世界上十大煤矿 第一来自美国资源达23亿吨

1.2.3.1 露天开采主要特点分析

当矿体埋藏较浅或地表有露头时，采用露天开采最为优越(图1-3)。与地下开采相比，露天开采优点是:资源利用充分、回采率高、贫化率低，适于用大型机械施工，建矿快，产量大，劳动生产率高，成本低，劳动条件好，生产安全缺点是:需剥离并排弃大量岩土，尤其较深的露天矿，往往占用较多的农田设备购置费用较高，初期投资较大设备效率及劳动生产率受气候影响较大。

图1-3 煤炭露天开采

随着开采技术的发展，适于露天采矿的范围越来越大，包括开采低品位矿床和某些地下开采过的残矿。对平缓矿床(一般矿层倾角小于12°)采用倒堆、横运或纵运采矿法对于倾斜矿床采用组合台阶、横采掘带或分区分期开采的方法。

纵观世界经济发达国家煤炭工业的发展特点是:依据本国煤田赋存条件，优先发展露天采煤，露天采煤量占总采煤量的比重不断增加。开采条件好的国家露天开采比重均超过50%，其中加拿大88.0%、德国78.3%、印度73.8%、澳大利亚70.0%、印尼70.0%、美国61.5%、俄罗斯56.1%、南非52.9%、波兰33.3%、英国23.6%、日本11.6%。各国逐渐形成了各具特点的露天采煤工艺，其中具有代表性的有美国、澳大利亚、俄罗斯及印度。

经过几十年的发展，随着露天开采现代新技术和新工艺的引入，我国在条件适宜地区的露天开采成本大幅度下降，劳动生产率大幅度提高，获得显著经济效益。同时，露天煤矿产量占全国煤矿产量比重逐渐增加，由2002年的4%左右提高到目前的10%左右。根据《煤炭工业“十一五”发展规划》，全国将重点建设10个千万t级现代化露天煤矿。在这种大的宏观经济和能源供需背景下，我国煤炭露天开采又进入了新的发展阶段。

1.2.3.2 露天开采主要作业内容

露天开采作业主要内容包括:穿孔爆破、采装、运输和排土。这四项工作的好坏及它们之间的配合如何，是露天采矿的关键。

(1)穿孔爆破。是在露天采场矿岩内钻凿一定直径和深度的定向爆破孔，以炸药爆破，对矿岩进行破碎和松动。穿孔设备主要有回转钻机、潜孔钻机和牙轮钻机等，爆破多用铵油炸药、浆状抗水炸药、乳化炸药及粒状乳化炸药。

(2)采装。是用采矿或机械将矿岩装入运输设备，或直接卸到指定地点的作业。常用的设备有单斗挖掘机轮斗挖掘机、拉斗铲与露天采矿机等，最广泛采用的为单斗挖掘机。

(3)运输。是将露天采场的矿、岩分别运送到卸载点(或选矿厂)和排土场，同时把生产人员、设备和材料运送到采矿场。主要运输方式有铁路、公路、输送机、提升机，还有水力运输和用于崎岖山区的索道运输。选择运输方式必须综合考虑地形、地质、气候条件，露天矿生产能力，开采深度，矿石和围岩的物理力学性质等，经过全面技术经济比较后，确定合理的运输方式。

(4)排土。是指从露天采场将剥离覆盖在矿床上部及其周围的表土和岩石，运送到专门设置的排土场进行排弃的作业。排土方法依其排土设备的不同，分为推土犁推土、推土机排土、前装机排土和拖拉铲运机或拉斗铲排土等。排土场优先选用内部排土方式，外土场应选择在尽量靠近采矿场，少占农田的位置，有条件的应放置在山谷、洼地处，利于环境保护和土地复垦。

1.2.3.3 露天开采存在的问题剖析

我国露天煤矿开采技术与国外先进水平相比，仍存在着规模小、产业集中度低、经济效益较低，技术工艺与装备水平、设备制造水平相对落后，自动化程度低，大型成套装备国产化程度低、进程较慢等问题。

(1)我国露天开采技术发展缓慢

同国外露天煤矿的发展相比，我国的露天煤矿发展缓慢。主要原因是我国适宜于露天开采的煤炭资源地理位置不佳，离煤炭消费重心较远，综合开发条件较好的很少，大部分煤田埋藏较深，基建工程量大，剥采比大。同时，我国机械制造水平低，过去已有的技术设备无法适应大型露天煤矿的开发。

20世纪80年代，我国煤炭部提出了“优先发展露天开采”的方针，规划建设霍林河、伊敏河、平朔、准格尔、元宝山等5大露天矿，把露天开采作为持续稳定、健康发展煤炭工业的一项重要战略方针[4]。可是，由于我国煤炭工业建设长期以井工开采为主，露天开采在煤炭工业中没有放在应有的重要地位，而且在我国可以划归的露天开采储量中，煤化程度普遍较低，最高为气煤，最多是褐煤。

我国露天采煤发展缓慢还有一个原因是露天煤矿分布具有明显的区域性，多集中在中西部地区，以山西、内蒙古、陕西、新疆等地为主。这些地区多属于煤炭输出区，自身对煤炭的消费量不大，加上向外运输条件较差，使得大规模露天开采受到制约。这些地区生态系统比较脆弱，考虑到大规模露天开采对环境的破坏，一是恢复起来比较难，二是植被破坏后造成沙尘增加，直接影响到我国的中部和东部地区。另外，这些地区经济欠发达，而大规模露天采煤前期投入较高，地方无力承担，这也是煤炭露天开采比重一直较低的一个原因。

(2)露天煤炭开采新技术研发投入不足

一方面，我国露天矿具有各不相同的内、外部复杂条件，其各项重大技术决策具有举足轻重的作用，正确的设计决策能为露天矿带来上千万元甚至以亿元计的经济效益，而错误的决策会造成惊人的损失。长期以来，露天煤炭开采设计缺乏创新，一些煤炭开采技术问题始终难以解决。如:绝大多数露天煤矿为近水平煤层埋藏、分区开采、汽车端帮环线开拓运输系统压帮内排、端帮边坡设计采用静态分析，造成端帮边坡角偏小、端帮压煤、运输成本高等问题。

另一方面，除了传统的技术开发研究，未来的露天煤炭开采技术——数字化技术、自动化技术、无人化技术研究投入不够。矿业界迄今尚未能达到实现开采系统完全自动化、无人化操作的目标。如获成功，这将可大大提高生产效率，大大降低生产成本，大大提高作业安全水平。我国尚没有对煤炭开采作业的自动化和机器人化的深入研究。

(3)露天煤炭开采造成的环境问题

世界各采煤国家都将优先发展露天采煤作为增加煤产量的主要途径，尽量实现集中开采，以提高劳动生产率，降低成本。但是露天采煤业迅猛发展的同时，也带来了一系列的矿山环境问题和生态破坏，严重影响地区的生态环境质量和经济持续发展。以往传统的地质、采矿及管理学科没有或很少将矿山环境勘查、评价、预测、管理、立法、执法与露天煤矿勘查、露天煤矿建设、设计、生产、闭坑有机地结合起来。如露天采矿学就追求剥离最少，采煤最多，只要不滑坡，边坡越陡越好，很少考虑地面变形或闭坑后灾害，很少以综合的、长远的经济效益、社会效益和环境效益作为研究追求的出发点。露天采煤形成的凹坑，由于地质构造、边坡岩体、地表水地下水作用等原因，诱发滑坡、塌陷、水土流失、泥石流等一系列地质灾害，又引起地面变形而危及周边地区的工业企业和居民建筑的安全，既造成巨大的经济损失又破坏了原来的生态地质环境。

我国露天煤矿开采环境问题复杂、多样、特殊、敏感，由于特定历史因素影响，对矿业城市地质环境和生态环境的影响和破坏巨大。露天煤矿开采环境问题根本上说是人类采矿工程活动使环境发生变化或恶化。这就需要决策者、管理者、生产者有可持续发展的眼光，开发科学、先进、环保的煤炭开采技术，从事露天煤矿开采，主动地、积极地利用开采工程改善、美化周边环境，变有害为无害，变不利为有利，实现资源开发和环境保护的协调发展。发展露天煤炭开采技术解决环境问题是非常必要的。

据世界能源会议《1986年能源资源调查》资料，美国煤炭资源已探明的储量达4429亿吨，次于中国居世界第二位。其中烟煤占51％，次烟煤占38.5％，无烟煤占1.5％，褐煤占9％。美国煤炭资源分布较为普遍，50个州中31个州埋藏有煤，密西西比河以东地区占探明储量的45％，以西地区占55％。东部煤的质量优于西部，生产优质炼焦煤，动力煤和无烟煤；西部多产烟煤和褐煤。已探明的煤炭资源的埋藏深度一般都不超过300米，有1／3可露天开采。

美国煤炭产量1900年已达2.45亿吨，居世界首位；1918年产量达6.15亿吨。此后产量不断下降，1947年又回升为6.24亿吨，为历史最高水平；此后又一直下降，1960年只产3.8亿吨。由于“能源危机”的爆发，使煤炭重新受到重视，产量上升，1985年产量达8.04亿吨，1990年达8.6亿吨，仅次于中国居世界第二位。美国煤炭生产除满足国内需要外，还有大量出口，近来每年出口达8400万吨（1980～1984年平均），1981年出口曾达1亿吨，是世界最大的煤炭出口国。主要出口到日本、加拿大和西欧等地区。大西洋沿岸中部的诺福克是美国最大的煤炭出口港。就煤炭国内消费看，主要用于发电，约占总消费量的80％多，炼焦用煤占7～8％。其中近90％的煤来自东部阿巴拉契亚煤田，特别集中在肯塔基、西弗吉尼亚、宾夕法尼亚和弗吉尼亚等州。

煤炭资源分布虽较普遍，但煤炭的开采却较集中。就全国来看，煤炭开采主要集中在密西西比河以东。1985年密西西比河以东占全国煤炭产量的64％，密西西比河以西只占36％。美国主要的煤田有阿巴拉契亚煤田、中部煤田、南部煤田（墨西哥湾沿岸）、北部大平原煤田、西部煤田（落基山煤田）、太平洋沿岸煤田和阿拉斯加煤田。其中以阿巴拉契亚、中部和西部煤田最重要。

阿巴拉契亚煤田是美国最大的煤炭基地，它位于美国东部，分布在阿巴拉契亚高原地区的石炭纪地层内。北起宾夕法尼亚中部和俄亥俄州中部，北部宽约300公里，向西南延伸，宽度逐步变窄一直到亚拉巴马州的北部，南北长达1200公里，包括宾夕法尼亚洲的西部、俄亥俄州的东部、西弗吉尼亚洲、肯塔基州的东部、田纳西州的中部、亚拉巴马州的北部，以及弗吉尼亚和马里兰州的西部边缘，共八个州。面积18万平方公里，探明储量达1000多亿吨，占全国探明储量的1／4多，其中优质炼焦煤占全国探明储量的90％。阿巴拉契亚煤田不但质优，而且埋藏浅，煤层厚，99％的煤层是水平或近于水平分布，平均厚度达1.7米，平均开采深度70米。阿巴拉契亚煤田的产量1985年达4.25亿吨，占全国总产量的53％。阿巴拉契亚煤田的开采是从北部开始，逐步向中部南部推进。19世纪30年代以前，煤田所在的八个州都有煤炭开采，但主要集中在宾夕法尼亚、西弗吉尼亚和肯塔基、弗吉尼亚。宾夕法尼亚州一直是美国最大的煤炭生产州，现年产煤约6000万吨。以匹兹堡和康奈尔斯维尔为中心的煤田是烟煤的最重要产区，与北部钢铁工业最为接近，而本区就是美国重要的钢铁产区。该州东部以斯克兰顿为中心的无烟煤田，是现在美国最大的无烟煤产地，目前年产量仅为350万吨（1917年产量曾达1亿吨），曾是钢铁工业初期的主要燃料基地。

阿巴拉契亚第二个集中开采区是西弗吉尼亚和肯塔基煤田。开采晚于宾夕法尼亚州。现年产煤达2.3亿吨，成为全国产量最大的煤田。这里的煤主要供应中西部、芝加哥地区和东北大西洋沿岸地区。从大西洋沿岸出口的煤炭主要来自这里。

阿巴拉契亚南端的亚拉巴马煤田，位于伯明翰附近，年产煤2000多万吨，是伯明翰地区钢铁工业的燃料基地。

阿巴拉契亚煤田的重要性不仅在于它储量丰，产量大，而更重要的是位置优越。它恰位于美国经济最发达，人口密集的制造业带内，与工业区紧密结合，接近最大煤炭消费区，也是美国现代钢铁工业的摇篮。

中部煤田，位于美国内陆中部，探明储量约占全国的近20％。1985年产量达1.3亿多吨，占全国煤产量的16.5％，2／3产自伊利诺斯和印第安纳两个州。煤田靠近大的燃料消费区——大湖工业区，但煤质较差，多为动力煤，且含硫量较高。能炼焦的煤不多，一般要与阿巴拉契亚的优质煤混合才能炼出合格的焦炭。有些低硫优质炼焦煤都埋藏很深，因此使该煤田的发展受到一定的限制，并遭到西部煤田的竞争。

落基山煤田和北部大平原煤田，是密西西比河以西最主要的煤田。大部位于落基山区和大平原的北部，储量丰富，探明储量占全国的48％，1985年生产煤近2.4亿吨，占全国煤炭产量的近30％。西部煤田大部为烟煤，突出特点是含硫量低，煤层厚，覆盖层薄，适于大规模露天开采。西部新建露天煤矿的吨煤投资仅为东部新矿井投资的1／3。西部煤田开采近十余年得到迅速发展。目前西部最大的产煤州是怀俄明州，1970年仅产煤600多万吨，1985年产煤达12500万吨，增长近20倍。其次产煤多的州有新墨西哥州、科罗拉多州和犹他州。大平原北部煤田主要分布在北达科他州和蒙大拿州，煤质较差，主要是褐煤，年产煤约5000多万吨。西部煤田由于位置远离东部大的消费区，这是不利因素。但对西部钢铁工业的发展成为有利的条件。美国目前正在研究解决西煤东运问题。

据美国煤炭工业发展趋势看：煤炭产量将继续增长，预测1992年产量将达10亿吨。生产将继续由东向西转移，西部煤田产量将增长更快，在全国的比重进一步提高。

美国最重要的阿巴拉契亚煤田，生成于2.2-3.2亿年前，属二叠纪宾夕法尼亚统；中西部各煤田，成煤年代约在3300万-1.4亿年前，属白垩纪和第三纪；阿拉斯加州煤田则属侏罗纪，成煤年代距今在1.35-1.75亿年间。

美国按地理位置将煤炭资源分为三大地区，即东部阿巴拉契亚地区，中部地区和西部地区。以上3个地区在探明储量中所占百分比分别为22.6%、28.1%和49.3%。

美国适于炼焦的煤炭资源较为丰富，约占探明储量的35%；但低挥发分烟煤储量有限，只占探明储量的1.1%。炼焦煤的主要产地是阿巴拉契亚煤田，西部也有一些重要的烟煤产区。

无烟煤资源有限，主要集中于宾夕法尼亚，阿拉斯加、新墨西哥、犹他州、弗吉尼亚也有少部分储量。

从地理分布上看，虽然在50个州中有38个发现了煤炭，但煤炭储量集中在科罗拉多、伊利诺依、蒙大拿、宾夕法尼亚、俄亥俄、西弗吉尼亚、怀俄明和肯塔基州8个州，这8个州的煤炭储量占全美的84%；其中蒙大拿拥有全国25.4%的探明储量，怀俄明州列第二，占14.8%，伊昨诺依居第三，占14.3%。

若以密西西比河为界划分，西部较东部资源丰富，占全国储量的55%，且适于露天开采的储量为东部的3倍。东部多优质炼焦煤、动力煤和无烟煤，热值较高(288.42MJ/KG)，灰分低，不过含硫量高（2%-3%）；西部煤质相对较差，多为次烟煤和褐煤，热值低（255.72MJ/KG），但含硫量较低（1%左右）。

美国的主要煤田有阿巴拉契煤田、伊利诺依煤田、中西部煤田、尤宁堡煤田、波德河煤田、尤塔固煤田、格林河煤田、圣胡安煤田和科尔维尔高煤田，开发强度和储量最大的2个煤田是东部的阿巴拉契亚煤田和醅的波德河煤田。

1） 阿巴拉契亚煤田

阿巴拉契亚煤田是美国发现最早、开采时间最长、在美国煤炭工业发展史上最重要的煤田，煤田位于美国东部，沿阿巴拉契亚山脉从北向南纵贯9个州，成煤年代在2.2亿前的二叠纪，1991年总资源量为3107亿吨，其中探明储量938亿吨，可采储量约499亿吨。该煤田煤种齐全，以烟煤为主，占储量的90%。煤田北部宾夕法尼亚州有大量的无烟煤赋存，为美国唯一的无烟煤产地；南部亚拉巴马州有少量的褐煤赋存。

阿拉巴契亚煤田野美国传统的炼焦煤和动力煤主要产地，从美国建国后到本世纪中期，有力地支持了美国的工业发展。

阿拉巴契亚煤田的可采煤层多达30多个，且赋存稳定，断层构造少，顶底板为砂岩或砂页岩，整体性强，含水少，一般煤厚0.7-2.5米，平均1.7米煤种许多是优质焦煤和动力煤。探明储量中可露天开采储量997亿吨，占15%；其余85%为井工开采储量。一般埋藏在距地表300米以内，可以方便地用露天、平硐或斜井开采。该煤田产量在1970年以前一直占美国煤炭总产量的70%以上，20世纪70、80年代仍占60%-50%以上。1997年，煤田总产量为421.5MT，占美国总产量的42.7%。

2） 波德河煤田

波德河煤田是美国、也是世界上已开发的控明储量最大的煤田。该煤田位于美国西北部的怀俄明州和蒙大拿州境内，成煤年代为330万年前的第三纪和白垩纪，含煤面积3.1万平方千米，总资源量7000亿吨，探明储量934亿吨，其中132亿吨适于露天开采。煤种为低灰（10%以下）、低硫（平均约0.4%）、中等发热量（平均约217.36MJ/KG）优质次烟煤。

波秆河煤田的可采煤层达20层以上，赋存稳定平整，总计煤层厚度达60-110米，最上面的怀俄达克煤层厚度8-53米，平均30.5米，离地表一般在60米以内，露天剥采比在3以下，是波秆河矿区和全美目前产煤最多的煤层（1993年产煤160MT，占矿区总产量的90%以上）。1969年开始开发，20世纪80年代以来迅速发展。1995年产量为240.4MT，其中怀俄明州占82%，25个大型露天矿产量占90%。1994年怀俄明州产煤227.3MT，煤矿职工人数仅3035人，露天矿平均效率达243.5T/工。

平朔安太堡露天煤矿是中国最大的露天煤矿。平朔安太堡露天煤矿位于朔州市区与平鲁区交界处，总面积达376平方公里，地质储量约为126亿吨。现为大型露天开采的煤矿。 煤矿全部采用美国CAT、日本小松、英国P&ampH等欧美国家进口设备进行挖掘、实行全方位现代化管理。煤矿开工初曾引起党和国家领导人邓小平的关心和重视，并一时令世界范围内轰动，为当时世界最大的露天煤矿。1984年4月29日，中国煤炭开发总公司与美国西方石油公司在北京正式签订了合作开发平朔安太堡一号露天煤矿的协议，合作开采年限为三十年。后因哈默去世，美方中止了合同，成为我国自行开采矿的露天煤矿。