母傳偉 張國勝 范志國 王坤舉 劉 聰

(1.中冶沈勘秦皇島工程技術(shù)有限公司，河北 秦皇島 066001；2.內(nèi)蒙古寧城縣宏大礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024222)

宏大鐵礦露天采場開拓運(yùn)輸優(yōu)化研究與設(shè)計(jì)

母傳偉1張國勝2范志國2王坤舉2劉 聰2

(1.中冶沈勘秦皇島工程技術(shù)有限公司，河北 秦皇島 066001；2.內(nèi)蒙古寧城縣宏大礦業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024222)

結(jié)合宏大鐵礦生產(chǎn)實(shí)際情況，深入分析研究和對(duì)比礦山各種開拓運(yùn)輸方式特點(diǎn)，依次解決了宏大鐵礦開拓運(yùn)輸方案優(yōu)化的4個(gè)核心問題。通過全汽車和半連續(xù)2種開拓運(yùn)輸方案的論證比較，選定合理的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)；通過全移動(dòng)、可移式、半固定、定固等4種破碎站形式的論證對(duì)比，選定合理的破碎站形式；通過運(yùn)輸成本數(shù)值的回歸分析，采用圖解法找到半連續(xù)運(yùn)輸和全汽車運(yùn)輸?shù)慕缦撄c(diǎn)；通過建立線性模型，用數(shù)學(xué)定量求最優(yōu)解法，找到破碎站經(jīng)濟(jì)合理移設(shè)步距。最后為礦山推薦一套經(jīng)濟(jì)合理的半連續(xù)(汽車—可移式破碎—膠帶機(jī))運(yùn)輸系統(tǒng)，可以大量節(jié)省生產(chǎn)運(yùn)輸成本，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有現(xiàn)實(shí)意義。

開拓運(yùn)輸 可移式破碎 半固定破碎 半連續(xù)運(yùn)輸 膠帶運(yùn)輸機(jī)

宏大鐵礦是由二十二冶集團(tuán)和河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)公司共同投資建設(shè)的一座大型超低品位露天釩鈦磁鐵礦山，該礦原礦磁性鐵品位2.50%，設(shè)計(jì)出礦能力1 500萬t/a，選出鐵精礦TFe品位63%，綜合選礦比27.0。目前礦山礦巖運(yùn)輸采用的公路全汽車開拓運(yùn)輸系統(tǒng)，礦石運(yùn)至選廠固定破碎站集中破碎。因?yàn)榈V石品位超低，選礦比過大，鐵精礦生產(chǎn)成本太高，生產(chǎn)經(jīng)營利潤率極低，瀕臨盈虧邊界狀態(tài)，企業(yè)處于生死存亡關(guān)頭。如果要維持礦山生存，繼續(xù)開發(fā)利用這種超低貧礦資源，必須把采選生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)成本指標(biāo)優(yōu)化挖潛，通過降低成本尋求效益，是拯救礦山、維持企業(yè)生存的唯一出路。分析該礦采選生產(chǎn)各項(xiàng)成本中，礦巖運(yùn)輸成本約占采礦成本的45%，從礦巖運(yùn)輸成本中尋求優(yōu)化空間的潛力較大，因此把運(yùn)輸方式的優(yōu)化作為研究問題的焦點(diǎn)，優(yōu)化配置更加經(jīng)濟(jì)合理的礦巖運(yùn)輸系統(tǒng)。

運(yùn)輸方式的優(yōu)化要依次解決4個(gè)核心問題：開拓運(yùn)輸方式選擇、破碎站形式選擇、運(yùn)輸方式的界限點(diǎn)、破碎站最優(yōu)移設(shè)步距。

1 開拓運(yùn)輸方案比選

礦山設(shè)計(jì)產(chǎn)能較大，開采深度逐年增加，礦巖平均運(yùn)距隨之逐年增加，運(yùn)輸成本相應(yīng)加大。隨著采深下降，汽車運(yùn)輸將會(huì)隨著運(yùn)距增大而越來越不經(jīng)濟(jì)。汽車—膠帶半連續(xù)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)是國內(nèi)外露天礦山應(yīng)用廣泛的開拓方式，與公路全汽車開拓相比，運(yùn)輸能力大、爬坡能力強(qiáng)、運(yùn)營費(fèi)低，可以實(shí)現(xiàn)降低礦巖運(yùn)輸成本的目的[1]。但增加膠帶機(jī)系統(tǒng)要增加投資1 370萬元，改變原開拓運(yùn)輸系統(tǒng)是否合理，需要做方案對(duì)比論證來得到科學(xué)結(jié)論。

方案一：固定破碎全汽車運(yùn)輸。沿用原公路汽車開拓運(yùn)輸系統(tǒng)，利用改造原固定式粗碎站，采場礦石由汽車運(yùn)至原固定粗碎站，卸礦破碎后進(jìn)入下道選礦工序，采場剝離廢石由汽車運(yùn)至排土場堆排。目前礦巖平均運(yùn)距為1.9 km，隨著采深下降汽車運(yùn)距逐年增加，至采場深部汽車最大運(yùn)距可達(dá)5.0 km。

優(yōu)點(diǎn)：使用面廣，適用性強(qiáng)，機(jī)動(dòng)靈活，便于管理；不用預(yù)先破碎，礦巖可分散運(yùn)輸、分散排巖；不易受天氣條件影響生產(chǎn)；不用增加投資。

缺點(diǎn)：較膠帶機(jī)運(yùn)輸爬坡能力小，運(yùn)輸費(fèi)用高，不經(jīng)濟(jì)；自動(dòng)化程度低；汽車數(shù)量多，交通組織難度大，車輛檢修量大[2]。

方案二：非固定破碎半連續(xù)運(yùn)輸。采場內(nèi)布置2座非固定粗碎站，每座布置2臺(tái)C160顎式破碎機(jī)，粗碎站設(shè)置在采場內(nèi)固定邊幫上或工作幫上，采場內(nèi)設(shè)置邊幫膠帶2條，采場邊部布置轉(zhuǎn)運(yùn)站1座，2條邊幫膠帶機(jī)在轉(zhuǎn)運(yùn)站合并為1條固定膠帶連接選廠中碎車間。隨著采場采深下降，破碎站分步移設(shè)。采場原有公路汽車開拓運(yùn)輸系統(tǒng)改為汽車膠帶半連續(xù)開拓運(yùn)輸系統(tǒng)，采場內(nèi)采出的礦石由汽車運(yùn)至非固定粗碎站，破碎后由采場邊幫膠帶機(jī)運(yùn)至選廠原中碎車間。采場內(nèi)剝離廢石由汽車運(yùn)至排土場堆排。采場內(nèi)汽車運(yùn)距可以控制在1.0 km之內(nèi)，采場內(nèi)邊幫膠帶機(jī)長度隨著采深下降而逐年延長，初期長度400 m，最長900 m，采場外固定膠帶機(jī)長度650 m。

優(yōu)點(diǎn)：與汽車運(yùn)輸相比，運(yùn)力大、爬坡能力強(qiáng)；自動(dòng)化程度高；操作簡單，勞動(dòng)生產(chǎn)率較汽車運(yùn)輸高2～3倍，節(jié)省能耗，平均每年可節(jié)省運(yùn)營費(fèi)約500萬元。

缺點(diǎn)：需要新增膠帶機(jī)系統(tǒng)，增加投資1 370萬元；需要預(yù)先破碎，易受暴風(fēng)雨雪影響，一旦膠帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)發(fā)生局部故障，將引起全礦運(yùn)輸作業(yè)停頓；對(duì)設(shè)備維護(hù)和生產(chǎn)管理水平要求較高。

針對(duì)宏大礦實(shí)際生產(chǎn)情況，目前礦巖平均運(yùn)距已經(jīng)達(dá)到1.9 km，噸礦巖運(yùn)輸費(fèi)用達(dá)到1.67元，隨著采深下降汽車運(yùn)距還要逐年增加，汽車運(yùn)費(fèi)也隨著運(yùn)距的加長而增大，礦山全部礦石的加權(quán)平均運(yùn)距為3.0 km，全部巖石的加權(quán)平均運(yùn)距為3.6 km，至露天底時(shí)汽車最大運(yùn)距可達(dá)5.0 km。根據(jù)國內(nèi)外礦山的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)值，自卸汽車運(yùn)距的合理范圍為：120～160 t 汽車合理運(yùn)距≤5 km；80～120 t 汽車合理運(yùn)距≤4 km；30～80 t 汽車合理運(yùn)距≤3 km；30 t 以下汽車合理運(yùn)距≤2 km。

目前礦山使用的汽車為30 t級(jí)，隨著采深逐年下降，汽車運(yùn)距將在2年內(nèi)超過合理運(yùn)距范圍，汽車運(yùn)輸將會(huì)越來越不經(jīng)濟(jì)，如果在汽車運(yùn)距超過合理運(yùn)距范圍之前建成膠帶運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)，適時(shí)把全汽車開拓運(yùn)輸轉(zhuǎn)為汽車膠帶半連續(xù)運(yùn)輸，將會(huì)降低礦山礦巖運(yùn)輸費(fèi)用，節(jié)約礦石生產(chǎn)成本，對(duì)于瀕臨盈虧邊緣的礦山企業(yè)意義重大。因此，將礦山開拓運(yùn)輸方式由公路全汽車運(yùn)輸變?yōu)榘脒B續(xù)運(yùn)輸是經(jīng)濟(jì)合理的。

2 破碎站形式比選

露天礦破碎站按是否可移設(shè)及破碎設(shè)備的固定方式分為全移動(dòng)破碎、可移式破碎、半固定破碎、固定破碎，對(duì)其特征和應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行總結(jié)歸納如表1[3]。

表1 破碎站形式分析一覽

結(jié)合宏大鐵礦具體條件，對(duì)上述4種破碎站形式逐一分析論證。

(1)全移動(dòng)破碎。全移動(dòng)破碎對(duì)應(yīng)連續(xù)運(yùn)輸方式，裝載機(jī)直接對(duì)破碎機(jī)給料，礦巖由移動(dòng)破碎機(jī)破碎后經(jīng)橋式膠帶運(yùn)輸機(jī)和邊幫膠帶機(jī)運(yùn)到采場外。全移動(dòng)破碎機(jī)設(shè)備復(fù)雜、價(jià)格昂貴，一次性投資太大，礦山在經(jīng)濟(jì)上難以承受。

(2)可移式和半固定破碎。半固定破碎較之于可移式破碎要建固定基礎(chǔ)，建設(shè)周期長，移設(shè)工程量大，移設(shè)作業(yè)時(shí)間長，土建費(fèi)用較高，服務(wù)周期長，對(duì)該礦不太適宜。可移式破碎既具備了可以移動(dòng)的優(yōu)勢，又克服了半固定建站和移設(shè)時(shí)間長的缺點(diǎn)，不必建大型基礎(chǔ)；可以靈活布置在工作幫上或非工作幫上。因?yàn)椴捎妙€式破碎機(jī)，設(shè)備相對(duì)小，質(zhì)量輕，便于拆裝起吊，移設(shè)更加靈活便捷；移設(shè)頻次較多，一次移設(shè)作業(yè)時(shí)間短，能保證礦山生產(chǎn)的連續(xù)性。因此，從這2種破碎站中，可移式破碎站更有優(yōu)越性。

(3)固定破碎。固定破碎方案可以在原粗碎車間基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，維持原汽車公路開拓運(yùn)輸系統(tǒng)不變，節(jié)省投資；但汽車運(yùn)輸將會(huì)越來越不經(jīng)濟(jì)，運(yùn)輸成本大，已經(jīng)不適應(yīng)礦山生產(chǎn)實(shí)際情況。

綜上所述，選擇汽車—可移式破碎—皮帶運(yùn)輸機(jī)組成半連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)作為礦山新的開拓運(yùn)輸系統(tǒng)。

3 全汽車運(yùn)輸方式與半連續(xù)運(yùn)輸方式的界限點(diǎn)

采場現(xiàn)狀為全汽車運(yùn)輸，礦石從采場至粗破碎車間平均運(yùn)距為1.9 km，隨著采深下降而汽車運(yùn)距逐年增加，汽車運(yùn)費(fèi)也隨之增大。當(dāng)汽車運(yùn)距達(dá)到一定長度時(shí)，如果還用全汽車運(yùn)輸就不經(jīng)濟(jì)了，需改用半連續(xù)運(yùn)輸方式。那么，當(dāng)汽車運(yùn)距達(dá)到多長時(shí)，改用膠帶機(jī)運(yùn)輸才合適，怎么找到這個(gè)界限點(diǎn)呢？

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計(jì)的樣本資料，通過回歸分析得到反映變量1(全汽車單價(jià))和變量2(半連續(xù)運(yùn)輸單價(jià))對(duì)自變量(汽車運(yùn)距)的回歸關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，據(jù)此繪出汽車運(yùn)輸和皮帶機(jī)運(yùn)輸成本線性關(guān)系圖，見圖1，對(duì)應(yīng)參數(shù)值見表2。自變量(全汽車運(yùn)距)從1 km開始以0.2 km步距遞增。變量1(全汽車單價(jià))與運(yùn)距相對(duì)應(yīng)，全汽車運(yùn)輸成本范圍2.0～3.92元/t。變量2(半連續(xù)運(yùn)輸單價(jià))按照0.7元/(t·km)價(jià)格計(jì)算，把建設(shè)膠帶機(jī)投資的財(cái)務(wù)成本考慮進(jìn)來，半連續(xù)運(yùn)輸成本范圍為2.8～3.07元/t。從圖1可見，這2組圖線是交叉的，交叉點(diǎn)處全汽車運(yùn)輸運(yùn)距在1.8 km，即為半連續(xù)和全汽車2種運(yùn)輸方式的界限點(diǎn)。礦山目前的礦巖平均汽車運(yùn)距為1.9 km，已經(jīng)超過全汽車運(yùn)輸?shù)某杀窘缦撄c(diǎn)，把汽車運(yùn)輸改造成半連續(xù)運(yùn)輸時(shí)機(jī)已到。

圖1 汽車運(yùn)輸與皮帶機(jī)運(yùn)輸噸礦成本線性關(guān)系

表2 圖1對(duì)應(yīng)參數(shù)值

4 破碎站合理移設(shè)步距的確定

采場可移式破碎站建成后，從采場工作面到破碎站的汽車運(yùn)距隨著采場降深而增加，汽車運(yùn)費(fèi)也相應(yīng)增加，當(dāng)汽車運(yùn)距增加到一定程度后，如果不及時(shí)移動(dòng)破碎站位置，會(huì)造成汽車運(yùn)費(fèi)過大而不經(jīng)濟(jì)。如果僅從縮短汽車運(yùn)距出發(fā)，破碎站在每個(gè)開采臺(tái)階都接近礦巖重心位置為最佳，每下降1個(gè)臺(tái)階就移設(shè)1次或多次，這樣頻繁移設(shè)會(huì)造成破碎站服務(wù)時(shí)間過短，破碎設(shè)備需要多次拆裝和移植重建，經(jīng)濟(jì)上也不合理。根據(jù)國內(nèi)外一些大型礦山的生產(chǎn)實(shí)踐，破碎站垂直移設(shè)步距60～70 m，即5～6個(gè)臺(tái)階，平均1次移設(shè)服務(wù)5 a左右[5]。但礦山生產(chǎn)條件不同，經(jīng)驗(yàn)可以借鑒而不能照搬，需針對(duì)實(shí)際情況具體分析。半連續(xù)總運(yùn)費(fèi)為汽車運(yùn)費(fèi)、膠帶機(jī)運(yùn)費(fèi)和破碎站移設(shè)費(fèi)3項(xiàng)之和，把各項(xiàng)費(fèi)用均攤到噸礦運(yùn)輸成本中，采用運(yùn)輸成本單價(jià)最小值法進(jìn)行分析，建立運(yùn)輸成本與移設(shè)步距的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 總運(yùn)輸費(fèi)用構(gòu)成計(jì)算

半連續(xù)總運(yùn)費(fèi)包含的3項(xiàng)費(fèi)用都跟移設(shè)步距存在函數(shù)關(guān)系。破碎站移設(shè)過頻，汽車運(yùn)費(fèi)可控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)，但移設(shè)費(fèi)用和膠帶機(jī)運(yùn)費(fèi)要相應(yīng)增加；破碎站移設(shè)滯后，移設(shè)費(fèi)用和膠帶機(jī)運(yùn)費(fèi)相應(yīng)降低，但汽車運(yùn)費(fèi)將過大而不經(jīng)濟(jì)。把尋求最佳移設(shè)步距問題簡化為線性規(guī)劃求最優(yōu)解的問題，即求出目標(biāo)函數(shù)(半連續(xù)總運(yùn)費(fèi))取得極值時(shí)的最優(yōu)解[6]。半連續(xù)總運(yùn)費(fèi)取得最小值時(shí)，作為變量的破碎站移設(shè)步距取得最優(yōu)值。通過建立線性模型，用圖解法定量求解，詳見圖2，圖2對(duì)應(yīng)參數(shù)值見表4。從圖2中可以看出，破碎站移設(shè)步距為4個(gè)臺(tái)階時(shí)，礦石總運(yùn)輸單價(jià)達(dá)到最小值4.12元/t，所以破碎站的經(jīng)濟(jì)合理移設(shè)步距為4個(gè)臺(tái)階，即破碎站平均每隔4個(gè)臺(tái)階移設(shè)一次，采場生產(chǎn)平均年下降速度為15.78 m，即破碎站平均每隔3年移設(shè)1次是最經(jīng)濟(jì)合理的。

圖2 噸礦總運(yùn)費(fèi)單價(jià)折線圖

表4 圖2對(duì)應(yīng)參數(shù)值

5 結(jié) 論

據(jù)測算，采場可移式破碎半連續(xù)系統(tǒng)建成后，前4年節(jié)省的運(yùn)費(fèi)即可收回改建系統(tǒng)增加的投資，至第5年當(dāng)年可節(jié)省運(yùn)營費(fèi)用380萬元，至第10年當(dāng)年可以節(jié)省運(yùn)營費(fèi)用1 200萬元，長期運(yùn)輸成本優(yōu)勢更加顯著，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有現(xiàn)實(shí)意義。

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(責(zé)任編輯 石海林)

OptimalResearchandDesignofDevelopmentHaulageinOpenMiningofHongdaIronMine

Mu Chuanwei1Zhang Guosheng2Fan Zhiguo2Wang Kunju2Liu Cong2

(1.MCCShenkanQinhuangdaoEngineeringTechnologyCo.，Ltd.，Qinhuangdao066001，China;2.InnerMongoliaHongdaMiningCo.，Ltd.，Chifeng024222，China)

Different forms of development haulage in mines were investigated considering the production situation of Hongda Iron Mine，and four key issues in optimal design of development haulage were solved.Proper development haulage was firstly selected by comparison with truck and semi-continuous haulage.Secondly，reasonable crushing station was chosen by comparing four kinds of stations which are full movable，movable，semi-fixed and fixed respectively.Subsequently threshold point between truck and semi-continuous haulage was decided by using graphic method and through regression analysis of haulage costs.The moving step distance of crushing station was found by obtaining the optimal solution with quantitative solution and linear model.At last，a set of cost-effective semi-continuous haulage system composed of truck，movable crushing and belt conveyor was recommended to save haulage cost.It plays a significant role in increasing economic efficiency for the mine.

Development haulage，Movable crushing，Semi-fixed crushing，Semi-continuous Hauling，Belt conveyor

2014-08-04

母傳偉(1970—)，男，總工程師，教授級(jí)高級(jí)工程師。

TD854

A

1001-1250(2014)-12-026-04