露天矿低碳型运输工艺的选择方法

郭建鹏

摘要：煤炭是中国最丰富的化石能源资源。目前，煤炭仍是国家电力安全的压载石，占我国一次性用电的56.8%，碳减排压力巨大。电力消费增加的碳排放是气候变化的一个关键因素。广义上来说，碳排放是指温室气体的排放，而二氧化碳是温室气体的重要组成部分，所以狭义的“碳排放”被认为是“二氧化碳排放”。露天矿用电排放是唯一可控的排放源，采矿技术和管理水平的提高可以大大降低碳排放。

关键词：露天矿；低碳型；运输工艺；选择方法

1能源消耗强度

露天开采工艺中的运输环节承担了煤、岩的主体运输任务，常用的基本运输方式有铁道、汽车和带式输送机等，铁道运输在我国露天矿已被汽车或带式输送机替代。所以，露天矿运输环节的能耗类别主要有油和电力，卡车运输和带式输送机运输分别以油和电作为动力的来源。

1.1耗油设备能源消耗强度

露天矿运输环节的耗油设备主要是卡车以额定功率运行时所消耗柴/汽油达到的理论生产能力。设卡车在空载和重载时都以额定功率运行，卡车完成一次运输消耗的能源强度为：

式中：q为完成一次运输的卡车能源消耗强度，kW·h；Lk为卡车运输的距离，km；v0为卡车运行的空载速度，km/h；vt为卡车运行的满载速度，km/h；Pk为卡车运行的额定功率，kW。卡车完成一次运输的生产能力指的是卡车满载时的物料体积，卡车单位生产能力的耗油量W0为：

式中：W0为卡车单位生产能力的能源消耗，量（kW·h）/m3；m为卡车的载重量，t；λ为运输物料的密度，t/m3。

1.2耗电设备能源消耗强度

露天矿运输环节的耗电设备主要是带式输送机在满功率运行时能够达到理论生产能力，故带式输送机运输的能源消耗强度WE为：

式中：WE为带式输送机运输单位生产能力的能源消耗，（kW·h）/m3；PD为带式输送机设备的额定功率，kW；Q0为带式输送机设备的生产能力，m3/h。

2实例研究

以内蒙古自治区某露天矿为例。该矿由中国神华能源股份有限公司控股建设，煤炭资源储量就达23亿t，国家核定生产能力年产原煤35Mt，2020年共开采原煤21.44Mt。

2.1碳排放量

1）能源消耗的碳排放。2020年该露天矿能源消费量为：电力35530MWh，汽油131.8t，柴油60966t；能源消耗导致的CO2排放因子为：电力0.8843，汽油3.07，柴油3.19；消耗电力、汽油、柴油致的CO2排放量为：31419.18、404.63、194481.54t。由此得出该露天矿2020年由能源消耗导致的CO2排放为226305.35t。2)温室气体排放。此处因自燃导致的温室气体排放和植被吸收CO2的量忽略不计。根据在露天矿生产中，运输过程会排放大量的碳，运输能耗约占露天矿总能耗的60%计算，可以较精准预测该露天矿2020年温室气体排放量为377175.58t。与当年实际温室气体排放量374863.1t基本相当。该矿2020年实际上能源消耗导致的排放占60.37%，而在矿山运输作业中，运输能耗占总能耗的40%～70%，可见，以上快速测算的方法，满足工程实际要求。

2.2碳排放源的精准管控

1）用油成本引起碳排放的管控。露天矿2020年碳排放结果表明：该矿耗油产生的碳排放占总碳排放总量的86.12%，其碳排放贡献度最大；耗电产生的碳排放占总碳排放总量的13.88%，它的碳排放贡献度比较小。因此，应该加大用油的成本管控，会取得显著的碳减排效果。油耗主要体现在卡车、推土机等内燃设备上，这是关键控制目标。内燃机设备是燃油消耗的主要载体，一般分为硬消耗和软消耗。硬耗是指设备开始运行后所消耗的燃料量，它与设备的性能和状态密切相关。软消耗是指人为因素消耗的燃料量，它与维修程度的技术水平、操作环境、驾驶员等多种因素有关。根据统计分析，露天矿一般软消耗约占总燃料消耗的30%，可见软消耗在降低成本方面还有很大的空间。2）用电成本引起碳排放的管控。运输作业环节中，电的消耗主要体现在胶带运输的作业上。此处管控技术主要从胶带输送机的日常维护管理、设备操控人员的定期培训、供配电实施监控技术、建立相应的保障机制等方面施行。

2.3降低能耗的精确施策

1）降低用油成本采取的措施。露天矿在耗油的成本控制上可采取的措施：实施物资供应中心的油库数字化燃油管理系统，实现取油、加油、耗油等各个环节数据的统一管理，及时准确掌握用油设备造成的油耗；加强设备定期保养，同时对“油老虎”设备及时维修，确保在正常使用柴油的消耗范围内，定期对司机的操作水平进行训练和考核，降低人为因素对油耗的影响；保证设备运行作业环境，力争做到帮齐底平，及时清理路面，提升道路质量；强化运输环节的成本管控，优化运输的路径，减少怠速及空运里程，达到减油减排、降本增效的目的。2）降低用电成本采取的措施。露天矿在耗电的成本控制上可采取的措施：建立设备配件台账信息；采用远程监控供变电等新的技术手段，有效降低因恶劣天气环境，对供电作业造成的影响；实施低成本战略保障机制：建立成本管理信息系统，安全管控机制，落实安全生产责任制，建立应急管理系统，制定安全考核机制，实现露天矿可持续发展。

3结语

1）从能源消耗强度和能源效率角度，根据各种设备的做功计算公式及功密度计算公式，推导出计算不同露天开采工艺的能源利用率的方法，通过比较不同工艺的能源利用效率，合理选出绿色、低碳的运输工艺，为露天开采工艺的选择提供了可靠的理论依据。2）结合露天矿煤炭开采能源消耗大、运输成本高、碳排放量测算复杂的特点，提出露天矿碳排放量测算模型，以具体实例验证模型的正确性，精准计算出露天矿生产运输系统的碳排放，进而预测了整个矿山的碳排放量，为露天矿管理者提供了碳资产规模、排放趋势等关键数据信息，并提供了碳排放源的精准管控和降低能耗的精确施策方案。3）为使露天矿向低碳化发展，从运输工艺角度提出有效的节能减排策略：如提高能效、调整能源结构、CO2捕集、封存与利用、无人驾驶利用、人工智能和大数据的使用，来减少能源消耗所带来的温室气体排放，有效控制能源消费和碳排放量，实现能源消费的低碳可持续利用。为实现碳中和愿景，露天开采行业需遵循能源命运共同体理念，推动低碳绿色开采、科学用煤，提高企业应对碳市场的能力。

参考文献

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