露天矿开采工艺发展趋势与信息化现状

王 建

（太钢集团岚县矿业有限公司， 山西 岚县 035200）

1 固体资源开采工艺概况

根据矿床的埋藏条件，陆地固体资源开采方法大致可以分为：即露天开采和地下开采两种。

露天开采适用于矿床埋藏较浅，甚至露出地表，剥采比小，矿床规模较大，为大型机械设备的应用、实现机械化作业创造了非常好的条件。

矿床地下开采适用于矿床规模不大，埋藏较深的矿体，人员和设备的安全性差，劳动生产率低，开采成本高，回采率低，资源损失和贫化较严重。

2 露天开采工艺现状与比较

2.1 露天开采工艺优越性

露天开采无论从技术上还是经济上都具有明显的优越性，表1罗列了主要国家露天煤矿的开采比例。

表1 各国煤炭露天开采比例 %

由表1可见，发达国家露天开采产量约占总产量的40%～50%；而我国煤炭露天开采产量仅占总产量的10%左右，具有较大的发展潜力。近年来，出于安全、效率、节约资源等因素考虑，国家将露天开采列为优先发展战略。

2.2 露天开采工艺系统分类与经济性比较

露天矿开采的经济效果在很大程度上取决于所采取的开采工艺系统。目前常用的露天开采工艺系统有：单斗挖掘机-汽车开采系统（间断工艺）；轮斗挖掘机-带式输送机开采系统（连续工艺）；单斗挖掘机-（汽车）破碎站-带式输送机开采系统（半连续工艺）。

图1 单斗挖掘机-汽车工艺系统（间断开采系统）

挖掘机作为间断开采系统中的主要设备，其具有价格低、性能可靠、适应性强、作业成本低等特点，可满足各类硬度矿体和爆破开采粒度的开采要求。

汽车作为间断开采系统的主要运输设备，虽然机动灵活、适应不同矿山道路环境，由于其动力消耗很大程度上用于自身自重的消耗，油料与轮胎的消耗也是影响成本的极大因素，综合来看，其单位运输成本较高，维修及耗材消费巨大，仅适合短距运输作业。

作为连续开采工艺系统中的轮斗挖掘机设备，其结构复杂自动化程度高，可与带式输送机直接配合用于采掘块度适中的表土及松软物料等，但设备采购成本较高，所需作业条件苛刻，年平均工作时间较短。

图2 轮斗挖掘机-带式输送机工艺系统（连续开采系统）

带式输送机可在单位时间内连续输送大量物料、单位运输成本低、可靠性高、维修费用小等特点。以年产3000万t原煤的大型露天矿为例，若采用半连续开采工艺代替间断开采工艺每年可节约能源消耗折合标准煤11万t，节省使用与维护成本约10亿元。

综上所述，半连续开采工艺大幅降低了生产成本、节约了大量能源消耗、减少了污染排放。目前常用的半连续开采工艺主要有：单斗挖掘机-自移式破碎站-带式输送机-排土机、单斗挖掘机-卡车-半移动破碎站-带式输送机-排土机两种形式。

图3 单斗挖掘机-自移式破碎站-带式输送机工艺系统

图4 单斗挖掘机-（卡车）-半移动式破碎站-带式输送机工艺系统

由单斗挖掘机-自移式破碎站-带式输送机作为主要设备组成的半连续开采系统可完全摒弃采用燃油作为燃料的卡车开采工艺，且比自卸卡车运输的开采工艺生产成本大幅降低，因此成为全世界范围内露天采矿的发展趋势。

3 国内外矿山系统信息化和智能化发展现状

现代矿山的发展离不开信息技术的应用，采用信息化控制与检测技术的矿山系统已经从粗放开采、无序开采转向智能化、自动化、系统化发展。智能化、自动化、信息化技术已成为国外行业领军企业大力推广的先进技术，通过对山下、山上生产、安全等各环节的全流程信息管理，可实现主要设备的各子系统自动化控制和检测，此外，通过应用计算机网络技术，实现对各子系统的互联网连接，对整个露天开采生产环节的综合检测、控制、诊断等功能，极大提高了生产效率与安全环保水平。

国内煤矿的信息化发展过程主要先从单机、单个生产环节实现过程自动化，继而逐步推广至全矿山生产环节的数字化，这与国外采矿发达国家的发展路线是一致的。随着实时矿山测量、GPS实时导航与遥控、GIS管理与辅助决策和3DGM的应用，国内部分大型露天矿山（如我国的平朔、霍林河矿区），通过采用GPS实时导航与遥控、实时矿山测量、GIS管理与辅助决策以及3DGM等技术，已可在办公室生成矿床模型、矿山采掘计划，并与采场设备相联系，形成动态管理与遥控指挥系统。

4 国内外半连续开采工艺成套装备及智能化水平发展现状

国外主要的半连续开采工艺系统设备制造商为德国的KRUPP公司、德国曼－塔史拉夫公司、瑞典的SANDVIK、英国MMD等国际知名企业。

蒂森克虏伯公司是世界上实力最强的半连续开采、连续开采工艺系统成套设备的公司之一，其为大唐胜利东二号露天煤矿提供的三套自移式破碎站系统（9000 t/h自移式破碎站+一体式连接桥+电缆-漏斗车）代表了的当前装备的最高水平，可对单台设备或成套设备进行智能化控制与自动化协调，保证各设备在工作面现场能安全、高效、协调、连续地运行。如与智能化集散控制系统相配合即可实现露天开采过程的智能化、信息化和可视化。

国内目前太原重工具有开发大型露天矿自移式破碎站半连续开采系统成套装备的技术能力，并有部分业绩，通过对挖掘、破碎、转载、输送、排土等关键设备运行状态的集中控制和联锁，实现智能开采、绿色开采。但国内厂商业绩较少，亟需打破外方设备的垄断。

5 结语

在高耗能、高污染的矿产开采领域，采用“以电代油”的绿色环保生产已成为各大生产企业及装备制造行业的发展趋势，以单斗挖掘机-自移式破碎站-带式输送机为代表的半连续开采工艺作为低能耗、低成本、对信息化与智能化发展有极大促进作用的先进装备成套技术，必将抢占露天矿山开采技术前沿，市场发展潜力巨大，对于国家“中国制造2025”具有引领示范作用。

[1]宋慧欣.自动化技术助力“数字化矿山”[J].自动化博览，2013（1）：27.

[2]孙刚，李爱峰.露天矿半连续开采工艺及设备的发展趋势[J].机械工程与自动化，2011（6）：84.

[3]程沛奇，方维萱.数字化技术在矿山地质与采选工程管理中的应用[J].地球科学进展，2012（s1）：471-472.