。

進(jìn)入快速發(fā)展階段后，金智求[65]總結(jié)了國內(nèi)外露天開采的經(jīng)驗(yàn)，指出應(yīng)大力開展新工藝、新技術(shù)及相應(yīng)的開拓開采等課題的研究工作，各露天煤礦應(yīng)根據(jù)具體條件發(fā)展綜合工藝系統(tǒng)。習(xí)永峰等[66]建立了卡車重車、空車的多目標(biāo)規(guī)劃模型，推導(dǎo)出“最小比值方差”調(diào)車準(zhǔn)則；彭世濟(jì)等[67]討論了露天煤礦連續(xù)工藝系統(tǒng)可靠性的計(jì)算方法，可估計(jì)出系統(tǒng)的年有效工作小時(shí)數(shù)，為輪斗系統(tǒng)中設(shè)備規(guī)格的選取提供依據(jù)。

在此期間，安太堡露天煤礦從美國引進(jìn)了單斗-卡車開采工藝及成套裝備，隨后單斗-卡車開采工藝開始在伊敏、霍林河、黑岱溝等露天煤礦陸續(xù)應(yīng)用。1983 年5 月，國務(wù)院討論通過了《關(guān)于抓緊研制重大技術(shù)裝備的決定》，確定了年產(chǎn)千萬噸級的大型露天煤礦成套設(shè)備為國家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，包括年產(chǎn)1 000萬t 級和2 000 萬t 級露天煤礦單斗-卡車開采工藝及連續(xù)、半連續(xù)開采工藝的成套設(shè)備。1984 年，撫順西露天煤礦投入使用了第1 套單斗-卡車-半固定破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)，標(biāo)志著我國露天煤礦正式進(jìn)入半連續(xù)工藝發(fā)展階段。1986 年7 月，云南小龍?zhí)堵短烀旱V剝離首先采用小型輪斗挖掘機(jī)連續(xù)生產(chǎn)工藝，擴(kuò)建后采用中型輪斗挖掘機(jī)連續(xù)開采工藝。隨后，元寶山、黑岱溝露天煤礦等輪斗連續(xù)工藝系統(tǒng)相繼投產(chǎn)，為我國連續(xù)開采工藝的應(yīng)用打開局面。1987 年，年產(chǎn)1 000 萬t 級露天煤礦單斗-卡車開采工藝成套設(shè)備完全實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，在霍林河露天煤礦等投入應(yīng)用。同時(shí)，國外技術(shù)與國內(nèi)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用催生了大量具有重大意義的產(chǎn)品，如年產(chǎn)2 000 萬t級的露天煤礦單斗-卡車開采工藝成套設(shè)備、23 m3單斗挖掘機(jī)及154 t 電動輪自卸車在平朔礦區(qū)應(yīng)用。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段后，張幼蒂[68-70]、尚濤[71]、李克民等[72]圍繞拉斗鏟倒堆工藝，分析了我國大型煤田采用倒堆剝離方法的有利條件及應(yīng)用前景，提出了拉斗鏟選擇的基本思路與方法，指出了運(yùn)煤系統(tǒng)的優(yōu)化選擇關(guān)鍵在于運(yùn)煤通道的設(shè)置，并給出了拋擲爆破與剝離臺階的開采參數(shù)。車兆學(xué)等[73-75]提出了一種新型輪式軟巖破碎機(jī)，與單斗挖掘機(jī)和帶式輸送機(jī)組成了新式露天煤礦表土剝離半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)，填補(bǔ)露天采礦工藝的一項(xiàng)空白。2007 年，黑岱溝露天煤礦引進(jìn)了國內(nèi)第1 臺拉斗鏟，采用拉斗鏟無運(yùn)輸?shù)苟验_采工藝配合拋擲爆破技術(shù)，年剝離能力達(dá)2 000 萬m3。同年，伊敏露天煤礦投入了國內(nèi)第1 套自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝裝備用于采煤，帶動了我國露天煤礦單斗-自移式破碎機(jī)-帶式輸送機(jī)半連續(xù)工藝的繁榮發(fā)展。至此，世界主要先進(jìn)露天采煤工藝在我國都得以應(yīng)用。

露天煤礦采用單一開采工藝模式限制了生產(chǎn)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益的提高，根據(jù)露天煤礦煤層賦存條件，同時(shí)使用2 種或以上工藝的綜合開采工藝能夠獲得高生產(chǎn)效率和最佳經(jīng)濟(jì)效益[76]。為了進(jìn)一步明確開采工藝對不同場景的應(yīng)用效果，各學(xué)者針對各種開采工藝的適用條件、參數(shù)優(yōu)化等進(jìn)行了大量研究。車兆學(xué)等[77]提出了破碎站移設(shè)步距的確定過程及方法，給出了確定破碎站移設(shè)步距的原則及計(jì)算公式。李克民等[78]采用理論計(jì)算結(jié)合拉斗鏟剝離倒堆工藝應(yīng)用實(shí)踐，進(jìn)一步改進(jìn)與完善了拋擲爆破參數(shù)；宋子嶺[79]建立了露天開采工藝系統(tǒng)適應(yīng)性評價(jià)指標(biāo)體系和各種常用露天開采工藝系統(tǒng)的適用條件模型；尚濤等[80]優(yōu)化了自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)工作面參數(shù)；姬長生等[81]分析了半連續(xù)工藝系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，建立了半連續(xù)工藝應(yīng)用邊界條件模型；陳樹召[82]建立了以系統(tǒng)生產(chǎn)成本最低為目標(biāo)的卡車優(yōu)化模型、破碎站位置與移設(shè)優(yōu)化模型、半連續(xù)工藝服務(wù)范圍模型、組合臺階開采模型和采掘帶寬度優(yōu)化模型；馬力[83]構(gòu)建了拋擲爆破效果綜合評價(jià)模型，分析了拋擲爆破在露天煤礦的應(yīng)用條件及與后續(xù)剝離工藝間的匹配關(guān)系。在該階段，配套的露天開采裝備制造水平也進(jìn)入了新高度，自主研制的75 m3礦用電鏟、400 t 級礦用自卸卡車、大型自移式破碎機(jī)、全液壓輪斗挖掘機(jī)、大功率推土機(jī)等相繼投入使用或試運(yùn)行。我國露天煤礦裝備實(shí)現(xiàn)了從依賴進(jìn)口到國內(nèi)自主生產(chǎn)的大跨越。

進(jìn)入智能化初級發(fā)展階段后，露天煤礦無人運(yùn)輸項(xiàng)目開始實(shí)地測試。2020 年，天池能源南露天煤礦已投放近百臺百噸級新能源無人駕駛礦卡；2021 年9 月，寶日希勒露天煤礦運(yùn)行了世界首個(gè)極寒(-40℃以下)環(huán)境無人礦卡編組；2022 年，勝利一號露天煤礦完成7 臺220 t 級礦用自卸卡車的無人化改裝，并連續(xù)開展7×24 三班編組無安全員運(yùn)輸作業(yè)，創(chuàng)造了無安全員運(yùn)輸效率的新紀(jì)錄；2023 年3 月，準(zhǔn)能集團(tuán)完成了首臺NTE330 型礦用卡車無人駕駛改造，開辟了國內(nèi)載質(zhì)量最大330 t 礦卡無人駕駛新紀(jì)元。

可以看出，我國露天煤礦開采工藝從最初單一的單斗-鐵道工藝發(fā)展到目前單斗-卡車間斷工藝、單斗-卡車-半固定破碎站半連續(xù)工藝、輪斗連續(xù)工藝、單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝、拉斗鏟倒堆工藝等多工藝綜合應(yīng)用的局面，整體上呈現(xiàn)出從單一化向連續(xù)化、綜合化的發(fā)展趨勢。開采裝備伴隨著開采工藝的變革，向著大型化、國產(chǎn)化、智能化的方向發(fā)展，如圖7 所示。

圖7 露天煤礦不同發(fā)展階段代表性開采工藝及開采裝備Fig.7 Representative mining techniques and equipment at different development stages of open-pit coal mines

2.4 資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)

露天煤炭資源大規(guī)模開發(fā)的同時(shí)，也帶來了一系列的環(huán)境問題，開采和剝離物的外排會挖損和壓占大量土地，破壞地表土壤和植被[84-85]，同時(shí)伴隨著水和溶質(zhì)的運(yùn)移，造成土壤肥力流失和重金屬積累[86-87]。此外，鉆爆、采裝、運(yùn)輸、排土等各環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生大量的粉塵，造成大氣污染[88-89]等。回顧過往的70 a，我國露天煤炭資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)主要經(jīng)歷了重開發(fā)輕治理、先開發(fā)后治理再到邊開發(fā)邊治理3 個(gè)階段，如圖8 所示。

圖8 露天煤礦資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)發(fā)展階段Fig.8 Development stages in resource development and environmental protection of open-pit coal mines

(1)起步恢復(fù)階段的重開發(fā)輕治理。

在起步恢復(fù)階段，由于當(dāng)時(shí)歷史條件、開采工藝和技術(shù)手段等方面的限制，這一時(shí)期的露天開采對環(huán)境造成的損害尚未得到重視，為了追求更高的經(jīng)濟(jì)效益，往往重開發(fā)輕治理。在這種開采模式下，露天煤炭開采對土地造成了嚴(yán)重的挖損和壓占。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國露天煤礦正常生產(chǎn)后每開采萬噸煤需要挖損土地約0.08 hm2，每萬噸煤排土場壓占土地約0.16 hm2[1,90]。大量土地被剝離、壓占，礦區(qū)地表生態(tài)遭到嚴(yán)重破壞；同時(shí)，礦區(qū)土壤大量剝離以及采動影響，也導(dǎo)致了地下水資源流失，間接引起了土地鹽堿化、沙化和貧瘠化等問題，嚴(yán)重破壞了露天礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

(2)快速發(fā)展階段的先開發(fā)后治理。

在快速發(fā)展階段，國內(nèi)露天煤礦開采工藝和技術(shù)迅猛發(fā)展，開采強(qiáng)度逐年增加，對環(huán)境的負(fù)面影響日趨嚴(yán)峻。1988 年我國頒布了《土地復(fù)墾規(guī)定》，正式拉開了我國露天礦山生態(tài)治理的序幕。安太堡、伊敏、準(zhǔn)格爾等大型露天礦區(qū)率先響應(yīng)政策號召，在建礦初就按照生態(tài)環(huán)保理念設(shè)計(jì)并實(shí)施土地復(fù)墾方案。同時(shí)學(xué)者們也開展了大量的露天礦生態(tài)保護(hù)的相關(guān)研究，胡振琪[91]運(yùn)用地質(zhì)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析了露天煤礦復(fù)墾土壤物理特性的空間變異性，指出土壤空間變異性與采礦方向密切相關(guān)，土壤剖面內(nèi)的空間變異呈明顯的規(guī)律性；何書金等[92]指出了煤礦區(qū)土地復(fù)墾的原則、方向、程序模式以及相應(yīng)的主要技術(shù)措施；白中科等[93]分析了安太堡露天煤礦不同區(qū)域的水土流失特征，并提出了排土場水土保持綜合治理措施。

在此時(shí)期，露天礦生態(tài)治理手段仍較為單一，強(qiáng)化內(nèi)排、土地復(fù)墾是該階段對露天礦生態(tài)恢復(fù)的主要措施。這一階段露天煤礦在資源開發(fā)后通過礦山公園改造，生物改良等措施對礦區(qū)生態(tài)進(jìn)行了修復(fù)，但尚未根據(jù)整個(gè)礦區(qū)的條件，按照生態(tài)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)等原理，科學(xué)合理的進(jìn)行多業(yè)、綜合、協(xié)調(diào)的生態(tài)恢復(fù)研究，也沒有將露天開采和生態(tài)重建形成一體化體系，其環(huán)境保護(hù)與治理也未貫穿露天煤礦開發(fā)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)全過程[94]，致使生態(tài)環(huán)境改善不明顯，生態(tài)恢復(fù)未帶來明顯的環(huán)境效益。

(3)綜合發(fā)展階段之后的邊開發(fā)邊治理。

進(jìn)入綜合發(fā)展階段后，隨著國家對環(huán)境保護(hù)的重視，以及可持續(xù)發(fā)展理念的普及，資源開發(fā)與生態(tài)恢復(fù)一體化理念逐步成為共識。錢鳴高院士[95-97]率先提出了煤礦綠色開采的概念，分析了研究煤炭資源綠色開采的必要性和意義，闡述了資源與環(huán)境協(xié)調(diào)開采技術(shù)體系；白中科等[98]指出礦區(qū)生態(tài)重建應(yīng)在開采之前就預(yù)測可能發(fā)生的環(huán)境問題，在開采中盡量避免或減少開采對環(huán)境的破壞；卞正富等[99]認(rèn)為礦山生態(tài)建設(shè)需進(jìn)行采前的規(guī)劃和開采過程中的生態(tài)保護(hù)，礦山生態(tài)建設(shè)需要以系統(tǒng)工程的方法貫穿于采礦全過程。

2008 年，國務(wù)院頒布的《全國礦產(chǎn)資源規(guī)劃(2008—2015 年)》提出了發(fā)展綠色礦業(yè)、建設(shè)綠色礦山的要求。基于綠色礦山建設(shè)理念，資源開發(fā)與生態(tài)恢復(fù)一體化的治理理念開始被提出。才慶祥等[100]研究了露天煤礦表土層剝離與土地復(fù)墾一體化作業(yè)方法及相關(guān)參數(shù)，提出采用線性規(guī)劃對表土資源的流量和流向進(jìn)行優(yōu)化控制；宋子嶺等[101-102]提出了露天煤礦綠色度評價(jià)方法，建立了礦區(qū)生態(tài)環(huán)境評價(jià)指標(biāo)體系；田會和王忠鑫[103]提出了“擾動系數(shù)”的概念和技術(shù)方法，用于量化露天開采對環(huán)境的綜合擾動程度；李全生等[8,104-105]提出了露天煤礦源頭減損-過程控制-末端治理的生態(tài)修復(fù)理念，研發(fā)了立體儲水及聯(lián)合調(diào)用、開采節(jié)地減損、物料跨時(shí)空調(diào)配儲用和“生態(tài)窗口期”協(xié)同修復(fù)等技術(shù)，創(chuàng)建了露天煤礦生態(tài)型開采理論與技術(shù)體系；畢銀麗等[106]提出干旱半干旱露天礦排土場近地表高效低成本的表土生態(tài)層-涵水層-隔水層的3 層土層重構(gòu)結(jié)構(gòu)模型，研發(fā)物探檢測成套技術(shù)與裝備，監(jiān)測礦坑水來源、排土場土層結(jié)構(gòu)與含水率，保證生態(tài)工程水資源有效利用。

現(xiàn)階段，隨著智能化開采技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的采礦設(shè)計(jì)和工藝已不能適應(yīng)無人駕駛、新能源等智能裝備的發(fā)展,“雙碳”背景下對原有的生產(chǎn)模式提出了新的挑戰(zhàn)。謝和平院士[107]科學(xué)研判碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)下我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和煤炭消費(fèi)演變趨勢，提出了實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和與能源安全穩(wěn)定供應(yīng)雙重目標(biāo)的路徑。顧清華等[108]提出低碳、連續(xù)、高效、安全的露天礦智能化建設(shè)新模式，從構(gòu)建多能互補(bǔ)的可再生能源系統(tǒng)、探索露天礦山低碳連續(xù)生產(chǎn)工藝、開發(fā)碳封存與生態(tài)碳匯技術(shù)體系3 個(gè)方面探討了該模式的技術(shù)路徑。目前邊開發(fā)邊治理的模式取得了明顯成效，依托礦區(qū)豐富的土地資源，創(chuàng)新發(fā)展出適合不同礦區(qū)的土地復(fù)墾和生態(tài)重建技術(shù)體系；同時(shí)，也逐步完善了適合不同露天礦特色的循環(huán)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)體系，充分利用了煤炭開采過程中伴生資源、地下水資源、矸石等固體廢棄物，讓環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。

3 露天煤礦現(xiàn)階段存在的主要問題

我國露天煤礦歷經(jīng)70 a 的發(fā)展取得了一系列突出成就的同時(shí)，現(xiàn)階段仍存在發(fā)展布局不均衡、可持續(xù)發(fā)展面臨瓶頸、關(guān)鍵技術(shù)難題需深入攻關(guān)、人才短缺培養(yǎng)機(jī)制不完善4 個(gè)方面的問題，如圖9 所示。

圖9 露天煤礦現(xiàn)階段存在的主要問題Fig.9 Main problems currently existing in open-pit coal mines

3.1 露天煤礦發(fā)展布局不均衡

(1)生產(chǎn)規(guī)模不均衡，特大型、大型露天煤礦在數(shù)量上占比低，且主要集中于生態(tài)脆弱區(qū)，而中小型露天煤礦占比高、分布廣。根據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會發(fā)布的數(shù)據(jù)，截至2022 年底，全國共有露天煤礦350 余處，產(chǎn)能達(dá)11.62 億t，其中特大型、大型露天煤礦有60余處，產(chǎn)能約8.6 億t，即特大型、大型露天煤礦以約17%的露天煤礦數(shù)量貢獻(xiàn)了70%以上的露天煤礦產(chǎn)能。而特大型、大型露天煤礦主要集中分布于新疆、內(nèi)蒙古、山西等干旱少雨戈壁區(qū)、高寒易沙化草原區(qū)及水土流失嚴(yán)重的黃土高原區(qū)等北方生態(tài)脆弱地區(qū)。同時(shí)，產(chǎn)能在100 萬t 以下的小型露天煤礦多達(dá)170余處，占全國露天煤礦總數(shù)的比例高達(dá)50%，并且廣泛分布于內(nèi)蒙古、新疆、山西、云南、陜西、黑龍江、遼寧、吉林、寧夏、貴州等多個(gè)省區(qū)。

(2)開采工藝不均衡，單斗-卡車間斷工藝仍占主導(dǎo)，綜合工藝推廣不足。由于中小型露天煤礦數(shù)量上占比高，因此我國約2/3 的露天礦采用單一的單斗-卡車間斷工藝，采用外包生產(chǎn)經(jīng)營模式，面臨設(shè)備能力小、數(shù)量多、油耗大的突出問題，導(dǎo)致作業(yè)人員多、安全隱患大、管理難度高。我國特大型、大型露天煤礦經(jīng)多年實(shí)踐，探索出了與礦區(qū)地質(zhì)條件相適應(yīng)的綜合工藝，具有良好的示范效應(yīng)，剝離采用單斗-卡車間斷工藝、單斗-卡車-半固定破碎站/單斗-自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝、輪斗連續(xù)工藝、拉斗鏟倒堆工藝中的2種及以上組合而成；采煤采用單斗-卡車-半固定破碎站半連續(xù)工藝為主。但從全國露天煤礦來看，綜合工藝的推廣范圍還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

(3)裝備水平不均衡，部分裝備或核心配件的國產(chǎn)化亟待突破，高端、智能化裝備的產(chǎn)能有待提升。雖然我國露天煤礦的裝備制造水平一直處于穩(wěn)步發(fā)展的進(jìn)程中，然而，總體來看，我國露天煤礦裝備制造業(yè)的發(fā)展卻始終落后于露天工藝系統(tǒng)的變革與發(fā)展，趕超世界先進(jìn)制造水平仍是艱巨的任務(wù)。特別是電鏟、輪斗、吊斗鏟、礦卡、破碎機(jī)等大型設(shè)備或核心配件的國產(chǎn)化亟待突破。此外，厚煤層的全連續(xù)分層開采裝備，寒區(qū)露天煤礦的凍土、硬巖采剝裝備，大傾角帶式輸送機(jī)裝備、邊幫采煤機(jī)裝備等高端、智能化裝備的產(chǎn)能還有待提升。

(4)相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)修訂速度不平衡。《煤礦安全規(guī)程》露天部分的一些條款不全不細(xì)，不能覆蓋全國的各種礦山情況，對于近年出現(xiàn)的露天采礦機(jī)、端幫采煤機(jī)、端幫巷道輸煤、無人駕駛等均未包括；煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理體系中露天部分的一些條款還不具體，很多條款都是要求“有設(shè)計(jì)”“符合設(shè)計(jì)”“不符合要求不得分”，但對設(shè)計(jì)的內(nèi)容未做要求，應(yīng)符合哪些要求也未予明確。其根源還是在于露天礦規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)太少，標(biāo)準(zhǔn)化的各項(xiàng)條款沒有支撐、沒有依據(jù)。GB50197—2015《煤炭工業(yè)露天礦設(shè)計(jì)規(guī)范》發(fā)布至今已8 a 多，近年來對綠色礦山、智能礦山建設(shè)的新要求，均未涉及，設(shè)計(jì)理念陳舊，亟待修訂。目前涉及露天煤礦的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不到30 項(xiàng)，多為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)技術(shù)、安全管理方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范太少，嚴(yán)重制約著露天煤礦高質(zhì)量安全發(fā)展[109]。

3.2 礦山可持續(xù)發(fā)展面臨瓶頸

(1)高強(qiáng)度開采導(dǎo)致服務(wù)年限顯著縮短。近年來，在煤炭市場供需偏緊、煤炭價(jià)格高位波動的背景下，部分露天煤礦盲目追求產(chǎn)能核增，持續(xù)高強(qiáng)度開采，不但造成露天煤礦生產(chǎn)接續(xù)緊張、剩余服務(wù)年限嚴(yán)重不足，還會導(dǎo)致災(zāi)害治理不到位，安全風(fēng)險(xiǎn)不斷累積加劇，為礦山中后期持續(xù)建設(shè)增加難度，給露天礦的安全生產(chǎn)帶來巨大的隱患。同時(shí)，高強(qiáng)度開采也會造成礦區(qū)生態(tài)壞境破壞，直接影響到露天煤礦的可持續(xù)發(fā)展。

(2)采深增加加劇高邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。隨著露天煤礦產(chǎn)量增加，開采深度日益增加，目前在產(chǎn)的露天煤礦平均采深近200 m，勝利東二號露天煤礦采深最深達(dá)623 m，為世界露天煤礦開采深度之最。隨著開采深度加深，露天煤礦邊坡高度不斷加大，易形成高陡邊坡，一旦暴露時(shí)間過長，會導(dǎo)致巖層強(qiáng)度進(jìn)一步降低，不利于邊坡的穩(wěn)定性。同時(shí)，開采深度也限制了跟蹤內(nèi)排的進(jìn)度，不僅提高了外排的運(yùn)輸成本，也延緩了內(nèi)排壓幫護(hù)坡。

(3)征地用地困難限制礦山發(fā)展。近些年露天煤礦產(chǎn)能得以快速釋放，導(dǎo)致露天礦征地用地規(guī)模也隨之迅速增長，但現(xiàn)行的用地征地政策未及時(shí)做出相應(yīng)調(diào)整。因采礦用地屬于建設(shè)用地范疇，煤礦需要辦理征、轉(zhuǎn)等手續(xù)，但建設(shè)用地指標(biāo)是每年統(tǒng)一分配、逐級下發(fā)，用地指標(biāo)嚴(yán)重不足。與此同時(shí)，在國家綠色發(fā)展、生態(tài)環(huán)保及守住耕地紅線等硬要求下，企業(yè)必須嚴(yán)格辦理草原征占用、土地復(fù)墾等手續(xù)，手續(xù)辦理需要多個(gè)部門審批，程序復(fù)雜且周期較長。部分特大型、大型露天煤礦出現(xiàn)無地可用而被迫減產(chǎn)、停產(chǎn)的情況，嚴(yán)重影響礦山的長期發(fā)展。

(4)環(huán)保政策約束下礦區(qū)生態(tài)治理難度大。在國家環(huán)保政策逐步完善和“雙碳”背景下，我國露天煤礦正加速向綠色低碳方向發(fā)展，故露天煤礦生態(tài)治理需求迫切。但生態(tài)治理是一項(xiàng)多學(xué)科、多專業(yè)交叉的系統(tǒng)工程，目前仍缺乏大量的專業(yè)工程研究機(jī)構(gòu)和專業(yè)人員，且礦山生態(tài)修復(fù)技術(shù)尚不完善。此外，盡管有《土地復(fù)墾規(guī)定》《中華人民共和國土地管理法》《中華人民共和國煤炭法》等法律法規(guī)，對復(fù)墾工作起到了一定的作用，但我國露天煤礦土地復(fù)墾率低，甚至復(fù)墾速度趕不上損毀速度。除此之外，大量歷史遺留的礦山存在生態(tài)破壞問題，導(dǎo)致生態(tài)治理工程量巨大，修復(fù)周期長，短時(shí)間內(nèi)難以滿足生態(tài)環(huán)保要求。此外，礦山生態(tài)修復(fù)施工審批程序繁瑣、審批難、且辦理耗時(shí)過長，導(dǎo)致施工難，這些都大大增加了礦區(qū)生態(tài)治理的難度。

(5)廢棄露天礦坑治理模式仍需探索。在經(jīng)歷大規(guī)模的礦產(chǎn)資源開采活動后，我國產(chǎn)生了大量資源枯竭型露天礦區(qū)[110-111]。廢棄露天礦坑會帶來安全隱患、空間資源浪費(fèi)以及能源儲備安全等問題。對于露天煤礦開采后造成的廢棄礦坑，最簡單直接的做法是填土掩埋，但是填土掩埋存在著回填物難以獲取，且工程量巨大、耗時(shí)長、成本高等問題[112-113]。國內(nèi)對于廢棄露天礦坑的治理工作主要采取了生態(tài)修復(fù)和景觀設(shè)計(jì)等手段[114]，如呼倫貝爾扎賚諾爾國家礦山公園，阜新海州露天礦國家礦山公園等。但目前廢棄露天礦坑的治理手段較為單一，改造利用模式仍局限于生態(tài)修復(fù)方面，經(jīng)濟(jì)效益不明顯，礦坑利用價(jià)值未充分發(fā)掘，治理模式需進(jìn)一步探索和創(chuàng)新。

3.3 關(guān)鍵技術(shù)難題需深入攻關(guān)

(1)高大邊坡變形監(jiān)測及滑坡預(yù)警技術(shù)。伴隨著露天礦山開采深度的增加，高大邊坡的變形監(jiān)測和滑坡預(yù)警對滑坡地質(zhì)災(zāi)害防控具有重要意義。大型露天礦山的邊坡高、坡度陡、落差大，影響因素眾多，并且具有復(fù)雜、隱蔽、多尺度、多階段和大變形等特征[115]，給高大邊坡變形監(jiān)測及滑坡預(yù)警技術(shù)帶來諸多困難。伴隨著現(xiàn)代測繪科學(xué)與技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型監(jiān)測預(yù)警手段不斷涌現(xiàn)，如滑坡GPS 自動化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)、GNSS 監(jiān)測、微震監(jiān)測、基于北斗系統(tǒng)的滑坡監(jiān)測、雷達(dá)差分干涉測量(D-InSAR)、無線傳感在線監(jiān)測系統(tǒng)、遠(yuǎn)距離三維激光掃描(TLS)等[116-120]。邊坡及滑坡監(jiān)測預(yù)警正逐漸從傳統(tǒng)的點(diǎn)式監(jiān)測向面式、體式監(jiān)測發(fā)展。但是，不同監(jiān)測方法均因各自的固有缺陷而有不同的適用性和局限性。現(xiàn)階段邊坡及滑坡監(jiān)測預(yù)警模型主要建立在歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析基礎(chǔ)上，通過對邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和研判進(jìn)而對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)警[121]。針對現(xiàn)有滑坡預(yù)警技術(shù)存在的失敗率高、預(yù)警錯(cuò)誤、局限性大等問題，滑坡預(yù)警模型發(fā)展需綜合考慮邊坡地質(zhì)特征、演化過程、滑坡機(jī)理等關(guān)鍵特性，與邊坡穩(wěn)定性分析方法相結(jié)合，構(gòu)建多平臺、多手段聯(lián)合的空-天-地-深協(xié)同式智能監(jiān)測預(yù)警方法與技術(shù)體系，提高滑坡預(yù)警準(zhǔn)確性與普適性。因而，進(jìn)一步明晰高大邊坡巖石力學(xué)參數(shù)隨時(shí)間變化規(guī)律及滑坡蠕變機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對高大露天礦山重點(diǎn)區(qū)域、關(guān)鍵環(huán)節(jié)重大滑坡風(fēng)險(xiǎn)的識別監(jiān)測和精準(zhǔn)研判，推動露天礦山滑坡監(jiān)測預(yù)警向遠(yuǎn)程化、可視化、智能化方式轉(zhuǎn)變，成為當(dāng)前亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

(2)邊幫滯留煤安全高效開采技術(shù)。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在我國40 個(gè)露天礦區(qū)中，邊幫壓煤數(shù)量達(dá)到50 Mt 以上的礦區(qū)達(dá)到一半以上[122]，全國露天煤礦邊幫滯留煤總量高達(dá)100 億t 以上，約占露天礦總資源量的10%。邊幫滯留煤的棄采不僅造成大量優(yōu)質(zhì)煤炭資源的巨大浪費(fèi)，還留下煤層自燃、邊坡失穩(wěn)等重大安全隱患。針對邊幫滯留煤開采，許多露天煤礦都進(jìn)行了開采技術(shù)的實(shí)踐。① 露井聯(lián)采技術(shù)[123-129]。基于近水平煤層的賦存條件，通過合理科學(xué)安排開采空間距離與次序，使得井工平巷開采與露天開采同時(shí)進(jìn)行的開采技術(shù)。② 靠幫開采技術(shù)[54,130-132]。基于分區(qū)開采采場的時(shí)空變化特征，利用端幫暴露時(shí)間及服務(wù)周期，提出了時(shí)效邊坡理論和靠幫開采技術(shù)。在短時(shí)間暴露對整體邊坡穩(wěn)定性影響較小的情況下，提高端幫邊坡角，將煤炭資源通過快速開采、內(nèi)排壓幫的方式采出。③ 相鄰露天礦協(xié)調(diào)開采技術(shù)[133-135]。對于同一礦權(quán)內(nèi)的相鄰露天煤礦邊幫壓煤通過貫通采場、排土場，構(gòu)筑采場至排土場臨時(shí)運(yùn)輸排土橋，技術(shù)參數(shù)優(yōu)化及工程位置協(xié)調(diào)控制等協(xié)調(diào)開采技術(shù)實(shí)現(xiàn)邊幫滯留煤的回收。④ 端幫采煤機(jī)開采技術(shù)[136-139]。當(dāng)露天開采剝采比達(dá)到所規(guī)定的經(jīng)濟(jì)閾值后，將端幫采煤機(jī)布置在滯留煤層的一側(cè)，對露天煤礦端幫剩余煤炭資源進(jìn)行遠(yuǎn)程探入式開采，采硐間形成了支撐煤柱用于支撐上覆巖層，防止發(fā)生滑坡等災(zāi)害。雖然部分露天煤礦對不同滯留煤資源開采技術(shù)進(jìn)行了成功應(yīng)用，但隨著安全高效開采理念的不斷深入，對開采過程中厚煤層采出率以及強(qiáng)擾動下邊坡穩(wěn)定性的控制都有了更高的要求，同時(shí)，也需要對多工藝間時(shí)空配合方式及與既有露天采排生產(chǎn)規(guī)劃間的時(shí)空協(xié)調(diào)機(jī)制進(jìn)行持續(xù)深入研究。

(3)智能礦山建設(shè)技術(shù)。我國露天煤礦智能化發(fā)展起步較晚、建設(shè)時(shí)間較短，但已經(jīng)取得了一系列的成就。① 鉆爆環(huán)節(jié)智能化。應(yīng)用鉆機(jī)自動導(dǎo)航鉆孔技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)狀態(tài)自動檢測、鉆機(jī)自動導(dǎo)航及鉆進(jìn)控制、地層巖性識別等功能；應(yīng)用5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)爆破環(huán)節(jié)信息深度感知、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行等功能。② 采裝及運(yùn)輸環(huán)節(jié)智能化。霍林河南露天煤礦遠(yuǎn)程操作智能化電鏟項(xiàng)目完成交付，西灣露天煤礦、平朔東露天煤礦、伊敏露天煤礦等實(shí)現(xiàn)了5G+礦卡無人駕駛常態(tài)化運(yùn)行，各特大型、大型露天煤礦逐步進(jìn)行了采裝與運(yùn)輸環(huán)節(jié)智能化的探索。③ 地面生產(chǎn)系統(tǒng)智能化。基于大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)，勝利能源露天礦實(shí)現(xiàn)了基于機(jī)器人的智慧運(yùn)維新模式，科學(xué)的完成了高低壓停送電任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了配電室智慧化無人值守。五彩灣一號露天煤礦搭建了智慧物流平臺，精準(zhǔn)控制進(jìn)出礦區(qū)社會車輛信息，地面生產(chǎn)系統(tǒng)智能化正式拉開序幕。雖然，我國露天煤礦智能化取得了許多成果，但目前露天煤礦智能化建設(shè)多體現(xiàn)在“單一部件、單一設(shè)備、單一環(huán)節(jié)”上，在跨設(shè)備、跨工藝環(huán)節(jié)、跨工藝系統(tǒng)、跨業(yè)務(wù)范疇的信息共通共享、高效利用上仍有欠缺[140]。同時(shí)，行業(yè)對露天礦山智能化建設(shè)的路徑認(rèn)知不足，露天礦山智能化建設(shè)涉及的規(guī)劃內(nèi)容、實(shí)施途徑等尚未體系化以及露天礦山智能化建設(shè)評價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)和智能化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題也需要通過科學(xué)、合理的規(guī)劃去解決。

(4)共伴生資源及廢棄物資源化利用技術(shù)。針對煤系共伴生資源的綜合性利用問題，許多露天礦進(jìn)行了探索。① 煤系金屬礦產(chǎn)資源綜合利用技術(shù)。基于煤系金屬品位，選擇具有回收價(jià)值的原煤，針對不同金屬種類，選擇不同工藝提煉鍺、鎵、鋁伴生金屬元素。② 煤系非金屬礦產(chǎn)綜合利用技術(shù)。根據(jù)煤系非金屬礦產(chǎn)的種類不同，選取不同處理工藝對非金屬礦產(chǎn)進(jìn)行處理，如煤矸石發(fā)電技術(shù)，通過粉碎、分選、喂料、燃燒、發(fā)電等工藝，將煤矸石中的可燃物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能，顯著提高了煤矸石的綜合利用水平。③ 煤系能源礦產(chǎn)綜合利用技術(shù)。針對鈾等能源礦產(chǎn)，通過選礦分離、灰化、煤灰浸出和浸出液提取鈾等工藝完成對原煤中鈾元素的提煉與利用，目前較為少見。雖然部分露天礦對煤系伴生資源進(jìn)行了回收利用，但煤中鍺、硫鐵礦、鈾礦等煤系共伴生礦產(chǎn)資源開采仍然存在開采理論水平較低、開采技術(shù)落后等現(xiàn)象。因此，需要突破傳統(tǒng)的單一煤炭資源開發(fā)利用模式，著力解決開采混亂、技術(shù)落后等短板，延伸煤系產(chǎn)業(yè)鏈，提高對煤系共伴生礦產(chǎn)資源的綜合勘查開發(fā)利用水平，促進(jìn)煤系伴生資源利用產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化發(fā)展[141]。

3.4 人才短缺培養(yǎng)機(jī)制不完善

(1)露天開采專業(yè)人才供給不足。隨著信息化和智能化技術(shù)的快速發(fā)展，露天專業(yè)人才匱乏的問題愈發(fā)凸顯。在高等人才培養(yǎng)層面，在本科生培養(yǎng)階段，開設(shè)露天采礦專業(yè)的高校僅有中國礦業(yè)大學(xué)與遼寧工程技術(shù)大學(xué)等極少數(shù)高校；在研究生培養(yǎng)階段，開設(shè)露天開采專業(yè)方向的高校也不足10 所。每年畢業(yè)的應(yīng)屆本科與研究生總?cè)藬?shù)不超過百人，導(dǎo)致露天采礦專業(yè)人才供給嚴(yán)重不足。同時(shí)，行業(yè)發(fā)展急需的領(lǐng)軍型人才和智能礦山建設(shè)等高端領(lǐng)域的專業(yè)人才也極其匱乏，了解現(xiàn)代企業(yè)管理、資本運(yùn)作、技術(shù)轉(zhuǎn)化、風(fēng)險(xiǎn)管控等高級管理人才以及高技能人才缺口更大。

(2)人才培養(yǎng)機(jī)制不完善。目前露天開采專業(yè)人才主要通過高等院校、職業(yè)院校及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)培養(yǎng)，但高等院校對企業(yè)人才需求了解不充分，關(guān)于露天煤礦企業(yè)人才缺口較大的智能化建設(shè)、礦區(qū)生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域的學(xué)科體系還不完整；職業(yè)院校及培訓(xùn)機(jī)構(gòu)與露天煤礦企業(yè)在專業(yè)人才培養(yǎng)方案制定、專業(yè)實(shí)踐等合作培養(yǎng)環(huán)節(jié)未完全打通。同時(shí)，露天煤礦企業(yè)對人才培訓(xùn)的主體作用不明顯，培訓(xùn)體系不完善，在職員工知識更新和技能培訓(xùn)的途徑少。總的來看，人才隊(duì)伍建設(shè)機(jī)制存在欠缺，高素質(zhì)綜合型企業(yè)管理人才及行業(yè)內(nèi)“高精尖人才稀缺”，技能型人才培養(yǎng)未被重視；人才評價(jià)機(jī)制尚不完善，行業(yè)內(nèi)職業(yè)資格和職稱資格尚未貫通，跨區(qū)域跨企業(yè)職稱互認(rèn)工作存在壁壘，人才考核評價(jià)體系尚不健全。

4 我國露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展展望

4.1 露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展架構(gòu)體系

在不同歷史階段，露天煤礦建設(shè)的主要目標(biāo)一直伴隨國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展而不斷變化。在起步恢復(fù)階段(1949—1979 年)，國家經(jīng)濟(jì)處于復(fù)蘇和穩(wěn)步發(fā)展階段，露天煤礦建設(shè)的主要目標(biāo)為“產(chǎn)能恢復(fù)”；在快速發(fā)展階段(1980—1999 年)，國家經(jīng)濟(jì)處于快速增長時(shí)期，露天煤礦建設(shè)的主要目標(biāo)也逐漸轉(zhuǎn)化為“高產(chǎn)高效開采”；在綜合發(fā)展階段(2000—2020 年)，隨著國家對環(huán)保的重視程度越來越高，露天煤礦建設(shè)的主要目標(biāo)也逐漸轉(zhuǎn)化為“安全、高效、環(huán)保”；進(jìn)入智能化初級發(fā)展階段(2021 年以后)以來，在國家“雙碳”戰(zhàn)略的指引下，煤炭作為我國主體能源，按照綠色低碳的發(fā)展方向，對標(biāo)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)任務(wù)，推進(jìn)煤炭消費(fèi)轉(zhuǎn)型升級。同時(shí)，隨著露天煤礦建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，預(yù)計(jì)到“十四五末”，露天煤礦總產(chǎn)量占全國煤炭總產(chǎn)量的比例將超過25%，到“十五五末”，將達(dá)到30%以上[16]。因此，在創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的國家新發(fā)展理念下，我國露天煤礦也應(yīng)積極構(gòu)建以“安全、高效、綠色、低碳、智能”為總體目標(biāo)的全鏈條、全周期、全要素高質(zhì)量發(fā)展新體系。

(1)堅(jiān)守底線思維，推動露天煤礦全鏈條安全高效發(fā)展。經(jīng)多年發(fā)展，我國露天煤礦企業(yè)的安全保障能力有了顯著提升，2022 年度命名的101 處安全高效露天煤礦，全部實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)“零死亡”。但同時(shí)也面臨著安全生產(chǎn)理念不牢固、安全管理體系不完善、安全技術(shù)措施不健全等現(xiàn)實(shí)問題。隨著賦存條件趨于復(fù)雜、多重災(zāi)害并存與安全生產(chǎn)作為首要位置的矛盾凸顯，需按強(qiáng)化露天煤礦安全監(jiān)測預(yù)警，提高防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)能力；嚴(yán)格落實(shí)露天煤礦安全生產(chǎn)規(guī)定，有效防范和化解生產(chǎn)過程中的滑坡、土地破壞、水體污染、大氣污染、地質(zhì)災(zāi)害等生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)；強(qiáng)化煤礦開采全鏈條中的安全生產(chǎn)和風(fēng)險(xiǎn)管控，加強(qiáng)環(huán)境安全和地質(zhì)災(zāi)害治理，切實(shí)提高煤礦安全保障能力。

(2)促進(jìn)生態(tài)文明，踐行露天煤礦全周期綠色低碳發(fā)展。加強(qiáng)“采剝、運(yùn)輸、排棄、復(fù)墾”一體化科學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，完善礦區(qū)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，從規(guī)劃設(shè)計(jì)、開發(fā)利用、閉坑轉(zhuǎn)型等全生命周期系統(tǒng)抓好生態(tài)治理，重點(diǎn)抓好生態(tài)脆弱區(qū)和黃河流域等重要生態(tài)功能區(qū)的生態(tài)治理。加快推動煤炭清潔高效發(fā)展，實(shí)現(xiàn)高碳能源低碳化利用。要立足我國煤炭消費(fèi)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，推動煤炭洗選加工和分級分質(zhì)梯級利用，加強(qiáng)商品煤全過程質(zhì)量跟蹤檢測與管理，加強(qiáng)煤炭利用與轉(zhuǎn)化效率研究。貫徹新發(fā)展理念，堅(jiān)持降碳、減污、擴(kuò)綠、增長協(xié)同推進(jìn)。完善礦區(qū)的節(jié)能減排標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵開發(fā)綜合利用余熱、余壓、節(jié)水、節(jié)電等綜合利用節(jié)能項(xiàng)目，加強(qiáng)生產(chǎn)和生活區(qū)域的綠色化改造，探討制定能耗預(yù)算管理制度。

(3)激發(fā)創(chuàng)新動力，驅(qū)動露天煤礦全要素智能發(fā)展。露天煤礦當(dāng)前處于智能化初級發(fā)展階段，以無人駕駛礦用卡車為代表的智能裝備發(fā)展迅速，但仍處于技術(shù)探索和試點(diǎn)試驗(yàn)階段，未能形成規(guī)模化應(yīng)用。未來應(yīng)繼續(xù)加大科研投入，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，進(jìn)一步豐富智能化應(yīng)用場景。同時(shí)智能礦山建設(shè)方面還處于獨(dú)立的模塊智能化，礦山智能化運(yùn)行缺乏系統(tǒng)性。智能化作為新興的專業(yè)交叉領(lǐng)域，缺乏針對礦業(yè)特殊場景下業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)信息以及缺乏礦業(yè)、計(jì)算機(jī)、自動化等交叉專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域經(jīng)驗(yàn)共享的知識體系。

進(jìn)一步地，筆者提出露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展架構(gòu)體系，如圖10 所示。該架構(gòu)體系的內(nèi)涵特征是以時(shí)效邊坡理論[54]、開采擾動指數(shù)理論[103]、綠色開采理論[96-97]、生態(tài)型開采理論[8]、零碳負(fù)碳開采理論[142-143]、智能化開采理論[144]6 種學(xué)術(shù)思想為理論基礎(chǔ)，以災(zāi)害安全監(jiān)測防控、復(fù)雜條件協(xié)同保障、生態(tài)源頭減損開采、節(jié)能減污清潔利用、數(shù)字-自動-智能同建5 類技術(shù)體系為核心支撐，以透明地質(zhì)模型動態(tài)重構(gòu)、邊坡蠕滑全程精準(zhǔn)預(yù)測、深大孔低擾動控制爆破、采空區(qū)超前探測與處置、粉塵抑制及煤自燃防治等30 項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)為重點(diǎn)突破，以設(shè)計(jì)理念先進(jìn)化、安全保障標(biāo)準(zhǔn)化、建設(shè)規(guī)模大型化、生產(chǎn)工藝綜合化、開采裝備智能化、核心制造國產(chǎn)化、礦區(qū)生態(tài)綠色化、煤炭利用清潔化、組織管理科學(xué)化、人才隊(duì)伍國際化的“十化型”露天礦山為建設(shè)任務(wù)。

圖10 露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展架構(gòu)體系Fig.10 High-quality development architecture system of open-pit coal mines

4.2 露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展實(shí)現(xiàn)路徑

4.2.1 規(guī)劃引領(lǐng)是露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)

我國露天煤炭資源稟賦條件相對復(fù)雜，發(fā)展不平衡、布局不合理等問題相對突出，必須強(qiáng)化規(guī)劃引領(lǐng)與頂層設(shè)計(jì)，這是露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)。

(1)優(yōu)化露天煤礦建設(shè)布局，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計(jì)。統(tǒng)籌考慮國家礦區(qū)布局規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局等，明確各地區(qū)的露天礦區(qū)開發(fā)重點(diǎn)和發(fā)展方向；基于不同地區(qū)煤炭需求與資源分布情況，優(yōu)化礦權(quán)設(shè)置布局，合理分配礦權(quán)，減少因人為劃界造成的煤炭資源損失，確保露天煤炭資源的高效利用；圍繞建設(shè)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能和淘汰落后產(chǎn)能兩大任務(wù)，進(jìn)行減量置換和優(yōu)化布局，嚴(yán)格控制新建煤礦的準(zhǔn)入，優(yōu)先建設(shè)特大型、大型露天煤礦，加大淘汰落后產(chǎn)能的力度，支持資源枯竭露天煤礦有序退出；深入了解露天煤炭資源的分布、質(zhì)量和開采條件，科學(xué)評估露天煤炭資源的可采儲量，明確大型露天礦區(qū)的生產(chǎn)潛力。根據(jù)市場需求變化調(diào)整生產(chǎn)計(jì)劃，調(diào)控露天煤礦開采產(chǎn)能，建立露天煤礦彈性生產(chǎn)機(jī)制，確保煤炭資源彈性供給、市場供需平衡。

(2)調(diào)整露天煤礦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，深化煤礦企業(yè)改革。加快露天煤礦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級、提升優(yōu)質(zhì)先進(jìn)產(chǎn)能比重。充分發(fā)揮煤炭資源優(yōu)勢，聚焦煤電、煤化工、煤基新材料等領(lǐng)域，深度推動露天煤炭產(chǎn)業(yè)強(qiáng)鏈、補(bǔ)鏈、延鏈，提高露天煤炭產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展水平，實(shí)現(xiàn)露天煤炭產(chǎn)業(yè)的全面升級；鼓勵露天煤礦企業(yè)主體加強(qiáng)合資合作或兼并重組，促進(jìn)資源整合和優(yōu)勢互補(bǔ)，提高企業(yè)的市場競爭力和效益水平；繼續(xù)深化國有煤炭企業(yè)改革，積極支持企業(yè)做大做強(qiáng)做精做優(yōu)，增強(qiáng)企業(yè)的創(chuàng)新能力和適應(yīng)能力，拓展露天煤礦企業(yè)內(nèi)涵式增長的質(zhì)量效益。

(3)完善露天煤礦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范行業(yè)健康發(fā)展。對照露天煤礦從初步設(shè)計(jì)、開工建設(shè)、生產(chǎn)運(yùn)行、直至閉坑退出的各環(huán)節(jié)要素，全面評估當(dāng)前露天煤礦建設(shè)的相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，厘清存在的問題和不足，對比分析國內(nèi)外露天煤礦規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的差異，借鑒先進(jìn)的理念和技術(shù)，明確完善規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的方向和重點(diǎn)；通過對露天煤礦相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的修訂與完善，實(shí)現(xiàn)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)在露天煤礦建設(shè)全生命周期的全覆蓋；在規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施過程中，要持續(xù)跟蹤監(jiān)測實(shí)際效果，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，確保規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的適用性和有效性；同時(shí)持續(xù)關(guān)注露天煤礦行業(yè)的動態(tài)變化和新技術(shù)發(fā)展，及時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以適應(yīng)不斷變化的市場需求和行業(yè)發(fā)展趨勢。

4.2.2 科技創(chuàng)新是露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展的驅(qū)動

煤炭工業(yè)低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的雙重壓力對露天行業(yè)的科技創(chuàng)新工作提出了更高要求，加強(qiáng)以信息化、大數(shù)據(jù)、綠色化、智能化等為特征的原始科技創(chuàng)新是露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展的驅(qū)動。

(1)完善科技創(chuàng)新機(jī)制體系，構(gòu)建科技創(chuàng)新的制度氛圍。強(qiáng)化科技創(chuàng)新的市場導(dǎo)向機(jī)制，建立以解決露天煤礦企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求為導(dǎo)向的產(chǎn)學(xué)研用深度融合的科技創(chuàng)新體系；優(yōu)化科技創(chuàng)新決策機(jī)制，充分發(fā)揮科學(xué)家主導(dǎo)創(chuàng)新的決策作用；完善科研項(xiàng)目管理機(jī)制，積極探索適合露天行業(yè)健康發(fā)展的“揭榜掛帥”等新型科研項(xiàng)目管理模式。

(2)發(fā)揮企業(yè)創(chuàng)新主體作用，加大科研投入力度。露天企業(yè)需建立以科技創(chuàng)新為導(dǎo)向的發(fā)展機(jī)制，不斷加強(qiáng)自身創(chuàng)新能力建設(shè)，主動開展全球性的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新布局，在企業(yè)發(fā)展過程中，將科研創(chuàng)新作為重要的資產(chǎn)進(jìn)行管理；改變創(chuàng)新模式，從單一的技術(shù)創(chuàng)新模式向模仿創(chuàng)新和自主創(chuàng)新的協(xié)同共用模式轉(zhuǎn)變。同時(shí)，露天煤礦企業(yè)還應(yīng)加大科研經(jīng)費(fèi)投入力度，持續(xù)加強(qiáng)科研平臺建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)費(fèi)支持，建立長期穩(wěn)定支持原創(chuàng)性基礎(chǔ)研究、應(yīng)用基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化前期研究、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制修訂研究等研發(fā)方向的專項(xiàng)資金投入機(jī)制。

(3)加強(qiáng)行業(yè)創(chuàng)新協(xié)調(diào)聯(lián)動，加快關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。聚焦露天開采中的重大災(zāi)害防控、高效智能開采、核心裝備制造、綠色低碳發(fā)展等領(lǐng)域的重大基礎(chǔ)理論、應(yīng)用基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵核心技術(shù)的迫切需求，充分加強(qiáng)露天行業(yè)內(nèi)的創(chuàng)新協(xié)調(diào)聯(lián)動，科學(xué)布局重點(diǎn)攻關(guān)方向，全方位加大對重點(diǎn)攻關(guān)方向的政策、資金、人才、設(shè)施等方面的支持力度，重點(diǎn)實(shí)施一批具有原始創(chuàng)新和戰(zhàn)略前瞻性的長周期、高風(fēng)險(xiǎn)、非共識、顛覆性的重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，圈定基礎(chǔ)研究團(tuán)隊(duì)，打造原創(chuàng)技術(shù)策源地。

4.2.3 人才培育是露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展的保障

針對目前露天行業(yè)人才短缺、人才質(zhì)量不高及發(fā)展不均衡等問題，擴(kuò)大培養(yǎng)規(guī)模、創(chuàng)新培養(yǎng)模式、完善培養(yǎng)機(jī)制是實(shí)現(xiàn)露天行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必要保障。

(1)擴(kuò)大培養(yǎng)規(guī)模，增加露天專業(yè)技術(shù)人才數(shù)量。從國家層面，應(yīng)加大對露天采礦相關(guān)專業(yè)高等教育的支持力度，同步加強(qiáng)師資力量及教學(xué)平臺建設(shè)；從教育主管部門層面，應(yīng)深化教育體制改革，重視多學(xué)科交叉融合發(fā)展，優(yōu)化調(diào)整露天煤礦相關(guān)專業(yè)設(shè)置，擴(kuò)大招生規(guī)模，增加本科及研究生等高層次專業(yè)人才的招生數(shù)量；從社會層面，應(yīng)該積極進(jìn)行引導(dǎo)，廣泛宣傳露天煤礦行業(yè)優(yōu)秀人才典型和先進(jìn)事跡，打造高度重視人才的良好氛圍，吸引更多優(yōu)秀人才加入露天行業(yè)。

(2)創(chuàng)新培養(yǎng)模式，提高專業(yè)技術(shù)人才質(zhì)量。增強(qiáng)高校創(chuàng)新人才的培養(yǎng)功能，鼓勵高等院校充分了解露天煤礦企業(yè)的人才需求，以新工科建設(shè)為載體，進(jìn)一步做好學(xué)科建設(shè)工作，推動校企共同制定人才培養(yǎng)方案，強(qiáng)化產(chǎn)教研融合，創(chuàng)新培養(yǎng)模式，建設(shè)校企合作協(xié)同育人平臺和運(yùn)行機(jī)制；增強(qiáng)職業(yè)院校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)技能人才的培養(yǎng)功能，充分調(diào)動職業(yè)院校和培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等資源，服務(wù)露天煤礦人才培養(yǎng)；增強(qiáng)企業(yè)實(shí)用人才的培養(yǎng)功能，推動露天煤礦企業(yè)完善培訓(xùn)體系，依托企業(yè)創(chuàng)新培訓(xùn)模式，通過多種途徑進(jìn)行在職人員知識更新、專業(yè)技能和實(shí)用技能培訓(xùn)，提升人才培訓(xùn)質(zhì)量。

(3)完善培養(yǎng)機(jī)制，促進(jìn)行業(yè)高層次人才可持續(xù)發(fā)展。完善露天煤礦行業(yè)人才評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，推動跨區(qū)域跨企業(yè)職稱互認(rèn)、職業(yè)和職稱資格貫通，建立各類人才能力素質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，分層分類建立各類人才考核評價(jià)辦法，推動優(yōu)化人才薪酬分配和激勵機(jī)制，引導(dǎo)企業(yè)形成行之有效的激勵措施，激發(fā)人才動力、釋放人才活力；露天全行業(yè)要強(qiáng)化高層次人才培養(yǎng)意識，積極響應(yīng)國家重大科技人才實(shí)施計(jì)劃，充分落實(shí)對國家人才的配套支持政策，培養(yǎng)一批具有國際影響力的露天行業(yè)領(lǐng)軍型人才，從而帶動整個(gè)行業(yè)的人才隊(duì)伍建設(shè)，為露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展提供有力的人才保障。

5 結(jié) 論

(1)回顧了新中國成立后我國露天煤礦的建設(shè)歷程，即起步恢復(fù)階段(1949—1979 年)、快速發(fā)展階段(1980—1999 年)、綜合發(fā)展階段(2000—2020 年)及智能化初級發(fā)展階段(2021 年以后)。

(2)從露天煤礦產(chǎn)量及數(shù)量規(guī)模、露天開采理論與技術(shù)、露天開采工藝及裝備、資源開發(fā)與環(huán)境保護(hù)4 個(gè)方面系統(tǒng)總結(jié)了我國露天煤礦70 a 來發(fā)展取得的突出成就。

(3)提出了現(xiàn)階段露天煤礦發(fā)展面臨的4 個(gè)方面的主要問題，包括露天煤礦發(fā)展布局不均衡、礦山可持續(xù)發(fā)展面臨瓶頸、關(guān)鍵技術(shù)難題需深入攻關(guān)、人才短缺培養(yǎng)機(jī)制不完善。

(4)提出構(gòu)建以“安全、高效、綠色、低碳、智能”為總體目標(biāo)的全鏈條、全周期、全要素露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展架構(gòu)體系，概括了該架構(gòu)體系的內(nèi)涵特征，闡釋了規(guī)劃引領(lǐng)、科技創(chuàng)新、人才培育分別是露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)、驅(qū)動和保障。