1、我国煤炭露天开采亿吨基地及露天煤矿绿色开采技术,汇报人：才庆祥,2010年11月,背景 亿吨基地 绿色开采体系 结语,提 纲,1 背景,近年来，我国露天煤矿生产与建设快速发展。 露天煤炭产量近六年增加2亿t，近两年就增加1亿t，占煤炭总产量比例由不足5%增加到9%。,1.1 露天煤矿发展现状,海州露天煤矿,抚顺西露天煤矿,义马北露天煤矿,平庄西露天煤矿,1.2 5060年露天煤矿,目前，我国大型露天煤矿多数属于近水平埋藏、分区开采。,安家岭露天煤矿(2200万t),准格尔露天煤矿(2600万t),1.3 改革开放后建设的露天煤矿,为压帮内排提供了有利条件。,上述两个露天煤矿内排总量达到2亿m3
2、/a，减少土地占用达到3000亩，填坑面积2000亩。目前，我国在建和已建成的千万吨级露天煤矿达到三十多座，年减少土地占用达到几万亩，填坑面积也达万亩。,采深达300m至600m，年产量千万t以上； 水平推进强度300m至500m，年采剥总量达数千万m3甚至上亿m3； 内排土场边坡高达250m至350m，外排土场高达100m至150m。,形成了大型露天煤矿采场工作帮、非工作帮、端帮、排土场高陡边坡,1.4 存在问题,1.4.1 边坡方面,露天煤矿采场模型,露天煤矿端帮横剖面图,以往露天煤矿边坡采用静态、均一、永久性设计，端帮边坡角缓；端帮设置运输通道，边坡进一步变缓，造成端帮压煤，并且多占用土
3、地。露天煤矿边坡易滑区煤炭资源回收困难。,我国露天开采年均破坏土地约3.3万亩。今后，露天开采引起的年破坏土地面积将以89的速度递增，预计到2020年露天开采破坏土地面积将达228.9万亩。,我国15个主要露天煤矿破坏土地情况：,设计挖损土地28.5万亩，已挖损7.42万亩,设计占压土地15.69万亩，已占压9.22万亩，已复垦1.86万亩,1.4.2 生态重建方面,随着我国露天煤炭产量的迅速增加，每年端帮压煤超过2000万t，而因此多占用土地超过500亩。处于易滑区的露天煤矿占全部露天煤矿的50%以上，生产设计能力超过3亿t。露天煤矿剥离物运输量大，运距每缩短1km，每年节省运费数十亿元。,
4、1.4.3 端帮压煤及剥离物运输,利用传统静态边坡分析设计方法端帮下煤炭资源回收难。 我国内蒙古中东部露天煤矿边坡岩体性质较弱，普遍存在易滑区。,胜利一号露天煤矿,2 亿吨露天煤矿开采群,2.1 我国露天煤矿（田）的分布情况,我国露天煤田分布主要集中在内蒙古、山西、新疆、黑龙江、云南等地,各矿区之间距离遥远，气候与生态条件、地形地质条件、煤层赋存与开采条件等方面差异较大。我国露天煤矿的基本情况如下表。,2.2 确定原则,区位条件 自然条件 社会条件 工艺相似性,在距离上要比较近，在国家大型煤炭基地规划中具有不可分割与不可替代性。,区域气候、生态环境、煤层赋存与煤质条件具有相同或相似性。,民风民
5、俗、社会与经济发展水平具有趋同性,区域内工艺系统选择的趋同性,2.3 亿吨级露天煤炭生产基地,平朔准格尔亿吨级露天煤炭生产基地 胜利亿吨级露天煤炭生产基地 白音华霍林河亿吨级露天煤炭生产基地 依敏河宝日西勒亿吨级露天煤炭生产基地 准东亿吨级露天煤炭生产基地,露天煤矿内排压帮可以有效充填挖损空间，减少土地占用，其在空间和时间上可控的，在空间上可视的，因此，露天煤矿开采实质上是在“在实体上构造空间，在空间上构造实体”的过程。露天煤矿采场空间的充填技术引起了露天煤矿边坡、生态重建和开拓运输系统等方面的研究思想上的变革。,3.1 压帮内排,3 露天煤矿绿色开采体系,内排土场,工作帮,内排方向,压帮是把
6、采空的条区全部回填，到开采相邻采区时，再重复挖开，即进行二次剥离。,3.2.1 露天煤矿时效边坡,露天煤矿边坡从开挖暴露到被掩埋是一个动态过程。内排土场的推进是对端帮边坡的永久性加固，可以通过调整采矿参数，控制边坡暴露面积和暴露时间，端帮边坡具有时效性。,3.2 露天煤矿边坡研究,时 效 边 坡,采矿措施,保证边坡安全 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。,露天煤矿边坡的特点： 露天煤矿端帮支撑拱墙具有典型非对称性 各层变形具有明显协同性 力学基础是重力通过泊松效应转化成的水平应力,3.2.2 露天煤矿端帮靠帮开采技术,端帮靠
7、帮开采是通过提高露天煤矿端帮边坡角，增加煤炭资源回收、减少土地占用，提高开采经济效果。,（a）地表境界不动 （b）深部境界不动,端帮靠帮开采方式,端帮靠帮开采方式选择准则,Sj临界煤岩厚度比。,定义 为煤岩厚度比,安家岭露天煤矿和黑岱沟露天煤矿实施了端帮靠帮开采，端帮角度从34提高到了38，平均每年回收端帮压煤60万t。,应用效果,采用“短工作线、高强度推进、快速回填” 技术，实现易滑区煤炭资源的安全回采。,a开采第一幅 b开采第二幅,3.2.3 易滑区煤炭回收技术,2009年，伊敏河露天煤矿采用易滑区煤炭回收技术，安全回收易滑区煤炭189万t。,应用效果伊敏河露天煤矿,3.3 采矿与生态重建
8、一体化,露天煤矿生产与矿区生态环境重建一体化 综合运用采矿工程和环境工程等相关专业知识与技术，对矿山工程和生态环境重建进行统一的评价、规划与设计，使得矿山工程与生态环境重建在工艺、工序和时空关系上协调发展的有序动态过程。,对策是超前的,对策是主动的,对策是和谐的,对策是高效的,对策是科学的,对策是辩证的,特征,黑岱沟露天煤矿复垦前后对比图,复垦前后对比,3.4 基于采场空间充填的运输系统,在露天煤矿工作帮的推进过程中，对采场端帮进行靠帮开采；内排土通路通过搭建横跨采空区的中间桥连接。搭桥方式有三种：中间搭单桥、中间搭双桥、混合式搭桥。,1. 不同条件下搭桥参数 2. 搭桥的最佳移设步距,难 点
9、,3.4.1 中间搭桥技术,靠帮开采中间搭单桥内排,靠帮开采中间迈步式搭双桥内排,左侧中间桥,右侧中间桥,安家岭露天煤矿搭桥现场,应用效果安家岭露天煤矿,霍林河南露天煤矿搭桥现场,采区内搭桥,采区间搭桥,采区内搭桥,应用效果霍林河露天煤矿,中间搭桥技术可普遍 应用于大型露天煤矿。,转向期间运输系统设置,转向期间运输系统设置技术包括反向内排和“树枝状”运输系统。,反向内排,无反向内排前运输系统,常规方法是剥离物绕新 旧采区运输通道运送至旧 采区内排土场，运距长。,旧采区,采,新,区,3.4.2 反向内排技术,在新采区和旧采区间 搭桥内排，建立反向内 排土场，剥离物沿中间 桥运送至内排土场，减 少
10、运距。,反向排土场,转向期间搭桥反向内排,桥,旧采区,采,新,区,反向排土场,安太堡露天煤矿 实施反向内排平均缩 短剥离物运距2.1 km， 节约运费9450万元， 节约土地150余亩。,应用效果安太堡露天煤矿,我国褐煤资源量3194.38亿吨，占煤炭资源总量的5.74%；褐煤探明保有资源量1291.32亿吨，占全国探明保有资源量的12.69%；主要分布于内蒙古东部、黑龙江东部和云南东部，特别是在东北和内蒙古东部地区，褐煤资源量约占该地区煤炭资源量的70%以上。,3.5 褐煤提质,煤炭露天开采矿区中褐煤矿区包括：,胜利白音华扎赉诺尔霍林河宝日希勒伊敏,褐煤特点：水分含量高，氧含量高，挥发分高，
11、发热量低。,目前，褐煤主要用于坑口或边缘地区发电。,解决褐煤利用的有效方法之一是褐煤的提质。 褐煤的提质褐煤在脱水、成型和热分解等过程中，煤的组成和结构发生变化，转化成具有近似烟煤性质的提质煤。,非蒸发脱水提质技术 成型提质技术 热解提质技术,非蒸发脱水提质技术 将高水分煤施以热和压力（脱水和温和干馏）将低发热量煤中30%水分减小到8%至12%，相应地热值提高30%至40%。成型提质技术 将原煤干燥使其水分降至12%18%。再经冷却、分离，破碎，不添加粘结剂压制成不同形状的型煤。,褐煤热解提质技术应将褐煤的提质与煤炭高效利用结合起来。煤是有机和无机质的混合物，根据煤的组成具有不同反应性的特点，
12、进行分级、定向转化，并通过过程优化集成，将有可能实现煤转化的高效、低污染、低投资成本的技术。,国内的低阶煤固体热载体干馏多数以半焦和煤灰为传热介质，煤气为主要产物，固体产物用于发电。,3.6 选采技术,我国露天煤矿煤层的赋存特点是：煤层多（多为煤层群开采或为复合煤层开采）、倾角起伏大（一般为520），开采过程中煤岩（矸）混杂量大引起了：,平均每吨煤炭价格降低1元左右，由此一个10Mt级的露天煤矿由于煤质影响每年的经济损失达千万元以上。,煤层顶底板岩石或矸石的混入、煤质下降 部分煤岩混杂的煤炭被当作岩石排弃掉,不同矿床、不同开采程序条件下的选采方法 拉沟位置、工作线推进方向、发展方式；作业水平划
13、分、采掘带划分、延深程序。 不同采矿工艺条件的选采方法 单斗挖掘机选采方法；轮斗挖掘机选采方法；露天采矿机选采方法。 质量中和（均衡） 不同品位（不同质量）的矿石（煤炭）的质量中和。,湘电重型装备股份有限公司加大了新产品开发的投入，加快了大型矿用电动轮自卸卡车的发展，两年内共投入资金5000万元，成功研制出了220t交流传动矿用电动轮自卸卡车，产品目前已通过国家级鉴定。,十二五期间，将研发300t交流传动电动轮自卸卡车，实现大型设备的国产化。,3.7 国产化电动轮自卸卡车研制,关键共性技术的研究 整车动力学动态仿真技术 整车工业设计 大型承载构件拓扑结构优化与模态拓扑优化设计 整车液压系统动态
14、仿真与集成优化技术 车载管理系统,3.8 碳排放计算,大型露天煤矿的开发，一方面需要消耗大量的能源，另一方面，露天煤矿的开采将排放大量的温室气体。,以云南省小龙潭矿务局布沼坝露天煤矿为例 预计年消耗燃油2.51104t 消耗电力1.46108kWh 消耗能源热值达1.681015kWh 能源消耗一项所产生的CO2达2105t以上,露天煤矿碳排放计量模型 露天开采工艺的碳排放计量与评价 露天矿节能减排技术 露天矿设计方案优化,节能减排技术,露天煤矿绿色开采的核心内容：靠帮开采技术； 高陡时效边坡稳定性分析理论与技术；反向内排技术；中间搭桥技术；采矿与生态重建一体化理论与技术；节能减排技术；褐煤提质技术；选采技术保水开采技术。,这必将推动我国露天煤矿绿色开采的整体水平。,4 结语,谢谢大家！,
