露天开采的研究.docx

露天开采技术的研究摘要 随着煤矿开采的大型化趋势，矿区开采范围不断扩大，开采深度日益增加，针对目前我国煤炭资源露天开采的发展现状，介绍了当前我国露天煤矿开采工艺的主要特点、发展状况以及存在的主要问题.关键词 露天开采 技术 存在问题 解决对策 引言 露天煤矿是煤炭工业的重要组成部分 ，露天开采相对于井工开采有着生产集中 ，生产效率高和生产成本低的特点 ，因此我国一直优先发展露天开采 ，我国煤炭产量的增长、国民经济的建设做出了巨大的贡献 ，也取得了巨大的经济效益。但是基于历史原因 ，认识自然的局限性及法制法规的不完善 ，露天采煤业迅猛发展的同时 ，也带来了一系列的矿山环境问题和生态破坏 ，已严重影响地区的生态环境质量和经济可持续发展。有鉴于此 ，如何使煤炭资源开发和生态环境协调发展进而实现可持续发展成为当前研究的一个重要方面 ，于是一个全新的煤炭开采理绿色开采产生了 ，并被认为是未来矿产资源开发的必然之路。然而 ，绿色开采概念产生以来 ，国内外对绿色开采的研究主要集中在绿色开采的技术体系和理论的阐述及具体应用方面 ，而对绿色开采评价的研究还处于探索阶段。因此开展露天煤矿绿色开采评价研究 ，有利于用科学的方法评价绿色开采的实施效果 ，进而解决煤炭露天开采过程中造成的生态环境的破坏问题 ，节约原材料和各种资源 ，实现煤炭资源开发的可持续发展1.露天开采技术1.1 露天开采发展人类从事固体矿物的开采从45万年前的旧石器时代开始,露天开采石料1.按照固体矿物开采方法分类,主要分为露天开采和地下开采两大类.露天开采固体矿物历经约41万年开始进入地下开采.据国土资源部网站报道,截至2006年初,中国已发现171种矿产资源,查明资源储量的有159种,其中石油、天然气、煤、铀、地热等能源矿产10种,铁、锰、铜、铝、铅、锌等金属矿产54种,石墨，磷、硫、钾盐等非金属矿产91种,地下水、矿泉水等水气矿产3种.在我国固体矿产资源中,露天开采占很大的比重,例如建筑材料、石料等几乎全部由露天开采方法采出,化工原料矿石70%以上用露天开采方法采出,黑色冶金辅助矿石露天开采比重达到90 %以上,铁矿石90%以上、有色金属矿石30%以上由露天开采方法采出2.在世界主要产煤国家中,露天开采煤炭由于受自然赋存条件限制,比例有所不同.目前我国是第一产煤大国,但煤层赋存条件复杂,适合露天开采的比例不大.目前露天开采产量比重约占全国煤炭产量的8%左右.1996年美国露天开采所占比例为61%,原东德占100%,西德占54%,俄罗斯60.9%,澳大利亚73.8%,印度占75%3.1.2开采工艺的选择露天煤矿的生产过程基本是一样的，而不同矿山具体条件下，所用的机械设备类型和开采工艺是不同的。目前某露天煤矿开采工艺具体应用如下:1.轮斗系统连续开采工艺。该某露天煤矿上部黄土覆盖层厚，平均厚 40m，采用轮斗挖掘机胶带输送机排土机连续工艺。露天煤矿地表沟壑纵横、土壤干松，气候干燥，常年降雨量少，非常适合于轮斗系统连续作业。该系统可以利用冬季土层冻结后进行大修整修设备，而在大多数作业期间可以提前完成土方剥离任务，确保上层覆土的清除，给剥采设备提供足够的采挖量。2.单斗挖掘机自卸卡车间断工艺及煤层开采半连续工艺。黄土与岩石结合层中部岩石( 平均厚 19m) 采用穿孔爆破松动单斗挖掘机采挖 卡车运输的间断工艺。下部煤层( 平均厚 28 8m) 煤炭采运量相对土岩量要小，采用较小型单斗挖掘机自卸卡车间断开采运送到坑边半移动破碎站经胶带输送机输送至选煤厂，属于半连续工艺。3拉斗铲倒堆工艺。该某露天煤矿岩石覆盖层较厚，下部岩石平均厚 45m。剥离岩石对开采进度至关重要，且采掘层为水平和近水平中厚岩层，非常适合于拉斗铲倒堆工艺。露天矿不断扩大采矿规模，提高采剥效率，自引进斗容 90m3、悬臂 100m 的拉斗铲，可实现日倒堆排弃量6 万 m3，满足整体剥离推进进度。倒堆式开采工艺在该矿的应用，体现出了高效稳定的优势，实现了土岩剥离作业过程中，土岩的采挖、移运、排卸 3 个生产过程，由一台设备来完成，将剥离物由采掘台阶铲挖后直接倒至采空区或排入内部排土场。二、综合开采工艺分析露天煤矿采矿实际生产能力的高低，除了受剥离采装运输生产设备等诸多影响外，还与工艺、环境的综合选择利用有很大关系。该县露天煤矿根据实际开采情况如开采厚度、地质条件、物料性质、内外排土场容量及运距等的不同，充分利用不同开采工艺的优点，采用综合开采工艺，并在多年来实践摸索中总结出了合理的开采工艺设计方法。1.轮斗系统连续开采工艺分析。相对而言卡车运输运距远，成本高，单斗卡车剥移成本为 7 8 元/m3，而用轮斗系统剥离的成本为 6 8元/m3。对于不需要爆破松动处理的黄土覆盖层，斗轮机可以直接采挖剥移，采用紧凑型轮斗挖掘机采掘，胶带输送机输送，排土机排卸，每小时排弃黄土 3100t，每年可以按时完成黄土剥离任务。实践表明轮斗连续工艺适合于该县露天煤矿上部土层开采。而用单斗铲卡车工艺较难满足拉斗铲倒堆的推进进度，可见连续工艺系统和设备是大型采矿工艺的发展方向。综合分析轮斗系统具有以下优点:(1)单设备投入少、主机体积小、生产效率高。(2) 易于实现自动化控制，生产过程连续。（3）每米挖掘物料的单位能耗小。(4)不消耗柴油，节能环保。由于矿岩性质等因素制约，黄土层与岩石接合处复杂条件处还需要其他工艺配合完成。2.单斗挖掘机自卸卡车间断工艺及半连续工艺分析。间断开采工艺的机动性和灵活性强，可实现对中部各硬度特性矿岩( 该矿煤岩和覆存条件硬度 f =1 8) 剥离，其优点体现在:(1)基本不受岩性影响，适宜该矿中硬岩石的地质条件。(2) 爬坡能力强，一般可达 8% 10% ，适宜本矿煤岩倾角沿走向变化较大及当地地形条件。(3)该工艺对气候、岩石性质等环境影响因素适应性强。尤其对黄土和岩石结合部位的复杂地质条件下，使用单斗铲卡车工艺更为合理。下部煤层采剥现场距离坑口选煤厂较近，非常适合采用单斗卡车( 地面半固定破碎站) 带式输送机半连续开采工艺。在实际使用中发现，半连续开采工艺既扩大了连续开采工艺的适应范围，又保持了连续工艺的高效性，其优点表现在:1. 坑内卡车运输，使采煤工艺具有很强的适应性。2. 半固定破碎站设在地面，可实现破碎站和带式输送机有较长的相对固定时间，生产管理简单，设备可靠性较高，从而保证整个采煤工艺系统有较高可靠性。通过在该矿应用，与选煤厂洗选能力衔接，由于选煤厂储煤仓有效体积和装车间断性的局限，用较小型卡车运送至破碎站，由破碎站连续加工设备输送到选煤厂，以减少选煤厂仓储压力，实现工艺合理配套。3拉斗铲倒堆工艺分析。 目前露天开采工艺中，条件允许的情况下，拉斗铲倒堆工艺是技术成熟、设备可靠、经济性最好的开采工艺之一。结合该矿煤岩特点，煤层顶板以上 45m 左右的岩石采用拉斗铲倒堆开采工艺。其岩性属中等硬度，虽然覆盖层较厚，结合抛掷爆破工艺，用拉斗铲倒堆工艺开采煤层顶板以上岩层是可行的，也是比较经济的，尤其适用于该矿近水平埋藏的矿床( 煤岩倾角一般 50) 。通过该露天煤矿抛掷爆破结合拉斗铲倒堆工艺两年实践生产，体现出该工艺如下优点:(1) 有效抛掷率高，达到 30% 以上，爆堆沉降率达到 30% 35% 、经济效益可观。通过抛掷量与单斗卡车工艺相比，单位成本平均降低达 8 元/m3。(2)预裂爆破可以阻隔抛掷爆破区部分爆轰波、降低振动强度、减少后冲和侧冲，使台阶坡面整齐稳定，解决安全生产问题。(3)具有生产能力大、成本低、环节少、便于集中管理、对剥离物岩性适应性强等优点，同时拉斗铲采用电力驱动，可以节约燃油，保护环境。拉斗铲倒堆工艺结合高台阶抛掷爆破工艺，科学合理、安全高效。同时也是为了保证剥离进度，与上层表土剥离效率较高的轮斗连续工艺相配套，充分体现出其优越性。2.存在问题及解决对策 2.1 存在问题 露天采煤形成的凹坑,由于地质构造、边坡岩体、地表水地下水作用等原因诱发滑坡、塌陷、水土流失、泥石流等一系列地质灾害,又引起地面变形而危及周边地区的工业企业和居民建筑的安全。既造成巨大的经济损失又破坏了原来的生态地质环境。 2.2 解决对策 (1)区分环境问题历史旧账和新账,从而明确环境恢复治理的主体和责任人。要由目前的矿山企业来承担历史遗留的环境问题的治理显然是不现实的。因此尽早区分历史旧账和新账,是明确环境恢复治理责任、内容、资金来源和实施主体的重要前提。历史旧账和新账的划分,建议以企业由计划经济转为市场经济即企业利润基本上缴国家转为企业自负盈亏的年份为界。对于历史旧账,应主要由政府承担,主要依靠国家、省市政府投资、组织治理。而新账必须主要由企业承担,严格执行谁破坏谁治理、谁负责的原则。抚顺西露天矿、海州露天矿这样的老矿,由于历史原因造成的环境问题主要由国家、政府承担治理恢复;而进入市场经济后由于露天开采引发的新的环境问题则必须由企业承担,进入企业生产成本,负责治理恢复;而新建矿山则必须从勘察、立项、建设、设计、生产开始就从法制上、管理上明确责任人,并负责到矿山闭坑,确保环境得到恢复和改善。(2)完善、修改的制定包括露天煤矿开采在内的有关标准、规范,使矿山开采的环境管理和治理具有可操作性、规范,使矿山环境管理和治理具有可操作性、针对性和科学性。实现露天煤矿开采从勘查、建设、生产、闭坑全过程的管理和监督有法可依。实现露天煤矿开采环境的改变一破坏一恢复一重建的良性循环。促进可持续发展。这就从源头避免、减少了环境问题的危害和地质灾害的发生。 (3)露天煤矿建设开采的规划要充分考虑开采至最终境界可能带来的环境问题和灾变。规划和设计中要充分考虑不要在可能的环境灾变区设计民用与工业建筑。这一条对新建露天煤矿是必要的。(4)在地质环境问题较严重的露天矿,建立环境地质监测网站和地质灾害预警系统。主要针对已经建设和正在生产的露天煤矿,且环境灾变问题已经存在并影响、危害地面建筑和人民生命财产安全情况下建立。如抚顺发电厂及地面兴平路等均建有地面变形监测线网,实时监测并预测变形趋势,为及时采取灾害防治措施,避免损失提供依据。(5)老的露天煤矿,开采已几十年,造成的环境地质灾害已成事实的情况下,防治对策建议遵循两条原则:一是避让原则,不要在灾害区内布置工程建设和居民建筑,已有的尽量考虑搬迁;二是针对性治理原则,对不宜搬迁的重要设置和建筑,采对针对性治理原则,对不宜搬迁的重要设置和建筑,采取针对性治理,如加固、屏蔽、采矿回填、边坡压脚等。宜进行几个方案的技术经济比较,要综合考虑技术可行性、经济合理性和安全风险性。(6)对于新建露天煤矿,决策者、管理者、采矿者应站在保护生态环境的战略高度,主动的通过采矿工程活动改善和重建周边地区的环境。如平朔安太堡露天煤矿就做出了有益可喜的成绩。通过开露天矿、修水库、改河道、改变地形和地层层位、调整土壤结构、防止水土流失、复垦种植等,不但避免了环境的恶化,而且通过露天煤矿开采,建设一生态环境更好的新矿区。3结束语露天煤矿开采所诱发种种环境问题及灾害的防治是一项复杂的、综合的、庞大的系统工程。要应用环境地质学、采矿学、系统工程、工程经济学等学科的原理和思路研究防治对策。从注重分析性思维向分析性、协调性、综合性思维转化;从单项技术、分科发展,常规观测向复合技术、现代信息手段、多学科综合系统发展转化。追求最优的经济效益、社会效益和环境效益。实现煤炭开采与环境保护协调发展,实现社会经济可持续发展。 参考文献1 KENNEDY B A. Surface Mining, 2nd EditionM.Colorado:Socie