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世界露天煤矿发展综述

时间:2023-08-06 来源:中国煤炭杂志官网 分享:

★ 世界煤炭——世界露天煤矿发展系列研究 ★

编者按:露天开采具有资源回收率高、生产效率高、安全性较好和开采成本低等特点。受相关单位委托,应急管理部信息研究院组织开展了“世界露天煤矿开采技术与装备发展”课题研究,分析了世界主要采煤国家露天煤炭资源及赋存条件,研究了各种典型露天开采工艺和装备的发展现状和趋势,以及各国在露天煤矿开采及生态环境保护领域的具体实践和典型经验,探索提出了与我国露天煤矿发展趋势相适应的露天开采技术与装备发展建议。该研究是应急管理部信息研究院继“新时代世界煤炭工业”课题之后,开展的世界露天煤矿发展系列研究,可为相关部门政策制定、科研单位学术研究和露天煤矿企业高质量发展提供重要参考。《中国煤炭》杂志自2023年第6期起对世界露天煤矿发展系列研究成果进行连载,以飨读者。

世界露天煤矿发展综述

于海旭1,刘 闯2,金 磊1,杜勇志1,李新鹏1,卑若楠1

(1. 国能宝日希勒能源有限公司,内蒙古自治区呼伦贝尔市,021000;2. 应急管理部信息研究院,北京市朝阳区,100029)

摘 要 采用定性和定量相结合的方法比较分析了世界主要露天采煤国家在露天煤炭资源分布、生产现状、开采技术、装备发展和环境保护等方面的特点及其经验。结果表明,国外优先发展露天开采,露天煤矿向大型化、集约化、高效化发展,露天煤炭开采工艺呈现连续化、综合化特征,开采装备向大型化、智能化、电动化和节能环保方向发展,在资源开发同时,坚持以“恢复原有生态功能”为原则进行采后土地生态功能的恢复。我国露天煤炭产量已超过世界其他任何一个国家的煤炭总产量,且露天煤矿生态环境保护经历了跟跑、追赶和超越3个阶段。展望未来,我国露天煤矿应进一步扩大产量规模和开采集中度,重点发展自移式半连续开采工艺,提高国产设备使用规模,推进露天开采与生态重建一体化,提高生态建设效果和质量。

关键词 世界露天煤矿;煤炭资源开发;技术与装备;环境保护;政策性建议

0 引言

20世纪以来,伴随全球经济快速发展,人类对石油、煤炭等化石能源的需求经历了快速增长,同时,世界露天煤炭事业迅速发展,在工艺技术革新、机械设备制造等方面取得重大成就。在全球范围内,露天开采的煤炭产量持续、稳定、快速增长,在煤炭总产量中所占比重不断增大;各主要煤炭生产国家通过优先发展露天煤矿扩大本国煤炭产能及产量,各国露天开采比例普遍提升,露天煤炭工业实现了跨越式发展。我国露天开采煤炭产量已超过其他产煤国家露天煤矿煤炭产量,跃居世界第一位。与此同时,各国纷纷探索以节能环保及循环经济为核心的绿色开采技术,在实现露天煤炭资源规模化、集约化开发的同时,更加注重资源综合利用、环境友好及矿山的可持续发展。当前,世界先进露天煤矿正在向绿色、安全、高产高效、智能化及智慧化的方向发展。

1 露天煤矿发展优势及现状

露天开采具有资源回收率和生产效率高、安全性较好和开采成本低等特点,在世界固态矿产资源开采中得到广泛采用,占全球固态矿产资源开采总量的80%以上。特别是20世纪60-80年代,随着全球经济发展,对煤炭的需求大幅增加,露天采煤量占世界总采煤量的比例逐步提升,全球煤炭产量增加量的75%由露天煤矿贡献。美国、俄罗斯、印度等几个主要采煤国家大力发展露天采煤事业,露天采煤比例基本都在50%以上。

1.1 露天开采具有井工开采不可比拟的优势

和井工开采方式相比,露天开采安全性较高、经济性好、资源回收率高、对环境长期影响小。露天开采基本不存在瓦斯和煤尘爆炸、煤与瓦斯突出等地质灾害,以露天开采为主的国家,安全生产状况明显好于以井工开采为主的国家,2021年美国煤矿百万吨死亡率0.019、澳大利亚煤矿百万吨死亡率0,均低于我国的0.043。世界露天煤矿开采成本约为井工开采的50%,劳动生产率约为井工开采的5~25倍,美国、澳大利亚、德国露天煤矿生产效率处于世界先进水平,我国露天煤矿平均生产效率为1.47万t /(a·工),处于中等向先进迈进的水平。露天煤矿平均产量是井工煤矿的3倍以上,露天煤矿在煤炭开采的同时能完成共伴生矿物的回收,无需额外掘进和增加采矿工程量。露天煤矿开采对生态环境的长期影响小,资源回收率是井工开采的1.5倍以上,动用地质储量少,通过生态环境治理,开采后的采场、排土场可以恢复甚至超过原矿区生态[1-2]

1.2 国外主要产煤国家优先发展露天煤矿

国外主要产煤国家煤炭资源大多埋藏浅、厚煤层多,适合露天开发的煤炭资源储量高,依据本国煤炭赋存条件优先发展露天开采。同时,大部分国家的煤炭开发政策对露天煤矿开采起到了至关重要的作用。如美国、德国、加拿大等国家早在20世纪20年代就出台了煤炭资源管理开发政策法规,有力推动了露天开采规模的扩大;澳大利亚颁布的《煤炭开采法》促进了昆士兰州和新南威尔士州煤炭工业的发展;印度尼西亚、南非等国家在20世纪中后期出台、修订煤炭法律法规,利用煤炭资源优势,大力开发露天煤矿[3]

近百年以来,国外露天煤矿经历了快速发展到平稳提升3个主要阶段:1913-1980年,发达国家露天煤矿产量年平均增长速度为4.19%,露天煤矿产量比重超过井工煤矿,露天煤矿进入快速发展阶段;1981-2000年,部分发展中国家露天煤炭产量较快增长,露天煤矿生产进入存量发展阶段;2001-2021年,露天煤矿煤炭产量年平均增长速度2.58%,露天煤矿进入平稳提升阶段。2021年国外产煤国家露天煤矿产量约32亿t,约占全部煤炭产量的81%;11个主要产煤国家的露天煤矿产量占比在50%以上,其中印度、印度尼西亚、德国、加拿大露天煤矿煤炭产量占比在90%以上;澳大利亚、俄罗斯露天煤矿煤炭产量占比在70%~90%之间;美国、南非、哈萨克斯坦露天煤矿煤炭产量占比在50%~70%之间。1913-2021年国外煤炭总产量、露天煤矿产量及其占比[1-4]如图1所示。

图1 1913-2021年国外煤炭总产量、露天煤矿产量及占比变化

1.3 我国露天煤炭产量已超过世界其他任何一个国家煤炭总产量

我国露天煤矿经历了低位波动到加速发展的百年历程。2000年以前,我国露天煤矿发展缓慢,煤炭产量长期保持低位,占比3%~4%。21世纪以来,特别是2003年以后进入大发展阶段,大批千万吨级现代化露天煤矿集中建设投产,2003-2021年我国露天煤矿煤炭产量增长了约6.3倍,露天煤矿的平均产量是井工煤矿的3.2倍。2021年我国露天煤矿煤炭产量9.5亿t,占我国煤炭总产量的比重为23%,已超过世界其他任何一个国家的煤炭总产量。2021-2022年,为保证我国国内煤炭市场供应,露天煤矿产能迅速提高,为全国煤炭保障供应提供了约70%的产量,为快速缓解我国阶段性煤炭供应短缺、保障我国煤炭长期稳定供应和国家能源安全做出了重要贡献[5]。1913-2021年我国煤炭总产量、露天煤矿产量及占比变化[5-6]如图2所示。

图2 1913-2021年我国煤炭总产量、露天煤矿产量及占比变化

2 世界露天煤炭资源丰富且相对集中

2.1 世界主要产煤国家露天煤炭资源丰富且赋存条件好

2020年,全球适合露天开采的探明煤炭储量约6 000亿t,占煤炭探明总储量的30%左右。从绝对量看,美国和澳大利亚适合露天开采的探明储量超过1 000亿t,美国位列第一。从占比看,德国和印度尼西亚现有开采资源全部适合露天开采;适合露天开采的煤炭资源占比接近及大于50%的国家是俄罗斯、澳大利亚、印度、德国、印度尼西亚、哈萨克斯坦、加拿大。国外主要产煤国家适合露天开采的煤炭资源赋存条件优越。美国适合露天开采的煤炭资源赋存埋藏浅、剥采比大,整体结构简单;澳大利亚适合露天开采的煤炭资源几乎未被构造扰动,煤层埋藏浅、厚度大,产状近于水平;俄罗斯适合露天开采的煤炭资源埋藏浅、储量高;加拿大适合露天开采的煤炭资源层数多、厚度大[7]

2.2 主要产煤国家适合露天开采的煤炭资源分布相对集中

2020年,适合露天开采的世界煤炭可采资源储量约2 700亿~3 200亿t,且分布相对集中。

(1)从全球看,95%以上的露天煤炭储量分布在北半球,主要有美国、澳大利亚、德国、俄罗斯、波兰、中国等,其中美国、俄罗斯、德国适合露天开采的总储量约占世界露天开采总储量的70%。2020年世界各国露天煤炭可采储量占比如图3所示[8]

图3 2020年世界各国露天煤炭可采储量占比

(2)分国家看,美国适合露天开采的煤炭储量75%分布在密西西比河以西的怀俄明州、伊利诺伊州和蒙大拿州等地区;俄罗斯适合露天开采的煤炭储量98%分布在乌拉尔以东地区;德国适合露天开采的次烟煤和褐煤92%分布在西部的莱茵河地区、8%分布在东部地区;我国90%以上的露天煤炭资源分布在新疆、内蒙古、山西、云南等地区;印度露天煤炭资源主要分布在西孟加拉邦、恰尔肯德邦、比哈尔邦等地区。

(3)分煤种看,适合露天开采的煤炭储量中褐煤略多于硬煤,俄罗斯褐煤储量占83%,德国等中东欧国家几乎全部是次烟煤和褐煤,我国适合露天开采的煤种以褐煤、次烟煤为主,美国适合露天开采的硬煤储量占83%。

2.3 我国露天煤炭资源占比低且赋存条件相对较差

我国露天煤炭资源占比较低,适合露天开发的煤炭资源占煤炭资源总量的比重为10%~15%,主要集中分布在我国五大煤炭基地中的晋北地区、神东地区、蒙东地区、新疆地区,云贵和陕北地区也有一定的露天煤矿资源。

与国外相比,我国露天煤炭资源赋存条件相对较差且复杂多变,不同分布区域的自然气候特征、矿床地质条件以及煤质(种)都有很大差异。从自然条件看,我国露天煤矿主要分布在蒙东草原地区,神东、晋北高原地区和新疆戈壁荒漠地区,自然气候条件多样。从地质条件看,我国露天煤田(矿)绝大多数为倾斜或急倾斜复合煤层,煤层厚度从不足10 m到超过100 m不等,煤及覆盖岩层硬度范围从松软到坚固不等。从煤种看,我国适合露天开采的煤种以褐煤、长焰煤、不粘煤为主,其中蒙东地区以褐煤为主,晋北地区以气煤为主,神东地区以长焰煤为主,新疆地区以不粘煤、长焰煤为主。目前,内蒙古、山西、云南、陕西、黑龙江适合露天开发的资源基本上已经得到开发,并建设了新的露天煤矿,新的适合大型、特大型露天煤矿开发的资源较少;未来新建露天煤矿将主要集中在新疆[9]。我国五大煤炭保供基地适合露天开采的主要资源情况见表1。

表1 我国五大保供基地适合露天开采主要资源情况

基地地区矿区资源情况地质储量/Mt可采储量/Mt山西煤炭保供基地晋北地区平朔矿区平朔矿区适宜于露天开采的储量丰富,煤层赋存深度为100~200 m,厚度大,煤层结构、水文地质条件简单,剥采比4.91~5.60 m3/t,勘探程度高,适宜大型露天开采3 535.342 799.36蒙西煤炭保供基地神东地区准格尔矿区准格尔矿区储量丰富,埋藏浅,煤层厚、赋存稳定、倾角小,水文地质条件简单、煤质优良、勘探程度高、剥采比4.95~8.50 m3/t,开采条件优越,具备建设大型露天煤矿群的资源条件6 925.036 067.84蒙东煤炭保供基地蒙东地区17个矿区胜利矿区、伊敏河矿区、白音华矿区、宝日希勒矿区、诺门罕矿区、霍林河矿区资源丰富;其他矿区资源相对较少45 963.8036 611.94新疆煤炭保供基地新疆地区14个矿区吐哈区三塘湖矿区、大南湖矿区、托克逊黑山矿区、准噶尔区五彩湾矿区、大井矿区、将军庙矿区、西黑山等矿区资源量丰富;其他矿区资源量相对较少127 386.8084 333.53其他地区云贵地区小龙潭矿区资源量丰富,地质构造简单,水文地质条件较好,煤层不稳定;昭通矿区煤质较差,开发经济性相对较差2 780.80709.45宁东地区石炭井矿区适合露天开采储量较少,煤质条件好,勘探程度高,开发历史较长,剥采比达10 m3/t以上174.88129.37

3 露天煤矿生产开发现状

3.1 世界露天煤矿生产结构以大型化为主

世界露天煤矿生产结构以大型化为主。工艺技术进步和自动化装备的应用使得世界各国露天煤矿规模化优势明显。2020年,美国生产规模1 000万t/a以上的大型露天煤矿产量占比54%以上;澳大利亚生产规模1 000万t/a及以上的露天煤矿产量和数量占比分别为46.3%和19.4%;德国露天矿生产规模均在400万t/a以上,1 000万t/a以上的露天煤矿产量和数量占比分别为80.7%和55.6%;南非生产规模400万t/a以上的露天煤矿产量和数量占比分别为64.92%和24.07%。世界露天煤矿生产结构基本符合“二八定律”,如2020年产能400万t/a以上的大型露天煤矿数量约占世界露天煤矿的20%,其煤炭产量约占全部煤炭产量的80%;产能400万t/a以下的中小型露天煤矿数量占比约80%,煤炭产量占比约20%。2020年世界露天煤矿生产结构[10]见表2。

表2 2020年世界露天煤矿生产结构

煤矿产能/(万t·a-1)露天煤矿数量/处露天煤矿数量占比/%露天煤矿产量/亿t露天煤矿产量占比/%>2 000382.6311.2229.021 000~2 000644.438.3221.51400~1 00016511.4110.0626.01<400 1 17981.539.0823.46

3.2 主要产煤国家露天煤矿生产主体高度集约化

国外主要露天煤炭生产国基于国家政策导向、市场自由竞争等原因,露天煤矿集约化程度高,生产主体高度集中在2~7家公司。第1类是集中度最高的德国、波兰,1~2家公司控制全国接近100%的露天煤炭产量;第2类是印度(由于国家政策的原因)、哈萨克斯坦、加拿大,露天煤炭生产集中在前2~3家公司,其露天煤炭产量占全国的比重在80%以上;第3类是美国、澳大利亚、俄罗斯、南非,露天煤炭生产集中在前4~6家公司,其露天煤炭产量占全国的比重为60%~70%;第四类是印度尼西亚,集中度较前3类国家稍有降低,前7家公司露天煤炭产量占全国的比重接近60%。我国露天煤矿生产主体主要有4家,产量占全国露天煤炭产量的比重达到63.9%,与第3类国家相似,处于中等偏下水平,和主要露天产煤国家有一定差距。2020年世界主要产煤国家露天煤矿生产主体集中度[11-15]见表3。

表3 2020年主要产煤国家露天煤矿生产主体集中度

国家生产主体数量/家露天煤矿产量/万t占比/%波兰18 142.099.9德国214 530.799.8印度263 089.688.8加拿大35 000.084.5哈萨克斯坦37 560.081.4澳大利亚527 909.870.6美国510 372.369.2中国452 400.063.9俄罗斯619 577.061.3南非58 532.060.1印度尼西亚727 747.559.9

3.3 世界露天煤矿生产效率呈上升趋势

20世纪80年代以来,世界煤炭工业生产效率快速提高,主要产煤国家露天开采效率也成倍提升。美国露天煤矿生产效率由1990年的5.39 t/(工·h)提高到2020年的9.29 t/(工·h),远高于井工煤矿的3.27 t/(工·h);俄罗斯露天煤矿生产效率由1994年的175 t/(工·月)上升到2019年的399 t/(工·月)。1990-2020年美国露天煤矿、井工煤矿、全国煤矿平均生产效率变化如图4所示。

图4 1990-2020年美国露天煤矿、井工煤矿、全国煤矿平均生产效率变化

2020年世界主要产煤国家中,美国、澳大利亚、德国露天煤矿生产效率处于世界先进水平,俄罗斯、加拿大、南非、印度、哈萨克斯坦露天煤矿生产效率为中等水平,我国露天煤矿生产效率处于中等向先进迈进的水平,部分露天煤矿生产效率已达到世界领先水平。2020年世界主要产煤国家主要煤田典型露天煤矿生产效率[11-15]见表4。

表4 2020年世界主要产煤国家主要煤田典型露天煤矿生产效率

国家煤田典型露天煤矿生产效率/(万t·a-1·工-1)美国波德河煤田卡巴罗煤矿6.21澳大利亚吉普斯兰煤田罗扬煤矿4.67德国莱茵煤田汉姆巴赫煤矿2.32俄罗斯别列佐夫斯基煤矿0.48加拿大萨斯克彻温煤田埃斯特万煤矿1.54

续表4

国家煤田典型露天煤矿生产效率/(万t·a-1·人-1)南非威特班克煤田高杰万登煤矿2.00印度科尔巴煤田库斯曼达煤矿2.09哈萨克斯坦埃基巴斯图兹煤田勇士煤矿0.71中国平朔煤田安太堡露天煤矿4.42

注:我国露天煤矿员工生产效率来自中国煤炭工业协会;国外是全员效率,来自全球能源监测 (The mission of Global Energy Monitor,GEM)

4 露天开采技术与装备发展趋势

4.1 露天开采工艺呈现连续化、综合化趋势

世界各国露天煤矿早期以单一开采工艺为主。美国和加拿大以单斗-卡车开采工艺和吊斗铲倒堆开采工艺为主;澳大利亚硬煤资源主要采用无运输倒堆和单斗-卡车间断开采工艺,褐煤资源主要采用轮斗连续工艺开采;德国、波兰、捷克等国广泛采用轮斗连续工艺;俄罗斯煤田赋存条件相对复杂,采用间断、半连续、连续多种开采工艺;印度单斗-卡车开采工艺和吊斗铲倒堆开采工艺采用最为广泛;南非主要采用单斗-卡车工艺和吊斗铲倒堆工艺的综合开采工艺组合。随着露天煤矿开采高度集中化,开采范围不断扩大,开采深度日益增加,大型、特大型露天煤矿根据自身地质资源条件,充分发挥各自开采工艺的优势特点,以间断式、半连续式及连续式为主,逐步向综合工艺趋势发展。世界主要露天采煤国家主要开采工艺及装备[16]见表5。

表5 主要露天采煤国家主要开采工艺及装备

国家煤田开采工艺开采装备美国波德河煤田大型特大型露天矿,南部吊斗铲倒堆开采工艺为主,北部以单斗卡车工艺为主美国是采矿装备制造强国,主要自主生产制造吊斗铲、电铲、卡车等间断工艺装备加拿大东库特奈煤田单斗卡车工艺采矿装备主要依赖从美国进口,主要采用卡特彼勒公司装备澳大利亚博文煤田吊斗铲倒堆工艺或上部单斗卡车、下部吊斗铲倒堆工艺采矿装备主要依赖从美国、日本、德国进口,近年也从我国进口部分设备,如徐工集团德国莱茵煤田特大型露天煤矿,轮斗连续开采工艺采矿装备制造强国,主要自主生产制造轮斗挖掘机、破碎机等连续、半连续工艺装备俄罗斯新库兹涅茨克煤田(库兹巴斯煤田)主要以大型特大型深凹露天煤矿为主,以单斗卡车工艺、单斗(轮斗)铁道工艺为主,部分露天矿下部采用吊斗铲倒堆工艺有一定的采矿装备制造能力,如吊斗铲、电铲、电机车、卡车等,但设备尺寸参数较小,近年来采矿装备以进口为主,从美国、日本进口设备,随着我国装备制造企业崛起,太重集团、徐工集团等企业装备也不断进入俄罗斯市场印度辛格劳利煤田上部单斗卡车工艺,下部吊斗铲倒堆工艺主要设备依赖进口,俄罗斯、美国、德国、日本设备均有,印度自身具有一定设备仿制能力南非威特班克煤田大型特大型露天矿,吊斗铲倒堆工艺为主主要设备依赖进口,以美国、日本、德国设备为主。近年来,随着我国装备制造企业崛起,我国矿山设备大量进入南非市场中国宝日希勒单斗挖掘机自卸卡车地面半固定破碎站胶带输送机半连续开采工艺单斗挖掘机、装载机、自卸卡车、平路机、推土机等

4.2 露天开采装备向大型化、智能化、电动化和节能环保方向发展

20世纪70年代,国外露天矿山开采装备由机械化向自动化、大型化转变,到90年代中期自动化水平迅速提升。与此同时,美国、澳大利亚等国开启矿山智能化建设,美国卡特彼勒和日本小松公司作为无人驾驶卡车的主要供应商,市场占有率达到86.5%。截至2022年,世界范围内露天矿山运营的无人驾驶卡车共1 068辆,其中澳大利亚706辆。随着践行环保理念的不断深入,露天装备向电动化和节能绿环保方向发展。2018年卡特彼勒公司开始专注于电动化研发,并于2022年推出2款纯电挖掘机和2款纯电装载机,致力于为客户打造全电动采矿车队和零排放矿场。英美资源集团提出“未来智能采矿”计划,提供氢发电解决方案,实现卡车的燃料替换。美国、加拿大、墨西哥、俄罗斯等国家液化天然气混合动力运行已经在大容量采矿自卸车上使用[1]

目前,我国大型化装备已经基本实现国产化。太重集团研制的斗容75 m3WK75单斗挖掘机是目前世界最大的矿用电铲挖掘机;徐工集团生产的XDE4000型矿用自卸卡车载重量达到400 t;外包设备配的液压挖掘机斗容由1~3 m3提高到4~6 m3,卡车载重由20~30 t提高到40~60 t,几乎全部实现了国产化;中信重工已可以生产处理能力达9 000 t/h的破碎站,用于破碎露天煤矿的各种矿岩,基本能满足国内特大型露天煤矿矿岩的破碎需求。

4.3 露天煤矿开采装备制造商兼并整合集中化发展

20世纪80年代中期以来,国外露天煤矿生产规模、特别是单矿煤炭产量扩张逐渐达到顶峰,露天煤矿产量进入平台期,对开采装备的使用要求不断提高,推动采矿装备制造商走上并购重组之路。日本小松兼并了美国P&H、久益(Joy)和法国蒙特贝(Montabert)公司,美国卡特彼勒兼并比塞洛斯等传统露天矿用设备大厂商,利用自身优势技术优化整合原有品牌设备。经过几十年的市场竞争和兼并,国外露天开采装备企业按收入排序主要有美国卡特比勒、日本小松、德国利勃海尔、日本日立建机、瑞典山特维克、芬兰美卓奥图泰和瑞典安百拓等公司,2021年各公司市场份额依次为13.8%、10.9%、4.1%、3.8%、3.1%、2.3%、2.3%。

5 露天煤矿生态环保建设发展现状

5.1 发达国家矿山生态环保领域立法严格、机构完善、资金充足

国外发达国家在矿山地质环境研究与保护方面起步较早,矿产资源开发与环境保护的法律法规体系完整、要求严格。美国最早的环境保护法规可追溯到1872年的《黄石国家公园法》,德国的《联邦自然保护法》发布于1935年。20世纪60年代以后,美国、澳大利亚、加拿大、德国等国家开启“从污染到治理”的发展模式,出台了一系列矿山环境保护法律法规,实施开采复垦一体化,边开采边复垦,土地复垦率普遍较高。美国等国家政府设立专门机构对矿区复垦进行管理,如美国的露天采矿与复垦办公室、加拿大的国家遗弃/废弃矿山倡议(NOAMI)委员会。发达国家矿山土地复垦资金来源明确稳定,美国的资金来源于国库设立的复垦保证金,澳大利亚向开采者征收土地复垦保证金,根据复垦效果情况随时调整保证金缴纳比例。

5.2 国外露天煤矿资源开发遵循“恢复原有生态功能”原则

国外主要露天煤矿生态环保贯穿于露天煤矿的整个生命周期,强调煤矿开发后能够恢复为扰动之前的生态功能,生态修复与采矿工程一体化。美国、澳大利亚、加拿大、德国等国家颁布的露天采矿相关法律法规规定,采后土地必须恢复到原来状态,不低于原有的生态水平。将环境影响评价的审查和通过作为采矿权审查和授予的前提条件,资源开发环境影响评价的具体要求由相关的采矿法提出。国外矿山生态环保技术注重采前调查、采中监测、采后管护。运用先进技术做好采前准备,对所有潜在环境影响进行鉴别和分析;运用土壤管理、粉尘监测技术做好开采过程中的生态环保工作;运用复垦技术做好采后土地生态功能恢复工作,包括地貌重塑、水文恢复、土壤结构优化、植被重建等[10-11]

5.3 我国露天煤矿生态环境保护经历跟跑、追赶和超越阶段

我国露天煤矿生态建设经历了“跟跑”“追赶”和“超越”3个主要阶段,从小规模土地复垦的初级阶段到被动土地复垦转变为主动生态产业链建设,再到土地复垦和植被恢复单一发展模式转变为生态重建及农作物、动植物养殖等多元化生态产业发展模式。2022年8月1日起施行的《中央企业节约能源与生态环境保护监督管理办法》中明确了中央企业节约能源与生态环境保护工作的4项原则,大型露天煤矿应发挥中央企业绿色低碳建设引领作用,“坚持绿色低碳发展”“坚持节约优先、保护优先”“坚持依法合规”“坚持企业责任主体”,科学合理制定实施碳达峰碳中和规划和行动方案,服务国家“双碳”战略。

6 对我国露天煤矿发展的启示及相关政策性建议

6.1 扩大我国露天煤矿产量规模

经过百年发展,我国露天开采的煤炭产量已超过美国、澳达利亚等其他国家的露天开采煤炭产量,露天煤炭开采具备了较好基础。但与国外主要露天开采国家相比,我国露天煤矿开采的占比仍偏低,存在较大差距。在实现中国式现代化进程中,煤炭兜底保障基础性作用将持续发挥,露天煤炭资源开采在统筹我国能源安全稳定供应方面将发挥重要作用。一是要加大勘探力度,增加可供露天开采的煤炭资源储量;二是扩大露天煤矿产量规模,提高露天煤矿产量占我国煤炭总产量的比重;三是发挥露天开采在安全生产与职业健康、资源回收率、劳动生产率、生产成本等方面的特殊优势,推进露天煤矿高质量发展,保障我国煤炭稳定供应和国家能源安全。

6.2 提高我国露天煤炭开采集中度

与世界露天煤矿生产结构“二八定律”相比,我国露天煤矿生产结构中,虽然大型、特大型露天煤矿占比高于国外其他国家,但我国露天煤矿生产开发主体和中小型露天煤矿数量仍然较多,需进一步提高露天煤炭开采集中度。一是加强露天煤炭资源开发规划,整装煤田统一规划、统一开发,减少矿权设置数量;二是加强大型生产开发主体在同一煤田或同一矿区开发,集中资金、技术和人才力量,有序新建资源条件较好的大型露天煤矿;三是推动中小型露天煤矿资源整合、兼并重组,提高规模化现代化水平,减少煤炭资源浪费,避免矿区资源无序混乱开采;四是推进大型和特大型现代化露天煤矿建设,通过智能化开采和规范化管理,提高露天煤矿安全水平。

6.3 重点发展以单斗-卡车和自移式半连续开采工艺为主的综合工艺

和欧美露天煤炭资源条件好的国家相比,我国露天煤矿开采条件较复杂,开采工艺无法简单套用国外模式。我国露天煤矿在单斗-卡车开采工艺的基础上,对多种综合开采工艺进行了尝试,由工艺单一化向综合化转变,由传统单斗-卡车工艺为主向半连续工艺为主的综合工艺转变。以单斗-卡车工艺作为综合开采工艺的组成部分,与带式输送机、破碎机组成半连续工艺,得到越来越广泛的应用,成为我国露天煤矿剥离和采矿工程的发展趋势。未来,我国应当发展以半连续工艺为主的综合开采工艺,尤其是灵活性高、适应性强、开采成本低的自移式半连续开采工艺。

6.4 提高国产设备在我国露天煤矿的使用规模

我国露天装备制造经过多国引进、多国合作、国内组装、自主创新等100余年的发展,整体水平得到很大提升,但关键技术和核心零部件仍依赖进口,智能化、清洁化处于探索试验阶段,经济效益不明显。要尽快提升国产露天采矿技术装备水平,一是应对露天采矿装备核心技术瓶颈进行集中攻关,包括大型采装设备、运输设备动力总成、传动部件、电控系统、特种钢组件,提高国产半移动破碎站的性能和可靠性,对大型自移式破碎机进行国产化技术攻关,尽早实现国产化替代;二是更新矿山机械产品的开发理念,逐步推动露天矿山设备配套全球化、功能模块化、控制自动化、操作人性化,逐步提高国产设备国产化率;三是推动智能化、清洁化装备集群化发展,引进或联合研发生产智能化、清洁化装备和运行系统,如无驾驶室矿用卡车、纯电动矿用卡车等,借智借势集中攻坚,提高设备能力和系统运行效率,实现降本增效;四是随着我国现有露天煤矿进入存量发展阶段,露天煤矿装备制造厂商要进行兼并重组整合,实现集中化发展。

6.5 推进我国露天开采与生态重建一体化

与国外相比,我国露天煤矿生态建设从理念、技术等方面经历了“跟跑”“追赶”到部分“领跑”阶段,但在完善立法、资金保障、机构设置等顶层设计方面和国外先进露天煤矿生产国家相比还有一定差距,今后应在以下几个方面加强。一是出台专门的矿山土地复垦法,针对矿区扰动土地复垦制定明确、成体系且可操作性强的法律法规;二是完善矿山土地复垦资金保障体系,针对各类矿区的土地复垦建立专门的资金体系,提高缴纳标准、比例,明确使用范围和管理权限等,避免资金不足、管理不善掣肘矿区土地复垦;三是设立独立的矿山复垦监管机构,矿区复垦工作涉及土地、林业、环保等多个部门,设立独立的监管机构,统一对矿山土地复垦过程及成果进行有效监督和验收,可以提高生态建设效果和质量。

参考文献:

[1] 应急管理部信息研究院.世界煤炭工业发展研究(2020)[M].北京:应急管理出版社,2021.

[2] 李锡林. 世界煤炭工业发展报告[M].北京:煤炭工业出版社,1999.

[3] 张智明,苏信旭,陆伯,等.海外煤炭资源开发前景研究 [M].北京:煤炭工业出版社,2011.

[4] 王显政.当代世界煤炭工业[M].北京:煤炭工业出版社,2011.

[5] 中国煤炭学会露天开采专业委员会,中国煤炭学会露天开采专业委员会,煤炭工业规划设计研究院有限公司.中国露天煤炭事业发展报告(1914-2013)[M]. 北京:煤炭工业出版社,2010.

[6] 国家统计局能源统计司. 中国能源统计年鉴(2021)[M]. 北京: 中国统计出版社, 2022.

[7] 张泓,晋香兰,李贵红,等. 世界主要产煤国煤田与煤矿开采地质条件之比较[J].煤田与地质勘探,2007(12):1-9.

[8] BP公司. BP世界能源统计年鉴(2022)[R]. 英国伦敦:BP公司,2022.

[9] 王建国. 我国煤炭资源合理开发与现代化露天开采技术[J].采矿技术,2006(9):59-61.

[10] EIA. Annual coal report (2021) [R]. Washington:EIA, 2022.

[11] Innovation and Science Australia. Australia 2030: prosperity through innovation [R/OL]. Canberra: Australia Government, 2017. https://www.industry. gov.au/sites/default/files/May % 202018/document/pdf/australia-2030-prosperity-through-innovation-full-report. pdf? acsf_files_redirect.

[12] Department of Industry, Science and Resources. Res-ources and Energy Quarterly [EB/OL].(2020-12-24)[2022-12-8]. https: //www.industry. gov.au/.

[13] Office of the Chief Economist. Coal in India 2021[R]. Canberra: Department of Industry, Science and Resources, 2022.

[14] Ministry of Coal (Government of India). Technology Roadmap for Coal Sector[R]. New Delhi: Ministry of Coal (Government of India), 2022.

[15] GANIN A R, SAMOLAZOV A V, DONCHENKO T V. Development strategy and new line of mining excavators manufactured by IZ-KARTEX (OMZ Group)[J]. Russian Mining Industry, 2012(4):10-12.

[16] Global Energy Monitor. GEM Wiki[EB/OL]. (2020-12-24)[2022-12-8]. https://www.gem.wiki/Category:Coal_mines.

Overview of the development of open-pit coal mines in the world

YU Haixu1, LIU Chuang2, JIN Lei1, DU Yongzhi1, LI Xinpeng1, Bei Ruonan1

(1. China Energy Baorixile Energy Co., Ltd., Hulun Buir, Inner Mongolia 021000, China;2. Information Institute of Ministry of Emergency Management of PRC, Chaoyang, Beijing 100029, China)

Abstract The characteristics and experiences of major open-pit coal mining countries were compared and analyzed in terms of open-pit coal resource distribution, production status, mining technology, equipment, and environmental protection by using a combination of qualitative and quantitative analysis methods. The results show that foreign countries prioritize the development of open-pit mining, and open-pit coal mines are developing towards large-scale, intensive and efficient, and the open-pit mining technology presents a continuous and comprehensive trend, and the mining equipment is developing towards large-scale, intelligent, electric and energy-saving environmental protection, and the land ecological restoration after mining is based on the principle of restoring original ecological functions during resource development. China's open-pit coal production has exceeded the total coal production of any other country in the world, and the ecological environment protection of open-pit coal mines in China has gone through three stages: following, catching up, and surpassing. Looking forward to the future, China's open-pit coal mines should further expand their production scale and mining concentration ratio, focus on the development of semi-continuous mining technology with self-moving crusher, improve the use scale of domestic equipment, and promote the integration of open-pit mining and ecological reconstruction, improve the effects and quality of ecological construction.

Keywords world open-pit coal mines; coal resources development; technology and equipment; environmental protection; policy recommendations

中图分类号 TD824;TD99

文献标志码 A

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引用格式:于海旭,刘闯,金磊,等. 世界露天煤矿发展综述[J]. 中国煤炭,2023,49(6):116-125. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.06.017

YU Haixu, LIU Chuang, JIN Lei, et al. Overview of the development of open-pit coal mines in the world[J]. China Coal,2023,49(6):116-125. DOI:10.19880/j.cnki.ccm.2023.06.017

作者简介:于海旭(1971-),男,内蒙古呼伦贝尔人,工程硕士,高级工程师,研究方向为机械工程及智能化建设。E-mail:11550457@chnenergy.com.cn

通讯作者:刘闯(1988-),男,江苏沭阳人,博士,高级工程师,主要从事国内外煤炭发展研究。E-mail:lchyn2006@126.com

(责任编辑 郭东芝)

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