中国露天煤矿70年成就回顾及高质量发展架构体系

露天煤矿作为我国煤炭工业的重要组成部分,具有生产能力大、开采成本低、安全条件好等优势,近年来在建设规模、生产总量、开采工艺及技术装备等多方面均取得了跨越式的发展,有力保障了煤炭作为国家能源安全稳定供应的“压舱石”地位。首先回顾了新中国成立后我国露天煤矿70年来的发展历程,将其划分为起步恢复阶段(1949—1979年)、快速发展阶段(1980—1999年)、综合发展阶段(2000—2020年)和智能化初级发展阶段(2021年以后)4个时期;系统总结了每个时期的产量与数量规模、开采理论与技术、开采工艺与装备、资源开发与环境保护方面取得的突出成就。然后,探讨了现阶段露天煤矿发展面临的4个方面的主要问题,包括发展布局不均衡、可持续发展面临瓶颈、关键技术难题需深入攻关、人才短缺培养机制不完善。最后,提出构建以“安全、高效、绿色、低碳、智能”为总体目标的全链条、全周期、全要素露天煤矿高质量发展架构体系,其内涵特征包括以时效边坡理论、开采扰动指数理论、绿色开采理论、生态型开采理论、零碳负碳开采理论、智能化开采理论6种学术思想为理论基础,以灾害安全监测防控、复杂条件协同保障、生态源头减损开采、节能减污清洁利用、数字-自动-智能同建5类技术体系为核心支撑,以透明地质模型动态重构、边坡蠕滑全程精准预测、深大孔低扰动控制爆破、采空区超前探测与处置、粉尘抑制及煤自燃防治等30项关键技术为重点突破,以设计理念先进化、安全保障标准化、建设规模大型化、生产工艺综合化、开采装备智能化、核心制造国产化、矿区生态绿色化、煤炭利用清洁化、组织管理科学化、人才队伍国际化的“十化型”露天矿山为建设任务;同时给出了以规划引领为基础,以科技创新为驱动,以人才培育为保障的露天煤矿高质量发展实现路径。最终为推动我国露天煤矿向持续健康高质量方向发展提供指导。

大型近水平露天煤矿端帮边坡时效性分析及应用

利用露天矿端帮边坡与内排土场、工作帮的关系研究露天矿端帮边坡的时效性,分析了露天采矿参数对端帮边坡暴露时间影响,采用端帮边坡的暴露时间作为边坡时效性评价的指标,结合端帮边坡压帮前后稳定系数变化的对比分析,根据给出的判断准则,论证了安太堡露天煤矿端帮边坡角可以提高到42°.结果表明:露天矿采场和排土场推进速度是影响暴露时间的重要因素,利用内排压帮方法完全可以提高端帮边坡角.

近水平露天煤矿端帮靠帮开采方式与剥采比研究

运用露天采矿学的基本原理,提出了端帮靠帮开采的基本方法、实现形式、基本条件以及靠帮开采的意义,给出了靠帮开采剥采比的概念;在单一煤层和复合煤层情况下,推导出了2种端帮靠帮开采方式的靠帮开采剥采比计算公式,建立了不同煤层厚度和覆盖物厚度对靠帮开采剥采比影响趋势预测的数学模型和图示方法.结果表明:在近水平露天煤矿实施端帮靠帮开采,可以降低剥采比,提高煤炭资源回收率和经济效益,同时也丰富了露天开采方法与设计理论.

厚覆盖层下拉斗铲剥离与半连续采煤系统的可靠性

针对拉斗铲倒堆工艺开采的特殊性,将拉斗铲倒堆剥离、坑底存煤和半连续采煤环节看作一个系统,根据露天煤矿的采煤强度要求,利用拉斗铲维修时间分布规律,得到坑底的最小存煤量计算公式,建立系统可靠性模型,分析出系统所处的5种状态以及其相互转化的规律,得到转移矩阵和有效度.通过对神华准格尔能源有限公司黑岱沟露天煤矿的实例研究表明:坑底存煤量取决于拉斗铲的平均维修时间,坑底存煤对于保证拉斗铲倒堆剥离工艺下采煤作业稳定具有重要的意义.同时,提高拉斗铲的维修率是提高系统可靠性最重要的途径.

露天煤矿生产与生态重建一体化系统模型

根据露天煤矿生态重建系统的特点 ,建立了相应的 5个子模型 ,并利用系统动力学原理探讨了这些子模型之间的因果关系 ,从一个新的角度提出了解决露天煤矿生态重建复杂巨系统的优化方法 .

露天矿剥离与土地复垦一体化作业优化研究

综合运用露天采矿学、土地复垦知识及数学规划优化方法 ,着重研究了露天煤矿表土层剥离与土地复垦一体化作业方法及相关参数 ,并针对露天煤矿一般都有多个采掘点和多个卸载点的特点 ,采用线性规划对表土资源的流量和流向进行优化控制 .以霍林河南露天矿为实例 ,在表土剥离与土地复垦工艺间的合理配合及其参数设计。

露天煤矿温室气体排放计算方法

在对露天煤矿的温室气体排放源构成进行全面分析的基础上,建立了相应的碳排放计量模型。研究表明,露天煤矿的温室气体源包括电耗带来的间接排放、燃料燃烧与爆破的直接排放、开采过程中的CH4溢散、煤炭与煤矸石氧化产生的温室气体溢散和矿山开采扰动导致的矿区碳固定能力的变化。在此基础上,参考IPCC温室气体计算指南给出了各排放源的碳排放的计量方法,建立了露天矿碳排放的计量模型。以小龙潭矿务局布沼坝露天煤矿生产条件为基础进行实例研究,计算得该露天矿2008年温室气体排放量为122 351.19 t。

大型露天煤矿采区转向方式研究

依据安家岭露天煤矿实际，提出了可行的采区转向方案，通过定量计算与定性分析确定最佳采区转向方式，保证露天矿从一个采区向另一个采区过渡时期矿山生产的正常接续。所采用的研究方法及研究结论对类似矿山具有参考价值。

矿区铁路运输系统可靠性研究

把一般可靠性原理引入煤炭矿区铁路运输系统可靠性研究,并综合运用系统分析方法、概率与数理统计、运筹学原理、铁路运输和采矿工程专业知识,对煤矿矿区铁路运输系统可靠性的基本特点、评价指标体系、主要研究内容和方法进行了综合分析与系统研究,结合矿区铁路运输生产实际进行了实例验证.

我国煤炭资源开发存在的若干问题及对策

煤炭是我国目前及今后较长一段时间里的主要能源,电力需求旺盛为煤炭资源的开发带来了良好机遇。针对目前煤炭供给能力不足、煤炭资源浪费严重、事故频发、生态环境污染严重等问题,提出了落实科学发展观和改善资源管理政策、完善安全控制体系、加大煤炭科技投入和发展洁净煤技术及在有条件的地区大力发展露天开采等切实可行的对策。

提高露天矿工艺系统可靠性的途径

露天矿工艺系统可靠性对露天矿的主要技术经济指标有很大影响，特别是采用连续或半连续开采工艺时更是如此。故应在设计及生产管理等各个阶段，重视提高工艺系统的可靠性。本文依据国内外露天矿的经验，从理论与实践相结合的角度，对提高露天矿工艺系统可靠性的途径进行了综合分析。

用系统模拟方法求电铲-汽车工艺系统的可靠性

由电铲和汽车组成的露天矿间断工艺系统属于离散型投入－产出系统，很难用典型的系统可靠性模型进行描述．把可靠性原理与数理统计及系统模拟方法相结合，求解了采矿工艺系统及其各类设备的可靠性．

大型露天矿规模化开采新工艺研究

露天矿区采用采坑数量和规模化开采下的开采工艺成为我国露天煤矿发展的关键问题,综合运用露天采矿学原理、可靠性理论和技术经济学,通过现场调查研究、理论分析和现场工程实践,以资源储量、生产技术和经济最优原则,建立了露天矿区单坑和多坑的生产规模优化模型。分析了影响矿山工艺选择的因素,基于各单一开采工艺的适用条件,根据单一开采工艺的空间分布、严格限制工艺与非严格限制工艺对综合工艺进行了分类,总结了各种综合工艺的特点,提出了不同综合工艺的适用条件,基于模糊数学和层次分析法,建立了开采工艺选择的综合评价模型,提出了确定综合工艺开采参数的方法,提出了露天煤矿综合开采工艺中各单一工艺生产能力匹配原则及措施;基于各单一开采系统能力匹配原则,提出了综合开采工艺的动态调整方法,考虑各单一开采工艺相互关系,绘制了综合开采工艺的典型关系图,建立了综合工艺可靠性模型,提出了提高综合工艺开采矿山的可靠性的途径。煤炭是我国主要的能源产品和能源消费品。露天开采是煤炭的主要开采方式之一。研究露天煤矿的碳排放核算及碳减排途径对我国露天煤矿的低碳发展具有重要的意义。在深入研究国内外碳排放核算方法、露天煤矿生产过程、生产工艺的基础上,得出露天煤矿正常生产年的碳排放源构成,主要包括直接碳排放源和间接碳排放源;并在此基础上,运用露天煤矿碳排放初步估算法构建了露天煤矿碳排放初步核算模型。以能源消耗和露天开采生产环节为主线,构建了露天煤矿碳排放初步核算模型和基于生产环节的露天煤矿碳排放核算模型。露天煤矿碳排放初步核算模型按照碳排放源的5个部分构建。基于生产环节的露天煤矿碳排放核算模型则以生产环节为主,初步核算模型为辅为原则,将露天煤矿的生产环节分成穿孔、爆破、采装、破碎、运输、排土、辅助7个环节,并结合露天煤矿的碳排放源加入溢散、自燃源,共9个部分完成模型构建。基于安家岭、黑岱沟、伊敏河等国内具有代表性的典型露天煤矿的统计数据,分别按工艺环节进行露天煤矿的碳排放核算,得出了这几座露天矿近10年左右的碳排放水平,并分析了它们所代表工艺的碳排放水平的优劣。不同半连续工艺的碳排放对比得到自移式破碎机工艺优于端帮半固定破碎站工艺优于地面固定破碎站工艺。

矿山缓冲仓系统可靠性模型

基于缓冲仓在矿山采运系统中的工作原理，具体分析了缓冲仓在不同情况下的故障状态及其对系统可靠性的影响和作用，建立了一个新的缓冲仓系统可靠性模型，并给出了利用此模型求解缓冲仓系统可靠性指标的方法和计算公式。该模型能够全面反映缓冲仓系统各环节之间在不同情况下的可靠性逻辑关系，具有重要的理论意义和实用价值。

统计分析法求解露天矿采剥工程可靠性

文中给出了露天矿采剥工程可靠性定义，应用概率与数理统计方法对露天矿日产量进行统计处理，并与一般可靠性原理相结合，以此评价露天矿采剥工程可靠性。

露天矿采剥工程可靠性模拟模型参数研究

露天矿采剥工程属于离散型投入-产出系统，其可靠性受制于多种随机因素。系统模拟是求解此类系统可靠性的较有效方法。本文依据可靠性理论及近水平露天矿生产实际，给出采剥工程可靠性测度概念，用以评价露天矿设计或计划指标及实际完成指标的可靠程度。综合考虑矿山生产能力、生产剥采比、工作平盘设置、工作帮坡角及可靠性与经济效益之间的权衡，建立了完整而适用的露天矿采剥工程可靠性系统模拟数学模型。

矿山柔性连接运输系统可靠性设计与分析

定义了缓冲仓故障与正常状态，由此得出缓冲仓与其前后运输环节之间的可靠性逻辑关系，建立了相应的可靠性模型。提出了缓冲仓临界可靠度的概念，并推导出计算公式［１］，对带有缓冲仓运输系统的可靠性设计与分析具有重要意义。

我国大型露天煤矿若干生产工艺问题分析

对我国大型露天煤矿近些年出现并引起重视的生产工艺和技术问题进行了分析研究.认为将土地复垦纳入采矿工程中来实现"边开采、边复垦"的一体化作业,以缩短复垦周期和提高土地复垦率是我国大型露天煤矿区今后开展地土复垦工作的关键;采用地下台阶式开采法回采露天矿端帮煤可大大提高煤炭资源回收率和矿山经济效益;我国已经或将要开发的适宜露开天采的大型、特大型煤矿中,拉斗铲倒剥离工艺应用的条件已经具备,在这些矿区的设计与建设过程中,应对该工艺给予重视,大胆引用.

露天矿端帮采煤与露天采排工程的时空关系

分析了安家岭露天煤矿端帮采煤与露天采排工程的时空关系 ,解释了露天采、剥、排工程如何在时间和空间上影响端帮采煤的开采强度、回采率等主要技术参数 .

露天矿分区过渡期间合理开拓运输系统选择

以平朔煤炭工业公司安太堡露天矿为例,分析了开采近水平及缓倾斜矿床露天矿分区开采过渡期间开拓运输系统的特点、可能出现的问题和解决途径,提出了寻求该时期开拓运输系统优化的思路和方法.分区开采过渡期间,应根据可利用排弃空间的容量和位置,为不同区段的剥离物寻找最佳的运输通路.为减小运距,可适当加快旧采区局部工作帮的推进,使其提前靠帮,并在该处建立新的排土区域.过渡期间应尽早进行新采区的缓帮延深工程,并充分利用条件有利的外排土场.