馮俊超
(中煤科工集團沈陽設(shè)計研究院有限公司,遼寧 沈陽 110015)
露天礦設(shè)備選型和數(shù)量計算是露天礦設(shè)計的重要組成部分,設(shè)備的投入在露天礦總的投入占很大的比例[1-2]。因此,科學(xué)合理的設(shè)備選型和數(shù)量計算對露天礦降本增效具有十分重要的意義。隨著我國露天采礦業(yè)的不斷發(fā)展,用于露天礦的采運設(shè)備種類越來越多,可選擇范圍越來越大[3],設(shè)備特征愈發(fā)突顯。因此在設(shè)備選型時,需要考慮的因素也隨之增加。設(shè)備的多樣性,對設(shè)備選型提出了更高的要求,尤其是相同斗容的液壓鏟和電鏟如何選擇,寬體自卸卡車與礦用自卸卡車如何選擇,成為礦山企業(yè)在設(shè)備選型時面臨的問題。就目前礦山開采工藝的運用來說,單斗-卡車工藝系統(tǒng)運用的占比還是處于極大值[4]。為此,根據(jù)采運設(shè)備服務(wù)周期和礦山生產(chǎn)年限2 個方面,從經(jīng)濟角度對電鏟與液壓鏟、寬體自卸卡車與礦用自卸卡車選型進行分析論證。
單斗挖掘機根據(jù)動力傳遞方式的不同,分為電鏟和液壓鏟,液壓鏟平均每7 年更換1 臺,而電鏟只需在使用10 年之后進行大修1 次,又可以使用10年[5]。露天礦運輸采用的卡車分為礦用自卸卡車和寬體自卸車。寬體自卸車一般折舊年限為3 年,而礦用自卸卡車折舊年限一般為10 年左右[6]。
采運設(shè)備之間匹配合理,能夠發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)效率[7],是設(shè)備選型的重要原則之一。自卸卡車選型應(yīng)與單斗挖掘機選型相匹配,宜按卡車載重與單斗挖掘機勺斗裝載量的比例為3:1~6:1[8]。
由此分析可知,與斗容12 m3單斗挖掘機相匹配的車型較為廣泛,分別有載重60 t 寬體自卸卡車、載重70 t 寬體自卸卡車、載重91 t 礦用自卸卡車以及載重108 t 礦用自卸卡車,在相同斗容條件下,可橫向?qū)Ρ瘸鰧掦w自卸車與礦用自卸車經(jīng)濟指標。同時,斗容12 m3的單斗挖掘機既有電鏟,也有液壓鏟,可對比出相同斗容電鏟及液壓鏟經(jīng)濟指標。
綜上所述,本次研究共設(shè)置8 個對比方案:①方案1:12 m3液壓鏟配備載重60 t 寬體自卸車;②方案2:12 m3液壓鏟配備載重70 t 寬體自卸車;③方案3:12 m3液壓鏟配備載重91 t 礦用自卸卡;④方案4:12 m3液壓鏟配備載重108 t 礦用自卸卡車;⑤方案5:12 m3電鏟配備載重60 t 寬體自卸車;⑥方案6:12 m3電鏟配備載重70 t 寬體自卸車;⑦方案7:12 m3電鏟配備載重91 t 礦用自卸卡車;⑧方案8:12 m3電鏟配備載重108 t 礦用自卸卡車。
計算參數(shù)按常規(guī)設(shè)計選取,挖掘機滿斗系數(shù)0.9,物料松散系數(shù)1.3,物料密度2.08 t/m3,液壓挖掘機作業(yè)循環(huán)時間25 s,電鏟作業(yè)循環(huán)時間36 s,年作業(yè)時間4 150 h,平均運距5.8 km,平均車數(shù)25 km/h,工程量按4 000 萬m3/a 考慮。根據(jù)上述設(shè)備能力計算所需的計算參數(shù),利用公式分別計算得出設(shè)備臺年能力和設(shè)備數(shù)量。
式中:Q 為挖掘機臺年能力,萬m3/a;E 為挖掘機斗容,m3;km為挖掘機滿斗率;kf為輔助作業(yè)系數(shù);ta為年作業(yè)時間,h;tj為挖掘機循環(huán)作業(yè)周期,s;ks為物料松散系數(shù)。
式中:P 為卡車臺年運輸能力,萬m3/a;kq為載重利用系數(shù);q 為卡車載重,t;tb為臺班作業(yè)時間,h;N為卡車臺年作業(yè)班數(shù);tzq為卡車運行周期,min。
設(shè)備能力和設(shè)備數(shù)量表見表1。
表1 設(shè)備能力和設(shè)備數(shù)量表
1)相同型號單斗挖掘機裝載6 斗設(shè)備能力最大。究其原因是增加裝載斗數(shù)可減少卡車入換時間,提高挖掘機純裝車時間。
2)相同配套車型情況下,液壓挖掘機年能力大于電鏟年能力。斗容12 m3單斗挖掘機能力相差13.6%~26.8%。
3)相同條件下,卡車分別與液壓鏟及電鏟配合,卡車設(shè)備數(shù)量不同,整體趨勢是配合液壓鏟的卡車數(shù)量略低于與電鏟配合的卡車數(shù)量,卡車數(shù)量相差1~3 臺。
設(shè)備投資計算是考慮設(shè)備服務(wù)周期的影響,暫按礦山生產(chǎn)年限30 年進行計算。電鏟服務(wù)周期20年,液壓鏟服務(wù)周期7 年,寬體自卸卡車服務(wù)周期3年,礦用自卸卡車服務(wù)周期10 年。按30 年計算,電鏟共計2 次,液壓鏟共計4 次,寬體自卸卡車共計10 次,礦用自卸卡車共計3 次。
根據(jù)市場詢價,斗容12 m3電鏟約2 200 萬元,斗容12 m3液壓鏟約為1 700 萬元,載重60 t 寬體自卸卡車約80 萬元,載重70 t 寬體自卸卡車約95萬元,載重91 t 礦用自卸卡車約為570 萬元,載重108 t 礦用自卸卡車約為620 萬元。
結(jié)合表1 計算所得的設(shè)備數(shù)量,計算得出各方案生產(chǎn)30 年設(shè)備總投資,設(shè)備投資表見表2。
表2 設(shè)備投資表 萬元
從表2 可以看出,方案6 是礦山生產(chǎn)30 年采運設(shè)備總投資最低的方案;但是否為經(jīng)濟指標最優(yōu)方案仍需要繼續(xù)比較30 年采運設(shè)備生產(chǎn)運營費用。
采運設(shè)備生產(chǎn)運營費用主要由能耗費用、人員工資費用、維修保養(yǎng)費用組成。根據(jù)設(shè)備手冊及市場調(diào)研,生產(chǎn)運營費用計算參數(shù)統(tǒng)計表見表3。
表3 生產(chǎn)運營費用計算參數(shù)統(tǒng)計表 萬元/a
由表3 基礎(chǔ)參數(shù),計算得出生產(chǎn)30 年采運設(shè)備生產(chǎn)運營總成本,采運設(shè)備生產(chǎn)運營費用表見表4。
表4 采運設(shè)備生產(chǎn)運營費用表 萬元
從表4 可以看出,方案2 是礦山生產(chǎn)30 年采運設(shè)備總生產(chǎn)運營費用最低的方案。
生產(chǎn)30 年采運設(shè)備產(chǎn)生的總費用由采運設(shè)備動態(tài)投資和生產(chǎn)運營成本組成,從經(jīng)濟角度分析,總費用最低方案為推薦方案,總費用計算表見表5。
表5 總費用計算表 萬元
由表5 可以看出方案6 總費用最低,是經(jīng)濟分析的最優(yōu)方案。
從表5 還可以看出:在配備相同車型的條件下露天礦生產(chǎn)30 年,液壓鏟方案經(jīng)濟總費用低于電鏟方案經(jīng)濟總費用(方案1<方案5,方案2<方案6,方案3<方案7,方案4<方案8);在同樣配備12 m3單斗挖掘機的條件下露天礦生產(chǎn)30 年條件下寬體自卸卡車方案經(jīng)濟總費用低于礦用自卸卡車方案(方案1、方案2<方案3、方案4,方案5、方案6<方案7、方案8)。
假設(shè)在同等條件下,礦山生產(chǎn)年限為10 年,經(jīng)計算得出方案6 總費用為444 245 萬元,方案2 總費用為429 985 萬元,方案2 為總費用最低方案??梢钥闯?,礦山生產(chǎn)年限分別為10 年和30 年的情況下,采運設(shè)備選型方案結(jié)論是不同的。生產(chǎn)年限10年,方案2 為經(jīng)濟最優(yōu)方案。生產(chǎn)30 年,方案6 為經(jīng)濟最優(yōu)方案。
究其原因是礦山生產(chǎn)年限不同時,受采運設(shè)備服務(wù)周期的影響,設(shè)備發(fā)生的投資次數(shù)是不同的,進而影響礦山設(shè)備動態(tài)投及經(jīng)濟計算結(jié)果。
為了尋求采運設(shè)備服務(wù)周期和礦山生產(chǎn)年限影響設(shè)備選型比選結(jié)果的臨界點,分別計算方案2 和方案6 生產(chǎn)年限5~40 年各種情況下經(jīng)濟費用,不同生產(chǎn)年限方案經(jīng)濟對比圖如圖1。
圖1 不同生產(chǎn)年限方案經(jīng)濟對比圖
由圖1 可以看出:在其他條件一樣的情況下,礦山生產(chǎn)15 年以下,方案2 經(jīng)濟效益最優(yōu);礦山生產(chǎn)15 年以上,方案6 經(jīng)濟效益最優(yōu)。
1)在相同斗容12 m3單斗挖掘機條件下,載重60 t 和70 t 寬體自卸卡車方案優(yōu)于載重91 t 和108 t 礦用自卸卡車方案。體現(xiàn)出寬體自卸卡車價格低、運營成本低的優(yōu)勢,符合我國目前剝離工程外包運營模式通常采用“小車”的情況。因此在車流密度、道路安全等因素滿足要求的條件下,推薦采用寬體自卸卡車。
2)在配備相同載重卡車條件下,礦山生產(chǎn)服務(wù)年限小于15 年時,12 m3液壓鏟方案經(jīng)濟指標較好,礦山生產(chǎn)服務(wù)年限大于15 年,12 m3電鏟方案經(jīng)濟指標較好。因此,確定礦山生產(chǎn)服務(wù)年限15 年為電鏟和液壓鏟設(shè)備選型的臨界點。在礦山開采條件均滿足電鏟和液壓鏟作業(yè)的條件下,礦山生產(chǎn)服務(wù)年限大于15 年的礦山推薦采用電鏟,反之推薦采用液壓鏟。
3)不同礦山生產(chǎn)年限條件下,受采運設(shè)備服務(wù)周期的影響,采運設(shè)備投資次數(shù)不同,直接影響選型方案經(jīng)濟計算結(jié)果。因此,礦山設(shè)備選型時,應(yīng)當充分考慮礦山服務(wù)年限和采運設(shè)備服務(wù)周期2 個方面影響因素。