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俄罗斯露天煤矿发展研究

时间:2024-03-27 来源:中国煤炭杂志官网 分享:

★ 世界煤炭 ★

俄罗斯露天煤矿发展研究

倪 坤,王 妍,刘 闯

(应急管理部信息研究院,北京市朝阳区,100029)

摘 要 对俄罗斯露天煤矿的资源、生产等情况进行了深入分析,总结了俄罗斯露天煤矿开采技术的发展历程以及在典型地区的技术应用,梳理了俄罗斯露天煤矿装备特点、主要装备应用情况以及俄罗斯露天煤矿主要的生态保护措施。研究得出:俄罗斯适合露天开采的煤炭资源丰富,其探明储量占比达到俄罗斯煤炭资源总量的72%以上,露天煤矿产量占俄罗斯煤炭产量75%以上,露天煤矿是俄罗斯煤炭产业发展的重点。俄罗斯露天煤矿的开采工艺主要采用轮斗连续开采工艺,同时无运输倒堆工艺使用也较多,挖掘机、自卸卡车、吊斗铲等与开采工艺相对应的装备近些年取得了新的发展。在煤炭开发利用的同时,俄罗斯高度重视煤炭工业环境安全问题,在机构设置、法律法规、生态修复技术等方面积极探索并取得诸多进展,减少了露天煤矿开发对环境的负面影响。

关键词 俄罗斯;露天煤矿;煤炭生产;开采工艺;露天装备;环保

俄罗斯煤炭资源丰富,适合露天开采的煤炭资源主要分布在东西伯利亚、西西伯利亚、远东和乌拉尔地区,集中分布在库兹巴斯、坎斯克-阿钦斯克、伊尔库茨克和南雅库茨克等矿区。俄罗斯露天煤矿的地质条件复杂,煤炭以褐煤为主,炼焦煤较少。1940年以来,俄罗斯(其中1940-1991年为苏联时期,下同)露天煤矿的数量、产量和占比都保持持续增长,2021年俄罗斯共有135个露天煤矿,产能500万t/a以下的中小型露天煤矿占比72%以上;露天煤矿产量3.38亿t,占俄罗斯煤炭产量的77.9%。俄罗斯露天煤矿的开采工艺从传统间断式开采工艺向半连续、连续以及联合开采工艺转变,包括单斗-铁道运输或单斗-汽车运输的间断工艺、轮斗-铁道运输或单斗-带式输送机的半连续工艺、轮斗-带式输送机的连续工艺等。20世纪80年代起,大力推广使用轮斗挖掘机及其配套设备,轮斗连续开采工艺成为俄罗斯增加露天采煤量的发展方向。

1 俄罗斯露天煤矿资源

截至2022年底,俄罗斯煤炭探明储量1 621.66亿t,占全球探明储量的15%左右,仅次于美国,位居世界第二,其中约44%为无烟煤和烟煤,其余为次烟煤和褐煤。俄罗斯适合露天开采的煤炭资源丰富,探明储量为1 172亿t,占俄罗斯煤炭探明储量的72.3% [1]

1.1 俄罗斯露天煤炭资源集中分布在东部地区

俄罗斯共有22个煤田,94%的煤炭资源集中分布在西伯利亚和远东地区。适合露天开采的煤炭储量99%集中在俄罗斯东部地区,包括库兹巴斯、坎斯克-阿钦斯克、伊尔库茨克三大煤田,东西伯利亚和远东几个矿区。三大煤田适合露天开采的煤炭储量占比分别达到66%、80%以上、接近100%,合计储量约760.2亿t,约占俄罗斯煤炭探明储量的46.9%。库兹巴斯煤田煤质特点是低硫、低灰、发热量高;坎斯克-阿钦斯克煤田煤层厚度大(可达70 m)、埋藏浅,露天开采效率高;伊尔库兹克煤田煤炭含硫量较高(3.4%~5.4%)。俄罗斯主要煤田情况[2]见表1。

表1 俄罗斯主要煤田情况

煤田煤种资源量/储量煤层条件开采方式库兹巴斯炼焦煤、动力煤1 800 m以浅预测资源量7 334亿t,其中炼焦煤探明储量324.8亿t含煤系数高,煤层平均厚度大、煤质好。煤系地层有不同厚度的煤层约260层,厚度1.3^30.0 m,其中有120层厚度为4 m的开采煤层。南部有大量煤炭储量赋存于厚度10^12 m的缓倾斜、倾斜煤层,以及厚度20 m甚至更厚的急倾斜煤层中。可用于露天开采的矿床面积达3.6×106 km2露天/井工坎斯克阿钦斯克褐煤地质储量为6 000亿t,适合露天开采资源1 400亿t采矿地质条件简单,有20个可采煤层,大部分煤层厚度在6^15 m,倾角2°^9°,为水平或缓倾斜煤层,埋藏浅,剥采比仅为1^2 m3/t,是俄罗斯开采成本最低的煤田露天伊尔库茨克炼焦煤地质储量765亿t大部分煤炭储量埋藏在300 m以浅露天格尔比坎奥格贾地区动力煤为主>70亿t11个煤层,总厚度20.0^33.6 m露天/井工扎舒兰红奇科伊优质动力煤7亿t2层主采煤层,平均厚度15 m露天

1.2 俄罗斯露天煤炭资源赋存条件多样

俄罗斯煤层赋存条件良好,多数属于近水平和缓倾斜煤层,仅少量薄煤层和急倾斜煤层。适于露天开采的煤田地质条件多样,煤层倾角以倾斜和缓倾斜为主,最大倾角达到90°;煤层结构多样,许多煤层与岩石夹层交替赋存,在世界上是独特的;煤层埋藏有深有浅,煤层厚度可达几百米,系坚硬和半硬岩石。

1.3 俄罗斯露天开采的煤炭以褐煤为主

俄罗斯露天开釆的煤炭60%为褐煤、40%为硬煤。其中,库兹巴斯和南雅库茨克矿区的露天煤矿开采各种类型的硬煤。俄罗斯露天开采的炼焦煤比重较小,不超过10%,储量主要集中在300 m以深的地层,分布于西伯利亚地区的扎舒兰-红奇科伊、库兹涅兹克,远东地区的格尔比坎-奥格贾等地区[3]

2 俄罗斯露天煤矿生产

1940年以来,俄罗斯露天煤矿的数量、产量和占比都保持持续增长。截至2021年,俄罗斯共有135个露天煤矿,其中产能500万t/a以下的中小型煤矿占72%以上。2021年,俄罗斯露天煤矿产量3.38亿t,占比达到77.9%;露天煤矿平均单矿产量为2.5 Mt/a,生产效率达到5 112 t/(人·a)。

2.1 露天煤矿数量波动中保持增长

俄罗斯煤炭开采以露天开采为主。1994年俄罗斯共有矿井294个,其中露天煤矿65个,占比22%。随着煤炭行业改革,大量井工煤矿关闭,露天煤矿数量持续增加,2000年露天煤矿数量增至119个,首次超过井工煤矿数量,随后保持增长趋势,到2008年露天煤矿数量达到148个。截至2021年,俄罗斯露天煤矿数量共135个,比1994年增加了70个[4-5],如图1所示。

图1 1994-2021年俄罗斯露天煤矿数量

2.2 露天煤矿产量和占比持续增长

1940-2021年,俄罗斯露天煤矿煤炭产量由0.06亿t增加到3.38亿t,增长了55.3倍;露天煤矿煤炭产量占比由9.2%增长到77.9%,增加了68.7个百分点。露天煤矿煤炭产量的变化与煤炭总产量的变化历程基本相同,可以分为3个阶段。

(1)1940-1988年不断增长阶段。露天煤矿煤炭产量由0.06亿t增加到2.29亿t,增长了约37倍。

(2)1989-2002年下降停滞阶段。1988年后煤炭生产由于开采条件恶化、加之1991年苏联解体,煤炭总产量和露天煤矿产量均呈现减少和停滞状态,煤炭总产量由4.25亿t减少到2.53亿t,露天煤矿产量由2.29亿t减少到1.67亿t。

(3)2003-2021年恢复发展阶段。俄罗斯政府对煤炭工业进行改革和重组,通过关闭严重亏损煤矿、加快科技进步等措施,煤炭总产量和露天煤矿产量恢复性增长,分别由2.76亿、1.83亿t增加到4.34亿、3.38亿t,露天煤矿产量占比也明显提升,由66.3%增长到77.9%[4-5],如图2所示。

图2 1940-2021年俄罗斯煤炭产量、露天开采产量与所占比重

2.3 俄罗斯露天煤矿以中小型为主

2020年,俄罗斯共有露天煤矿130个。按产能划分:小型煤矿(≤100万t/a)18个,占比13.8%;中型煤矿(>100万~<500万t/a)76个,占比58.5%;大型煤矿(≥500万t/a)36个,占比27.7%,其中产能1 000万t/a以上煤矿10个;中小型露天煤矿占比达到72.3%。按煤矿生产状态划分:生产煤矿82个,其中小型煤矿13个、中型煤矿48个、大型煤矿21个;勘探、许可或在建煤矿48个,其中小型煤矿5个、中型煤矿28个、大型煤矿15个。

2.4 俄罗斯露天单矿产量逐渐恢复

由于苏联解体,经济衰退导致煤炭工业投资显著减少,露天开采设备老化且更新不及时,1998年开始俄罗斯露天煤矿单矿产量出现较大幅度下降,直到近10年才恢复且稳定在煤炭工业改革初期水平。1994-2021年,俄罗斯露天煤矿平均单矿年产量最高达到280万t,目前逐渐稳定在250万t左右,2021年的单矿产量比1994年略高24万t,如图3所示。

图3 1994-2021年俄罗斯露天煤矿产量及露天煤矿单矿产量

2.5 露天煤矿生产效率远高于井工煤矿

俄罗斯露天煤矿生产效率在2000年以前相对稳定,从1994年的2 100 t/(人·a)上升到2000年的2 376 t/(人·a),增幅为13.1%。2001—2010年,俄罗斯露天煤矿生产效率呈波动上升趋势。2010年以后,俄罗斯采用新技术、新设备建设了多个现代化矿井,对生产效率的促进作用显著增强,从2010年的3 432 t/(人·a)上升到2021年的5 112 t/(人·a),增幅达到48.9%,生产效率较同期井工煤矿生产效率高出1倍多,如图4所示。

图4 1994-2021年俄罗斯露天煤矿生产效率

3 俄罗斯露天煤矿开采工艺应用

为适应不同的资源赋存条件,俄罗斯露天煤矿在煤炭开采中采用多种开采工艺,主要包括单斗机械铲-铁道运输或单斗机械铲-汽车运输的间断工艺、吊斗铲无运输倒堆工艺、轮斗挖掘机-铁道运输或单斗机械铲-胶带运输的半连续工艺、轮斗挖掘机-带式输送机的连续工艺。

3.1 开采技术的发展历程

(1)20世纪80年代以间断工艺为主。间断工艺在俄罗斯发展最早,1980年的露天煤矿剥离量中,以无运输倒堆比重最大,占38.2%;其次为铁道运输,占31.4%。单斗-卡车具有机动灵活、适应性强、工作线较短、适合复杂开采条件的优点,俄罗斯各硬煤矿区适合采用这种工艺。

(2)20世纪90年代以来,俄罗斯露天开采工艺逐步向半连续、连续以及联合开采工艺转变。苏联自1980年开始应用半连续开采工艺,1985年占比达3.8%;到1990年,用卡车-带式输送机半连续工艺采出的煤炭总量达到2 500万t;用铁道-带式输送机半连续工艺采出的煤炭能达到9 500万t,总计达到1.2亿t,约占露天采煤总量的30%~40%。

(3)20世纪90年代中期轮斗连续开采工艺成为发展方向。轮斗连续开采工艺对褐煤等软岩大型露天煤矿的开采具有明显的技术经济效果。1996年俄罗斯露天煤矿共采煤1.48亿t,约一半的露天煤矿产量由轮斗连续开采工艺完成。轮斗连续开采适于结构复杂的煤层,且劳动工效高,可以保证煤质和粒度,成为俄罗斯增加露天采煤量的工艺发展方向。

(4)随着露天煤矿向大而深发展,20世纪90年代以后在条件适合的煤田都尽量采用联合工艺、连续工艺和半连续工艺。综合工艺主要是为适应不同的地质条件,改变以往单一工艺形式,克服单一开采工艺对地质、气候、煤岩条件的局限性,提高露天煤矿的生产效率[6]

3.2 典型开采技术的应用

3.2.1 远东煤田和东西伯利亚煤田多使用无运输倒堆工艺

俄罗斯是除美国以外较多采用无运输倒堆工艺的国家。俄罗斯采用无运输倒堆工艺的露天煤田岩石较坚硬,倒堆厚度较大,煤层也较厚,主要用于远东地区坎斯克-阿钦斯克煤田的露天煤矿。俄罗斯的无运输倒堆工艺经历了由简单到复杂的发展过程,当剥离厚度不大时,可采用简单无运输倒堆工艺,将剥离物直接倒排到采空区并暴露煤层以备开采。剥离物比较坚硬时,倒堆设备可以选用机械铲;剥离物较疏松时,倒堆设备可以选用吊斗铲。复杂无运输倒堆工艺一般是由2台或2台以上倒堆设备组成联合作业机组进行无运输倒堆作业。

3.2.2 坎斯克-阿钦斯克煤田采用半连续和连续生产工艺

坎斯克-阿钦斯克煤田位于克拉斯诺亚尔斯克边疆区的一个煤炭盆地,部分位于克麦罗沃和伊尔库茨克地区。该煤田的特点是厚煤层,一般呈水平状赋存,剥离的岩石相对较软,无论是煤层还是围岩,都适合采用连续生产工艺。

西伯利亚煤炭公司拥有坎斯克-阿钦斯克煤田的3座大型煤矿——别列佐夫斯基、纳扎罗沃斯基和博罗季诺斯基煤矿,都采用了低成本、高效率的连续或半连续开采工艺。别列佐夫斯基煤矿采用带式输送机连续开采工艺,具有生产能力大、升坡能力强、运输距离短、运输成本低等优点。由于覆盖层较薄、剥离量不大,该矿没有采用铁路运输方式,而是配备了少量自卸车用于剥离。博罗季诺斯基煤矿采用传统的铁路运输,早期采用单斗电动挖掘机进行采掘和剥离,近年来广泛采用斗轮挖掘机进行采掘,大大提升了生产效率,而单斗挖掘机则主要用于剥离表土。纳扎罗沃斯基煤矿的工艺与博罗季诺斯基煤矿类似,采用铁路运输,轮斗挖掘机成为采掘和剥离的主力。

3.2.3 库兹巴斯煤田主要采用间断式开采工艺

库兹巴斯煤田位于西西伯利亚的克麦罗沃地区,是世界上最大的矿区之一,有58个井工煤矿和36个露天煤矿。库兹巴斯煤田以硬煤为主,煤层赋存条件复杂,呈倾斜和急倾斜,厚度变化大,适于露天开采的硬煤储量达80亿t以上,生产的煤炭主要用于西西伯利亚、乌拉尔地区和俄罗斯的欧洲部分。根据煤层赋存条件和开采难度,库兹巴斯煤田最利于露天开采,间断式开采工艺在库兹巴斯煤田各露天煤矿占主导地位。

随着采深的不断加大,运输工艺的改进方向是探索新的运输方式,合理组合各种运输形式以及采用新型的采矿和运输设备。库兹巴斯的露天煤矿多采用汽车运输,使用110~180 t翻斗汽车,一个班有80~90辆,年运量达8 000万~9 000万m3;使用自卸车,特别是采用特大载重量翻斗车来发展汽车运输,降低运输费用并相应减少司机和维修人员。改进运输系统的方向则要在深露天煤矿推广应用柴油机无轨机车、输送机列车和带式输送机等连续工艺[7]

4 俄罗斯露天煤矿装备应用

4.1 露天煤矿主要装备特点

(1)穿孔爆破设备以牙轮机为主。早在1960年苏联就已经在露天煤矿中采用大型牙轮钻机及硝铵炸药来提高挖掘硬岩的效率。目前用于露天煤矿在籍的现代钻机有15种以上是国产钻机和进口钻机。牙轮钻机的比重几乎占到50%,完成工作量约占80%。牙轮钻机平均生产能力为150万~200 万m3/a。

(2)采掘装备平均斗容以中型为主。露天煤矿的采掘设备主要有机械铲、吊斗铲、轮斗铲和链斗铲等。单斗挖掘机平均斗容为7.9 m3,其中采煤用挖掘机的平均斗容为5.3 m3,剥离和排土用挖掘机的平均斗容分别为10 m3和9.1 m3。斗容为15~20 m3的大型单斗挖掘机的占比较少,仅为5%左右,70%挖掘机的斗容为4.6~8.0 m3

(3)运输方式以汽车和铁路运输为主。露天煤矿煤炭和剥离物的运输主要依靠汽车运输和铁路运输。汽车运输量占采煤量的46.9%,占剥离量的44.0%左右;铁路运输量占采煤量的46.6%,占剥离量的32.0%左右;带式输送机运量占采煤量5%~7%,占剥离量的1%左右。露天煤矿的铁路机车构成基本稳定,柴油机车占73.5%,电机车占22.5%。汽车运输得到了很大发展,载重110、170 t的自翻车和载重105 t的后卸式煤车进入露天煤矿。

(4)露天煤矿开采装备依赖进口。俄罗斯的煤机装备主要依靠进口,煤炭开采设备平均进口率约为78%,露天煤矿开采设备进口率高达85%左右。露天开采设备中,需要进口的主要有单斗式挖掘机、装载机、钻探机及电铲(25 t及以上)。装载机进口率高达95%,电铲(25 t及以上)进口率为75%以上;钻探机和单斗挖掘机的进口率达到60%和48%左右,属于中等依赖水平。

4.2 露天煤矿主要装备应用

4.2.1 吊斗铲的应用

俄罗斯生产的倒堆设备特点是铲斗容积较小,但线性参数较大。为了满足建设一些特大型露天煤矿的需要,俄罗斯也制造了一些铲斗容积及线性参数都较大的倒堆设备,倒堆机械铲得到一定发展。吊斗铲的铲斗能够容纳大块岩石,在挖掘松散物料时采用大容积铲斗也不会增加维修工作量,同时生产能力能提高10%~20%。

俄罗斯使用较为典型的吊斗铲有3台,1台在纳扎罗沃斯基露天煤矿剥离操作过程中与SRs(K)4000型轮斗挖掘机联合使用;另外2台分别在克拉斯诺亚尔斯克边疆区的别列佐夫卡斯基露天煤矿和库兹巴斯的巴恰茨基露天煤矿使用。近年来,吊斗铲不仅用于无运输开采,也用于有运输开采,还可用于采煤。俄罗斯露天煤矿用最大的迈步式吊斗铲臂长100 m,斗容100 m3,生产能力达1 500万m3/a,用于纳扎罗夫斯克露天煤矿。

4.2.2 轮斗挖掘机的应用

坎斯克-阿钦斯克煤田的3座煤矿开采条件都非常好,对轮斗挖掘机的使用各有特色。如用铁路运输,一般选用生产能力在2 500 m3/h左右的设备;如用带式输送机运输,则采用生产能力在5 000 m3/h左右的设备。别列佐夫斯基煤矿采用轮斗挖掘机开采煤炭,转载到带式输送机上运出,配备的产能最大的轮斗挖掘机是产自亚速机械厂的,生产能力为5 250 m3/h。博罗季诺斯基煤矿的轮斗挖掘机在不同工作面作业,其中最大生产能力为2 500 m3/h。用于纳扎罗沃斯基露天煤矿剥离作业的SRs(K)4000型轮斗挖掘机,最大生产能力为11 000 m3/h,是俄罗斯最大和生产能力最强的轮斗挖掘机。

4.2.3 自卸卡车的应用

近10年来,俄罗斯的汽车运输出现了新趋势,开始使用重型卡车和铲车系统。目前在籍的自卸汽车中,载重量27~40 t的约占70%,75~180 t的约占30%。位于库兹巴斯煤田克麦罗沃州的塔尔丁斯基煤矿有近150辆 Belaz和 Komatsu 自卸卡车,卡车的承载能力为 40~320 t。俄罗斯最大的自卸车是Belaz-75710型自卸车,可载重450 t,在库兹巴斯地区运营,是世界上最大的自卸卡车,行驶最快速度64 km/h,能适应-50 ℃ 低温,也能在50 ℃高温环境下作业,还能承受海拔4 876.8 m工作场地的考验[10]

5 俄罗斯露天煤矿生态保护措施

俄罗斯联邦政府高度重视煤炭工业的环境安全问题,一方面完善、细化环境保护相关法律法规,加强环境监管;另一方面各大煤矿公司积极发展环境保护、资源合理开发与利用等先进技术,减少煤炭开发对环境的负面影响。

5.1 建立资源与生态一体化管理机制

俄罗斯联邦的煤矿区环境管理机构主要是自然资源和生态部,包括10个司和5个联邦级直属机关(2个署、3个局),其职责包含地质调查、矿产资源的利用与保护等,实行决策权、执行权、监督权相分离的机构设置方式。自然资源和生态部作为俄罗斯联邦政府的决策机关,进行自然资源领域国家政策、法律法规的制定与宏观调控;3个联邦局作为饿联邦政府的执行机关,是连接自然资源和生态部与地方单位协调工作的桥梁和政策实施主体,直接或通过联邦局下属单位、各地区资源管理机构对全国资源进行调控和管理;2个联邦署作为俄罗斯联邦政府的监督机关,对自然资源利用与保护实施监督管理,以保证资源的合理利用和可持续发展。在隶属关系上,3个联邦局和2个联邦署是平级关系,隶属于自然资源和生态环境部领导。其中,法律司负责矿产资源法律法规的制定;环境保护与国家政策司、俄罗斯联邦自然资源利用监督署负责自然资源生态环境保护和矿产资源利用监督工作。

俄罗斯联邦自然资源和生态环境保护管理体系采用“部、局、署”三位一体的模式,对俄罗斯的矿产等自然资源进行集中化管理。重视自然资源利用与生态环境保护关系的协调管理,建立了资源与生态一体化管理机制,成立专门的联邦署负责监督工作。管理过程中联邦部、联邦局、联邦署等管理部门之间既相互制约又相互协调,保障自然资源管理的宏观性和公正性。

5.2 完善环境保护相关法律法规体系

俄罗斯涉及环境相关的国家级法律法规包括:俄罗斯联邦矿产资源法、俄罗斯联邦生态评估法、联邦环境保护条例、联邦环境评价法、联邦环境审计条例、联邦特殊保护区、联邦大气环境保护法、联邦生产和消费废弃物法、联邦水利法规、联邦森林法规、联邦土地法规、州环境影响评价法等。俄罗斯法律法规体系较为复杂,不仅有联邦法律统一管理,还有各加盟共和国、州等联邦主体或州级法律。在俄罗斯开展矿业项目,需要遵守包括联邦环境影响评价法、联邦环境保护条例、联邦环境审计条例等联邦法律的相关条例,同时需要遵守各州、地区的州环境影响评价法。

俄罗斯联邦煤炭资源开发及利用过程中的环境保护法律体系以《俄罗斯联邦环境保护法》为根本法,以《俄罗斯联邦生态评估法》为基本法律,遵守联邦法律统一管理的同时还需要遵守各加盟共和国、州等联邦主体或州级法律;制定了生态鉴定制度、生态保险制度等环境管理制度;将“确保煤炭工业的环境安全”确定为《俄罗斯2035煤炭工业发展规划》的7个子规划之一,通过变更《俄罗斯联邦环境保护法》,细化环境保护的法律法规,加大环境污染惩罚力度[11]

5.3 煤矿公司积极探索试验环保措施

各大煤矿集团公司积极与国家监管机构、工会组织等进行互动,参与土地利用、大气环境保护等领域联邦立法框架。每年制定“复垦工作计划”,按照计划进行征地复垦并对完成情况进行考核。高度重视环境保护工作,建立了环保政策和管理体系,每年投入大量环保费用用于土地复垦、生态重建技术创新和环境改善等。与专业机构合作开展调研和项目试点工作,探索水资源、土地资源等环境保护和改善的方案和创新技术。参与森林基金恢复计划,在露天煤矿进行大面积种植,提高土地复垦质量,露天煤矿的生态环境得到改善和修复。

以库兹巴斯采煤公司(JSC“MC”Kuzbassrazrezugol)为例,公司重视在生产过程各阶段遵守环境安全标准,并在大气环境、水资源、土地资源保护方面做了很多积极的努力和尝试。

环境管理体系方面,公司最高管理层负责确定公司在质量、生态和劳动保护领域的政策,包括整个公司的环境安全领域政策和活动的持续改进;中层负责公司各部门的环境安全保障工作;员工操作层面确保场地、设施等的环境安全。

大气环境保护方面,定期组织开展预防措施,包括钻探工作中粉尘抑制和减少灰尘产生,不断改进污染排放净化系统,监测环境保护区、邻近居住区边界的大气质量动态,采用必要的防护调整措施等,以减少污染物排放;参与俄罗斯联邦立法和监管法案,参与防止气候变化和保护生物多样性的项目,提出修改生态和土地利用领域、大气环境保护领域的立法框架倡议。

水资源保护方面,聘请专业机构寻求解决方案,开发废水处理系统,提高废水处理效率,公司共有 26 个污水排放口和 2 个进入地表水体的取水口,根据现有计划,废水与雨水一起通过排水装置被引导至沉淀池,然后经过处理的废水进入水体。

土地利用方面,公司每年制定的“复垦工作计划”通过公司董事会商定后实施,按照计划对征地复垦指标的完成情况和扰动土地复垦指标的执行情况进行控制;参与森林基金恢复计划进行生物复垦,2021年拨款790万卢布,种植面积超过96 hm2的树林,参与库兹巴斯森林基金恢复计划,在克麦罗沃地区的别洛夫斯基区种植66 hm2的针叶树;与俄罗斯科学院西伯利亚分院的联邦煤炭和煤炭化学研究中心合作组织试点项目,在曾开展过采矿和复垦技术阶段的垃圾填埋场,对树木和灌木、草本植物等物种组成进行测试,在约3 hm2的面积上,再现库兹巴斯各个地区的自然、气候和地质条件,恢复生态原貌。

6 对我国露天煤矿发展的启示

俄罗斯露天煤矿的发展历程,为我国露天煤矿的未来发展提供了以下3个方面的经验启示。

6.1 优先发展露天煤矿,提高我国能源安全稳定供应水平

俄罗斯适合露天开采的煤炭资源丰富,煤田地质条件多样,煤层赋存条件良好,多数属于近水平和缓倾斜煤层,仅少量薄煤层和急倾斜煤层。因此无论是苏联时期,还是21世纪俄罗斯煤炭工业恢复发展阶段,俄罗斯均优先大力发展露天煤矿,且露天煤矿生产效率持续提高。虽然我国露天煤矿产量占全国煤炭产量比重从21世纪初的不到5%提高到目前的23%左右,但仍与俄罗斯存在较大差距。建议国家完善相关政策,鼓励优先开发露天煤矿,进一步扩大露天煤矿生产规模,提高我国能源安全稳定供应水平[12-14]

6.2 既要因地制宜也要与时俱进,稳步推动露天煤矿开采工艺多元化

为适应不同的资源赋存条件,当前俄罗斯露天煤矿采用多种开采工艺,既有大量传统的单斗-铁道间断开采工艺,又有先进的连续、半连续和吊斗铲倒堆开采工艺。为了克服单一开采工艺对地质、气候、煤岩条件的应用局限,提高露天煤矿的生产效率,随着露天煤矿向大而深发展,俄罗斯露天煤矿开采工艺不断进化,由传统的间断工艺逐步向半连续、连续以及联合开采工艺转变。因此,一方面,我国露天煤矿应当因地制宜,充分挖掘和发挥传统开采工艺潜力;另一方面,在条件适宜的露天矿区,要与时俱进,积极探索自移式半连续开采工艺、轮斗连续开采工艺、吊斗铲倒堆开采工艺和综合开采工艺等在我国露天煤矿的推广应用[15-17]

6.3 提高露天开采装备研发和制造水平,促进煤炭露天开采产业健康发展

苏联解体以后,俄罗斯陷入了艰难的转型期,装备制造业受到了很大冲击,装备制造业水平大幅下滑,其生产的采装设备普遍存在铲斗容积较小,但线性参数较大的特点。露天煤矿使用的采掘装备平均斗容以中型为主,大型单斗挖掘机的比重仅为5%左右。经济衰退导致俄罗斯煤炭工业投资显著减少,露天煤矿开采设备老化且更新不及时,1998年开始俄罗斯露天煤矿单矿产量出现较大幅度下降,直到近10年才恢复且稳定在煤炭工业改革初期水平。当前,俄罗斯共有露天煤矿130余处,产能500万t/a以下的中小型露天煤矿数量占比达到70%以上。露天开采装备严重依赖进口,露天煤矿开采设备进口率高达85%左右。因此,为促进我国煤炭露天开采产业健康发展,必须进一步提高装备制造水平,提高大型国产露天开采装备可靠性;加强关键核心技术攻关,提高自移式破碎机、轮斗挖掘机等设备国产化水平;加大科技创新力度,研发与我国露天煤矿开发条件相适应的新技术新装备[18-20]

参考文献:

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Research on the development of open-pit coal mines in Russia

NI Kun, WANG Yan, LIU Chuang

(Information Institute of the Ministry of Emergency Management of the PRC, Chaoyang, Beijing 100029, China)

Abstract This paper analyzes the resources and production situation of open-pit coal mines in Russia, summarizes the development process of open-pit coal mining technology in Russia and its technology application in typical regions, sorts out the characteristics of open-pit mining equipment, the application of main equipment, and the main ecological protection measures of open-pit coal mines in Russia. Research has shown that Russia has abundant coal resources suitable for open-pit mining, with proved reserves accounting for over 72% of Russia's total proved coal reserves. The production of open-pit coal mines accounts for over 75% of Russia's total coal production, and open-pit coal mines are a key area for the development of Russia's coal industry. The mining process of open-pit mines in Russia is mainly the wheel bucket continuous mining process, and the non-transport and stacking process is also commonly used. In recent years, there have been new developments in equipment corresponding to mining processes, such as excavators, dump trucks, and bucket shovels. While developing and utilizing coal resources, Russia attaches great importance to environmental safety issues in the coal industry, actively explores institutional settings, laws and regulations, ecological restoration technologies, and makes progress to reduce the negative impact of open-pit coal mine development on the environment.

Keywords Russia; open-pit coal mine; coal production; mining technology; open-pit mining equipment; environmental protection

中图分类号 TD824

文献标志码 A

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引用格式:倪坤,王妍,刘闯. 俄罗斯露天煤矿发展研究[J]. 中国煤炭,2024,50(1):122-130. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2024.01.018

NI Kun,WANG Yan,LIU Chuang. Research on the development of open-pit coal mines in Russia[J]. China Coal,2024,50(1):122-130. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2024.01.018

作者简介:倪坤(1983-),男,内蒙古呼和浩特人,博士,高级工程师,现从事煤炭发展战略研究工作。E-mail:nikun@iiem.ac.cn

(责任编辑 郭东芝)

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