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。

1 方案設(shè)置

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。

2 設(shè)備能力及數(shù)量計算

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。

3 經(jīng)濟指標

3.1 設(shè)備投資

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。

3.2 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。

3.3 總費用計算

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）。

4 比選結(jié)果

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)。

5 結(jié)語

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。