我国露天煤矿开采科技发展趋势之思考(2012.7.22)

1、我国露天煤矿开采科技发展趋势之思考2012年露天开采专业委员会会议露天煤矿开采技术发展存在问题 近年来，我国露天煤矿生产与建设快速发展，煤炭露天开采得到了迅速发展。 2011年全国煤炭产量为35.2亿吨，其中露天煤炭产量4亿亿t t，占全国总产量的11.4%。科学意义与背景充分利用煤炭资源煤炭是不可再生的煤炭是不可再生的一次性能源，资源一次性能源，资源有限，必须充分利有限，必须充分利用用学科研究深化与拓展环境保护的需要边坡失稳是深边坡失稳是深大露天煤矿的大露天煤矿的主要安全问题主要安全问题安全生产的需要国家与煤炭行业的迫切需要国家与煤炭行业的迫切需要露天煤矿开采技术发展存在问题1露天煤矿时效边

2、坡技术2 露天煤矿低碳开采3 露天煤矿物联网技术4 露天煤矿薄煤层开采技术提 纲1 露天煤矿时效边坡技术 时效边坡的概念为露天煤矿边坡设计与稳定性分析提供广义的理论基础和具体的采矿技术措施。时效边坡作为代表一种露天矿设计分析的新理念，是用动态的参数对露天矿边坡进行评价与设计。1 露天煤矿时效边坡技术时时效效边边坡坡服务时间暴露面积采矿措施 保证边坡安全保证边坡安全提高边坡角提高边坡角 时效边坡考虑了采剥工程和边坡动态耦合关系，采用若干采矿措施，实现露天煤矿边坡动态分析与设计。 目前，缺乏对露天煤矿高陡边坡时效性参数：暴露面积和暴露时间对边坡稳定性影响的理论依据，缺乏相应的理论基础。1 露天煤矿

3、时效边坡技术目标边坡安全回收资源少占土地服务时间开采参数暴露面积线形参数岩体参数高陡时效边坡性设计理论设计方法1 露天煤矿时效边坡技术 考察介质材料特性、结构尺寸以及外载因素，建立功能函数抗力和荷载效应的随机函数。 假设抗力和荷载效应都是连续随机变量，建立结构失效的概率，建立时效边坡结构可靠度评价体系。露天煤矿时效边坡可靠性模型1 露天煤矿时效边坡技术不同类型边坡分类时效边坡模型滑动面滑出点位置不同性质物料边坡节理与暴露面关系建立不同时效边坡模型稳定系数与边坡尺寸、时间的函数关系胜利一号露天煤矿伊敏河露天煤矿放大图1放大图2安家岭露天煤矿放大图1放大图2这是露天煤矿典型的靠帮开采现场图片。1

4、露天煤矿时效边坡技术3 5 黄土砂岩砂岩砂岩煤层端帮边坡剖面示意图(a) 沿内排后边坡底部的圆弧滑动(b) 沿上一岩层的底板滑动 内排40m后边坡角达到42，稳定系数也在1.30以上由此可以见，及时跟进内排土场的最下一个台阶对端帮的稳定性非常有利，可以大幅度提高端帮边坡的稳定性。1 露天煤矿时效边坡技术 以安家岭露天煤矿南端帮煤层赋存情况为例，4#煤、9#煤和11#煤的厚度分别为12.5m、11.3m、4.5m，边坡角从34提高到38，不同端帮靠帮开采参数条件下煤炭回收量变化。图3 不同靠帮开采参数条件下煤炭回收量变化曲线图1 露天煤矿时效边坡技术 我国20余座露天煤矿多数露天煤矿为近水平煤层

5、埋藏、分区开采、汽车端帮环线开拓运输系统压帮内排、端帮边坡设计采用静态分析，若在我国大型露天煤矿推行大型露天煤矿开采新技术： 一个端帮实施靠帮开采每提高1度年回收端帮压煤达到10万吨，节省土地3亩；如果有10余个露天煤矿采用端帮靠帮开采技术，每年将回收煤炭500万吨，节省土地136亩；1 露天煤矿时效边坡技术（3）随着端帮靠帮开采技术的不断深入研究，内排压帮可以使端帮提高810度，有10余个露天煤矿采用端帮靠帮开采技术，每年将回收煤炭1000万吨，节省土地250余亩。1 露天煤矿时效边坡技术2 露天煤矿低碳开采以煤炭资源为基础的价值纵向延伸方式的种类：原煤原煤洗选洗选中煤中煤中煤发电中煤发电原

6、煤原煤洗精煤洗精煤配比（汽煤、肥煤、焦煤）配比（汽煤、肥煤、焦煤）焦焦化化焦炭、焦油、煤气焦炭、焦油、煤气煤化工煤化工原煤原煤煤炭液化煤炭液化煤化工煤化工原煤原煤煤炭气化煤炭气化煤气煤气煤化工煤化工原煤原煤发电发电高耗能产业高耗能产业原煤原煤发电发电煤炭物流煤炭物流2 露天煤矿低碳开采 根据国内外煤炭企业的发展经营情况，可以将煤炭资源的开发模式概括为以下几种：煤电综合开发模式煤炭及煤化工的综合开发利用模式煤炭、高能耗产业的综合开发模式煤炭、气化、液化综合开发模式煤炭、电能、运输的综合开发利用模式2 露天煤矿低碳开采（1）在煤炭资源的开采过程中实施绿色生态化开采（2）提高煤炭利用效率，加快清洁用

7、煤步伐 2010年，我国的发电耗煤约为335gce/kWh，与国际先进水平相比，约高40gce/kWh，按照发电煤耗平均降低10gce/kWh计算，至2015年，我国的发电用煤可以节约6000万tce，减排二氧化碳1.6亿吨，二氧化硫150万吨，氮氧化物60万吨。（3）大力发展现代煤化工产业（4）实施二氧化碳的捕集、利用与封存2 露天煤矿低碳开采产业链模式延伸方向及特点发展现状纵向内涵式在资源开发的基础上发展下游产业，资源企业进行产业链的深化以及价值链的升级产业链长度较短附加价值较低横向外延式延伸方向为现有生产过程以及产品以外的其他产业缺少经济软环境延伸速度慢复合式内涵以及外延同时延伸竞争力较

8、强数量少条件不足 煤炭产业链发展模式与发展现状表2 露天煤矿低碳开采 产业链路径图4 露天煤矿物联网技术“物联网就是物物相连的互联网”。 第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络； 第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。 因此，物联网的定义是通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。5 露天煤矿物联网技术 射频识别，即RFID，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相

9、关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。3 露天煤矿物联网技术 和传统的互联网相比，物联网有其鲜明的特征： 它是各种感知技术的广泛应用。传感器获得的数据具有实时性，按一定的频率周期性的采集环境信息，不断更新数据。 它是一种建立在互联网上的泛在网络。物联网技术的重要基础和核心仍旧是互联网。由于其数量极其庞大，形成了海量信息，在传输过程中，为了保障数据的正确性和及时性，必须适应各种异构网络和协议。3 露天煤矿物联网技术物联网不仅仅提供了传感器的连接，其本身也具有智能处理的能力，能够对物体实施智能控制。物联网将传感器和智能处理相结合，利用云计算、模式识别等各种智能技术，扩充其应用领域

10、。从传感器获得的海量信息中分析、加工和处理出有意义的数据，以适应不同用户的不同需求，发现新的应用领域和应用模式。3 露天煤矿物联网技术露天煤矿基本特点：信息传输相对简便可靠3 露天煤矿薄煤层开采理论基础 多数露天煤矿煤层的赋存特点是：煤层薄、煤层多（多为煤层群开采或为复合煤层开采）、近水平埋藏。 开采过程中为了防止煤层顶底板岩石的混入、煤质下降、煤炭售价降低，设计一般采用小型设备，以单斗-卡车开采工艺为主，致使劳动定员多，开采效率低。部分露天煤矿对（煤层厚度小于1m）的薄煤层干脆放弃开采，随岩石的剥离而丢弃，造成国家资源的浪费。4 露天煤矿薄煤层开采理论基础薄煤层回采影响下部主采煤层的回收效率

11、。薄煤层开采存在以下问题：没有薄煤层回采效率的评价标准；现有设备尺寸过大，最小挖掘高度难以满足回采要求；4 露天煤矿薄煤层开采理论基础0100200300400500600700800900100001000200030004000500060007000y = 0.1928x-210.50R2 = 0.9630发热量/卡价格/元港口煤炭价格与发热量关系4 露天煤矿薄煤层开采理论基础02040608010012000.511.522.533.52000230026002900320035003800煤厚/m百分比ROM热值(kcal/kg)回采率含矸率ROM热值 选采不同煤层厚度的效果表（理论值）4 露天煤矿薄煤层开采理论基础台阶高度和采掘带宽度与煤层贫化率耦合关系 台阶高度和采掘带宽度与煤层损失率耦合关系4 露天煤矿薄煤层开采理论基础薄煤层开采理论基础：选采效率与效果分析推进度匹配薄煤层是否可以开采运行速度与切割深度的关系曲线4 露天煤矿薄煤层开采理论基础生产能力与切深度的关系曲线露天采矿机选采