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露天矿采矿技术的发展与实践 一、 国内外露天开采技术的发展方向 (一) 国际露天开采技术的发展现状和趋势 1. 露天矿的开采 根据相关数据，世界上80多座露天矿产于10多年的矿石，其中20多座露天矿年产量在40万吨和80万吨以上。最大露天矿年处理能力超过50万吨，露天矿总面积超过亿吨，最大露天矿最大850万吨。许多产煤大国都把发展露天采煤作为重点,露天采煤量超过矿井产煤量的主要产煤国家有德国、澳大利亚、印度、美国、俄罗斯和南非,其中印度和南非最为显著。印度在1980-1995年的15年间,露天采煤增长了179.2Mt,使露天采煤比重提高到71%;1995年南非露天采煤量已超过矿井采煤量,占53%。 2. 露天矿设备技术水平高 (1) 钻头寿命及除尘污染 美国露天矿90%的生产钻孔量由牙轮钻机完成。现代牙轮钻机普遍使用三轮钻头设计和碳化钨硬质合金钻齿,钻头寿命在坚硬岩石中可达500～1 000m,中硬岩石中可达1 000～3 000m,同时,牙轮钻机还装有脉冲除尘装置,以降低粉尘污染。 (2) 露天矿电机制 世界上最大的电铲是用于露天煤矿的剥离电铲Marion6 360,其斗容为 138m3,自重14 000t,驱动功率达37 300KW。现代大型金属露天矿最常用的电铲单斗斗容为9～25 m3。 德国krupp公司于1978年制造的世界上最大的挖掘机——BAGGER288轮斗铲,如图1所示。该机规格为:高95m,长215m,重45 000t,铲斗机轮的直径为21m,共有20个铲斗,每个铲斗斗容为15m3,铲斗内可以站立一个1.8m高的人。挖掘机依靠12个用于行进的轮状物前进(每个轮状物宽×高×长=66m×2.44m×14.03m),8个在前、4个在后,共需5人进行操作。 (3) 美国-可实现式破碎站-民间运输—运输方式及设备。 各类金属露天矿大约80%的矿岩量由汽车运输完成,因此,汽车是露天矿生产的主导运输设备。德国于2004年制造的LIEBHERR(利勃海尔)T282B为目前世界上最大的矿用自卸汽车,如图2所示。该车不仅是世界上最大的柴油机动力驱动的双轴四轮卡车,也是世界上最大的交流电混合动力卡车。该车自重达203t,高7.4m,长14.5m,轮子底座为6.6m,载重量为363t。其动力装置为一台功率为3 650马力的柴油发动机。该车采用交流传动系统,多种动力配置,最大的一款柴油机为V型20缸,排量90L,重达10.5t,扭矩为14 457NM, 柴油机带动交流发电机发电,驱动位于后轮内的轮毂电动机,轮胎为Michelin的55/80 R63(直径约3.8m)。最大车速为64km/h。该车工作特点为运程短、承载重,且外形尺寸不受限制。 随着露天矿深度的增大,汽车-破碎站-胶带运输机运输(即间断-连续运输)系统在露天矿得到推广应用。美国、加拿大、前苏联等大型深凹露天矿纷纷改用汽车-可移动式破碎站-胶带运输机系统。破碎规格达1.5m×2.3m,胶带宽度达2.4m。 3. 露天开采自动化技术发展趋势 目前,露天开采技术的发展主流是以计算机为核心的自动化技术和信息技术的推广应用,计算机辅助设计、计算机优化设计和管理信息系统在国外露天矿山得到了广泛应用。随着自动控制和计算机技术的发展,可编程控制(PLC)得到广泛应用,单台设备自动化的深度和广度在不断增加。过程控制自动化主要用于矿物加工。系统自动化的代表是运输自动调度系统。矿山自动化新技术是控制技术与计算机技术的有机结合,形成了检测、采样、计量、操作控制、数据分析处理、参数优化以及图文信息显示和输出等诸多功能组成的集成系统。 美国Modular mining systems(模块采矿系统)公司在露天开采自动化领域成就斐然。该公司开发的露天矿汽车运输自动调度系统Dispatch是矿山系统控制的典型。Dispatch集全球卫星定位(GPS)、计算机、无线数据传输与优化为一体,GPS系统实时跟踪设备位置;车载计算机实时采集设备运营信息,通过无线数据远程传输送至中央控制计算机;中央控制计算机通过检测、分析和优化,及时发出各种信息和调度指令,实现运输系统的自动、优化调度。 综合各主要采煤国家发展露天采煤的主要经验,可以预见未来露天开采的发展趋势为:生产规模大型化、设备大型高效化、控制自动化、工艺连续化、联合开拓方式。 (1)将优先发展露天采煤作为增加煤产量的主要途径。 (2)有条件时尽量实现开采集中化,以提高劳动生产率,降低生产成本。 (3)在开采工艺方面趋向于开采设备大型化、生产过程连续化以及扩大倒推工艺的应用范围。具体表现为以下几方面。 其一,完善现有的单斗铲-卡车工艺系统,实现卡车计算机调度管理的新突破。 其二,扩大连续工艺的应用范围,发展高切割力轮斗铲,研制高倾角及运输大块物料的带式输送