劉 金 平， 胡 洪 鑫， 郭 輝， 符 強(qiáng)

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

運(yùn)輸工作是露天礦作業(yè)的主要生產(chǎn)工序之一，其主要任務(wù)是將采場(chǎng)采出的礦石運(yùn)輸?shù)竭x礦廠、破碎站或貯礦場(chǎng)，將剝離的廢石運(yùn)送到排土場(chǎng)，并將礦山生產(chǎn)過(guò)程中所需要的人員、材料和設(shè)備運(yùn)送到指定的作業(yè)地點(diǎn)[1]。在大型露天礦開采過(guò)程中，運(yùn)輸成本一般會(huì)達(dá)到生產(chǎn)總成本的50%左右。因此，如何根據(jù)礦山的實(shí)際情況選取最優(yōu)的運(yùn)輸方案對(duì)節(jié)約露天礦基建投資、提高礦石產(chǎn)量、降低礦石成本和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率將起到至關(guān)重要的作用。

2 露天礦運(yùn)輸?shù)闹饕攸c(diǎn)

露天礦在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)節(jié)眾多，而運(yùn)輸工作則是將各個(gè)環(huán)節(jié)緊密地聯(lián)系到一起，起到了“動(dòng)脈”和“紐帶”作用。在露天礦采剝過(guò)程中，需要將產(chǎn)生的礦石和廢石通過(guò)運(yùn)輸系統(tǒng)及時(shí)運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢茫瑥亩ＷC露天礦基建和生產(chǎn)任務(wù)的合理完成。一旦運(yùn)輸系統(tǒng)發(fā)生故障造成運(yùn)輸停頓或運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)力不足都將影響到整個(gè)礦山的生產(chǎn)活動(dòng)。因此，研究露天礦運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，對(duì)合理選取運(yùn)輸系統(tǒng)以及保證露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)力和流暢性就顯得尤為重要。露天礦運(yùn)輸?shù)闹饕攸c(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：

(1)運(yùn)料單向性。露天礦的生產(chǎn)主要是將開采面采剝的礦石和巖石運(yùn)送到選礦廠(貯礦場(chǎng))和排土場(chǎng)，而其所涉及到的礦石及剝離的廢石運(yùn)輸主要集中于單一方向。

(2)運(yùn)輸強(qiáng)度大。在露天礦(特別是剝采比大)的生產(chǎn)過(guò)程中，所開采的礦石和剝離的巖石數(shù)量龐大，因此，在保證礦山生產(chǎn)活動(dòng)持續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行的情況下，其運(yùn)輸系統(tǒng)必須達(dá)到與其匹配的、足夠大的運(yùn)輸強(qiáng)度。無(wú)論是礦石或巖石通常密度較大、硬度高且塊度不一，具有較強(qiáng)的磨耗性，因此要求運(yùn)輸設(shè)備必須具有足夠的運(yùn)載能力和較大的耐磨性。

(3)特定運(yùn)輸線路的多變性。在露天礦開拓生產(chǎn)過(guò)程中，所采剝的礦石及巖石的裝卸點(diǎn)往往隨著生產(chǎn)進(jìn)度需要進(jìn)行調(diào)整，采場(chǎng)、堆場(chǎng)以及排土場(chǎng)臺(tái)階上的運(yùn)輸網(wǎng)路亦需經(jīng)常調(diào)整，故運(yùn)輸線路的質(zhì)量較低，需要經(jīng)常進(jìn)行檢修維護(hù)。

(4)運(yùn)輸組織的復(fù)雜性。從山坡露天開采轉(zhuǎn)入深凹露天開采時(shí)，運(yùn)輸系統(tǒng)的工作條件會(huì)發(fā)生很大變化，而且露天礦運(yùn)輸網(wǎng)路在巖石需分采和配礦時(shí)涉及到的運(yùn)輸任務(wù)各向交織，運(yùn)輸組織會(huì)變得十分復(fù)雜。

考慮到以上露天礦運(yùn)輸具有的主要特點(diǎn)，在進(jìn)行露天礦運(yùn)輸時(shí)應(yīng)盡量滿足以下條件：①運(yùn)距應(yīng)盡可能的短，以降低運(yùn)輸成本；②整個(gè)運(yùn)輸網(wǎng)路應(yīng)盡可能地保持不變，爭(zhēng)取做到礦山開采期間所需移動(dòng)設(shè)備量最?。虎垡粋€(gè)露天礦最好采用較簡(jiǎn)單的運(yùn)輸方式和較少的運(yùn)輸設(shè)備類型，以簡(jiǎn)化管理和維修等方面的組織工作；④運(yùn)輸設(shè)備的容積和強(qiáng)度要與采裝和卸載設(shè)備以及礦巖運(yùn)輸性質(zhì)相適應(yīng)，以提高其整體運(yùn)輸效率；⑤所選擇的運(yùn)輸方式要保證工作的可靠穩(wěn)定，主要設(shè)備的間歇時(shí)間應(yīng)盡量做到最少，移運(yùn)過(guò)程應(yīng)盡可能地保證有較大的連續(xù)性。

3 露天礦常見的運(yùn)輸方式

3.1 鐵路運(yùn)輸

(1)鐵路運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展過(guò)程。鐵路運(yùn)輸在早期的露天礦運(yùn)輸中占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位。但由于大部分露天礦由山坡轉(zhuǎn)為深凹開采時(shí)運(yùn)輸環(huán)境變得更為復(fù)雜，進(jìn)而使得鐵路運(yùn)輸?shù)倪m應(yīng)性大大降低，隨著新型運(yùn)輸方式的不斷發(fā)展和完善，鐵路運(yùn)輸逐漸被取代。

(2)鐵路運(yùn)輸具有的優(yōu)點(diǎn)。鐵路運(yùn)輸在早期露天礦運(yùn)輸中具有的優(yōu)點(diǎn)：①運(yùn)輸能力大，給礦山生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的進(jìn)行帶來(lái)了很多便利；②可選取的機(jī)車和相應(yīng)的能源類型比較多，為露天礦山的生產(chǎn)提供了更多的可能性；③運(yùn)輸過(guò)程更加穩(wěn)定可靠，為礦山的安全生產(chǎn)和產(chǎn)能達(dá)標(biāo)提供了保障；④鐵路運(yùn)輸?shù)某杀具h(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽車運(yùn)輸。

(3)鐵路運(yùn)輸具有的缺點(diǎn)。隨著人類科技水平的不斷發(fā)展，鐵路運(yùn)輸?shù)娜秉c(diǎn)日趨明顯：①基建期對(duì)時(shí)間和資金投入的要求較高；②爬坡能力不強(qiáng)且所需轉(zhuǎn)彎半徑大，對(duì)地理環(huán)境要求較高；③運(yùn)輸方式受到開采深度的嚴(yán)重制約。

3.2 汽車運(yùn)輸

(1)汽車運(yùn)輸?shù)膽?yīng)用。各種重型的裝載設(shè)備和自卸汽車的誕生為露天礦山特別是深凹型礦山的運(yùn)輸帶來(lái)了極大的便利。

(2)汽車運(yùn)輸具有的優(yōu)點(diǎn)。在露天礦山開采中汽車運(yùn)輸具有的優(yōu)點(diǎn)：①機(jī)動(dòng)靈活，可適應(yīng)各種復(fù)雜的地形條件；②爬坡能力較強(qiáng)，在相同的條件下可縮短運(yùn)距；③前期所需工程量小，能較大幅度地降低時(shí)間和資金投入；④可減小排土場(chǎng)的占地面積并提高排土效率。

(3)汽車運(yùn)輸具有的缺點(diǎn)。雖然對(duì)露天礦來(lái)說(shuō)汽車運(yùn)輸具有很多優(yōu)點(diǎn)，但其自身還存在不少缺點(diǎn)：①單位運(yùn)輸成本高，不適合長(zhǎng)距離運(yùn)輸；②容易受氣候影響，在大霧、雨雪條件下行車十分困難；③在深凹型露天礦中，汽車運(yùn)輸容易污染礦坑內(nèi)的空氣；④維修和保養(yǎng)工作量大，需要較多的人力投入。

3.3 膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸

(1)膠帶運(yùn)輸機(jī)的興起。隨著現(xiàn)代生產(chǎn)生活機(jī)械化和自動(dòng)化的不斷發(fā)展，大型膠帶運(yùn)輸機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)日趨成熟，特別是隨著移動(dòng)式破碎機(jī)和移動(dòng)式輸送機(jī)的應(yīng)用，膠帶運(yùn)輸機(jī)被越來(lái)越多地應(yīng)用到露天礦的運(yùn)輸過(guò)程中。

(2)膠帶運(yùn)輸機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)。作為一種連續(xù)的運(yùn)輸方式，膠帶運(yùn)輸具有很大的運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)：①相較于鐵路和汽車運(yùn)輸，其運(yùn)力更大；②爬坡能力更強(qiáng)。某些大傾角的膠帶運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸坡度可以達(dá)到40°甚至更高；③運(yùn)行更加可靠，噪聲低，對(duì)環(huán)境影響特別?。虎苓\(yùn)行時(shí)能源消耗少，運(yùn)輸成本低。

(3)膠帶運(yùn)輸機(jī)具有的缺點(diǎn)。膠帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸也有其自身的缺點(diǎn)：①基建期所需投入的資金較多；②膠帶機(jī)運(yùn)輸對(duì)礦體顆粒的大小要求更為嚴(yán)格，因而增加了破碎成本；③礦巖濕度較大時(shí)容易卡帶，從而減短了膠帶的使用壽命；④與汽車運(yùn)輸一樣，受天氣影響較大。

3.4 聯(lián)合運(yùn)輸

聯(lián)合運(yùn)輸是指從采場(chǎng)工作面的裝載點(diǎn)到卸載點(diǎn)(破碎站、礦石堆場(chǎng)或廢石場(chǎng))之間采用兩種以上(含兩種)的運(yùn)輸方式相結(jié)合。聯(lián)合運(yùn)輸具有的優(yōu)點(diǎn)：可以降低礦石和巖石的運(yùn)輸成本，從而有效改善并銜接生產(chǎn)工序的技經(jīng)指標(biāo)；缺點(diǎn)是必須設(shè)立轉(zhuǎn)載站將礦巖進(jìn)行轉(zhuǎn)載。

“汽車-破碎站-膠帶”運(yùn)輸這種高效率、半連續(xù)的開拓方式已成為大型露天礦的發(fā)展趨勢(shì)[2]。雖然該運(yùn)輸方案初期投資較大，但隨著露天礦山特別是大型深凹露天礦采剝生產(chǎn)的不斷進(jìn)行，該方案的優(yōu)勢(shì)將會(huì)越來(lái)越明顯，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，“汽車-膠帶”半連續(xù)的運(yùn)輸方式將成為大型深凹露天礦的最優(yōu)選擇。

4 露天礦運(yùn)輸實(shí)例分析

以國(guó)外某大型露天銅礦為例進(jìn)行分析：該銅礦設(shè)計(jì)采用濕法煉銅，服務(wù)年限為30 a，全部堆浸場(chǎng)完工后預(yù)計(jì)年產(chǎn)量為10萬(wàn)t陰極銅，礦石及巖石采剝量十分巨大。因此，結(jié)合礦區(qū)的生產(chǎn)安排和地形條件，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下選取更加合理的運(yùn)輸方式對(duì)于整個(gè)銅礦的高效運(yùn)行和成本節(jié)約至關(guān)重要。目前，由于該銅礦設(shè)計(jì)礦區(qū)內(nèi)部分征地問(wèn)題仍未解決而造成部分堆浸場(chǎng)未開工建設(shè)，因此，僅研究了圍擋范圍內(nèi)已施工完成的、具備生產(chǎn)條件的堆浸場(chǎng)。圖1為該銅礦圍擋范圍內(nèi)已完工部分的平面布置簡(jiǎn)圖。筆者結(jié)合該圖研究分析了該銅礦的運(yùn)輸方式。

由圖1可以看出：礦區(qū)范圍內(nèi)既布置有汽車運(yùn)礦道路，又布置有膠帶運(yùn)輸機(jī)線路，因此該銅礦采用的運(yùn)輸方式為既有全汽車運(yùn)輸，也有汽車運(yùn)輸和膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)穆?lián)合運(yùn)輸，整體而言屬于聯(lián)合運(yùn)輸方式。筆者結(jié)合該礦采礦生產(chǎn)的具體流程，通過(guò)各種運(yùn)輸方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對(duì)運(yùn)輸方式的選取進(jìn)行了全面的分析與比較。

圖1 銅礦圍擋范圍內(nèi)平面布置圖

4.1 通過(guò)采礦流程分析各種運(yùn)輸方式在技術(shù)上的可行性

首先結(jié)合該銅礦的采礦生產(chǎn)流程對(duì)各個(gè)過(guò)程可能運(yùn)用的運(yùn)輸方式進(jìn)行理論分析研究。

(1)坑內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程。由于該銅礦為深凹型露天銅礦，運(yùn)輸高差大，故礦坑內(nèi)的礦巖運(yùn)輸選擇汽車運(yùn)輸最為科學(xué)合理，采剝的礦巖通過(guò)汽車運(yùn)輸?shù)讲蓤?chǎng)邊幫的半移動(dòng)式破碎站方便靈活，便于調(diào)度。

(2)坑外礦石運(yùn)輸過(guò)程。坑外礦石運(yùn)輸是指將破碎站破碎后的礦石運(yùn)送到堆浸場(chǎng)的過(guò)程。1#堆浸場(chǎng)因征地原因?qū)е碌谑€(gè)堆浸單元未修建完整，形狀不規(guī)則，若使用膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)脑?，布料機(jī)無(wú)法行走完成布料，故1#堆浸場(chǎng)第十二堆浸單元只能全部采用汽車運(yùn)輸，而其余1～11號(hào)堆浸單元整體地勢(shì)平坦，理論上既可以采用全汽車運(yùn)輸，也可以采用全膠帶機(jī)運(yùn)輸結(jié)合布料機(jī)布料，亦或是二者相結(jié)合的運(yùn)輸方式。3#堆浸場(chǎng)存在部分堆浸單元形狀不規(guī)則、堆浸面為曲面等不利于布料機(jī)布料的情況，且其本身距離采場(chǎng)較近，礦石的平均運(yùn)距在2 km左右，故選擇汽車運(yùn)輸較為經(jīng)濟(jì)[3]，因此，3#堆場(chǎng)的礦石運(yùn)輸全部采用汽車運(yùn)輸。

(3)坑外巖石運(yùn)輸。結(jié)合圖1可以看出，該礦山建有3個(gè)廢石場(chǎng)，且3個(gè)廢石場(chǎng)均位于采場(chǎng)附近。同3#堆浸場(chǎng)一樣，由于3個(gè)廢石場(chǎng)形狀均不規(guī)則且地勢(shì)起伏不平，不利于布料機(jī)的使用，而由半移動(dòng)式破碎站到3個(gè)廢石場(chǎng)的平均運(yùn)距均不超過(guò)3 km，使用汽車運(yùn)輸更加經(jīng)濟(jì)合理，因此，該銅礦的坑外巖石運(yùn)輸全部采用汽車運(yùn)輸。

4.2 通過(guò)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)確定最終的運(yùn)輸方式

由上述可知，該礦僅1#堆浸場(chǎng)1～11號(hào)堆浸單元的坑外礦石運(yùn)輸方式在技術(shù)上存在多種可能性。因此筆者繼續(xù)通過(guò)計(jì)算更加直觀的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行1#堆浸場(chǎng)1～11號(hào)堆浸單元坑外礦石運(yùn)輸方式的選取。

(1)全汽車運(yùn)輸成本計(jì)算。首先，1#堆浸場(chǎng)每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)堆浸單元的設(shè)計(jì)尺寸為長(zhǎng)770 m，寬300 m，每層堆高6 m，最終堆高暫定為84 m。堆場(chǎng)每層礦堆的邊坡角為37°，每相鄰礦層間留有4.5 m的安全距離。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，每一層礦體可視為一個(gè)四棱臺(tái)，因此，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)堆浸單元的設(shè)計(jì)堆礦量經(jīng)粗略計(jì)算為800萬(wàn)m3左右。根據(jù)運(yùn)輸合同，1 km內(nèi)的礦石運(yùn)輸單價(jià)為2.38 $/m3,此后運(yùn)距每增加500 m，礦石運(yùn)輸?shù)膯蝺r(jià)增加0.24$。結(jié)合礦區(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，1#堆浸場(chǎng)1～11號(hào)堆浸單元到采區(qū)邊幫半移動(dòng)式破碎站的平均運(yùn)輸距離為5 km左右(不考慮礦堆高度影響)，即平均運(yùn)輸單價(jià)為2.38+0.24×8=4.3($/m3)。因此，若1#堆浸場(chǎng)1～11號(hào)堆浸單元的坑外礦石運(yùn)輸均采用汽車運(yùn)輸?shù)那闆r其運(yùn)輸成本(不含運(yùn)礦道路的修建及維護(hù)費(fèi)用)為800×11×4.3=37 840(萬(wàn)美元)。

(2)全膠帶機(jī)運(yùn)輸成本計(jì)算[4]。該銅礦業(yè)主采購(gòu)的兩套大型礦用布料機(jī)購(gòu)置成本約為4 400萬(wàn)美元，為滿足膠帶機(jī)運(yùn)輸粒徑要求而購(gòu)置的、進(jìn)行二次破碎的四臺(tái)液壓圓錐破碎機(jī)的成本約為1 200萬(wàn)美元，所修建的膠帶運(yùn)輸系統(tǒng)及相關(guān)配套設(shè)施成本約為800萬(wàn)美元，前期投入成本約6 400萬(wàn)美元。后期整個(gè)“二次破碎-膠帶運(yùn)輸-布料機(jī)”布料過(guò)程的運(yùn)行維護(hù)成本攤銷約為0.5 $/m3。因此，1#堆浸場(chǎng)1～11號(hào)堆浸單元坑外礦石運(yùn)輸全部采用膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)那闆r其運(yùn)輸成本為800×11×0.5+6 400=10 800(萬(wàn)美元)

(3)兩種運(yùn)輸方案的選擇。通過(guò)對(duì)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)，在不考慮汽車運(yùn)輸中運(yùn)礦道路的修建及維護(hù)費(fèi)用的情況下，全膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)某杀具h(yuǎn)低于全汽車運(yùn)輸成本，甚至不到汽車運(yùn)輸總成本的三分之一。但在全汽車運(yùn)輸和全膠帶機(jī)運(yùn)輸都滿足技術(shù)要求的情況下，通過(guò)兩種運(yùn)輸方式經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較不難發(fā)現(xiàn)，優(yōu)先選用全膠帶機(jī)運(yùn)輸雖然前期資金投入大，但對(duì)節(jié)約運(yùn)輸成本明顯更為有利。因此，在1#堆浸場(chǎng)1～11號(hào)堆浸單元坑外礦石運(yùn)輸方式的選擇中優(yōu)先選用了全膠帶機(jī)運(yùn)輸。

筆者通過(guò)全面的分析和比較得出以下結(jié)論：該銅礦適合采用的運(yùn)輸方式既有一部分全汽車運(yùn)輸，又有“汽車+破碎站+膠帶機(jī)”的聯(lián)合運(yùn)輸方式。而這正與該銅礦現(xiàn)行使用的運(yùn)輸方式相吻合，證明了其運(yùn)輸方式選擇的合理性。

5 結(jié) 語(yǔ)

露天礦山運(yùn)輸系統(tǒng)作為露天礦山生產(chǎn)的大動(dòng)脈，直接影響到露天礦山生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，在礦山運(yùn)輸系統(tǒng)的規(guī)劃與建設(shè)中，礦山企業(yè)不僅需要順應(yīng)科技發(fā)展，立足礦山自身實(shí)際，還應(yīng)對(duì)技術(shù)手段和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行深入的研究分析，從而選擇更加科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)高效的運(yùn)輸方式。[5]