母?jìng)鱾?王先鋒 楊維菁 亢建民

(1.中冶沈勘秦皇島工程技術(shù)有限公司，河北 秦皇島066001;2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)公司東鞍山鐵礦，遼寧 鞍山114000)

露天礦山運(yùn)輸系統(tǒng)的發(fā)展有2 個(gè)明顯特點(diǎn):其一是汽車運(yùn)輸迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外大型露天礦山的汽車運(yùn)輸已經(jīng)改變了原來(lái)以鐵路運(yùn)輸占主導(dǎo)地位的局面;其二是半連續(xù)運(yùn)輸工藝能夠使汽車和膠帶機(jī)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，代表露天礦運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展方向，被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)有效的運(yùn)輸方式。汽車運(yùn)輸是半連續(xù)運(yùn)輸?shù)氖滓h(huán)節(jié)，也是目前露天礦山主要運(yùn)輸工藝。但是，汽車運(yùn)輸?shù)淖畲笕毕菥褪沁\(yùn)輸成本高和經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距短。在露天礦運(yùn)輸系統(tǒng)中，汽車運(yùn)距對(duì)露天礦山開(kāi)采的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果影響最大。在國(guó)內(nèi)外露天礦山中，汽車運(yùn)輸系統(tǒng)部分投資占整個(gè)露天礦總投資的30% ～50%，汽車運(yùn)輸成本占采礦總成本的25% ～45%。所以，研究汽車運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)合理運(yùn)距對(duì)確定汽車運(yùn)輸方式的使用范圍、改善露天礦建設(shè)條件和經(jīng)濟(jì)效益意義重大。

1 國(guó)內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)

汽車運(yùn)距是考核露天礦山的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。國(guó)外大多數(shù)金屬露天礦的汽車運(yùn)距波動(dòng)在1.0 ～5.5 km，平均在2.5 ～3.0 km，容許經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距為5 ～7 km。美國(guó)、加拿大一些大型露天礦平均運(yùn)距為2.8 km，小型露天礦平均運(yùn)距2.3 km，詳見(jiàn)表1。

表1 美國(guó)、加拿大露天礦汽車運(yùn)距Table 1 Automobile transportation distance of open-pit mines in USA and Canada

通過(guò)調(diào)查我國(guó)部分露天礦，汽車運(yùn)距一般為2 km，最大6 km，見(jiàn)表2。在露天礦開(kāi)拓運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距尚無(wú)確切資料作為參考依據(jù)。為此，結(jié)合國(guó)內(nèi)外露天礦山設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)踐，研究確定汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距的方法并提出汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距的建議指標(biāo)。

2 相關(guān)參數(shù)的確定

影響汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距的主要因素是基建投資、經(jīng)營(yíng)費(fèi)、投資效果系數(shù)。從對(duì)基建投資及經(jīng)營(yíng)費(fèi)的分析得出:影響較大的因素是露天礦年運(yùn)量、露天礦開(kāi)采深度、運(yùn)輸設(shè)備類型和型號(hào)，為此要首先確定上述礦山技術(shù)條件參數(shù)才能進(jìn)行汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距的計(jì)算。以下舉例說(shuō)明各種參數(shù)的確定方法。

(1)計(jì)算鐵路運(yùn)輸?shù)幕ㄍ顿Y及經(jīng)營(yíng)費(fèi)見(jiàn)表3，其中基建投資包括鐵路運(yùn)輸線路、倒裝站、牽引變電站、機(jī)修及其他配套設(shè)施，鐵路運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)費(fèi)包括運(yùn)輸設(shè)備折舊、修理費(fèi)、電耗、材料消耗、車間經(jīng)費(fèi)和人工費(fèi)。

(2)計(jì)算汽車運(yùn)輸?shù)幕ㄍ顿Y及經(jīng)營(yíng)費(fèi)見(jiàn)表4，其中基建投資包括運(yùn)輸?shù)缆?、汽車、修理設(shè)施及其他，汽車運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)費(fèi)包括運(yùn)輸設(shè)備折舊、維修費(fèi)、油耗、輪胎及其他材料消耗、人工費(fèi)。

表2 國(guó)內(nèi)露天礦汽車運(yùn)距Table 2 Automobile transportation distance of open-pit mines in China

表3 鐵路運(yùn)輸基建投資及經(jīng)營(yíng)費(fèi)計(jì)算Table 3 Calculation of capital investment and operation cost in railway transportation

(3)礦山技術(shù)條件參數(shù):①年運(yùn)量300 ～1 000 萬(wàn)t/a;②采深0 ～180 m;③機(jī)車車輛類型采用ZG100－1500 機(jī)車牽引KF－60 礦車;④汽車類型BJ370(20 t)。

3 汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距界限點(diǎn)的確定

在討論汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距時(shí)，應(yīng)把基建投資和經(jīng)營(yíng)費(fèi)的計(jì)算看作動(dòng)態(tài)過(guò)程，考慮每年增加的價(jià)值還會(huì)

表4 汽車運(yùn)輸基建投資及經(jīng)營(yíng)費(fèi)計(jì)算Table 4 Calculation of capital investment and operation cost in automobile transportation

產(chǎn)生投資效果，計(jì)算公式為n

式中，Z 為單位礦巖費(fèi)用，元/t;T 為單位礦巖基建投資，元/t;J 為單位礦巖運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)費(fèi)，元/t;P 為投資效果系數(shù);n 為標(biāo)準(zhǔn)投資返本期限，a。

式(1)將各年度發(fā)生的費(fèi)用換算到標(biāo)準(zhǔn)投資返本期限來(lái)比較。將根據(jù)式(1)計(jì)算的單位礦巖費(fèi)用作為汽車運(yùn)輸與鐵路運(yùn)輸方式比較的指標(biāo)依據(jù)，費(fèi)用小者為優(yōu)。兩者噸巖礦費(fèi)用相等時(shí)的運(yùn)距即為汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距。跟鐵路運(yùn)輸或其他運(yùn)輸方式相比較，經(jīng)濟(jì)效果相同時(shí)露天礦汽車的運(yùn)輸距離即為露天礦汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距。

通過(guò)計(jì)算尋求汽車運(yùn)輸跟鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)合理界限點(diǎn)。根據(jù)不同運(yùn)距的基建投資及經(jīng)營(yíng)費(fèi)用，采用式(1)分別計(jì)算鐵路運(yùn)輸和汽車運(yùn)輸單位礦巖費(fèi)用Z，并求其與運(yùn)距的關(guān)系，見(jiàn)表5。

表5 汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距比較計(jì)算Table 5 Comparison of cost-effective distance of automobile transportation

從計(jì)算結(jié)果分析，單位礦巖費(fèi)用和運(yùn)距是呈直線關(guān)系，其直線方程為:鐵路運(yùn)輸，

汽車運(yùn)輸

式中，kT、kQ為斜率，表示單位礦巖費(fèi)用隨運(yùn)距變化的比率;TT、TQ為縱截距，表示跟運(yùn)距無(wú)關(guān)的單位礦巖基建投資。

當(dāng)ZT= ZQ時(shí)的汽車運(yùn)距即為經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距，即

kQ·L + TQ= kT·L + TT，

求得

假定以山坡露天礦(采深100 m，運(yùn)量1 000萬(wàn)t/a)為例，運(yùn)輸車型為SH380A 礦用汽車，據(jù)計(jì)算結(jié)果繪出汽車運(yùn)輸和鐵路運(yùn)輸成本關(guān)系圖，見(jiàn)圖1。從圖1 可見(jiàn)，鐵路運(yùn)輸基建投資高于汽車運(yùn)輸，所以縱截距數(shù)值大，成本關(guān)系曲線起始點(diǎn)在上;鐵路運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)費(fèi)低于汽車運(yùn)輸，所以斜率數(shù)值小，成本關(guān)系曲線傾斜度小。2 種組運(yùn)輸方式的成本關(guān)系圖線是交叉的，交叉點(diǎn)處汽車運(yùn)輸運(yùn)距在1.85 km，即為鐵路和汽車2 種運(yùn)輸方式的界限點(diǎn)。計(jì)算結(jié)果表明:在給定的條件下，汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距應(yīng)不大于1.85 km。汽車運(yùn)輸運(yùn)距如果超過(guò)1.85 km 時(shí)應(yīng)把全汽車運(yùn)輸過(guò)渡到鐵路運(yùn)輸更為經(jīng)濟(jì)合理。

圖1 汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距計(jì)算Fig.1 Cost-effective distance of automobile transportation

4 分析討論

通過(guò)各種不同礦山技術(shù)參數(shù)下汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距的計(jì)算，對(duì)上述例子的計(jì)算結(jié)果分析如下。

(1)汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距隨運(yùn)量的增大而降低，如圖2，尤其當(dāng)運(yùn)量較小時(shí)降低的幅度較大。這說(shuō)明隨運(yùn)量的增加，鐵路運(yùn)輸?shù)暮侠硎褂梅秶鷶U(kuò)大，而在年運(yùn)量較小時(shí)(低于400 萬(wàn)t/a)，鐵路運(yùn)輸效果較差，這是因?yàn)殍F路運(yùn)輸基建投資大而運(yùn)量小所致。

(2)汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距隨露天礦的開(kāi)采深度增加而加大，如圖3。因?yàn)槁短斓V采深增大，鐵路運(yùn)輸線路工程量增大，其基建投資及修理、折舊等計(jì)入經(jīng)營(yíng)費(fèi)的部分增加幅度顯然較汽車運(yùn)輸要大，所以汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距必然增大。露天礦采深對(duì)汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距影響較大，尤其在年運(yùn)量較小時(shí)。年運(yùn)量為300 萬(wàn)t 時(shí)，采深每增加10 m，其經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距可加大150 m，而年運(yùn)量為1 000 萬(wàn)t 時(shí)，采深每增加10 m，其經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距僅增加50 m。

圖2 不同采深時(shí)汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距與運(yùn)量關(guān)系Fig.2 Relationship between cost-effective distance and transport volume under different mining depth

圖3 不同運(yùn)量時(shí)汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距與采深關(guān)系Fig.3 Relationship between cost-effective distance and mining depth under different transport volume

(3)汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距隨汽車車型加大而增大，如圖4。車型越大，車輛單價(jià)越高，初期投資越大;但大型車較小型車單位礦巖運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)費(fèi)低。所以，當(dāng)?shù)V山運(yùn)輸能力限定時(shí)，車型越大，經(jīng)濟(jì)運(yùn)距越長(zhǎng)。

圖4 汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距與車型關(guān)系Fig.4 Relationship between cost-effective distance and vehicle type

(4)汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距跟礦山是山坡露天還是深凹露天類型有關(guān)，如圖5。當(dāng)運(yùn)距小于2 km 時(shí)，深凹露天礦汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距長(zhǎng)，而山坡露天礦經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距短;當(dāng)運(yùn)距大于2 km 時(shí)則相反，深凹露天礦汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距短，而山坡露天礦經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距長(zhǎng)。前者由于深凹露天礦鐵路投資較高而導(dǎo)致汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距長(zhǎng)，后者是由于深凹露天礦汽車運(yùn)輸經(jīng)營(yíng)費(fèi)隨運(yùn)距的增加而急劇加大，導(dǎo)致山坡露天礦汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距長(zhǎng)。

圖5 汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距與礦山類型的關(guān)系Fig.5 Relationship between cost-effective distance and mine type

5 結(jié) 論

綜上所述，汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距不是定值，而是隨運(yùn)輸條件不同而變化。汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距隨運(yùn)量的增大而降低，隨露天礦的開(kāi)采深度增加而加大，隨汽車車型加大而增大，還跟礦山類型密切相關(guān)。因此在進(jìn)行露天礦開(kāi)拓運(yùn)輸設(shè)計(jì)時(shí)，汽車平均運(yùn)距應(yīng)控制在汽車經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距范圍內(nèi)，如超出允許的經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)距，則應(yīng)考慮與其他運(yùn)輸方式相配合的聯(lián)合運(yùn)輸方式。

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