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        露天開采工藝選擇的量化分析計(jì)算法研究

        2019-09-04 12:30:06范正祥
        煤炭工程 2019年8期
        關(guān)鍵詞:成本計(jì)算生產(chǎn)能力卡車

        范正祥

        (中煤科工集團(tuán)北京華宇工程有限公司,北京 100120)

        在露天開采設(shè)計(jì)中,比選開采工藝一般步驟是先計(jì)算系統(tǒng)總投資,再計(jì)算相應(yīng)工藝的生產(chǎn)成本,然后按投資回收期來(lái)分析工藝系統(tǒng)的合理性和優(yōu)越性。本文提出的量化分析計(jì)算法是基于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法的基礎(chǔ)上,將生產(chǎn)成本的計(jì)算進(jìn)一步數(shù)字化并按不同的環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)劃分和計(jì)算,以便縮小理論計(jì)算與實(shí)際生產(chǎn)中的誤差,達(dá)到給業(yè)主推薦真正合理和最優(yōu)方案的目的(由于爆破環(huán)節(jié)中針對(duì)不同工藝的爆破方案基本一樣,所以在工藝方案比較內(nèi)容中省去了爆破環(huán)節(jié)內(nèi)容)[1-9]。

        1 計(jì)算方法

        1.1 投資計(jì)算

        1.1.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)投資計(jì)算法

        傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)投資計(jì)算法是計(jì)算采掘、破碎、運(yùn)輸、排土和輔助這五個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)備的單項(xiàng)投資后累加求和,得到工藝系統(tǒng)的總投資。

        式中,Tt為系統(tǒng)總投資,萬(wàn)元;ti為第i種設(shè)備的單價(jià),萬(wàn)元;mi為第i種設(shè)備的數(shù)量,臺(tái)。

        1.1.2 量化分析投資計(jì)算法

        采用量化分析計(jì)算法計(jì)算投資時(shí),先用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)投資計(jì)算法求出總投資,再根據(jù)系統(tǒng)生產(chǎn)能力折算到單位投資(即每立方米投資),以便更準(zhǔn)確進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用公式如下:

        式中,Tu為折算到系統(tǒng)能力單位投資,元/m3;Tt為系統(tǒng)總投資,萬(wàn)元;Q為系統(tǒng)生產(chǎn)能力,萬(wàn)m3/a。

        1.2 成本計(jì)算

        1.2.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)成本計(jì)算法

        按經(jīng)驗(yàn)取采掘、破碎、運(yùn)輸和排土的單位生產(chǎn)費(fèi)用(輔助設(shè)備發(fā)生的費(fèi)用估算到這四個(gè)環(huán)節(jié)中去),累加后乘以系統(tǒng)生產(chǎn)能力得到生產(chǎn)成本。

        C=(Cm+Cc+Cv+Cd)·Q

        式中,C為系統(tǒng)年生產(chǎn)成本,萬(wàn)元/a;Cm為采掘單價(jià),元/m3;Cc為破碎單價(jià),元/m3;Cv為運(yùn)輸單價(jià),元/m3;Cd為排土單價(jià),元/m3;Q為系統(tǒng)生產(chǎn)能力,萬(wàn)m3/a。

        1.2.2 量化分析成本計(jì)算法

        各工藝環(huán)節(jié)按設(shè)備樣本的具體參數(shù)查得其具體功率,根據(jù)不同設(shè)備的單位功率小時(shí)油耗或小時(shí)電耗量、結(jié)合油價(jià)和電價(jià)可計(jì)算每臺(tái)設(shè)備的動(dòng)力費(fèi),再根據(jù)設(shè)備配置的人員可計(jì)算人工工資,最后依據(jù)《煤炭建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》相關(guān)內(nèi)容計(jì)算出材料費(fèi)、修理費(fèi)和設(shè)備折舊費(fèi)等各項(xiàng)費(fèi)用,對(duì)每臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)費(fèi)用進(jìn)行累加得到單臺(tái)設(shè)備生產(chǎn)成本,所有設(shè)備成本累加即得總生產(chǎn)成本。

        式中,Cu為系統(tǒng)單位生產(chǎn)成本,元/m3;fi為第i種設(shè)備的小時(shí)生產(chǎn)費(fèi)用,元/h。

        fi計(jì)算公式為:

        fi=(Pi·ki·ξi)·j+(χix+χiz+χic)·ti+fir

        式中,pi為第i種設(shè)備的功率,kW;ki為第i種設(shè)備運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷率,主要采運(yùn)排設(shè)備取75%,輔助設(shè)備取60%;ξi為第i種設(shè)備的單位功率能耗指標(biāo),油驅(qū)動(dòng)設(shè)備單位為L(zhǎng)/kW,電驅(qū)動(dòng)設(shè)備該值取1;j為項(xiàng)目所在地的油價(jià)或電價(jià),元/L(或元/度);χix為小時(shí)維修費(fèi)率,%(運(yùn)輸設(shè)備取χix=4%/h,其他設(shè)備取χix=2.5%/h,h為系統(tǒng)年作業(yè)小時(shí)數(shù));χiz為小時(shí)折舊費(fèi)率,%(χiz=85%/H,H為設(shè)備壽命小時(shí)數(shù));χic為小時(shí)材料費(fèi)率,%(運(yùn)輸設(shè)備取χic=4%/h,其他設(shè)備取χic=2.5%/h);ti為第i種設(shè)備的單價(jià),元;fir為小時(shí)人工費(fèi),元(對(duì)應(yīng)司機(jī)薪酬與系統(tǒng)作業(yè)小時(shí)數(shù)的比值);mi為第i種設(shè)備的數(shù)量,臺(tái);qi為系統(tǒng)小時(shí)生產(chǎn)能力,m3/h。

        2 計(jì)算實(shí)例

        廣匯淖毛湖露天礦煤層緩傾斜賦存,無(wú)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造,達(dá)產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)規(guī)模為500萬(wàn)t/a,剝采比3.5m3/t,年度剝離量1750萬(wàn)m3,靠近地表部分的剝離物為第四系,適宜于生產(chǎn)中復(fù)墾利用;下部剝離物可就近內(nèi)排;對(duì)于中部剝離物每年約520萬(wàn)m3工程量,從技術(shù)角度上分析,既可采用單斗—卡車工藝開采(卡車運(yùn)距約2.3km),又可采用單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝開采。由于采用工藝的不同,其生產(chǎn)能力略有差異。本文針對(duì)中部剝離物,采用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法和量化分析計(jì)算法兩種,分別進(jìn)行投資和成本計(jì)算如下。

        2.1 各工藝系統(tǒng)的投資計(jì)算

        2.1.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)投資算例

        傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法和量化分析計(jì)算法的總投資計(jì)算方法相同,兩種方法都是與設(shè)備廠商詢價(jià)或是收集多個(gè)招投標(biāo)項(xiàng)目的設(shè)備采購(gòu)價(jià)格信息為基礎(chǔ),以單價(jià)乘以設(shè)備數(shù)量后再累加計(jì)算總投資。

        單斗—卡車工藝系統(tǒng)投資組成很簡(jiǎn)單,分為單斗挖掘機(jī)(電鏟或液壓挖掘機(jī)等)、自卸卡車和推土機(jī),經(jīng)優(yōu)化設(shè)備規(guī)格并計(jì)算各環(huán)節(jié)設(shè)備數(shù)量后,算得投資總額為14394.81萬(wàn)元,具體投資見表1;單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝系統(tǒng)投資為電鏟、自移式破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)、輸送帶橋、排土機(jī)、履帶車和推土機(jī)等,經(jīng)優(yōu)化設(shè)備規(guī)格并計(jì)算各環(huán)節(jié)設(shè)備數(shù)量后,算得投資總額為25028.25萬(wàn)元,具體投資見表2。

        表1 單斗—卡車工藝投資構(gòu)成

        表2 單斗—自移破碎機(jī)工藝系統(tǒng)投資構(gòu)成

        2.1.2 量化分析投資算例

        該方法計(jì)算投資時(shí),由于工藝方案的差異會(huì)引起各系統(tǒng)生產(chǎn)能力變化,因此,該方法需折算到生產(chǎn)能力的單位投資。經(jīng)計(jì)算,單斗—卡車工藝總投資為14394.81萬(wàn)元,系統(tǒng)生產(chǎn)能力為525萬(wàn)m3/a,單位投資為27.42元/m3;單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝投資為25028.25萬(wàn)元,系統(tǒng)能力為520萬(wàn)m3/a,單位投資為48.13元/m3。

        2.2 各工藝系統(tǒng)成本計(jì)算

        2.2.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法成本算例

        設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算成本,一般是借鑒現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中不同礦的不同環(huán)節(jié)綜合費(fèi)用,按經(jīng)驗(yàn)取單位立方米采掘費(fèi)用、破碎費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用、排土費(fèi)用等,再乘以工程總量后進(jìn)行累加。采用單斗—卡車工藝時(shí),物料無(wú)需破碎,直接由卡車運(yùn)往外排土場(chǎng)排棄,成本計(jì)算見表3;采用單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝時(shí),則物料需破碎至滿足帶式輸送機(jī)運(yùn)輸粒度要求,再由帶式輸送機(jī)運(yùn)往排土場(chǎng)后由排土機(jī)排棄,其成本計(jì)算見表4。

        表3 單斗—卡車工藝成本計(jì)算

        表4 單斗—自移破碎機(jī)工藝成本計(jì)算

        2.2.2 量化分析法成本算例

        根據(jù)實(shí)例的生產(chǎn)條件,上部靠近地表部分的剝離物因復(fù)墾等需要直接由自卸卡車運(yùn)輸和利用;深部剝離物大部分實(shí)現(xiàn)內(nèi)排;對(duì)于中部剝離物(約520萬(wàn)m3)可以采用不同方案開采。由于開采工藝不同,設(shè)備的作業(yè)效率也存在差異,為達(dá)到不同方案比選數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,量化分析計(jì)算法按各工藝中設(shè)備能力充分發(fā)揮為前提,計(jì)算配套設(shè)備不為整臺(tái)時(shí)保留一位小數(shù),最終成本全部折算成每立方米的對(duì)應(yīng)值,以利于方案對(duì)比。

        該方法成本計(jì)算原則:設(shè)備成本計(jì)算中選取的材料費(fèi)、折舊費(fèi)、修理費(fèi)等費(fèi)率及相關(guān)參數(shù)取自《煤炭建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》;卡車及推土機(jī)耗油的油價(jià)取當(dāng)?shù)夭裼蛢r(jià)格8.37元/kg;電價(jià)按當(dāng)?shù)貎r(jià)格0.509元/(kW·h);油脂、潤(rùn)滑油等消耗計(jì)入材料消耗成本中;考慮當(dāng)前社會(huì)發(fā)展水平,操作司機(jī)平均工資取10萬(wàn)元/a。

        小時(shí)電費(fèi)按設(shè)備功率乘以負(fù)荷率再乘以電價(jià)得到;小時(shí)油費(fèi)按設(shè)備馬力數(shù)乘以不同設(shè)備的單位馬力小時(shí)耗油指標(biāo)再乘以負(fù)荷率再乘以油價(jià)得到;相同工種的設(shè)備負(fù)荷率取相同值;本方法比選中采掘及運(yùn)輸設(shè)備的負(fù)荷率均取75%;輔助設(shè)備取60%;各設(shè)備年作業(yè)時(shí)間參照實(shí)際情況計(jì)算并取值。

        1)單斗—卡車開采工藝成本分析和計(jì)算。采場(chǎng)中部剝離物采用單斗—卡車工藝開采時(shí),剝離物主要通過(guò)出入溝運(yùn)往外排土場(chǎng)排棄,經(jīng)分析,本礦采用單斗—卡車工藝的最優(yōu)設(shè)備配置方案為斗容11m3挖掘機(jī)配載重91t自卸卡車。在挖掘機(jī)能力充分發(fā)揮的前提下,采用兩臺(tái)套系統(tǒng)可完成525萬(wàn)m3開采任務(wù),對(duì)應(yīng)的運(yùn)距為2.3km。經(jīng)計(jì)算,需配備斗容11m3挖掘機(jī)2臺(tái),91t自卸卡車10.1臺(tái),380HP推土機(jī)3臺(tái),其開采成本為7.65元/m3。詳細(xì)計(jì)算見表5。

        表5 單斗—卡車工藝成本計(jì)算表

        2)單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝成本分析和計(jì)算。剝離物用單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝開采時(shí),最優(yōu)設(shè)備配置為斗容20m3電鏟配能力3500t/h的自移式破碎機(jī)。經(jīng)優(yōu)化及計(jì)算,該系統(tǒng)能力為520萬(wàn)m3/a,需配置斗容20m3電鏟1臺(tái),能力3500t/h的自移式破碎機(jī)1臺(tái),帶寬1600mm的帶式輸送機(jī)總長(zhǎng)度4732m,臂長(zhǎng)55m(25+35)的工作面轉(zhuǎn)載機(jī)1臺(tái),端幫處55m長(zhǎng)的輸送帶橋1臺(tái),能力3500t/h的ARs-1600(35+40) 排土機(jī)1臺(tái),履帶車1臺(tái),380HP推土機(jī)2臺(tái)(帶移設(shè)頭)。由于履帶車、輸送帶移設(shè)機(jī)等輔助設(shè)備僅在帶式輸送機(jī)移設(shè)時(shí)才作業(yè),作業(yè)時(shí)間較少,本次計(jì)算時(shí)按其實(shí)際時(shí)間進(jìn)行全年攤薄計(jì)算,具體結(jié)果見表6。

        表6 單斗—自移式破碎機(jī)工藝成本計(jì)算表

        2.3 方案比選

        2.3.1 傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法比選

        由表1和表2結(jié)果可知,單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)方案多投資10633.44萬(wàn)元,再由表3和表4可計(jì)算出后者每年能節(jié)省成本693.1萬(wàn)元,靜態(tài)投資回收期為15.3a,按經(jīng)濟(jì)角度分析其投資回收期過(guò)長(zhǎng),單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)工藝不占優(yōu)勢(shì)。

        2.3.2 量化分析計(jì)算法比選

        在本礦達(dá)產(chǎn)時(shí)的開采條件下,采用單斗—卡車工藝的單位(生產(chǎn)能力)投資為27.42元/m3,單位剝離物生產(chǎn)成本為7.65元/m3;而采用單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)的單位(生產(chǎn)能力)投資為48.13元/m3,單位剝離物生產(chǎn)成本為8.54元/m3??梢姡诒镜V達(dá)產(chǎn)年運(yùn)距2.3km的條件下,單斗—自移式破碎機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)在投資和成本方面均不占優(yōu)勢(shì)。分析原因,是在本礦運(yùn)距較近的條件下,無(wú)形中增加了破碎、轉(zhuǎn)載等多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié),至使后者生產(chǎn)成本也不占優(yōu)勢(shì)。因此,本礦條件推薦采用單斗—卡車工藝的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更明顯。

        3 結(jié) 論

        通過(guò)上述分析,雖然傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法也否定了自移式破碎機(jī)半連續(xù)系統(tǒng)方案,但其計(jì)算數(shù)據(jù)相對(duì)比較粗略,其計(jì)算結(jié)果中成本仍占優(yōu)勢(shì),而事實(shí)上,龐大而復(fù)雜的半連續(xù)系統(tǒng)投運(yùn)以后,經(jīng)過(guò)分環(huán)節(jié)詳細(xì)計(jì)算,其成本也高于前者。因此,傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法計(jì)算結(jié)果誤差較大,結(jié)果也因人而異,而量化分析計(jì)算法考慮了所有細(xì)節(jié)影響因素,計(jì)算結(jié)果較為準(zhǔn)確。希望設(shè)計(jì)文件中廣泛借鑒或采納量化分析計(jì)算法比選不同開采工藝,以便給業(yè)主提供真實(shí)可靠的技術(shù)數(shù)據(jù),為企業(yè)最終決策工藝方案提供可靠依據(jù)。

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