露天采煤安全技术发展与展望

1958年后，国家大力发展露天采煤，并着手开始平朔、元宝山、霍林河等大型露天煤矿的筹建工作。为适应露天采煤事业的发展，国家决定加强露天采煤技术的研究力量。1965年科研人员发展到近100人，1985年煤炭科学研究总院抚顺分院成立露天采煤安全研究所，并投资装备了边坡岩石力学、边坡岩体变形监测及仪表、轮斗挖掘破碎机理、爆破震动测试、矿山设备性能测试、计算机信息中心等试验室。

47年来，露天开采安全研究所在开采工艺、采矿设备更新换代、爆破技术及器材、边坡稳定性及边坡变形监测技术、计算机技术在露天矿山的应用、露天矿生产的监控技术、地质灾害及环境评价等方面，进行了大量的研究工作，共完成各类科研课题150余项，为矿山安全高效生产提供了可靠的技术保证，为我国露天采煤技术的发展做出了贡献。

尤其是1981年至今，共完成各类课题110余项，是前24年的2.7倍，其中有32项成果获得国家、省、部级科技进步奖。

1采矿工艺、装备、爆破技术及器材的研究

1．1采矿工艺

20世纪50年代露天开采安全研究所先后完成了抚顺西露天矿技术改造方案设计，海州露天矿开拓方式、开采方法的研究，露天水力机械化采煤的研究等。

1963年——1965年会同中国矿业大学、沈阳煤矿设计院等单位踏勘了西部四省的31个矿点，规划了17个露天煤矿，研究确定了技术发展方向、开拓开采方式和工艺技术等，为80年代我国露天煤矿的建设发展打下了基础。

60年代中期，进行了平朔矿区开采工艺技术的研究，提出了年产量500~1000万t的开拓开采方案。方案中包括连续工艺、铁道运输工艺、吊斗电铲、内部排土等多种联合工艺，是我国第一次进行特大型露天煤矿开采工艺技术的研究，其技术水平达到了当时的世界水平。

为了配合五大露天煤矿的开发建设，承担了煤岩切割阻力测试技术、元宝山露天矿地下水疏干方法、北方严寒地区防止剥离物料粘车、粘胶带的防冻技术的研究。在抚顺西露天矿进行的防粘车现场试验和耐寒运输胶带低温试验在我国尚属首次，其成果应用于现场取得了较好的效果。

80年代面对老露天矿进入深部开采、开拓延深困难的局面，参加了技术改造的研究。特别是多次参加抚顺西露天矿的技术改造设计，最终提出了上部铁道运输，深部汽车、胶带运输机联合运输，内部排土分布区开采的设计方案。为配合这一方案的实施，进行了西区强化开采和西区提前实现内部排土方案的研究。方案已实施多年，取得了很好的经济效益。

1．2露天开采装备技术

1957年完成了“120B电铲发电机外特性改善研究”，提高电铲工作效率5%~10%，降低了电气和机械故障；“露天矿用12t架线式电机车可控硅脉冲调速的研究”，使机车的故障率大大降低，节电约12%。

60年代后研制了Q2—M64型潜孔钻机。该钻机还可以钻0~30度的倾斜孔；针对中硬岩石研制了LH—200型回转钻机，该钻机可使用切削、牙轮、潜孔等多种钻具，其效率为冲击钻的3~5倍。与吉林重型机械厂联合研制了ZX—150型旋转钻机；1986年研制的KY——150型牙轮钻机台班效率达到了71.5m，最高178m，是潜孔钻机的2.54倍，冲击钻机的6.9倍；研制的QZ3——150型三翼回转切削钻头，其寿命与美国的三翼钻头相同，达到2500m，其价格仅为美国钻头的42%，取代了进口，长期在霍林河露天矿应用。

与杭州重型机器、上海胶带运输机械厂、抚顺挖掘机械厂共同承担了我国第一套连续工艺设备的研制和试验。包括轮斗挖掘机、胶带运输机、PS——1000型排土机、YG——15型胶带移设机和YR——1组合胶带接头硫化机，结束了我国不能生产连续工艺设备的历史。80年代由杭重和天工所研制了我国第一套中型轮斗挖掘机。露天开采安全研究所，参加了全部工业试验和性能测试，完成了成套设备的机械性能测定和生产能力考核，开创了矿山设备性能测试的先河。

无宝山、准格尔等大型露天煤矿都部分采用了轮斗一胶带连续工艺，并从国外引进了大型轮斗挖掘机。为配合这些单位的轮斗挖掘机设计和设备验收任务，又进行了煤岩切割阻力、轮斗挖掘机切

割破碎机理、轮斗工作机构设计理论、轮斗挖掘切割力和机械性能测试等方面的研究。

通过对元宝山、抚顺、小龙潭、昭通、霍林河、准格尔、伊敏等露天矿的煤岩切割阻力进行的研究和测定，提出了我国煤岩切割阻力理论和切割阻力及轮斗挖掘机切割力的测定方法，填补了我国在这一领域的空白，达到国际水平。其成果获煤炭工业部科技进步二等奖。并用上述理论和测试技术完成了准格尔和元宝山两露天矿连续工艺系统的机械性能测试和生产能力考核，为矿山把好了进口设备关。

在此期间露天开采安全研究所建成了世界上最大的斗轮挖掘机试验装置，斗轮直径达0.95m。通过该装置可模拟不同岩性的切割阻力和挖掘机切割力测定，研究斗轮挖掘机的合理工作参数。如：斗齿受力状态、斗齿形状、斗齿排列方式、切割速度、回转速度、刨片尺寸、斗齿材料的耐磨性等。所研制的单斗电铲斗齿的寿命为普通斗齿睥2.5~3.0倍。

1．3爆破技术及器材

为解决抚顺西露天矿高段采掘的爆破质量问题，1956年开展了高段爆破技术的研究。

1972年——1973年在海州露天矿采用了压碴爆破方法，1985年完成了“提高海州矿块煤率爆破方法的研究”，采用爆速为2700~3200m/s的低威力炸药、空气柱充填、优化布孔参数、微差延期爆破技术，减少了压碎区，降低了断裂、碰撞、摩擦破碎，使块煤率提高2.83%，1992年进行了“大型露天煤矿爆破技术优化”的研究，通过安太堡露天矿的试验，使该矿的炸药定额由0.45kg/m3.降低到0.319kg/m3.，综合成本约1053.6万元，剥离量增加20%以上。

此外还与沈阳部队工程兵合作研制成功了B2、B3液体炸药、液体炸药混药车、四路起爆器等，并完成了安太堡、准格尔、霍林河、抚顺西露天等矿的爆破震动测试和减震技术的研究。 2边坡稳定性和监测技术研究

2．1边坡稳定性研究

边坡稳定技术的研究始于20世纪50年代中期。1953年海州露天煤矿投产，抚顺西露天煤矿完成改造后，不久在非工作帮就多次出现边坡滑落现象，严重影响正常生产和设备安全。针对上述2矿的滑坡开始了边坡稳定性研究工作，主要研究内容为非工作帮的工程地质条件、岩石物理力学性质、滑坡形成的条件和稳定性分析方法、确定边坡失稳的范围及防治措施。

1961年抚顺西露天矿发生了4次百万立方米的大滑坡，其中3号滑坡体危及西大巷提升煤道的安全。我所科研人员参加多部组成的治理工作组，完成了削坡、减重、疏干、加固等措施的设计和施工，确保了提升系统的正常生产。

经过这一阶段的研究工作，建立了一套露天矿边坡稳定性研究理论及工作方法，培养了一支科研队伍，并建立了岩石力学试验室。边坡工程研究已成为露天开采安全研究所的主导专业，也是国内最早开展边坡工程研究的专业单位之一。并多次参加非煤露天矿山和长江三峡滑坡的治理论证。随着我国露天采煤的发展，先后承担了国家、煤炭部的重大研究课题，完成了抚顺、阜新、平庄、安太堡、准格尔、小龙潭、义马等露天煤矿的边坡稳定性研究和滑坡防治工作。至今共完成各类科研课题共60余项，其中12项成果分别获得省、部及国家一、二、三等奖。

2．1．1基础研究

（1）工程地质勘察技术。地质构造和岩层赋存条件，特别是软弱岩层的状况是形成滑坡的内在因素，查清地质构造是确定滑坡体的规模、滑动模式、稳定分析和防治措施的依据。常规的方法是地表地质结构调查、钻探、巷探。

随着雷达探测技术和地震波探测技术的发展，无钻勘察地层及地质构造的目标得以实现。1993年在研究抚顺西露天矿西南帮边坡稳定项目中，用浅层地质雷达仪成功地确定了影响该地区边坡稳定的软质凝灰岩的赋存状态及分布规律。

在岩体结构分析方面，根据岩体裂隙性的特点，应用了随机模拟，计算机数字模拟方法，以及用岩体质量指标及QD分级来确定岩体的完整性，从而计算岩体结构对边坡稳定的影响。

（2）水文地质及地下水监测。边坡岩体中地下水的存在不仅弱化岩石强度，特别是降低了弱层的抗剪强度，使边坡沿弱层滑落。

而且随着地下水位的升高，浮托力增大降低了边坡体的抗滑能力。因此地下水的勘察多采用地表调查和钻水文孔，通过取岩样测定岩石的含水量，作分层注水试验，确定岩层的含水规律和水力联系，建立水力模型。

在“七五”国家科技攻关项目“边坡安全监测系统的研制”课题中研制了压阻式地下水监测系统，可随时测得地下水的压力，具有精度高、分辨率高、输出信号大、可实现集中控制、自动记录等特点，提高了地下水的监测水平。