張周愛，翟禹鎵，云祎萌，王 晗，繆衛(wèi)峰，金 磊，杜勇志，李新鵬，卑若楠，張佩翼

(1.國能寶日希勒能源有限公司，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市，021000；2.應(yīng)急管理部信息研究院，北京市朝陽區(qū)，100029；3.應(yīng)急管理部宣傳教育中心，北京市東城區(qū)，100013)

美國是世界第四大煤炭生產(chǎn)國，國土面積遼闊，農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)和森林資源在世界上占有舉足輕重的地位。煤炭開采，特別是露天煤炭開采是美國重要的礦產(chǎn)開發(fā)領(lǐng)域。2021年美國煤礦百萬噸死亡率0.019。露天開采生產(chǎn)效率是地下開采生產(chǎn)效率的2.8倍。

近70年，美國的煤炭生產(chǎn)，特別是露天煤炭開采經(jīng)歷了快速發(fā)展、穩(wěn)步發(fā)展和逐步下降3個(gè)主要?dú)v程；1975年，美國露天煤礦煤炭產(chǎn)量比重超過井工煤礦比重，占比達(dá)到55.17%；2008年，美國露天煤礦生產(chǎn)達(dá)到高峰，露天煤炭產(chǎn)量比重達(dá)到最高的69.53%[1]。

美國硬煤露天煤礦主要采用吊斗鏟倒堆和單斗-卡車開采間斷工藝，并向多種開采工藝聯(lián)合使用發(fā)展；美國露天開采技術(shù)和裝備制造工藝先進(jìn)、品種齊全，在世界露天礦山領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，特別是智能化開采技術(shù)的開發(fā)、無人駕駛礦車的應(yīng)用居于領(lǐng)先水平；卡特彼勒公司擁有全工位系統(tǒng)化的采礦裝備，占有世界采礦裝備制造領(lǐng)域最多的市場份額。

1 露天煤炭資源

1.1 露天煤炭資源豐富且賦存條件簡單

美國適宜露天開采的煤炭資源十分豐富，2021年在產(chǎn)煤礦適合露天開采的可采儲(chǔ)量為59.22億t，占煤炭總可采儲(chǔ)量的53.15%，遍布19個(gè)州，67%以上分布在密西西比河以西。

美國煤炭資源主要分布在阿巴拉契亞煤區(qū)、內(nèi)陸煤區(qū)和西部煤區(qū)(包括波德河煤田)三大地區(qū)，3個(gè)地區(qū)探明儲(chǔ)量所占比例分別為27.25%、22.86%和49.88%。從地理分布上看，煤炭儲(chǔ)量集中在懷俄明、伊利諾伊、西弗吉尼亞、賓夕法尼亞、北達(dá)科他、蒙大拿、肯塔基、印第安納、德克薩斯和科羅拉多10個(gè)州，這10個(gè)州的煤炭儲(chǔ)量占美國煤炭總儲(chǔ)量的93%；其中懷俄明州擁有全國35.84%的探明儲(chǔ)量，伊利諾伊州列第二，占15.2%，西弗吉尼亞居第三，占11.96%[2]。

以密西西比河為界劃分，西部較東部資源豐富，占全國儲(chǔ)量的67.51%，且適于露天開采的儲(chǔ)量為東部的10倍。東部多為優(yōu)質(zhì)煉焦煤、動(dòng)力煤和無煙煤，發(fā)熱量較高、灰分低，但含硫量高(2%～3%)；西部煤質(zhì)相對較差，多為次煙煤和褐煤，發(fā)熱量較低，但同時(shí)含硫量也較低(約1%)。

美國的主要煤田有波德河煤田、阿巴拉契亞煤田、伊利諾伊煤田，開發(fā)強(qiáng)度和儲(chǔ)量最大的2個(gè)露天開采煤田是西部的波德河煤田和東部的阿巴拉契亞煤田，中部主要露天開采煤田是伊利諾伊煤田。

(1)波德河煤田是美國也是世界上已開發(fā)的探明儲(chǔ)量最大的煤田。該煤田位于美國西北部的懷俄明州和蒙大拿州境內(nèi)，探明儲(chǔ)量934 億t，其中13.2億t適于露天開采。煤種為低灰(小于10%)、低硫(平均0.4%)、中等發(fā)熱量(平均21.74 MJ/kg)的優(yōu)質(zhì)次煙煤。波德河煤田的可采煤層達(dá)20層以上，賦存穩(wěn)定平整，總計(jì)煤層厚度60～110 m，位于最上部的懷俄達(dá)克煤層厚度8～53 m，平均厚度30.5 m，離地表一般在60 m以內(nèi)，露天剝采比在3 m3/t以下，是該礦區(qū)和全美目前產(chǎn)煤最多的煤層。波德河煤田1969年開始開發(fā)，20世紀(jì)80年代以來迅速發(fā)展。2021年波德河煤田煤炭產(chǎn)量為227.99 Mt，占全國煤炭總產(chǎn)量的43.52%，主要為露天煤礦開采。

(2)阿巴拉契亞煤田是美國發(fā)現(xiàn)最早、開采時(shí)間最長、在美國煤炭工業(yè)發(fā)展史上最重要的煤田。阿巴拉契亞煤田位于美國東部，沿阿巴拉契亞山脈從北向南縱貫9個(gè)州。阿巴拉契亞煤田煤類齊全，其中，煙煤占92.5%，以煉焦煤為主；無煙煤占6.8%，位于北部賓夕法尼亞州東部，是美國唯一的無煙煤產(chǎn)地；褐煤占0.7%，位于南部亞拉巴馬州。煤的灰分平均為14%，硫分平均為1.9%，發(fā)熱量為30～33 MJ/kg。1970年以前，該煤田煤炭產(chǎn)量一直占美國煤炭總產(chǎn)量的70%以上，20世紀(jì)70-80年代仍占50%～60%，至2021年該煤田煤炭產(chǎn)量占美國總產(chǎn)量的26.86%。

(3)伊利諾伊煤田位于美國中部煤炭產(chǎn)區(qū)，主要在伊利諾伊州、印第安納州和肯塔基西部境內(nèi)。該煤田屬不對稱向斜盆地，盆地西南部有正斷層，含煤地層為石炭紀(jì)，埋藏深度100～300 m，探明可采儲(chǔ)量106 億t。煤田東部、南部、北部可采煤層數(shù)量分別為9、5、3層，煤種為揮發(fā)分和硫分較高的煙煤，平均灰分為8.2%～10.3%，揮發(fā)分為31.4%～37.7%，水分9.2%～15.7%，硫分為0.9%～4.4%。煤田內(nèi)大部分煤層結(jié)構(gòu)簡單，分布廣且穩(wěn)定，煤層平均厚度1.5 m，瓦斯含量中等，涌水量小。2021年該煤田煤炭產(chǎn)量65.66 Mt，占全國煤炭總產(chǎn)量的12.53%。

總體而言，美國適宜露天開采的煤田地質(zhì)條件較為簡單，煤層埋藏較淺。其中，東部地區(qū)煤層埋深一般為10～40 m，少數(shù)達(dá)60～100 m；煤層較薄，一般為1～2 m，少數(shù)為4～5 m；多為近水平單一煤層；剝采比較大，一般為7 m3/t；地形多丘陵或山地，溝谷發(fā)育，煤層多有露頭，適于發(fā)展小型露天礦。西部地區(qū)與東部地區(qū)不同，煤層一般較厚，可達(dá)10～15 m，埋深較大，但剝采比較小，一般0.5～4.0 m3/t，適于建設(shè)大型露天礦。

1.2 20世紀(jì)70-80年代末露天煤礦發(fā)展迅速

1.2.1 近70年露天煤礦煤炭產(chǎn)量變化的3個(gè)階段

20世紀(jì)末，露天煤炭開采量己占到礦物原料和固體燃料供應(yīng)量的70%以上。美國的露天煤炭開采經(jīng)歷了3個(gè)主要階段[1]。

(1)快速上升階段：1940-1975年。該階段，美國露天煤炭產(chǎn)量增長了6.7倍，1975年，美國露天煤礦產(chǎn)量正式超過井工煤礦，占比達(dá)到55.17%(1971年的占比達(dá)到50.59%，但之后2年又降到50%以下)，比1940年提高了近46個(gè)百分點(diǎn)。

(2)穩(wěn)步上升階段：1976-2008年。該階段，美國露天煤炭產(chǎn)量增長了1.1倍，占比提高了約13個(gè)百分點(diǎn)，2008年露天煤炭產(chǎn)量1 063.04 Mt，達(dá)到峰值。

(3)逐年下降階段：2009-2021年。2020年，美國露天煤炭產(chǎn)量達(dá)到最低值，為484.7 Mt，較2008年減少578.35 Mt，降幅達(dá)54.4%。1949-2021年美國露天采煤產(chǎn)量變化趨勢如圖1所示[3]。

圖1 1949-2021年美國露天采煤產(chǎn)量變化趨勢

美國露天煤礦單礦產(chǎn)量受煤礦數(shù)量的影響較大。近30年來，隨著煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，煤礦數(shù)量不斷減少，露天煤礦單礦產(chǎn)量保持增長趨勢。2021年露天煤礦平均單礦產(chǎn)量達(dá)97.5萬t，是1993年42.2萬t的2.1倍。1993-2021年美國露天煤礦單礦產(chǎn)量變化如圖2所示。

圖2 1993-2021年美國露天煤礦單礦規(guī)模變化

1.2.2 露天煤礦開采效率變化整體呈上升態(tài)勢

近30年美國露天煤礦開采效率整體呈上升態(tài)勢。2021年，美國露天煤礦生產(chǎn)效率達(dá)到峰值，為10.32 t/(工·h)，2012年達(dá)到最低值，為8.14 t/(工·h)。2013年之后，受煤礦關(guān)閉的影響，生產(chǎn)效率呈現(xiàn)上升趨勢。1991-2021年美國露天、井工煤礦生產(chǎn)效率變化趨勢如圖3所示[4]。

圖3 1991-2021年美國露天、井工煤礦生產(chǎn)效率變化趨勢

2 露天煤礦開采技術(shù)與裝備發(fā)展

2.1 露天煤礦主要開采技術(shù)發(fā)展

2.1.1 主要開采工藝

美國硬煤露天煤礦主要采用吊斗鏟倒堆和單斗-卡車開采間斷工藝，并向多種開采工藝聯(lián)合使用的方向發(fā)展。美國約70%的露天煤炭產(chǎn)量由吊斗鏟倒堆工藝生產(chǎn)。隨著煤炭開采條件的日益復(fù)雜，硬煤露天煤礦由開采初期的單一開采工藝、單斗-卡車工藝，向吊斗鏟剝離與采裝設(shè)備-卡車運(yùn)輸采煤的聯(lián)合開采工藝過渡，吊斗鏟臺(tái)數(shù)增加到3～4臺(tái)、斗容不斷擴(kuò)大；吊斗鏟倒堆剝離工藝由簡單的一次倒堆作業(yè)、擴(kuò)展到平臺(tái)倒堆作業(yè)和內(nèi)排土場面倒堆作業(yè)3種形式。

2.1.2 典型開采工藝特點(diǎn)分析

(1)吊斗鏟倒堆間斷工藝在西部煤田露天煤礦的應(yīng)用。主要集中在西部的波德河煤田，大部分煤炭資源適合露天開采，開采條件優(yōu)越，表土層薄、煤層厚，剝采比為1～4 m3/t；20世紀(jì)70-80年代的10年間新建了18處1 000萬t/a以上的露天煤礦，主要分布在懷俄明州，采取吊斗鏟倒堆開采工藝，分區(qū)開采，前一采區(qū)開采完成后作為后一采區(qū)的排土場。吊斗鏟倒堆剝離是生產(chǎn)環(huán)節(jié)合并式工藝，采用大型挖掘機(jī)(機(jī)械鏟或吊斗鏟)進(jìn)行倒堆剝離，在美國沿用已久，應(yīng)用最廣。

(2)吊斗鏟倒堆開采工藝在東中部煤田露天煤礦的應(yīng)用。大多位于東部的阿巴拉契亞煤田和中部的伊利諾伊煤田，覆蓋層在12～15 m時(shí)采用單斗鏟、厚度達(dá)45 m左右時(shí)采用吊斗鏟，剝采比較大。開采多煤層時(shí)，吊斗鏟先在剝離段的工作幫一側(cè)，煤面露出來后，吊斗鏟在排土場一側(cè)挖煤層間的夾石，其行走方向與剝離走向平行。

(3)單斗-卡車工藝在東部煤田露天煤礦的應(yīng)用。主要分布在阿巴拉契亞煤田，山坡地形露天煤礦采用等高線開采法剝離和采煤，沿等高線向上剝離，剝采比逐漸增大，最大可以達(dá)到30 m3/t，當(dāng)超過經(jīng)濟(jì)合理界限時(shí)就改變工作線推進(jìn)方向；主要裝備是前端式裝載機(jī)、礦用卡車、推土機(jī)。丘陵地形露天煤礦在山坡地形露天煤礦開采工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，采用箱形等高線開采法，將采場劃分成幾個(gè)塊段，利用地形條件，逐段進(jìn)行開采，就近排土；主要裝備是推土機(jī)、前端式裝載機(jī)，有些煤礦也使用規(guī)模較小的吊斗鏟。

2.2 露天煤礦主要開采設(shè)備及發(fā)展

2.2.1 總體情況

美國露天煤礦開采設(shè)備規(guī)格、品種齊全，擁有世界最大型的吊斗鏟、機(jī)械鏟、自卸卡車、牙輪鉆機(jī)等，20世紀(jì)60年代露天煤礦已經(jīng)使用斗容達(dá)168 m3吊斗鏟、138 m3的剝離機(jī)械鏟。

20世紀(jì)70年代以后，吊斗鏟斗容不斷擴(kuò)大并逐漸取代機(jī)械鏟，1969年比塞洛斯國際公司(BUCYRUS-ERIE)制造的4250W型吊斗鏟的斗容為168 m3，臂長94.5 m，為當(dāng)時(shí)世界之最；目前美國使用的吊斗鏟大部分斗容在42～88 m3，少數(shù)大型吊斗鏟斗容大于88 m3。在采裝設(shè)備中，各種類型的單斗挖掘機(jī)使用廣泛。單斗鏟規(guī)格不斷增大，最大達(dá)49.5 m3。重型液壓單斗鏟是一項(xiàng)革新，其斗容達(dá)23 m3，而以斗容7.6～17.0 m3者應(yīng)用最多。輪斗挖掘機(jī)作為連續(xù)開采設(shè)備，新一代的輪斗鏟已能適應(yīng)較硬物料。前裝機(jī)可作為裝載機(jī)械，也可作為采運(yùn)設(shè)備，由于靈活性好，在中小露天礦中廣泛使用。集采裝、運(yùn)輸、卸土為一體的拖拉鏟運(yùn)機(jī)，裝載容量可達(dá)33.6 m3，裝運(yùn)煤時(shí)可達(dá)42.8 m3或37 t。在20世紀(jì)80年代礦用卡車載重量以154 t為主，近年來，載重量250 t和400 t應(yīng)用較多。帶式輸運(yùn)機(jī)運(yùn)輸方式由于運(yùn)量大、可靠性好、運(yùn)輸成本低而獲得廣泛應(yīng)用。

2.2.2 美國礦用卡車的發(fā)展

礦用卡車是硬巖露天礦山的主要運(yùn)輸設(shè)備，大型露天礦山一般需要幾十或上百臺(tái)自卸卡車，美國礦用卡車的發(fā)展主要包括3個(gè)方面。

(1)卡車規(guī)格不斷更新。礦用卡車最大載重量由20世紀(jì)80年代初期的154 t提高到2000年的327 t，露天礦單位運(yùn)費(fèi)降低了50%。目前美國最大的礦用卡車是400噸級[5]。

(2)卡車傳動(dòng)效率不斷提高。使用高效交流傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的290 t卡車行駛速度高于154 t的卡車速度，同時(shí)由于交流減速系統(tǒng)本身的特性，這種大型卡車能在短距離內(nèi)剎車，保證了大載重量的卡車在下坡運(yùn)行時(shí)能以更快速度行駛，行駛速度提高了30%，同時(shí)縮短了卡車的運(yùn)行循環(huán)時(shí)間、提高了運(yùn)輸效率?？ㄌ乇死展?008年生產(chǎn)的Cat 797F型卡車是卡特最大的自卸卡車，是業(yè)內(nèi)燃油效率最高的卡車之一。

(3)卡車完好率與可靠性不斷增強(qiáng)。隨著設(shè)計(jì)與制造水平的提高，至今為止卡車購買或租賃協(xié)議均能保證卡車完好率在90%以上，運(yùn)營良好的車隊(duì)通常能達(dá)到85%～90%的完好率，從而降低了單位開采成本。

2.2.3 主要裝備應(yīng)用效果評價(jià)

(1)P&H單斗挖掘機(jī)(電鏟)參數(shù)。20世紀(jì)末，珀林&哈尼施菲格公司(Pawling &Harnischfeger，P&H)生產(chǎn)的單斗挖掘機(jī)，斗容10～45 m3，剝離鏟斗容25 m3，煤鏟斗容35 m3；P&H系列電鏟采用工業(yè)領(lǐng)先的IGBT交流電技術(shù)，裝有Centurion電控系統(tǒng)，具有監(jiān)控和數(shù)據(jù)集成功能，可以通過通用性電鏟交互界面與礦山管理系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，并擁有PREVAIL遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)備狀態(tài)和性能管理。

(2)比塞洛斯國際公司和卡特彼勒公司吊斗鏟參數(shù)。美國露天煤礦爆破后采用吊斗鏟倒堆剝離，吊斗鏟斗容在30～168 m3之間，臂長在70～125 m之間。比塞洛斯國際公司20世紀(jì)50年代末生產(chǎn)的吊斗鏟，最大斗容是168 m3，臂長94.5 m，整機(jī)重量12 000 t。20世紀(jì)末，黑雷露天煤礦有3臺(tái)比塞洛斯國際公司的吊斗鏟，最大的BE-2570WS型吊斗鏟斗容122 m3，臂長110 m，機(jī)重6 700 t；第二臺(tái)是BE-1570W型，斗容69 m3，臂長97.5 m；第三臺(tái)是BE-1300W型，斗容34 m3，臂長92 m。美國卡特彼勒公司目前生產(chǎn)3款吊斗鏟：CAT8000型號吊斗鏟斗容24～34 m3，臂長75～101 m，工作重量1 988 t；CAT8200型號吊斗鏟斗容46～61 m3，臂長100 m，工作重量4 100 t；CAT8750斗容76～116 m3，臂長109.7～132.5 m，工作重量7 500 t。

(3)卡特彼勒卡車參數(shù)。20世紀(jì)末，卡特彼勒生產(chǎn)的自卸卡車載重量為86、177、218 t，主要應(yīng)用于波德河煤田的大型露天煤礦(1991年黑雷露天煤礦的產(chǎn)量是2 810萬t，采用斗容30 m3和42 m3的機(jī)械鏟、170 t自卸卡車。當(dāng)時(shí)美國最大的機(jī)械鏟斗容達(dá)137 m3，最大自卸卡車載重318 t)。目前，卡特彼勒礦用自卸卡車主要有7個(gè)型號，最小型號是Cat785，載重136 t，也是卡特彼勒第一臺(tái)礦用卡車；最大型號是Cat798AC，載重372 t?？ㄌ乇死针妭鲃?dòng)自卸卡車主要有Cat794AC、Cat796AC和Cat798AC三款，載重量297～372 t?？ㄌ仉妭鲃?dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)是高電壓(2 600 V)、低電流?？ㄌ乇死臻_發(fā)的MineStar Command自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的裝卸量已經(jīng)超過24億t。

2.3 露天礦智能化技術(shù)

與原有的礦用卡車相比，無人駕駛礦車每天多作業(yè)2～3 h，年作業(yè)時(shí)間近7 000 h，可提高生產(chǎn)效率20%～30%[5]；而且，無人駕駛卡車減少了人為操作而引發(fā)事故。

2.3.1 卡特彼勒無人駕駛礦車技術(shù)的發(fā)展

(1)無人駕駛礦車的起步。20世紀(jì)80年代末美國卡特彼勒公司開始礦用卡車無人駕駛的研究，以135 t 的Cat785型礦用卡車為基礎(chǔ)改裝出“礦用自動(dòng)化卡車”(Autonomous Mine Truck，AMT)；1996年，卡特彼勒在礦業(yè)展覽會(huì)首次推出了第一輛無人駕駛礦用卡車，該型卡車前、后、側(cè)面均配備了掃描雷達(dá)系統(tǒng)，可檢測道路上的人員和障礙物，卡車到達(dá)裝車位置時(shí)自動(dòng)停車。

(2)礦山之星系統(tǒng)(Mine Star)在無人駕駛礦車的應(yīng)用。2008年卡特彼勒公司開發(fā)了240 t 的Cat793F大型無人駕駛礦用自卸卡車；之后推出了綜合性的采礦作業(yè)與設(shè)備管理系統(tǒng)——礦山之星(Mine Star)，該系統(tǒng)由車隊(duì)管理系統(tǒng)(Fleet)、地形管理系統(tǒng)(Terrain)、安全探測系統(tǒng)(Detect)、設(shè)備診斷系統(tǒng)(Health)與協(xié)同指揮系統(tǒng)(Command)5個(gè)性能套件組成。系統(tǒng)性能為全集成式，所有信息可被整個(gè)系統(tǒng)共享，用于優(yōu)化生產(chǎn)效率、增強(qiáng)安全性，提升裝備的利用率及工作時(shí)間。

(3)無人駕駛礦車在礦山的應(yīng)用實(shí)踐。2012年7月，卡特彼勒為所羅門鐵礦制造了45臺(tái)Cat793F無人駕駛卡車，并提供完整的礦山之星系統(tǒng)，無人駕駛卡車增加至63輛；2013年，福特斯克金屬集團(tuán)使用卡特彼勒的礦山之星管理59臺(tái)無人駕駛卡車，建立了世界單一礦區(qū)規(guī)模最大的露天礦無人車隊(duì)；2019年，卡特彼勒為力拓集團(tuán)制造生產(chǎn)20臺(tái)Cat793F無人駕駛礦用卡車組成的車隊(duì)，助力其實(shí)現(xiàn)礦山自動(dòng)化和數(shù)字化。卡特彼勒公司至今已經(jīng)擁有無人駕駛卡車超過350臺(tái)，累計(jì)運(yùn)量超過50億t。

2.3.2 無人駕駛礦車供應(yīng)商的解決方案

無人駕駛卡礦車的研究開始于20世紀(jì)70年代。目前，全球有六大礦用卡車供應(yīng)商都在進(jìn)行無人駕駛礦用車的應(yīng)用與研究，見表1。1994年，卡特彼勒公司2臺(tái)無人駕駛礦卡在美國投入使用；1995年，日本小松公司1臺(tái)載重77 t的礦卡在日本的一個(gè)采石場進(jìn)行無人駕駛采礦試驗(yàn)。

表1 無人駕駛礦車解決方案主要供應(yīng)商

(1)卡特彼勒公司Mine Star系統(tǒng)的5個(gè)功能模塊及運(yùn)行。車輛管理系統(tǒng)能夠提供實(shí)時(shí)的設(shè)備跟蹤，按作業(yè)計(jì)劃分配車輛及利用率統(tǒng)計(jì)管理。生產(chǎn)現(xiàn)場管理系統(tǒng)能對挖掘、裝載、排土等作業(yè)進(jìn)行精細(xì)管理。安全探測系統(tǒng)依靠環(huán)境感知探測器與報(bào)警系統(tǒng)用于輔助操作避免發(fā)生碰撞。設(shè)備診斷系統(tǒng)能夠顯示設(shè)備運(yùn)行狀況及運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備診斷分析并實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)。Mine Star系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊相關(guān)數(shù)據(jù)和信息可以共享，實(shí)現(xiàn)卡車裝載、運(yùn)輸、卸載等環(huán)境信息感知以及車輛裝載點(diǎn)、卸載點(diǎn)、行駛路徑的規(guī)劃。

(2)小松公司自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)(AHS)在礦用卡車的應(yīng)用。小松公司礦用卡車的無人駕駛主要通過自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)(Autonomous Haulage System，AHS)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)用控制裝置、GPS衛(wèi)星、無線通信技術(shù)和軟件來取代原來坐在駕駛室內(nèi)的司機(jī)。自動(dòng)化解決方案有限公司(ASI)主要為其他品牌或型號的礦用卡車提供后裝自動(dòng)駕駛方案。

3 露天煤礦生態(tài)環(huán)境保護(hù)效果顯著

3.1 美國礦山環(huán)境保護(hù)以立法為基石

美國在礦山地質(zhì)環(huán)境研究與保護(hù)方面以立法為基礎(chǔ)。礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)是生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要組成部分，第一次工業(yè)革命以后，隨著世界經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，全世界環(huán)境污染范圍越來越大、危害越來越嚴(yán)重，美國隨即開始了環(huán)境保護(hù)立法工作。美國最早的環(huán)境保護(hù)法規(guī)可追溯到1872年的《黃石國家公園法》；20世紀(jì)60年代以后，美國礦產(chǎn)資源開發(fā)在為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供強(qiáng)大動(dòng)力的同時(shí)，帶來的環(huán)境問題也日趨復(fù)雜；于是，美國開啟“從污染到治理”的發(fā)展模式，出臺(tái)了一系列礦山環(huán)境保護(hù)法律法規(guī)。

《露天采礦管理與復(fù)墾法》(1977)[7]規(guī)定了露天采礦環(huán)境治理的標(biāo)準(zhǔn)、程序、治理目標(biāo)與治理技術(shù)要求，使復(fù)墾成為煤炭開采的一部分，采礦經(jīng)營者必須將土地恢復(fù)到開采以前的狀態(tài)；土地復(fù)墾基金屬于美國國庫中的單一賬戶，主要目的是為老礦復(fù)墾籌集資金，繳納標(biāo)準(zhǔn)為：從事煤炭開采活動(dòng)的企業(yè)必須按規(guī)定繳納復(fù)墾基金，露天煤礦為35美分/t，井工煤礦為15美分/t或其售價(jià)的10%(以少者為準(zhǔn))，或按煤種銷售價(jià)來上繳，如褐煤按10美分/t或其售價(jià)的2%(以少者為準(zhǔn))，按季度繳納；土地復(fù)墾保證金制度是約束礦主主動(dòng)按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行土地復(fù)墾，保證金按許可證批準(zhǔn)的復(fù)墾要求確定，因各采礦區(qū)地理、地質(zhì)、水文、植被的不同而有差異。煤礦土地復(fù)墾驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)定植被種植5年后驗(yàn)收；要求種植牧草每公頃干物質(zhì)產(chǎn)量1 800～1 900 kg/hm2，種植農(nóng)用地產(chǎn)糧食每公頃產(chǎn)量3 000～5 400 kg/hm2。驗(yàn)收如不達(dá)標(biāo)，需要過5年后再進(jìn)行第二次驗(yàn)收，否則不返還保證金。

《大氣凈化法修正案》(1990)對各地區(qū)空氣質(zhì)量作了分類，對未達(dá)標(biāo)地區(qū)實(shí)施制裁。環(huán)保局制定了防止酸雨計(jì)劃，迫使原來生產(chǎn)高硫煤的中東部煤礦減產(chǎn)、停產(chǎn)，生產(chǎn)低硫煤的西部煤礦得到開發(fā)機(jī)會(huì)。

3.2 美國礦山土地復(fù)墾機(jī)構(gòu)設(shè)置專業(yè)且資金來源穩(wěn)定

美國政府對礦區(qū)復(fù)墾的管理多設(shè)立專門的機(jī)構(gòu)。美國為強(qiáng)化礦區(qū)土地復(fù)墾工作，在內(nèi)政部設(shè)露天采礦與復(fù)墾辦公室負(fù)責(zé)監(jiān)管全部礦山土地復(fù)墾工作，貫徹執(zhí)行《露天采礦治理與復(fù)墾法(1977)》并監(jiān)督其實(shí)施情況，負(fù)責(zé)制定頒布該法的實(shí)施細(xì)則，審批礦山開采與復(fù)墾計(jì)劃等。

美國礦山土地復(fù)墾資金來源明確穩(wěn)定。美國對于《露天采礦管理與土地復(fù)墾法》頒布前的采礦破壞土地恢復(fù)治理問題，將法律頒布前和法律頒布后分別明確治理責(zé)任，根據(jù)開采方式和礦山地形條件，法律頒布后的礦山損毀土地由開采者進(jìn)行復(fù)墾，開采者向美國內(nèi)政部繳納復(fù)墾保證金，若完成復(fù)墾且驗(yàn)收合格該部分費(fèi)用返還開采者；法律頒布前的采礦損毀土地由國家出資進(jìn)行恢復(fù)治理，主要的資金來源于國庫設(shè)立的復(fù)墾保證金，包括采礦企業(yè)繳納的費(fèi)用、滯納金、罰款、捐款等。

3.3 美國露天煤礦開發(fā)以保護(hù)環(huán)境為前提

美國露天煤礦礦區(qū)原有生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)多元化特征，例如阿巴拉契亞煤田處于溫?zé)釒?，波德河煤田位于寒帶草原，但這不影響美國煤炭資源的開發(fā)。

美國露天煤礦開發(fā)強(qiáng)調(diào)能夠恢復(fù)為擾動(dòng)之前的生態(tài)功能，生態(tài)修復(fù)與采礦工程一體化，并且將生態(tài)環(huán)保工作貫徹于整個(gè)采礦生命周期。土地復(fù)墾是礦產(chǎn)資源開發(fā)中保護(hù)土地的必然選擇，美國《露天采礦與復(fù)墾法(1977)》規(guī)定，采后土地必須恢復(fù)到原來的狀態(tài)，同時(shí)需改善礦區(qū)擾動(dòng)的生態(tài)環(huán)境；具體要求是：農(nóng)田和森林恢復(fù)原狀，控制水蝕和有毒物的沉積；保證地表不變和地下水位維持原有水平；注重有害和酸性物的預(yù)防和治理；防止堆積物產(chǎn)生滑坡等。

環(huán)境影響評價(jià)是露天資源開發(fā)的先決條件。環(huán)境影響評價(jià)是對在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)影響下環(huán)境保護(hù)的局部預(yù)測，一般由項(xiàng)目申請者(公司)提交環(huán)境影響報(bào)告書或由公司出資聘請無利益關(guān)系單位專家進(jìn)行評價(jià)。美國露天資源開發(fā)環(huán)境影響評價(jià)的具體要求由《國家環(huán)境政策法(1969)》[8]及《新建露天煤礦環(huán)境影響評價(jià)指南(1979)》提出，環(huán)境影響評價(jià)的審查和通過是采礦權(quán)審查和授予的前提。環(huán)境影響評估的要求是科學(xué)性、公開性，即環(huán)境影響評價(jià)結(jié)論要具備客觀性和合法性；要考慮公眾意見，有公共機(jī)構(gòu)(協(xié)會(huì))的參與等。

4 結(jié)語

美國煤炭資源賦存廣泛，地區(qū)分布比較均衡，開采以露天開采為主；美國煤炭產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展始終站在產(chǎn)業(yè)前沿，在不斷進(jìn)行技術(shù)革新、設(shè)備更新的同時(shí)，保持提高設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性。美國具有健全和完善煤炭法律體系，是煤炭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石，根據(jù)煤炭工業(yè)發(fā)展形勢，運(yùn)用法制手段對煤炭領(lǐng)域的問題進(jìn)行調(diào)節(jié)和規(guī)制。美國煤礦的生態(tài)環(huán)境建設(shè)是生產(chǎn)的前提，有相應(yīng)的法律法規(guī)及保障機(jī)構(gòu)由始到終為煤礦綠色建設(shè)保駕護(hù)航。

與美國相比，我國煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也應(yīng)根據(jù)現(xiàn)狀與形勢，不斷調(diào)整和完善法律法規(guī)；加大技術(shù)與設(shè)備的革新力度，在快速發(fā)展的同時(shí)保持穩(wěn)定和可靠；加固安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)，淘汰落后產(chǎn)能，推進(jìn)高效裝備設(shè)備使用，完善相應(yīng)的人員培訓(xùn)，讓人員、設(shè)備、環(huán)境形成協(xié)調(diào)統(tǒng)一的良性循環(huán)機(jī)制，真正實(shí)現(xiàn)依法治煤，建立高效、安全、綠色、環(huán)保的露天煤礦。