0 引言
煤炭露天开采是一种开采能力大、建设速度快、劳动效率高、生产成本低、劳动环境优、安全有保证、资源回采率高等为特点的开采方式[1-2]。因其独特的优势，近百年来世界各国优先发展露天煤矿，致其在开采规模、方法、工艺、技术、装备等方面取得突飞猛进的发展，露天开采已成为美国、印度、印尼、澳大利亚、俄罗斯等世界主要采煤大国(中国除外)主要采煤方式，2018年各产煤国露天煤矿产量占比均超过50%，部分国家达到90%以上[3-4]。位于美国怀俄明州的世界最大露天煤矿罗切斯特煤矿，采用吊斗铲和单斗-卡车间断工艺，实现单坑年产亿吨煤炭[5]。我国露天煤矿发展起步较晚，且适合露天开采的煤炭资源相对较少，据统计[6]仅占我国煤炭资源总量的10%～15%，集中分布在新疆、内蒙古、山西等区域，整体上我国露天煤矿发展相对较慢。但是，改革开放40年来，我国经济得到快速发展，煤炭需求大幅增加，同时随着国家对煤炭资源勘探程度深入，发现了适合露天开采的整装煤田，以投资少、见效快为特点的露天煤矿快速崛起，开采技术加速发展。尤其是党的十八大以来，我国经济发展坚持以供给侧结构性改革为主线，大力实施落后产能退出政策，同时鼓励建设特大型露天煤矿[7]，不断释放先进产能，再一次推动我国露天煤开采矿技术进步。目前，露天开采初步形成了集理论—工艺—装备—人才—管理等为一体的自有产权开发开采技术体系。十九大以来，我国特色社会主义进入了新时代，中央提出建设以高质量发展为特征的现代化经济体系，推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革，提高全要素生产效率，这为露天煤矿发展提出了更高的要求，需要在安全、智能、绿色、高效等方面取得更大突破。为此，笔者系统的阐述了我国露天煤矿发展现状，总结归纳了先进技术成就，分析了存在的主要问题，并对我国露天煤矿未来开采技术进行了展望分析。
1 我国露天煤矿发展现状
我国露天煤矿起源于1914年辽宁抚顺古城子露天堀(史称中国第一个露天煤矿)，至今已有百余年历史。经过百余年的发展，我国露天煤矿经历了从无到有、从小到大，开采技术经历了从模仿到创新、从落后到先进，开采装备经历了从小到大、从单一到综合、从进口到国产等发展过程[8]。
按照国家能源局2019年2号公告[9]《关于全国煤矿生产能力情况》，笔者统计了证照齐全依法合规生产建设露天煤矿情况：截至2018年底，我国共有露天煤矿303处(不含井露联合开采煤矿)，占全国煤矿数量6.9%，产能75 908万t/a，占总产能16.6%。其中：在生产露天煤矿249处，占全部生产煤矿7.4%，产能63 643万t/a，占全部生产煤矿产能18%，此外基建露天煤矿有54处，产能12 265万t/a。在生产露天煤矿中，产能400万t/a及以上大型露天煤矿35处，占比14.1%，产能41 700万t/a，占比65.5%；产能1 000万t/a及以上特大型露天煤矿16处，占比6.4 %，产能31 100万t/a，占比48.9%，数量占全国所有千万吨及以上煤矿总数39%，产能占全国千万吨及以上煤矿总产能46.7%，煤矿数量产能关系如图1所示。另有产能2 000万t/a及以上露天煤矿8处，产能达20 600万t/a，产能3 000万t/a露天煤矿还有3处，最大的露天煤矿为国家能源投资集团所属的哈尔乌素和宝日希勒露天煤矿，产能均达3 500万t/a，是目前我国产能最大煤矿，也位于世界十大露天煤矿之列。此外，还有11处基建露天煤矿中，千万吨及以上6处，涉及产能7 340万t/a。
图1 我国露天煤矿数量与产能占比关系
Fig. 1 Number and capacity ratio of open-pit coal mines
我国大型在生产露天煤矿主要分布在内蒙古、山西、新疆、云南、黑龙江和陕西等6大省区，其中内蒙古最多，数量167处、产能42 285万t/a，分别占比67.1%、66.4%，千万吨及以上煤矿10处、产能22 100万t/a，在千万吨及以上露天煤矿中分别占比62.5%、71.0%，可见内蒙古成为露天煤矿开采的主要区域。我国大型露天煤矿开发主体集中在中央企业及国有地方企业，主要为国家能源投资集团、中煤能源集团、国家电力投资集团、华能集团、大唐集团、小龙潭矿务局、天池能源公司等企业。其中露天煤矿规模最大的国家能源投资集团拥有露天煤矿20处(不含井露联合)、产能23 050万t/a，占全国在生产露天煤矿产能的36.2%，产能3 000万t/a以上的露天煤矿有3处总产能超过亿吨。露天煤矿分布和开发主体占比情况如图2所示。
图2 露天煤矿区域分布
Fig. 2 Distribution of open-pit coal mines
根据以上分析，总结出我国露天煤矿开采现状3个特点：①数量少能力大，以占比7.4%的煤矿数量贡献出18%的煤炭产量，平均单矿产能是井工煤矿2倍多；②超大型占主流，露天煤矿数量不到全国煤矿数量7%，但千万吨及以上超大型煤矿数量占比39%、产能占比46.7%；③露天煤矿开发开采集中度高，66.4%的产量在内蒙古区域内，36.2%的产量由国家能源投资集团所属露天矿开采。
3 我国露天煤矿先进开采技术综述
3.1 基础理论研究成果
我国露天开采理论研究起源于建国初期前苏联，提出了剥采比优化、车流优化等理论[10]。近几年来，专家学者总结归纳了基础理论新进展[11]，但从露天煤矿开采理论研究的所有文献分析，主要聚焦在剥采比、边坡、绿色开采3个方面。
1)剥采比理论。露天煤矿在设计和生产过程中常用的剥采比主要有均衡剥采比、生产剥采比、境界剥采比、经济剥采比，专家学者对各类剥采比从不同角度进行了研究和使用，得出了在不同条件下不同剥采比的重要程度。姬长生等[12]分析了确定经济剥采比方法不完善之处，建议重新加以界定；于汝绶等[13-14]提出了当量经济剥采比新概念，建议确定露天煤矿境界原则改为境界剥采比小于等于当量经济剥采比；之后研究剥离运输功均衡法，将剥采比和剥离运距结合起来，拓宽了均衡剥采路径。为增加露天煤矿的经济效益，宋子岭等[15]运用现代控制理论，用最小的生产剥采比采出最多的有用矿物。还有一些学者为了确定最合理的露天开采境界，提出经济剥采比的动态使用性，如王满仓等[16 ]；研究了开采下部煤层经济剥采比的优化确定方法，如刘闯等[17]。这些理论促进了我国露天煤矿设计规范、制度等修订，也在多个露天煤矿得到应用。
2)边坡理论。边坡失稳是边坡灾害的主要危险源。由于各露天煤矿所处的区域不同，边坡所在的地质条件差别较大，发生边坡失稳滑坡的机理不同。综合分析文献[18-20]，露天煤矿边坡是露天采矿工程活动所形成的一种特殊结构物，影响露天煤矿边坡稳定性的因素繁多，这些因素可分为2类：① 内因，如水文地质、岩石的矿物组成、岩体中的地质结构面和构造应力，它们是边坡岩体自身所固有的。② 外因，如疏干排水情况、采矿工程活动、爆破震动、风化等，为岩体所处的环境条件。岩质边坡破坏模式包括：崩塌、倾倒破坏、平面滑动、楔体滑动、近似圆弧形滑动、岩层曲折破坏等类型，主要表现为顺倾滑动型破坏、反倾切断型破坏、局部台阶松动崩塌破坏、均质追踪节理滑动型破坏、楔体型破坏等5种类型。
3)绿色开采理论。我国露天煤矿绿色开采理论研究起步较晚，2003年钱鸣高院士提出了绿色开采的概念。之后，露天煤矿研究人员秉承煤矿绿色开采理念，开展系列研究，初步形成从开拓、工艺、装备、复垦、评价等多项指标的绿色开采理论体系。才庆祥等[21]提出露天煤矿采矿与生态重建一体化理论，指导了绿色开采理论发展；韩义朝等[22]从合理的采矿工艺与设备选型、系统的开采程序与开拓运输系统、最大的资源回采与综合效益、科学的经营管理、绿色的防尘降噪诠释了露天煤矿绿色开采理论。缪海宾[23]提出要实现绿色开采，将环境保护及恢复作为煤矿发展的内在因素，将循环经济发展与生态环境的可持续发展作为绿色开采的目标，将煤矿开采过程的各工艺环节和结果“绿色化”“生态化”作为主要内容和途径。此外，还有学者提出绿色度的概念，并对绿色开采评价体系进行大量研究。
3.2 开采工艺新进展
我国露天煤矿开采技术进展迅速，按照运输连续性将开采工艺分为间断、半连续、连续3类开采工艺，主要有单斗-卡车间断、单斗-卡车+半固定破碎站(或自移式破碎机)半连续、轮斗连续、吊斗铲倒堆、综合开采等工艺[24-26]，在伊敏、霍林河、元宝山、平朔、准格尔等露天煤矿均有应用。当前，我国大部分露天煤矿采用综合开采工艺技术，并在主要开采工艺，以及开拓、运输、爆破等生产环节不断创新：
1)协调和转向开采技术。研究表明[27-29]，相邻多露天煤矿协调开采和大型单露天煤矿转向开采技术有力促进了露天煤矿安全高效开采。相邻露天煤矿统一规划设计，优化排土方案和运输系统，缩短运距，减小生产剥采比，提高资源回采率和经济效益。如黑岱沟与哈尔乌素露天煤矿实施协调开采技术，提出了相邻露天煤矿“Z”型追踪协调开采方法，构建了相邻端帮运输系统参数的动态优化模型，获得了最优压帮高度和最小追踪距离等关键技术参数，实现了相邻端帮压煤的完全回收，解决了回收压煤与安全高效运输相矛盾等技术难题。采区转向技术分为连续和间断两类，当前基本利用连续式，可利用原有采场空间进行新采区的开采建设，无需重新拉沟，其进一步划分为留沟缓帮连续式和扇形推进连续式2种。留沟缓帮连续式是将开采方向一次转向90°的方式如图3所示。黑岱沟、安太堡均实施了转向开采技术，保持了煤矿连续高产高效。
图3 转向反向内排运输示意
Fig.3 Turn and reverse transportation system of inner dump
2)创新运输路线技术。缩短运距是露天煤矿降本增效的主要举措，因此创新了多种技术。①内排土场搭桥技术，主要有中间搭建单桥、中间搭建双桥和混合式搭桥3种方式。宝日希勒露天煤矿[30]搭桥时采用反向内排的技术进行搭桥(图4)，用最短的时间完成中间桥的搭建，煤炭运距缩短1 500 m，降低成本、解决了端帮运输通道压煤难题，增加了经济效益，同时避免了与外委队伍小型运输车辆交叉作业，减少了安全隐患；②无煤区留岛搭桥内排技术[31]。针对开采区域特殊构造无煤区，留设孤岛煤柱，实施岛后内排运输搭桥，降低剥离运输费用，增加经济效益。胜利一号露天煤矿有2块无煤区，通过留设无煤区“中心孤岛”和搭桥技术，减少无效剥离，增加经济效益近4 000万元。③采坑深部布设破碎站技术。宝日希勒露天煤矿为解决运距长、费用高、交通拥堵等问题，研究破碎站下坑可行性，采用胶带机垂直布置，沿分段的内排土场由北向南爬升，提升角度为10°，破碎站均布置于现有中间桥中部，原煤运输费用每年可节约13 500万元，节省卡车运输距离2.81 km。
图4 内排土场搭设中间桥运输系统
Fig. 4 Intermediate bridge transportation system in inner dump
3)高效爆破技术。目前露天煤矿主要采用深孔爆破、预裂光面爆破、抛掷爆破[32]等技术。其中，抛掷爆破技术是采运排一体化开采技术，将岩石破碎并将部分岩石抛掷到采空区，剩余物料由吊斗铲倒堆完成剥离作业，黑岱沟露天煤矿采用吊斗铲抛掷爆破工艺，并研发集“爆破设计、穿孔引导、装药、起爆”四位一体的露天煤矿智能化爆破技术，大大提高了效率。冻土预深翻掩埋代替冻土爆破技术[33]在蒙东极寒区域普遍应用，即在每年土方剥离竣工前利用液压铲将裸露的工作帮(将形成的冻土平盘)进行提前深翻掩埋，为第二年剥离做好准备，保证了安全高效生产。此外，还有锡箔纸防水袋爆破技术，解决了煤矿露天复采中高温区深孔爆破安全难题。神华新疆公司准东露天煤矿采用光面爆破与缓冲爆破结合技术解决减震问题，还创新了破碎锤配合硬挖的作业方式替代爆破预裂工艺，降低生产成本。
4)陡帮端帮开采技术。多个露天煤矿研究应用了陡帮和端帮开采技术提高了煤炭回采率，陡帮开采技术[34]通过采用短工作线，快速推进、快速内排压帮的方式增大边坡角，提高矿产资源高效开发和节约利用水平。端帮采煤技术[35]是在传统的露天开采技术和井工开采技术之外发展起来的一种先进、比较成熟的矿山开采方式，可进行露天煤矿坑端帮资源回采、等高线露头煤开采和沟槽开采等。目前，端帮开采有螺旋钻、采煤机、井露联合开采等采煤工艺。另外，胜利一号露天煤矿曾使用露天采煤机开采相对较薄煤层，成为薄煤层开采的一种方式。
3.3 开采装备应用及国产化技术
露天煤矿开采工艺不同使用的装备不同。露天煤矿设备主要包括采装、运输、穿孔、破碎、排土及辅助装备。20世纪露天煤矿大型设备主要依靠进口，近20年来我国加快各类设备国产化进程，目前除大型设备部分零部件进口外，许多设备已实现国产化，大大提高了产能水平[36]。
1)采装设备。以挖掘机为主，分为单斗式和多斗式。单斗挖掘机细分为电铲、液压铲、吊斗铲，多斗挖掘机分为轮斗式和链斗式。目前我国大型露天煤矿主要使用电铲，部分露天煤矿也使用液压铲、轮斗铲和吊斗铲。电铲是目前多数大型露天煤矿的主要采装设备，以国产WK系列斗容10～55 m3为主，目前最大斗容达75 m3。液压铲具有灵活机动、效率高、投资小、挖掘力大等特点，为露天煤矿不可或缺的辅助设备。轮斗是连续工艺的采装设备，受采场条件和技术影响，目前应用较少，扎哈淖尔露天煤矿使用一台塔克拉夫能力6 600 m3/h挖掘机，大连重工生产出国产全液压轮斗挖掘机，在白音华露天煤矿使用。吊斗铲是采运排一体化装备，运行成本低、生产能力大、效率高，目前国内仅有准能黑岱沟露天煤矿引进1台斗容90 m3的在用。此外，采掘设备还有前端式装载机、铲运机、露天采矿机、露天采煤机、地平王、端帮采煤机等辅助设备。
2)其他设备。运输设备主要有自卸卡车和带式输送机。卡车是单斗-卡车间断开采工艺的主要运输设备，国内大型露天煤矿使用较多的为电动轮式刚性自卸卡车，主要型号有TR100、630E、830E、MT4400、MT5500等，载重100～300 t，目前国内哈尔乌素露天煤矿应用了载重达363 t卡车，世界最大载重已达450 t。带式输送机是半连续、连续运输的主要运输设备，目前国内设备较为成熟均能满足需求。
目前国内大型露天煤矿在用的钻孔直径400 mm以下牙轮钻机、潜孔钻机和回转钻机等爆破穿孔设备基本实现国产。破碎机是半连续工艺重要设备，能力最大可达12 000 t/h，自移式破碎机开始推广，目前在伊敏、平朔东露天、白音华二号等露天煤矿成功应用。
3.4 信息化智能化技术
信息化智能化是21世纪经济社会发展的必然趋势，并在露天煤矿得到飞速发展和应用，其中卡车智能调度系统、CI-IDS生产管理系统、轮胎全寿命管理系统、疏干智能排水系统、智能爆破系统等成熟应用，提高了安全高效生产水平。
1)煤炭生产执行系统(CMES)。基于Hadoop的大数据平台技术，对露天煤矿设备、环境、能耗等实时数据以及各板块生产业务数据进行采集、存储，通过对生产动态模型建设、多目标控制流程进行优化和能耗、设备异常及生命周期进程监控预警，实现了从设计、采矿、设备维修、煤炭洗选到装车外运的智能联动和多层级、多业务领域的一体化协同智能决策，大幅提高智能化程度，生产执行系统如图5所示。
图5 煤炭生产执行系统
Figure 5 Coalproduction executive system
2)卡车智能调度系统[37]。在大型露天煤矿普遍应用此系统，主要应用现代化信息化技术，在采装、运输设备安装智能终端，通过数据采集和综合分析，实现车铲匹配、车辆防撞、动态监测、自动报警、智能决策等功能，提高效率和安全水平，胜利一号露天煤矿卡调系统(图6)。
3)矿用轮胎全寿命管理系统[38]。实时采集、监控、记录轮胎温度及压力信息，跟踪轮胎和车辆运行情况，实时监测并分析轮胎气压和温度数据，通过智能分析，动态调整车辆运行速度、合理确定不同路段最佳行驶速度、规范司机的操作，实现了轮胎的科学化管理，国家能源投资集团露天煤矿在用该系统，使国产轮胎平均寿命由1 957 h提升到3 757 h，卡车前轮换位时间由5 500 h的提升为27 500 h。
4)智能爆破系统[40]。是集“爆破设计、穿孔引导、装药、起爆”为一体智能化爆破技术。爆破数字化综合处理系统、爆破设计软件(图7a)实现了计算机爆破优化设计、爆破过程模拟及安全性分析、爆破前效果模拟与评估。智能化穿孔引导技术(图7b)实现了计算机自动布孔、GPS智能引导穿孔，精度提高了80%。智能化装药及保障技术(图7c)，在GPS导航的引领下，根据接收的炮孔装药信息实现了智能化装药，提高了装药效率和装药精度。抛掷爆破采用数码电子雷管(图7d)，实现了延期范围宽、延时精度高、安全高效的智能化起爆网络技术。
5)疏干智能排水系统[39]。利用GPRS无线传输模块，合理设计远程操作端与现场操作端接线方式，依靠液位监测装置、声光报警装置，设置主站与从站，利用无线远程控制系统来实现蓄水池水位最优控制，实现了露天采场水仓异地排水无线远程控制如图8所示。
图6 北电胜利一号露天煤矿卡车智能调度系统
Fig.6 Truck intelligent dispatching system in Beidian-Shengli No.1 Open-pit Coal Mine
图7 智能爆破成套系统
Fig.7 Intelligent blasting system
图8 疏干智能排水系统框架
Fig.8 Framework of water intelligent supply and drainage system
3.5 安全生产先进适用技术
据统计，露天煤矿发生的安全事故，边坡事故损失最为惨重、运输事故最为频繁，还有小煤窑采空区塌陷、水等重大危险源引起的重大事故。近几年，通过防治技术创新进步，事故率大幅下降，现场应用较多且效果较好的主要防治技术如下。
1)边坡监测技术[41]，采用滑坡雷达监测预警系统，综合了步进频率连续波技术、差分相位干涉测量技术、合成孔径雷达技术和永久散射体技术等四项国际领先技术，用于边坡微小位移变化监测、预警，装备及预警情况如图9所示。同时配套边坡锚索监测系统，实时监测加固锚索预应力变化，实现多参量立体监测，超前采取措施保障安全生产。
车辆运输事故智能防控技术包括以下内容。卡车防撞预警系统，能够提示司机防范周围车辆，有效防止车辆碰撞事故。超速预警系统，实现车辆行驶速度的实时监测，跟踪记录车辆运行参数，防止超速行驶。盲区监控系统，能够对车辆盲区实施监测，可实现卡车360°可视，杜绝重大运输事故。卡车电动轮主机架实时裂纹监控系统[42]，能够在线、实时检测电动轮主机架的应变及裂纹的扩展情况，可在主机架彻底断裂前发出报警，避免卡车倾翻、碰撞等安全事故。
图9 滑坡雷达监测预警系统
Fig.9 Radar monitoring and early warning system for landslide
2)疏排水技术[43]是解决露天煤矿水害的有效措施，在伊敏、胜利、白音华等矿区普遍应用。当前疏排水采取“外围预先降水+采场工作面水仓集水疏干”联合技术，采场外围周边疏干井强行抽水形成降落漏斗，提前将含水层中水疏排至矿坑外；采场内在内排土场与采掘场非工作帮、端帮之间建立隔水墙，阻止周边地下水对内排土场的渗入，配合设置临时集水仓，抽排或利用，保障内排土场岩土稳定。大雁扎泥河露天煤矿，创造性的建造地下混凝土连续墙约5 500 m，对渗水通道进行帷幕截流，达到水害治理、边坡稳定、保护生态环境的目的。
我国露天煤矿开采范围内小煤窑采空区塌陷是安全开采重大隐患，集成高密度电磁法、瞬变电流法、井地地震CT 成像法等手段勘探采空区，并采取塌陷爆破、剥离物回填等方法对勘探出的采空区进行治理，保证了安全生产，降低了对水资源和地貌破坏程度，宝日希勒露天煤矿应用此技术后，未发生一次安全事故[44]。
3.6 生态恢复技术
露天煤矿开采对生态环境扰动强烈，破坏了原始生态环境，专家学者通过攻关研究，形成了系列绿色开采技术成果，综述如下。
1)特大型露天煤矿区域绿色开发关键技术[45]。准能集团依托黑岱沟和哈尔乌素两大露天煤矿，研究出基于生态保护、节能减排、安全高效三个方面全生命周期露天煤矿开采扰动效应评价理论，研发了邻矿协调高效开采、智能开采、智能爆破、卡车防撞、新型炸药、抛掷爆破、水土保持、生态重建等八大绿色开发关键技术，构建了特大型露天煤矿区“采-复-农-园”四位一体协同开发模式，生态环境得到根本改善，走出了一条脆弱环境下特大型露天煤矿绿色开发的新路，技术构架如图10所示。
图10 特大型露天煤矿区绿色开发关键技术构架
Fig.10 Key technology framework of green development in large open-pit coal mine
2)生态修复与综合整治技术，研究了东部草原区域露天煤矿长期高强度开采驱动下的生态累积效应，评估了对区域生态安全的影响阈值，提出生态影象途径及表征(图11)，探索出矿区土地整治、植被恢复、土壤重构和景观生态恢复等关键生态恢复技术体系。
3)采矿复垦一体化技术成为当前露天煤矿复垦的主要治理技术[46]，实现了采矿过程的各个工序有序结合，同时结合GPS、GIS及三维可视化技术，对露天煤矿采场、排土场复垦前后情况进行虚拟展示，实现边开采、边复垦、边预控的目的，在晋、陕、蒙生态环境脆弱地区取得显著成效。
4)土地复垦仿地貌重建技术[47]，采用各类先进技术获取排土场沉降规律及系数，收集分析参照区域气候、土壤、植被等支撑数据，提取缓坡地形特征数据，提出了近自然缓坡地形的仿自然地貌重塑技术，胜利露天煤矿区构建了排土场景观全生命周期近自然重塑模式，开展了内外排土场等典型待修复斑块选址与近自然形态设计，减少排土场水土流失，增加边坡稳定性。
5)微米级干雾抑尘技术，是在破碎站易产尘区域安装微米级干雾抑尘设备，生产过程中在起尘区域形成抑尘“雾池”，实现对起尘点的粉尘抑制效果。
6)新型筑路技术，为改善雨雪天气对露天煤矿道路影响，引进应用一种适用于黏土基土壤的新型筑路材料FRT，将黏土中的束缚水转变成自由水排出，使黏土不再吸水，将土壤颗粒、砂石等紧密粘结在一起，达到路面平整度、强度等各项指标良好效果。
图11 大型煤电基地生态影响途径与表征框架
Fig. 11 Ecological influence pathways and representation frame work of large coal and electricity base
4 露天煤矿开采发展存在的主要问题
我国露天煤矿开采技术取得了长足进步，同时也存在诸多不足和瓶颈问题，主要体现在以下7个方面。
1)国家指导政策与露天煤矿发展速度不同步。在发展过程中，因为露天煤矿单矿规模不断增大，采矿用地数量快速增加，而地方用地政策未及时做出调整，导致露天煤矿用地规划指标紧缺，加之征地手续繁杂、审批时间较长，煤矿出现无地可用被迫停产现象，开采用地成为制约露天煤矿可持续发展的瓶颈问题。国家生态环保政策趋紧，历史欠账较多的露天煤矿无法短时间内达到标准，当前露天煤矿复垦绿化不满足生态环保要求。
2)露天煤矿开采模式相对单一。我国露天煤矿开采仅是传统的一矿一坑、按矿划分资源、同一煤田露天井工单列开采的模式，严重制约了高产高效的发挥，限制了大型露天装备的应用，降低了资源的回采率。
3)全国露天煤矿开采技术发展不平衡。纵观全国露天煤矿数量，中小煤矿数量占比85%，仍是以传统的小型挖掘运输设备和开采工艺为主，复垦绿化不达标，开采技术相对落后。占比不足15%的大型露天煤矿也仅有千万吨级超大矿引进采购大型挖掘、运输等设备，采用综合开采工艺，提升了开采技术水平，但全国露天煤矿开采技术整体发展不平衡。
4)露天煤矿大型关键设备及零配件仍依赖进口。我国露天煤矿使用的电铲、卡车、破碎机、轮斗、吊斗铲等大型关键设备及零配件主要依赖进口，在一定程度上制约了露天煤矿快速发展。
5)高效的露天开采工艺应用较少。目前，我国露天煤矿开采工艺主要是单斗-卡车间断工艺，而轮斗连续、自移式破碎机半连续、吊斗铲倒堆等高效开采工艺应用较少，普适性高效开采新工艺攻关难以突破。
6)恢复生态原貌技术尚不成熟。当前露天煤矿仅是开采造成的生态破坏进行绿化复垦，整套的损坏鉴定、采复同步、原貌恢复等关键技术尚不成熟。
7)重大灾害治理技术仍需突破。露天煤矿水害有效治理、边坡失稳精准预警、露天大片火区灭火等新技术需要攻关突破。
5 露天煤矿开采技术的发展趋势
高质量发展是我国新时代经济社会发展的风向标，推进煤炭产业高质量发展是必然趋势。露天煤矿开采技术已经具备了高质量发展的基础条件，未来将在开发模式、智能开采、安全高效、绿色矿山、职业人才等5个方面迎来新的发展。
1)探索露天煤矿开发开采新模式。未来我国露天开发煤炭资源模式有2个方向：①根据我国可用于露天开采的大型煤田资源的赋存特点，借鉴美国北羚羊露天煤矿、罗切斯特煤矿开采模式，研究一矿多坑或一矿多点开发开采模式，减少易采煤炭资源因人为划界留设煤柱导致资源损失和影响开采效率，实现煤炭资源无界、高效、协调、节约开发；②研究浅部露采、深部井采协同开采新模式，提出先露后井、露井同采开采顺序界定标准，充分利用露采空间资源，设计井工开采方式，减少煤矿投资、提高资源回采率、延长煤矿服务年限。
2)研发高端智能装备为建设智慧矿山提供支撑。露天煤矿高端智能装备及关键部件主要依赖进口，制约了露天煤矿智能发展。研发吊斗铲、无人卡车、大型破碎机等采剥运破高端装备，实现大型卡车电动机、电动轮、轮胎和大型电铲电控系统等设备国产化，是加快智能矿山建设、降低煤矿生产成本、保障生产持续稳定的关键。因吊斗铲价格昂贵、缺乏配件，在我国应用较少，美国等发达国家大型露天煤矿主要依靠吊斗铲，进行多台吊斗铲集中布置，实现单矿亿吨产能规模，研发吊斗铲实现国产化能够大幅提高露天煤矿生产水平，为实现一矿多坑开发模式提供关键装备。随着以互联网、物联网、大数据、云计算、人工智能等信息化技术快速发展，为智能化开采提供了自动感知、识别、分析、决策、控制等功能路径，将现代信息技术与开采工艺涉及的采剥爆装破运等装备和安全监控进行整合连接，建立一张网连接、一个平台控制的智能开采模式，实现少人无人、提高生产效率。
3)创新安全高效生产新技术。安全方面需要进一步研究2项技术：①对于目前露天煤矿，通过建设智能平台，实现各类设备的少人无人操作、运输车辆距离速度控制、边坡失稳超前预警等技术功能，让人处于安全的环境；②建立设备易损关键零部件及关联部件的实时监控平台，让设备及主要零部件在动态运转中处于透明可控的状态，实现设备及主要零部件的本质安全，避免因物不安全带来人的不安全。高效方面，发展趋势是研究突破适合各类地质条件的露天煤矿半连续、连续开采工艺整套技术和关键装备，快速提高生产效率效益。
4)创建绿色矿山成套技术体系。随着我国生态文明建设的不断深入，绿色开发开采是露天煤矿发展的必然趋势。建设绿色矿山需要在3个方面取得突破：①因地制宜制定绿色矿山在设计、开发、闭坑全寿命过程中剥、采、运、爆、填、垦等标准，建立煤矿开采过程中噪音、粉尘、绿化、水系恢复等规范，形成纵横覆盖的绿色矿山标准；②攻关露天煤矿开采对环境损坏程度的精准判断技术、开采与生态环境保护协调同步技术、高质量土地复垦技术，为现有露天煤矿生态恢复提供技术支撑[48]；③从长远谋划露天煤矿生态原貌恢复技术，实现煤矿在开采过程中和闭坑后对生态环境零影响。
5)培养露天煤矿职业开采技术人员。职业开采是专业开采、精准开采的更高体现，需要培养与露天煤矿开发开采新模式、新技术、新工艺、新装备等相适应相匹配的职业开采人才队伍。企业、煤炭高等院校研究建立新的培养职业开采人才队伍平台，培养适合智能、绿色开采管理、技术及操作新型职业人员，建立分工明确、专业精湛、安全高效的专业化服务和运营队伍。
综上所述，改革开放40年来，我国露天煤矿在规模、工艺、装备、绿色等开采技术方面取得了较大进步，但距世界一流尚有较大的差距。因此，露天煤矿应以我国推进经济高质量发展为契机，聚焦模式创新、研发提高国产装备水平、探索连续生产工艺、建立绿色矿山标准体系、培养适应智能绿色开采技术的职业队伍人才，推进我国露天煤矿开采技术进入世界一流行列，同时为促进我国煤炭产业高质量发展提供重要支撑。
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