露天礦開采工藝發(fā)展趨勢與信息化現(xiàn)狀

王 建

（太鋼集團(tuán)嵐縣礦業(yè)有限公司， 山西 嵐縣 035200）

1 固體資源開采工藝概況

根據(jù)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(guī)模較大，為大型機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)創(chuàng)造了非常好的條件。

礦床地下開采適用于礦床規(guī)模不大，埋藏較深的礦體，人員和設(shè)備的安全性差，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，開采成本高，回采率低，資源損失和貧化較嚴(yán)重。

2 露天開采工藝現(xiàn)狀與比較

2.1 露天開采工藝優(yōu)越性

露天開采無論從技術(shù)上還是經(jīng)濟(jì)上都具有明顯的優(yōu)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(fā)達(dá)國家露天開采產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的40%～50%；而我國煤炭露天開采產(chǎn)量僅占總產(chǎn)量的10%左右，具有較大的發(fā)展?jié)摿?。近年來，出于安全、效率、?jié)約資源等因素考慮，國家將露天開采列為優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略。

2.2 露天開采工藝系統(tǒng)分類與經(jīng)濟(jì)性比較

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

圖1 單斗挖掘機(jī)-汽車工藝系統(tǒng)（間斷開采系統(tǒng)）

挖掘機(jī)作為間斷開采系統(tǒng)中的主要設(shè)備，其具有價(jià)格低、性能可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)成本低等特點(diǎn)，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(tǒng)的主要運(yùn)輸設(shè)備，雖然機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)不同礦山道路環(huán)境，由于其動(dòng)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(yùn)輸成本較高，維修及耗材消費(fèi)巨大，僅適合短距運(yùn)輸作業(yè)。

作為連續(xù)開采工藝系統(tǒng)中的輪斗挖掘機(jī)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜自動(dòng)化程度高，可與帶式輸送機(jī)直接配合用于采掘塊度適中的表土及松軟物料等，但設(shè)備采購成本較高，所需作業(yè)條件苛刻，年平均工作時(shí)間較短。

圖2 輪斗挖掘機(jī)-帶式輸送機(jī)工藝系統(tǒng)（連續(xù)開采系統(tǒng)）

帶式輸送機(jī)可在單位時(shí)間內(nèi)連續(xù)輸送大量物料、單位運(yùn)輸成本低、可靠性高、維修費(fèi)用小等特點(diǎn)。以年產(chǎn)3000萬t原煤的大型露天礦為例，若采用半連續(xù)開采工藝代替間斷開采工藝每年可節(jié)約能源消耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤11萬t，節(jié)省使用與維護(hù)成本約10億元。

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

圖3 單斗挖掘機(jī)-自移式破碎站-帶式輸送機(jī)工藝系統(tǒng)

圖4 單斗挖掘機(jī)-（卡車）-半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)工藝系統(tǒng)

由單斗挖掘機(jī)-自移式破碎站-帶式輸送機(jī)作為主要設(shè)備組成的半連續(xù)開采系統(tǒng)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(yùn)輸?shù)拈_采工藝生產(chǎn)成本大幅降低，因此成為全世界范圍內(nèi)露天采礦的發(fā)展趨勢。

3 國內(nèi)外礦山系統(tǒng)信息化和智能化發(fā)展現(xiàn)狀

現(xiàn)代礦山的發(fā)展離不開信息技術(shù)的應(yīng)用，采用信息化控制與檢測技術(shù)的礦山系統(tǒng)已經(jīng)從粗放開采、無序開采轉(zhuǎn)向智能化、自動(dòng)化、系統(tǒng)化發(fā)展。智能化、自動(dòng)化、信息化技術(shù)已成為國外行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)大力推廣的先進(jìn)技術(shù)，通過對山下、山上生產(chǎn)、安全等各環(huán)節(jié)的全流程信息管理，可實(shí)現(xiàn)主要設(shè)備的各子系統(tǒng)自動(dòng)化控制和檢測，此外，通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對各子系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)連接，對整個(gè)露天開采生產(chǎn)環(huán)節(jié)的綜合檢測、控制、診斷等功能，極大提高了生產(chǎn)效率與安全環(huán)保水平。

國內(nèi)煤礦的信息化發(fā)展過程主要先從單機(jī)、單個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化，繼而逐步推廣至全礦山生產(chǎn)環(huán)節(jié)的數(shù)字化，這與國外采礦發(fā)達(dá)國家的發(fā)展路線是一致的。隨著實(shí)時(shí)礦山測量、GPS實(shí)時(shí)導(dǎo)航與遙控、GIS管理與輔助決策和3DGM的應(yīng)用，國內(nèi)部分大型露天礦山（如我國的平朔、霍林河礦區(qū)），通過采用GPS實(shí)時(shí)導(dǎo)航與遙控、實(shí)時(shí)礦山測量、GIS管理與輔助決策以及3DGM等技術(shù)，已可在辦公室生成礦床模型、礦山采掘計(jì)劃，并與采場設(shè)備相聯(lián)系，形成動(dòng)態(tài)管理與遙控指揮系統(tǒng)。

4 國內(nèi)外半連續(xù)開采工藝成套裝備及智能化水平發(fā)展現(xiàn)狀

國外主要的半連續(xù)開采工藝系統(tǒng)設(shè)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(yè)。

蒂森克虜伯公司是世界上實(shí)力最強(qiáng)的半連續(xù)開采、連續(xù)開采工藝系統(tǒng)成套設(shè)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(tǒng)（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(dāng)前裝備的最高水平，可對單臺(tái)設(shè)備或成套設(shè)備進(jìn)行智能化控制與自動(dòng)化協(xié)調(diào)，保證各設(shè)備在工作面現(xiàn)場能安全、高效、協(xié)調(diào)、連續(xù)地運(yùn)行。如與智能化集散控制系統(tǒng)相配合即可實(shí)現(xiàn)露天開采過程的智能化、信息化和可視化。

國內(nèi)目前太原重工具有開發(fā)大型露天礦自移式破碎站半連續(xù)開采系統(tǒng)成套裝備的技術(shù)能力，并有部分業(yè)績，通過對挖掘、破碎、轉(zhuǎn)載、輸送、排土等關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的集中控制和聯(lián)鎖，實(shí)現(xiàn)智能開采、綠色開采。但國內(nèi)廠商業(yè)績較少，亟需打破外方設(shè)備的壟斷。

5 結(jié)語

在高耗能、高污染的礦產(chǎn)開采領(lǐng)域，采用“以電代油”的綠色環(huán)保生產(chǎn)已成為各大生產(chǎn)企業(yè)及裝備制造行業(yè)的發(fā)展趨勢，以單斗挖掘機(jī)-自移式破碎站-帶式輸送機(jī)為代表的半連續(xù)開采工藝作為低能耗、低成本、對信息化與智能化發(fā)展有極大促進(jìn)作用的先進(jìn)裝備成套技術(shù)，必將搶占露天礦山開采技術(shù)前沿，市場發(fā)展?jié)摿薮?，對于國家“中國制?025”具有引領(lǐng)示范作用。

[1]宋慧欣.自動(dòng)化技術(shù)助力“數(shù)字化礦山”[J].自動(dòng)化博覽，2013（1）：27.

[2]孫剛，李愛峰.露天礦半連續(xù)開采工藝及設(shè)備的發(fā)展趨勢[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011（6）：84.

[3]程沛奇，方維萱.數(shù)字化技術(shù)在礦山地質(zhì)與采選工程管理中的應(yīng)用[J].地球科學(xué)進(jìn)展，2012（s1）：471-472.