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中国露天煤矿70年成就回顾及高质量发展架构体系
露天煤矿作为我国煤炭工业的重要组成部分，具有生产能力大、开采成本低、安全条件好等优势，近年来在建设规模、生产总量、开采工艺及技术装备等多方面均取得了跨越式的发展，有力保障了煤炭作为国家能源安全稳定供应的“压舱石”地位。首先回顾了新中国成立后我国露天煤矿70年来的发展历程，将其划分为起步恢复阶段（1949-1979年）、快速发展阶段（1980-1999年）、综合发展阶段（2000-2020年）和智能化初级发展阶段（2021年以后）4个时期；系统总结了每个时期的产量与数量规模、开采理论与技术、开采工艺与装备、资源开发与环境保护方面取得的突出成就。然后，探讨了现阶段露天煤矿发展面临的4个方面的主要问题，包括发展布局不均衡、可持续发展面临瓶颈、关键技术难题需深入攻关、人才短缺培养机制不完善。最后，提出构建以“安全、高效、绿色、低碳、智能”为总体目标的全链条、全周期、全要素露天煤矿高质量发展架构体系，其内涵特征包括以时效边坡理论、开采扰动指数理论、绿色开采理论、生态型开采理论、零碳负碳开采理论、智能化开采理论6种学术思想为理论基础，以灾害安全监测防控、复杂条件协同保障、生态源头减损开采、节能减污清洁利用、数字-自动-智能同建5类技术体系为核心支撑，以透明地质模型动态重构、边坡蠕滑全程精准预测、深大孔低扰动控制爆破、采空区超前探测与处置、粉尘抑制及煤自燃防治等30项关键技术为重点突破，以设计理念先进化、安全保障标准化、建设规模大型化、生产工艺综合化、开采装备智能化、核心制造国产化、矿区生态绿色化、煤炭利用清洁化、组织管理科学化、人才队伍国际化的“十化型”露天矿山为建设任务；同时给出了以规划引领为基础，以科技创新为驱动，以人才培育为保障的露天煤矿高质量发展实现路径。最终为推动我国露天煤矿向持续健康高质量方向发展提供指导。
新中国成立之后，伴随着社会主义建设的前进步伐，中国露天煤矿事业取得了巨大的成就。根据不同时期露天煤矿的数量、产量、开采理论技术及工艺装备等发展指标，将我国露天煤矿建设历程自1949年至今归纳划分为4个发展阶段：包括起步恢复阶段（1949-1979年）、快速发展阶段（1980-1999年）、综合发展阶段（2000-2020年）及智能化初级发展阶段（2021年以后）4个时期。
2.2 露天煤矿产量及数量规模
新中国成立至今，露天煤矿产量及数量规模均不断发展，在露天煤矿建设历程不同阶段建成的典型露天煤矿分布情况如图5所示。
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2.2 露天开采理论与技术
在起步恢复阶段，20世纪60年代国内露天煤矿开始了地质模型构建的相关研究。最初地质模型基本为信息量单一、功能简单的等值线模型、多边形模型和格网模型等可视化程度较低的二维模型。
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2.3露天开采工艺及装备
在起步恢复阶段，受国内设备制造能力和开采技术的限制，单斗-铁道工艺是国内露天煤矿的主要工艺。如抚顺西、海州、平庄西、三道岭等露天煤矿均采用单斗-铁道开采工艺。彭世济等研究总结了单斗-铁道工艺中采运环节之间的联系与配合问题，确定了车铲比的合理值；骆中洲和王世辉研究了电子计算机模拟露天矿生产系统的步骤与方法，用于匹配设备数量及列车的调度。在此阶段，国内露天煤矿开采设备主要依赖于从前苏联进口，1954年抚顺挖掘机厂成功研制斗容为0.5 m3的挖掘机，标志着我国露天煤矿开采装备由进口向自主研发的转变。之后，4 m3电铲、80~150 t电机车和蒸汽机车等国产装备逐渐应用到露天开采作业中，自主研发的装备制造体系逐渐完善。
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2.4 资源开发与环境保护
露天煤炭资源大规模开发的同时，也带来了一系列的环境问题，开采和剥离物的外排会挖损和压占大量土地，破坏地表土壤和植被，同时伴随着水和溶质的运移，造成土壤肥力流失和重金属积累。此外，钻爆、采装、运输、排土等各环节均会产生大量的粉尘，造成大气污染等。回顾过往的70年，我国露天煤炭资源开发与环境保护主要经历了重开发轻治理、先开发后治理再到边开发边治理3个阶段，如图8所示。
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我国露天煤矿历经70年的发展取得了一系列突出成就的同时，现阶段仍存在发展布局不均衡、可持续发展面临瓶颈、关键技术难题需深入攻关、人才短缺培养机制不完善4个方面的问题。
3.1 露天煤矿发展布局不均衡
（1）生产规模不均衡，特大型、大型露天煤矿在数量上占比低，且主要集中于生态脆弱区，而中小型露天煤矿占比高、分布广。根据中国煤炭工业协会发布的数据，截至2022年底，全国共有露天煤矿350余处，产能达11.62亿吨，其中特大型、大型露天煤矿有60余处，产能约8.6亿吨，即特大型、大型露天煤矿以约17%的露天煤矿数量贡献了70%以上的露天煤矿产能。而特大型、大型露天煤矿主要集中分布于新疆、内蒙、山西等干旱少雨戈壁区、高寒易沙化草原区及水土流失严重的黄土高原区等北方生态脆弱地区。同时，产能在100万吨以下的小型露天煤矿多达170余处，占全国露天煤矿总数的比例高达50%，并且广泛分布于内蒙古、新疆、山西、云南、陕西、黑龙江、辽宁、吉林、宁夏、贵州等多个省区。
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3.2矿山可持续发展面临瓶颈
（1）高强度开采导致服务年限显著缩短。近年来，在煤炭市场供需偏紧、煤炭价格高位波动的背景下，部分露天煤矿盲目追求产能核增，持续高强度开采，不但造成露天煤矿生产接续紧张、剩余服务年限严重不足，还会导致灾害治理不到位，安全风险不断累积加剧，为矿山中后期持续建设增加难度，给露天矿的安全生产带来巨大的隐患。同时，高强度开采也会造成矿区生态坏境破坏，直接影响到露天煤矿的可持续发展。
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3.3关键技术难题需深入攻关
（1）高大边坡变形监测及滑坡预警技术。伴随着露天矿山开采深度的增加，高大边坡的变形监测和滑坡预警对滑坡地质灾害防控具有重要意义。大型露天矿山的边坡高、坡度陡、落差大，影响因素众多，并且具有复杂、隐蔽、多尺度、多阶段和大变形等特征，给高大边坡变形监测及滑坡预警技术带来诸多困难。伴随着现代测绘科学与技术的不断发展，各种新型监测预警手段不断涌现，如滑坡GPS自动化监测预警系统、GNSS监测、微震监测、基于北斗系统的滑坡监测、雷达差分干涉测量（D-InSAR）、无线传感在线监测系统、远距离三维激光扫描（TLS）等。边坡及滑坡监测预警正逐渐从传统的点式监测向面式、体式监测发展。但是，不同监测方法均因各自的固有缺陷而有不同的适用性和局限性。现阶段边坡及滑坡监测预警模型主要建立在历史数据统计和分析基础上，通过对边坡监测数据的分析和研判进而对边坡稳定性进行预警。针对现有滑坡预警技术存在的失败率高、预警错误、局限性大等问题，滑坡预警模型发展需综合考虑边坡地质特征、演化过程、滑坡机理等关键特性，与边坡稳定性分析方法相结合，构建多平台、多手段联合的空-天-地-深协同式智能监测预警方法与技术体系，提高滑坡预警准确性与普适性。因而，进一步明晰高大边坡岩石力学参数随时间变化规律及滑坡蠕变机理，实现对高大露天矿山重点区域、关键环节重大滑坡风险的识别监测和精准研判，推动露天矿山滑坡监测预警向远程化、可视化、智能化方式转变，成为当前亟需解决的关键技术问题。
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3.4人才短缺培养机制不完善
（1）露天开采专业人才供给不足。随着信息化和智能化技术的快速发展，露天专业人才匮乏的问题愈发凸显。在高等人才培养层面，在本科生培养阶段，开设露天采矿专业的高校仅有中国矿业大学与辽宁工程技术大学等极少数高校；在研究生培养阶段，开设露天开采专业方向的高校也不足10所。每年毕业的应届本科与研究生总人数不超过百人，导致露天采矿专业人才供给严重不足。同时，行业发展急需的领军型人才和智能矿山建设等高端领域的专业人才也极其匮乏，了解现代企业管理、资本运作、技术转化、风险管控等高级管理人才以及高技能人才缺口更大。
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图1 起步恢复阶段露天煤矿年产量及占煤炭总产量比例
图2 快速发展阶段露天煤矿年产量及占煤炭总产量比例
图3 综合发展阶段露天煤矿年产量及占煤炭总产量比例
图4 1949-2022年露天煤矿年产量及占煤炭总产量比例
图5 不同发展阶段下典型露天煤矿分布情况
图6 露天煤矿开采理论与技术发展趋势
图7 露天煤矿不同发展阶段代表性开采工艺及开采装备
图8 露天煤矿资源开发与环境保护发展阶段
图9 露天煤矿现阶段存在的主要问题
图10 露天煤矿高质量发展架构体系
才庆祥，男，1958年3月生，中国矿业大学采矿工程专业二级教授、博士生导师，国务院政府特殊津贴获得者。中国煤炭学会露天开采专业委员会名誉主任委员，中国岩石力学与工程学会露天开采与边坡工程专业委员会副主任委员；历任中国矿业大学能源与安全工程学院院长、党委书记，中国矿业大学科学技术处处长，塔里木大学党委常委、副校长（援疆），中国矿业大学党委常委、副书记、纪律检查委员会书记；第一完成人获国家科学技术进步二等奖、省部级科技进步一等奖、国家科技计划执行突出贡献奖等10余项奖励，获新疆生产建设兵团第四批中央国家机关“优秀援疆干部”，并记二等功；主持完成国家“863”计划项目、国家自然科学基金重点项目、国家科技支撑计划项目、国家技术创新重点项目等纵向项目20余项；主持国家能源集团十大重点科技攻关等企业科技攻关项目50余项；出版《露天煤矿高效开采新技术》等专著10余部；发表重要学术论文100余篇，授权国际、国内发明专利50余件。
研究方向
露天矿开采工艺与设计理论；露天矿边坡工程；采矿系统工程
主要成果
基于露天煤矿采剥生产作业与高陡边坡的时空间演变关系，创建了时效边坡理论体系，给出了大型露天煤矿高陡边坡设计方法；研发并创建了适用于我国大型、特大型露天煤矿赋存条件的拉斗铲无运输倒堆工艺、自移式破碎机半连续工艺等系列新工艺的露天矿开采技术体系；构建了露天煤矿生产与生态重建一体化理论体系，给出了技术实现路径；提出了露天煤矿不同开采工艺系统的可靠性模型，建立了柔性运输系统中缓冲仓故障模型中可靠性指标的求解方法。
陈彦龙，男，1982年4月生，中国矿业大学研究员，博士生导师。江苏省“333人才培养工程”中青年科学技术带头人，入选中国矿业大学青年学术带头人、优秀青年骨干教师。近年来主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上/青年项目、新疆维吾尔自治区重大科技专项、企业重大科技攻关项目等10余项；以第一/通讯作者发表高水平论文40余篇；获江苏省科学技术奖等省部级及行业协会一等奖等奖励7项；授权国际、国内发明专利12件；参编国家能源行业标注2项。任中国岩石力学与工程学会露天开采与边坡工程专委会委员、江苏省力学学会能源结构力学专委会委员、《煤炭学报》《International Journal of Coal Science and Technology》《International Journal of Mining Science and Technology》等期刊青年编委。
研究方向
露天开采及滑坡灾害防控；采动岩体力学
主要成果
致力于露天煤矿边帮-充填开采围岩稳定与动力灾害控制理论与技术研究，推导了煤柱-充填体结构承载的力学模型及稳定性判据，揭示了动静载荷下充填体及煤柱的失稳机制，探索了我国露天煤矿巨量优质边帮滞留资源的安全绿色开采技术；研究了不同初始损伤、应力加载路径条件下煤岩峰值应力及破坏形态的变化规律，揭示了复杂载荷作用下边坡煤岩体的的损伤机理及宏细观破坏特征，为露天煤矿边坡设计提供理论基础；开发了基于岩体结构面及地层岩性智能识别技术的空-天-地-深一体化边坡变形协同监测与滑坡预警平台，为露天煤矿边坡滑坡防控提供技术支撑。
来源：
才庆祥,陈彦龙.中国露天煤矿70年成就回顾及高质量发展架构体系[J/OL].煤炭学报,1-25[2024-01-29].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2023.1479.
