[01329239]露天煤矿开采新工艺应用及其刚性约束下采区转向技术

1、课题来源与背景自2003年以来我国露天采煤迅速发展，截止2016年末总产量达到6.2亿吨，是2003年的8倍。

但是随着露天开采条件的变化，原有开采工艺已不能满足露天矿高产高效和生产成本控制的需要，亟需引进新的低成本开采工艺和研发相应的新工艺应用、综合工艺匹配等技术。

因此，国家能源局“能源科技与装备十二五规划”、国家科技部社发司“十二五资源科技发展战略研究报告”、中国煤炭工业协会“煤炭科技十二五规划”等文件均将“大型露天矿开采工艺与装备”列为重点研究内容。

本课题源于“十二五”国家863计划主题课题“大型露天矿规模化开采新工艺研究”（2012AA062004），也受到国家“十一五”科技支撑计划课题“特大型露天煤矿高效开采关键技术”（2006BAB16B00）和神华准格尔能源有限责任公司、华能伊敏煤电有限责任公司、云南省小龙潭矿务局等单位横向项目支持。

2、研究目的与意义一方面，我国露天矿普遍采用的单斗-卡车工艺存在的生产成本高、环境污染大等问题，引进以电力驱动为主的新工艺既可达到降低生产成本的目的，又可减少生产过程中的大气污染物排放和区域生态环境影响。

另一方面，拉斗铲倒堆工艺等新工艺存在系统适应性差、开采条件要求严格等问题。为了适应我国复杂的资源赋存条件，应用由两种以上工艺构成的综合开采工艺成为我国大型露天煤矿的必然选择。

但是多工艺系统间存在产能分配、参数匹配、运输系统交叉、采区转向期间剥采排关系失衡加剧等问题，亟需相应理论和技术指导。

主要创新成果

本项目在国家863计划、国家科技支撑计划及企业委托项目的支持下，突破了“刚性约束新工艺应用与生产条件动态匹配”、“综合开采工艺设计与应用”和“刚性工艺约束下采区转向”三个关键技术难题。

1) 研发了拉斗铲无运输倒堆工艺、自移式破碎机半连续工艺等刚性约束工艺的开采参数动态调整技术和“枝状排土线”排弃技术，构建了模块化他移式破碎站结构，研制了卸料自动对中装置、自行式多向卸料车等半连续工艺系统配套装备。

研究成果解决了拉斗铲无运输倒堆工艺、自移式破碎机半连续工艺、他移式破碎站半连续工艺等新工艺在我国应用面临的系统环节不匹配、设备与作业参数不匹配等问题，实现了新工艺在我国的应用。

2)提出了综合开采工艺前设计理论，揭示了综合开采工艺的时空演化规律;研发了以单斗-卡车工艺为调节器的生产能力动态调整方法，研制了多运输方式立交运输装备，建立了综合开采工艺物流规划模型研究成果解决了多开采工艺系统间的相互影响问题，缩短了露天矿采剥物料的综合运距和卡车提升高程，提高了生产人员工效。

3)针对拉斗铲倒堆工艺、自移式破碎机半连续工艺等刚性工艺给露天矿采区转向作业造成的约束，研发了适合不同工艺条件的“分段交替推进”留沟缓帮采区转向技术和“动态转向轴”扇形转向技术，并配套研发了物料流规划方法和采排运输通道布置方法，大幅降低了露天矿采区转向期间的生产费用，提高了资源开发效益。

4、社会经济效益1)经济效益项目研究成果在示范单位露天矿应用，取得了显著的经济效益：①神华准能公司应用综合工艺动态匹配技术和拉斗铲工艺刚性约束下采区转向技术，近三年通过回收采区间煤柱新增效益14021万元;通过减少采区转向过程中二次剥离和外排占地、缩短采剥物料卡车运距节支108834万元。②全国首套自移式破碎机半连续工艺系统在伊敏露天矿成功应用，自2008年至今已采出煤炭逾80Mt。

较传统的破碎站半连续工艺系统平均缩短卡车运距2.0km，节支超2亿元（其中近三年节支9474万元）应用“动态转向轴”扇形转向技术和综合工艺态匹配技术，减少了采区转向期间外排占地和二次剥离量，缩短了采剥物料卡车运距，近三年节支51704万元。

他移式破碎站半连续工艺在布沼坝露天矿成功应用于采煤和泥灰岩剥离。自2008年至今，累计采出原煤46.47Mt，完成剥离24.92Mm3，节支60648万元（其中近三年节支32801万元）。综合工艺动态调整技术应用避免了泥灰岩剥离半连续工艺系统和单斗-卡车工艺系统的相互干扰，近三年节支8266万元。

社会效益：新工艺应用降低了露天矿的燃油消耗和碳排放。伊敏露天矿节约柴油5085t/a，单位能耗降低76%；伊敏露天矿和布沼坝露天矿合计降低碳排放47kt/a。综合工艺匹配技术提高了露天矿生产效率。以布沼坝露天矿为例，生产人员减少391人，工效提高13%。刚性工艺约束下的露天矿采区转向技术应用大幅度减少了示范露天矿在采区转向期间的剥离物外排量，减少外排土地占压11100亩。

研究成果丰富了我国露天开采工艺理论体系和实践，以本项目研究成果为依托培养博士5人，硕士26人。

存在的问题受我国材料和装备制造水平制约，矿用大型破碎机仍以进口设备为主，这在一定程度上导致新工艺应用的投资居高不下，同时提高了系统维修保养的难度。