露天煤矿开采中拉斗铲倒堆剥离的应用

摘　要: 拉斗铲倒堆剥离是一种先进的开采工艺, 机械化程度高, 开采成本低。论文对世
界范围倒堆剥离用大型拉斗电铲的使用现状做了统计分析, 介绍了拉斗铲倒堆剥离工艺特点及拉斗铲的基本作业方式, 分析了我国大型煤田采用倒堆剥离方法的有利条件及应用前景。
关键词: 露天煤矿; 倒堆剥离; 开采工艺; 拉斗铲
　拉斗铲倒堆剥离工艺是一种先进的开采工艺, 具有较大的线性尺寸, 对剥离岩性适应性强, 设备重量(相对其生产能力) 较轻, 集采掘、运输与排土三项作业于一体, 将剥离物直接倒堆排弃于采空区内排土场中, 适于近水平埋藏的矿床的特点, 得到了日益广泛的应用。目前全世界斗容为30m3 以上的拉斗铲有260 台以上在露天煤矿中使用, 所完成的煤炭年产量合计达8 亿t 以上。
1 　拉斗铲倒堆剥离工艺特点目前世界露天采矿业剥离岩土可供选择的设备主要有三种, 即单斗机械铲、轮斗挖掘机和拉斗铲。选择时要根据地形、矿床形状、覆盖层厚度、需要的产量规模及复土造田要求等综合考虑。由于拉斗铲产量高、适应性强和单位剥离费用低等特点而往往作为首选设备。与其它工艺相比拉斗铲的主要优、缺点为: ①直接排弃挖掘的物料, 不需使用运输设备; ②物料的挖掘及排弃的垂直提升作功小,设备移动不频繁(下挖深度可达65m , 上挖高度可达60m) ;③效率高, 单位斗容能力一般为0125～0127Mm3/ m3·a (实方) , 不需爆破时可达0130Mm3/ m3·a (实方) , 年纯工作小时数一般为6500h/ a (墨西哥一个矿连续十年7500h/ a) ; ④作业时受物料块度的影响小; ⑤作业灵活、适应性强, 基本不受气候影响; ⑥生产成本低; ⑦一次性投资大; ⑧物料的再倒堆降低了有效生产率; ⑨排土场的平整费用高;⑩爆破要求高(孔深、边坡) ; lv站立平盘需预先平整。近二十年来, 抛掷爆破技术用于倒堆剥离工艺, 将剥离岩层相当大的部分抛入采空区, 其中不需倒堆剥离的部分可达30 %～60 % , 进一步提高了剥离工作效率, 大幅度降低剥离成本。美国、澳大利亚等国在使用抛掷爆破技术及拉斗铲倒堆剥离工艺方面发展迅速。美国已有100 多台大型拉斗铲在露天煤矿中使用, 完成的煤产量占全美总产量1/ 3 。美国西部波德河煤田是世界上最大的煤矿产区, 为了降低开采成本, 采用抛掷爆破及拉斗铲剥离相当广泛。至1994 年已有19 台拉斗铲在作业, 斗容为23～122m3 , 每个露天矿使用拉斗铲1～3 台, 矿区露天矿全员工效达243t/ 工。澳大利亚拥有60 多台大型拉斗铲, 勺斗容积范围在23～90m3 , 开采深度达60m , 卸载半径100m , 剥离采宽40～90m。澳大利亚最大的昆士兰煤田走向长、埋藏浅, 剥离工艺以抛掷爆破与拉斗铲倒堆为主, 拉斗铲斗容45～52m3 ,台年能力达13～14Mm3/ a。美、澳经验表明, 采用抛掷爆破+ 倒堆剥离工艺, 剥离成本仅为采用单斗—卡车工艺时的1/ 2～2/ 3 。
2 　世界拉斗铲倒堆剥离工艺使用概况[1 - 4 ]拉斗铲使用资料见表1 (未包括前苏联各国资料) 。在全美39 个最大的露天煤矿中, 用拉斗铲倒堆剥离的露天矿有32 个, 占82 %。美国各州露天煤矿使用拉斗铲完成的剥采量如表2 。
由表2 可见, 用拉斗铲剥离的露天煤矿年产量占全美露天矿产量的57 % , 即占全美煤炭总产量的1/ 3 以上。其中美国西部各州、海湾诸州、波德河煤田区等占居主导地位。
由表3 可见, 其它国家用拉斗铲剥离的露天煤矿年产量占其煤炭总产量比重已超过1/ 3 , 其中澳大利亚、加拿大、南非等占据较大份额, 后起的印度发展迅速。

　由表4 可见, 在13 个大型矿区中, 大部分煤田具有采用拉斗铲倒堆剥离的最必需的也是最重要的条件: 煤层数目不多、结构简单、厚度适宜, 多数属近水平或缓倾斜煤层, 而且煤田面积广大, 储量丰富, 有足够空间安排必要的工作线长度、以便充分发挥拉斗铲生产能力。有望建设一批采用这种先进剥离方法的高产高效露天矿, 为加快露天采煤的发展、大幅度提高矿山经济效益, 开创一条新的技术途径。
为实现上述目标, 应首先在条件优越的矿区率先研究,集中投入资金与设备, 尽早实施。例如准格尔、神府、胜利等矿区可望成为先驱者。其他矿区的设计与建设过程中,也应对倒堆剥离工艺的应用给予重视, 根据矿区具体情况精心设计, 大胆引用。
目前, 在准格尔黑岱沟露天煤矿改扩建、哈尔乌素露天煤矿及胜利一号露天煤矿的开发建设中, 大胆引进和吸收国外先进技术及成功经验, 首先采用了拉斗铲倒堆剥离工艺及抛掷爆破剥离技术。这些先进技术的成功应用, 必将极大地推动我国露天采煤事业的发展, 为建设高产高效露天矿、提高矿山经济效益提供新的技术途径和经验。