露天煤礦開采現(xiàn)狀如何?露天煤礦開采呈現(xiàn)哪些新趨勢?日前，在中國煤炭學(xué)會主辦、中國煤炭科工集團(tuán)開采研究院有限公司等承辦的2025煤炭行業(yè)總工程師論壇上，與會代表齊聚一堂，共同探討露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展路徑。

我國是露天采煤第一大國

論壇透露，當(dāng)前，全國生產(chǎn)露天煤礦357座，約占全國煤礦總數(shù)的8%。露天煤礦年產(chǎn)量約11.8億噸，約占全國煤礦總產(chǎn)量的25%。其中，千萬噸級以上露天煤礦40座，年產(chǎn)量約8.2億噸，占露天開采年產(chǎn)量的70%，主要分布在內(nèi)蒙古、新疆、山西、陜西、云南等地。

“在世界主要采煤國家中，我國露天開采占比最低、產(chǎn)量最大，是露天采煤第一大國。”中國煤炭科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司科技發(fā)展部部長劉英璐指出。

據(jù)了解，世界主要采煤國家以露天采煤為主，輪斗連續(xù)開采工藝得到廣泛應(yīng)用。我國露天煤礦多采用單斗+卡車半連續(xù)開采工藝、輪斗挖掘機(jī)+帶式輸送機(jī)+排土機(jī)連續(xù)開采工藝等，且主要用于開采環(huán)節(jié)。

隨著煤炭生產(chǎn)重心加快向中西部轉(zhuǎn)移，我國露天煤礦的數(shù)量與產(chǎn)能進(jìn)一步增加，露天煤礦的高質(zhì)量發(fā)展成為煤炭工業(yè)不容忽視的課題。

“國內(nèi)大型露天煤礦開采基本特征為量大、坑深、路遠(yuǎn)、采難。開采工藝存在間斷、連續(xù)化和綜合化程度低，裝備規(guī)格小，設(shè)備數(shù)量多等問題，造成工效低、能耗高。”劉英璐表示。

如今，我國露天煤礦年采剝總量約70億立方米。隨著規(guī)模和剝采比變化，未來我國露天煤礦年采剝總量將進(jìn)一步增加。目前，我國露天煤礦采深達(dá)100米至300米，平均采深182米;采剝運(yùn)距達(dá)2.4千米至7千米，部分露天煤礦僅剝離運(yùn)距就超過6千米;單礦設(shè)備達(dá)300臺至1000余臺，單班作業(yè)人數(shù)達(dá)300人至1150人左右。

此外，一些露天煤礦煤層傾斜，水文與氣候條件復(fù)雜，存在征地難造成采剝關(guān)系緊張、轉(zhuǎn)向難造成排棄空間緊張、系統(tǒng)布置難等問題。

“工藝裝備是露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展的核心載體。”劉英璐說，“建議以自主可控的工藝技術(shù)、裝備為基礎(chǔ)，加快實現(xiàn)開采裝備大型化，擴(kuò)大連續(xù)化開采工藝應(yīng)用范圍等。”

露天煤礦智能化建設(shè)正在加速

論壇指出，目前，我國不同地質(zhì)條件下的露天煤礦，均開展了各具特色的智能化建設(shè)工作。

國能準(zhǔn)能集團(tuán)積極探索露天煤礦智能化建設(shè)路徑，編制了露天煤礦智能化建設(shè)整體規(guī)劃，與中國航天科工集團(tuán)、中國礦業(yè)大學(xué)(北京)等單位合作，推進(jìn)無人運(yùn)輸作業(yè)、遠(yuǎn)程操控、機(jī)器人自主作業(yè)、人工智能等創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用。

在采礦設(shè)計方面，準(zhǔn)能集團(tuán)利用三維立體激光掃描儀和航測無人機(jī)，獲取地質(zhì)、測量、采礦數(shù)據(jù)，基于數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)礦山三維可視化展示;在生產(chǎn)調(diào)度方面，應(yīng)用智能卡車調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)車鏟匹配、運(yùn)距優(yōu)化、運(yùn)量統(tǒng)計、實時定位等;在設(shè)備監(jiān)測方面，應(yīng)用輪胎在線監(jiān)測、電鏟斗齒監(jiān)控、燃油消耗監(jiān)測等系統(tǒng)，實時監(jiān)控設(shè)備狀態(tài);在智能穿爆方面，應(yīng)用北斗自動布孔、智能裝藥和電子雷管起爆、炮孔測量機(jī)器人、智能電動牙輪鉆機(jī)等技術(shù)與裝備，實現(xiàn)穿孔、爆破全過程智能化。

準(zhǔn)能集團(tuán)設(shè)備管理中心副經(jīng)理閆凌表示，該集團(tuán)創(chuàng)新應(yīng)用拋擲爆破、吊斗鏟倒堆工藝，降低原煤運(yùn)輸成本、碳排放量。

“準(zhǔn)能集團(tuán)積極推進(jìn)露天采礦裝備國產(chǎn)化，在鉆孔、采掘、運(yùn)輸?shù)戎饕O(shè)備核心部件國產(chǎn)化替代上取得了進(jìn)展。”閆凌說。

中煤平朔集團(tuán)現(xiàn)有3座產(chǎn)能在2000萬噸以上的露天煤礦。該集團(tuán)在穿爆環(huán)節(jié)智能化改造、研發(fā)國內(nèi)首套露天礦護(hù)孔專用設(shè)備、應(yīng)用無線爆破技術(shù)、建設(shè)邊坡監(jiān)測融合管控平臺、研發(fā)平朔礦區(qū)“一張圖”等方面取得進(jìn)展。

“面對開采強(qiáng)度高、人車流量大、5G基站網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍有限等難題，我們應(yīng)用了浮空氣球，搭載多種監(jiān)測與通信設(shè)備，實現(xiàn)礦區(qū)24小時實時感知與監(jiān)測管控。”中煤平朔集團(tuán)生產(chǎn)科技信息部副主任韓亮表示。

針對露天煤礦操作系統(tǒng)不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、設(shè)備協(xié)同能力低等問題，中煤平朔集團(tuán)采用礦鴻解決方案，應(yīng)用智能物聯(lián)操作系統(tǒng)，提升各系統(tǒng)間的溝通協(xié)作效率。

韓亮舉例說，推土機(jī)與礦卡單兵作業(yè)，經(jīng)常出現(xiàn)推土機(jī)等礦卡或礦卡等推土機(jī)的情況，且推土機(jī)與礦卡數(shù)據(jù)不互通，作業(yè)路線容易堵塞，增加避讓時間及碰撞隱患。對此，中煤平朔集團(tuán)利用礦鴻解決方案中的軟總線功能，使推土機(jī)與礦卡、電鏟設(shè)備互聯(lián)互通。當(dāng)推土機(jī)往返不同作業(yè)點(diǎn)時，能實時知曉礦卡運(yùn)輸位置，輔助選擇最優(yōu)時間與路線開展作業(yè)。

國家能源集團(tuán)雁寶能源公司寶日希勒露天礦煤層穩(wěn)定發(fā)育，主采煤層12煤平均厚度22米，埋深約100米。依據(jù)國家能源集團(tuán)總體規(guī)劃設(shè)計，該礦搭建了智能化建設(shè)總體架構(gòu)，通過集中控制、統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)供電、排水、選煤、裝車無人化運(yùn)行。

寶日希勒露天礦進(jìn)行了4G專網(wǎng)、5G專網(wǎng)、AP網(wǎng)(用于構(gòu)建無線局域網(wǎng))“一礦三網(wǎng)”建設(shè)及5G多頻段網(wǎng)絡(luò)管理平臺研發(fā)，構(gòu)建了覆蓋生產(chǎn)中心全區(qū)域的通信網(wǎng)絡(luò);建立了標(biāo)準(zhǔn)化算力中心，能完成各智能化子系統(tǒng)龐大的數(shù)據(jù)計算，且具備系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化接入和訪問能力;實現(xiàn)4套一級破碎站操作室無人值守，建立安全生產(chǎn)智能監(jiān)控系統(tǒng)等。

云南小龍?zhí)兜V務(wù)局有限公司隸屬于云南省能源投資集團(tuán)，下轄小龍?zhí)逗筒颊訅?座露天煤礦。受氣象和地形地貌等影響，2座露天煤礦礦坑存在水害風(fēng)險，會降低邊坡穩(wěn)定性、損壞設(shè)施設(shè)備、影響安全生產(chǎn)。

云南小龍?zhí)兜V務(wù)局有限公司副總經(jīng)理聶斌仁表示，該公司構(gòu)建了以綜合立體自動防排水系統(tǒng)為基石、智能監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)為核心、疏干水資源循環(huán)利用為特色、健全管理機(jī)制為保障的集群化水害防控體系。

“我們通過改造智能防排水系統(tǒng)，采用數(shù)字化手段對排水量信息、水泵啟停狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，將數(shù)據(jù)傳至煤礦水害動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測、匯總與分析，并實時傳送至國家礦山安全監(jiān)察局云南局相關(guān)預(yù)警系統(tǒng)。”聶斌仁說。

如今，云南小龍?zhí)兜V務(wù)局有限公司全面采集了河流、防洪溝、泉點(diǎn)等地表水?dāng)?shù)據(jù)及各含水地層水位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多手段互補(bǔ)驗證分析、水害風(fēng)險自動監(jiān)測預(yù)警。智能防排水系統(tǒng)與高大邊坡監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了融合，實現(xiàn)抽排水自動控制和水位、降雨、邊坡地表、地下監(jiān)測的融合分析和自動預(yù)警?，F(xiàn)在，該系統(tǒng)啟動排水用時不超過1分鐘，效率提升近5倍。

無人駕駛、以電代油成為新趨勢

記者從論壇上了解到，截至今年6月，全國在礦無人駕駛礦卡數(shù)量總計2970臺，其中新疆部署1865臺，占62%;內(nèi)蒙古部署755臺，占25%。從無人駕駛礦卡類型上看，增程寬體車(適合礦山重載上坡)數(shù)量占比58%，純電動寬體車數(shù)量占18%。

“從2016年至2023年試驗驗證、小范圍應(yīng)用到2024年至今規(guī)?；虡I(yè)運(yùn)行，無人駕駛礦卡已能適應(yīng)多種復(fù)雜工況，實現(xiàn)作業(yè)平盤快速推進(jìn)、編組運(yùn)行，大幅提升了運(yùn)行效率。”易控智駕科技股份有限公司副總裁林巧表示。

寶日希勒露天礦常務(wù)副礦長、總工程師劉欣表示，該礦實施了5G+無人駕駛編組運(yùn)行項目。截至目前，該礦具備無人駕駛功能的卡車54臺，運(yùn)行時間超7000小時，運(yùn)行里程91149公里。無人駕駛礦卡改造比率達(dá)到64.2%。

“我們編制并發(fā)布了露天煤礦卡車無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范11項，申請發(fā)明專利2項，發(fā)表技術(shù)論文6篇，獲得了多個重要獎項，填補(bǔ)了當(dāng)前極寒地區(qū)礦山設(shè)備無人化技術(shù)領(lǐng)域多項空白。”劉欣表示。

如今，寶日希勒露天礦正在開展國內(nèi)首次運(yùn)用220噸級無人駕駛編組極寒環(huán)境下煤炭運(yùn)輸作業(yè)工作，將重點(diǎn)圍繞系統(tǒng)穩(wěn)定性提升、復(fù)雜工況適應(yīng)性優(yōu)化等改進(jìn)無人駕駛技術(shù)。

國家電投集團(tuán)內(nèi)蒙古能源有限公司霍林河南露天礦創(chuàng)新研發(fā)了百噸級換電無人駕駛自卸車及配套換電技術(shù)。該礦卡在裝料側(cè)、卸料側(cè)均布置了環(huán)境感知系統(tǒng)，滿足車輛雙向行駛、四輪驅(qū)動需求。

此外，霍林河南露天礦投運(yùn)了全標(biāo)段無人駕駛自卸車剝離工程項目，運(yùn)行編組為5臺液壓挖機(jī)+45臺增程式無人駕駛寬體車。2024年7月投產(chǎn)至今，該項目累計完成產(chǎn)量1348.96萬平方米，車輛出動率98.34%;日均作業(yè)時長22.6小時，單日最高產(chǎn)量約7.8萬平方米。

“總體來看，無人駕駛礦卡技術(shù)已基本具備真無人、真高效、高安全、高可靠的基礎(chǔ)條件，無人駕駛運(yùn)輸系統(tǒng)也具備快速、批量化應(yīng)用部署的能力。”霍林河南露天礦機(jī)電副礦長李忠飛表示。

業(yè)內(nèi)人士指出，純電動礦卡在露天煤礦逐步替代燃油礦卡，成為發(fā)展新趨勢。

中煤平朔集團(tuán)合作研發(fā)國內(nèi)首款120噸級、220噸級純電動礦用卡車，并在礦區(qū)投入運(yùn)行。兩款車型與礦鴻解決方案相融合，可實時獲取電量、作業(yè)任務(wù)、位置信息，自動規(guī)劃充電時機(jī)與優(yōu)先級，減少設(shè)備停機(jī)等待時間。

霍林河南露天礦應(yīng)用的純電動礦用自卸車，額定載重120噸，適合北方寒冷地區(qū)和重載上坡工況。與同噸位柴油自卸車相比，這款純電動礦用自卸車年節(jié)省費(fèi)用167.96萬元，減少礦山碳排放量886.09噸。目前，霍林河南露天礦在用純電動礦用自卸車達(dá)15臺。

此外，霍林河南露天礦建設(shè)了排土場2×4兆瓦風(fēng)力發(fā)電機(jī)組示范項目，主要為電驅(qū)礦卡、采掘設(shè)備、地面生產(chǎn)系統(tǒng)、排土場噴淋滴灌等設(shè)備提供電能。該礦還開展了百噸級氫燃料電池和鋰電池混合動力礦用自卸車研究，以氫氣為燃料，搭載大功率氫燃料電池和儲氫系統(tǒng)，助力實現(xiàn)零排放。

韓亮介紹，動態(tài)(運(yùn)動中)充電技術(shù)被認(rèn)為是礦業(yè)領(lǐng)域脫碳的關(guān)鍵技術(shù)。對于電動礦用卡車而言，動態(tài)充電通常能降低燃油消耗，并允許在爬坡時達(dá)到更高速度。此項技術(shù)在國外已有應(yīng)用。

林巧指出，無人駕駛技術(shù)高效率應(yīng)用有具體的場景要求，需根據(jù)礦區(qū)裝載、運(yùn)輸、排卸參數(shù)進(jìn)行分析。當(dāng)前，無人駕駛技術(shù)在煤層薄(三角煤)、路面松軟、狹窄U型彎等復(fù)雜工況中表現(xiàn)欠佳。

“無人駕駛技術(shù)比較適用于產(chǎn)能穩(wěn)定、工程質(zhì)量高、工藝參數(shù)變化較少、智能化基礎(chǔ)設(shè)施配套完善、網(wǎng)絡(luò)與企業(yè)云等基礎(chǔ)設(shè)施齊全、智能化管理人員齊全等場景。”林巧說。

推動露天煤礦發(fā)展需多方協(xié)同

“我國露天煤礦人員、設(shè)備數(shù)量和采剝總量均居世界第一位，但仍然‘大而不強(qiáng)’。”中國煤炭科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司研發(fā)經(jīng)理黃俊婷表示。

黃俊婷指出，我國露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展面臨很多問題，具體表現(xiàn)為對智能化建設(shè)的必然性認(rèn)識不足、部分環(huán)節(jié)智能化建設(shè)實施路徑仍不清晰、生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)潛在價值和規(guī)律利用不足、礦山智能化系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗不足、對建設(shè)完成后的全面常態(tài)化運(yùn)行缺少監(jiān)管等。

露天煤礦智能開采面臨地理信息精度低、模型更新周期長、采剝作業(yè)鏈貫通程度不夠，智能化場景定義不清且缺乏建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，無人化作業(yè)效率低，安全保障能力不足，設(shè)備可靠性不高等挑戰(zhàn)。

黃俊婷表示，在露天煤礦智能化建設(shè)過程中，需進(jìn)行持續(xù)的方案優(yōu)化、技術(shù)攻關(guān)、場景驗證、產(chǎn)品迭代和工程示范，朝著“變革工藝+智能化減人+以電代油+科技增安”發(fā)展方向邁進(jìn)。

劉英璐指出，在露天煤礦設(shè)計規(guī)劃上，需以變革引領(lǐng)支撐連續(xù)化、智能化、綠色高效開采。傳統(tǒng)礦山設(shè)計以二維為主、靜態(tài)方式呈現(xiàn)，設(shè)計范圍為短期或特定節(jié)點(diǎn)，內(nèi)容集中于主要環(huán)節(jié)和邊界。考慮到露天煤礦產(chǎn)能提升和高質(zhì)量發(fā)展需求，應(yīng)考慮容納開采程序、工藝系統(tǒng)、裝備要求、配套設(shè)施、智能運(yùn)行、組織模式、開采程序的全生命周期規(guī)劃設(shè)計。

中國煤炭科工集團(tuán)沈陽設(shè)計研究院有限公司總經(jīng)理王忠鑫認(rèn)為，建設(shè)超大規(guī)模露天煤礦有助于實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。該公司通過統(tǒng)計分析全國千萬噸級露天煤礦數(shù)據(jù)，按未來10年平均參數(shù)值，構(gòu)建出超大規(guī)模露天煤礦模型。

“從資源科學(xué)開發(fā)利用、提高礦山生產(chǎn)效益、加強(qiáng)礦山智能化管理、推動行業(yè)技術(shù)裝備進(jìn)步等方面分析，建設(shè)超大規(guī)模露天煤礦是必要的。”王忠鑫說。不過，建設(shè)超大規(guī)模露天煤礦面臨總體設(shè)計、綠色安全、裝備供給、穿孔爆破、立體運(yùn)輸、集群調(diào)度、基礎(chǔ)設(shè)施一體化設(shè)計等方面的技術(shù)難題。

“設(shè)計是基礎(chǔ)，裝備是支撐，智能安全是保障。需‘一礦一策’作針對性研究，論證建設(shè)超大規(guī)模露天煤礦的可行性，開展一體化設(shè)計。”王忠鑫表示。

韓亮指出，對于年產(chǎn)量2000萬噸及以上的露天煤礦來說，超大型鏟裝設(shè)備是其核心和源頭，千萬噸級露天礦山開采對超大型鏟裝設(shè)備的作業(yè)性能提出更高要求。因此，中煤平朔集團(tuán)自主研發(fā)大型鏟裝機(jī)器人，突破感知、規(guī)劃、控制和運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)，保障礦山安全生產(chǎn)。

“總體來說，建議通過大型化裝備、連續(xù)化開采、智能化運(yùn)行、系統(tǒng)化規(guī)劃、一體化協(xié)同，探索露天煤礦高質(zhì)量發(fā)展路徑。同時，產(chǎn)學(xué)研用全面協(xié)同，促進(jìn)露天煤礦技術(shù)進(jìn)步。”王忠鑫說。