緬甸萊比塘銅礦臺(tái)階采剝施工技術(shù)研究

劉 平 旭, 陶 體 盛, 徐 亮, 許 國 棟

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

萊比塘銅礦位于緬甸實(shí)皆省(Sagaing)南部，距離蒙育瓦(Monywa)直線距離5 km，公路里程約26 km。礦區(qū)中部為孤島狀山丘，南北走向，長約2 200 m，寬約1 400 m，四周為第四系沖洪積平原，地勢較為平緩，屬于平原地形地貌。萊比塘銅礦采用分區(qū)分期開采的技術(shù)方式，生產(chǎn)期設(shè)計(jì)年采剝總量為6 900萬t，其中廢石剝離量3 865萬t，礦石量3 035萬t，破碎、堆浸日處理礦量92 kt/d。該項(xiàng)目生產(chǎn)期33 a，其中投產(chǎn)期1 a(包括建設(shè)期)，達(dá)產(chǎn)期30 a，減產(chǎn)期2 a。

萊比塘銅礦處于緬甸中部中央沉降帶的內(nèi)火山弧上，產(chǎn)于欽敦江沖積平原西側(cè)的晚第三系火山碎屑巖和晚期的安山巖-英安巖體內(nèi)，為斑巖銅礦經(jīng)風(fēng)化淋濾和次生富集作用形成的高硫化型銅礦。礦區(qū)內(nèi)巖土體可分為松散巖土層、破碎裂隙發(fā)育帶巖石與堅(jiān)硬巖石三類，巖石硬度為7～9度。

礦區(qū)以熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹鳎Ｄ隉o霜，干、濕季分明。全年可分為涼、干、雨三季：每年10月至翌年2月為涼季；每年3～5月是緬甸氣溫最熱的干季；每年6月中旬以后多吹西南季風(fēng)進(jìn)入雨季，7、8月降雨較為集中。冬季涼爽干燥，春季炎熱干燥，夏秋季炎熱潮濕。礦區(qū)周圍地勢較低，海拔64～330 m，植被發(fā)育，主要為低矮灌木和草類植物。

萊比塘銅礦采用條帶式臺(tái)階采剝方式進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，臺(tái)階設(shè)計(jì)高度為15 m，終了境界設(shè)計(jì)為兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)采剝臺(tái)階并段，預(yù)留寬8 m的安全平臺(tái)，從240 m標(biāo)高開始向礦坑實(shí)施采剝作業(yè)，每降深90 m預(yù)留寬16 m的安全平臺(tái)，松散巖土層和破碎裂隙發(fā)育帶巖石區(qū)的臺(tái)階坡度設(shè)計(jì)為55°，堅(jiān)硬巖石區(qū)的臺(tái)階坡度設(shè)計(jì)為60°。

根據(jù)達(dá)產(chǎn)期年度生產(chǎn)規(guī)劃，萊比塘銅礦主要采剝?cè)O(shè)備的配置為：液壓挖掘機(jī)14臺(tái)，礦用卡車99臺(tái)，共計(jì)113臺(tái)，其中2臺(tái)22 m3正鏟配備10臺(tái)NTE260礦用卡車，主要進(jìn)行覆蓋層的廢石剝離，其余挖掘機(jī)根據(jù)年度生產(chǎn)規(guī)劃、運(yùn)距的長短合理配置相應(yīng)數(shù)量的TR100礦用卡車對(duì)坑內(nèi)礦石及部分廢石實(shí)施采運(yùn)作業(yè)。

2 采運(yùn)生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集

對(duì)采運(yùn)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要采用計(jì)時(shí)觀察法收集，其以研究工時(shí)消耗為對(duì)象，以觀察測試為手段，通過密集抽樣和粗放抽樣等技術(shù)進(jìn)行直接的時(shí)間研究。GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)投入生產(chǎn)后，直接通過特定軟件記錄并統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)及效率參數(shù)等技術(shù)資料，其數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性比前者高，可以直接用作其他相關(guān)工作的參考數(shù)據(jù)或分析時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。其他基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如鉆孔爆破施工中的鉆孔成孔率、爆堆礦石超徑率，而不同臺(tái)階因巖性和巖石構(gòu)造不同導(dǎo)致的生產(chǎn)效率差異則需要采用人工方式收集并通過對(duì)長期的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得知，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)期越長，其數(shù)值越接近實(shí)際值。

3 臺(tái)階采剝施工技術(shù)設(shè)計(jì)理論的研究

3.1 基本情況

露天礦山臺(tái)階采剝施工作業(yè)主要由“鉆孔爆破、采裝、運(yùn)輸和卸料”四大工序組成，工序單一，其作業(yè)具有典型的重復(fù)性特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)采剝作業(yè)“程序化”“精細(xì)化”生產(chǎn)管理模式。臺(tái)階采剝?cè)O(shè)計(jì)方案首先要求技術(shù)上可行后再進(jìn)行相關(guān)的經(jīng)濟(jì)分析，通過經(jīng)濟(jì)效益分析：若該方案有利于生產(chǎn)成本的節(jié)約和項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的提高，則將其用于生產(chǎn)施工,在生產(chǎn)實(shí)踐過程中利用“戴明管理模式”不斷進(jìn)行分析和優(yōu)化，在確保生產(chǎn)安全的前提下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)管理的先進(jìn)性和費(fèi)用投入之間的平衡。

3.2 生產(chǎn)和工序作業(yè)延續(xù)性研究

基于設(shè)備生產(chǎn)效率方面的考慮，重型設(shè)備在進(jìn)行露天礦山采剝及運(yùn)輸生產(chǎn)作業(yè)過程中，設(shè)備的完好率、利用率是其主要的設(shè)備運(yùn)行效率指標(biāo)[1]。對(duì)這些指標(biāo)起影響作用的因素很多，筆者在文中僅討論生產(chǎn)和工序作業(yè)的延續(xù)性對(duì)其產(chǎn)生的影響。

工作時(shí)間可分為必需消耗的時(shí)間和損失時(shí)間。在工序施工中，前者不可調(diào)節(jié)，屬于定額工作時(shí)間，而后者是施工過程中客觀因素或人為造成的停工時(shí)間，在實(shí)際施工過程中，由于個(gè)人或團(tuán)體生產(chǎn)管理的局限性不可避免地會(huì)發(fā)生，導(dǎo)致生產(chǎn)作業(yè)中斷，設(shè)備完好率、利用率隨之降低。生產(chǎn)和工序作業(yè)延續(xù)性研究主要是通過系統(tǒng)的研究盡量減少損失時(shí)間以提高設(shè)備的完好率、利用率。大型露天礦山采剝生產(chǎn)作業(yè)過程中的采剝與運(yùn)輸設(shè)備具有緊密的關(guān)聯(lián)性，一般來說，一臺(tái)挖掘機(jī)配置數(shù)臺(tái)礦用卡車完成一個(gè)“采、裝、運(yùn)、卸”作業(yè)循環(huán)，但由于運(yùn)距的長短使得采剝和運(yùn)礦設(shè)備的匹配無法達(dá)到理想狀態(tài)，以及物料卸點(diǎn)的臨時(shí)改變、作業(yè)面鉆孔爆破效果、地質(zhì)構(gòu)造或巖性的變化、生產(chǎn)臨時(shí)調(diào)度等因素的影響會(huì)導(dǎo)致挖掘機(jī)或卡車等待作業(yè)，進(jìn)而使采剝和運(yùn)礦設(shè)備匹配的合理性再一次降低，生產(chǎn)作業(yè)連續(xù)性受到影響而導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。

臺(tái)階采剝延續(xù)性生產(chǎn)受計(jì)劃工程量、計(jì)劃生產(chǎn)進(jìn)度、地質(zhì)情況、作業(yè)場地、資源配置等因素的影響。對(duì)此，首先應(yīng)根據(jù)工程量、地質(zhì)情況配置符合生產(chǎn)進(jìn)度要求的鉆爆設(shè)備和采裝設(shè)備，再根據(jù)作業(yè)場地、計(jì)劃采剝區(qū)域面積對(duì)采剝臺(tái)階劃分采掘條帶，詳細(xì)分析并設(shè)計(jì)采掘帶鉆孔爆破及采裝施工順序，以保證所配置的設(shè)備連續(xù)性施工。對(duì)于運(yùn)輸設(shè)備而言，其靈活性較大，數(shù)量較多，可調(diào)節(jié)范圍較廣，其一般對(duì)臺(tái)階采剝生產(chǎn)影響很小，可不作重點(diǎn)考慮。

3.3 價(jià)值工程理論研究

價(jià)值工程是以提高產(chǎn)品或作業(yè)價(jià)值為目的，通過有組織的創(chuàng)造性工作，尋求用最低的壽命周期成本，可靠地實(shí)現(xiàn)使用者所需功能的一種管理技術(shù)。其公式表示為：

V=F/C

式中V為研究對(duì)象的價(jià)值；F為研究對(duì)象的功能；C為研究對(duì)象的成本，即壽命周期成本，包括生產(chǎn)成本和使用及維護(hù)成本。

大型露天礦山采剝生產(chǎn)主要是對(duì)大型、重型設(shè)備使用的價(jià)值工程進(jìn)行研究，首先需要將其功能定量化，在設(shè)備平均完好率、利用率一致的前提下將F設(shè)為定值常數(shù)，可不作為研究對(duì)象。為了提高礦山設(shè)備的價(jià)值V，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益，重點(diǎn)研究其生產(chǎn)成本和維護(hù)成本C。V值可利用采剝方案改進(jìn)前后的比較來衡量該方案是否先進(jìn)，可采用定基指數(shù)或環(huán)比指數(shù)方法進(jìn)行對(duì)比分析。

4 臺(tái)階采剝施工技術(shù)的設(shè)計(jì)

萊比塘銅礦臺(tái)階采剝施工技術(shù)的設(shè)計(jì)主要依據(jù)生產(chǎn)作業(yè)的連續(xù)性理念和價(jià)值工程理論，通過采取一系列的技術(shù)措施，在實(shí)現(xiàn)設(shè)備產(chǎn)能最大化的同時(shí)，節(jié)約生產(chǎn)成本和設(shè)備維護(hù)成本，創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益。

4.1 設(shè)備基本參數(shù)的測定

采用計(jì)時(shí)觀察法和GPS卡車調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)收集并整理主要采裝設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，如某年某月挖掘機(jī)和礦用卡車運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)情況見表1和表2。

表1 挖掘機(jī)運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表2 礦用卡車運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

4.2 單臺(tái)挖掘機(jī)與礦用卡車的配置

首先，根據(jù)年度、月度生產(chǎn)進(jìn)度規(guī)劃選擇挖掘機(jī)，可以確定其單趟裝載循環(huán)時(shí)間t：[2，3]

t=平均待裝時(shí)間+平均裝載時(shí)間

其次，根據(jù)挖掘機(jī)斗容選擇礦用卡車，根據(jù)作業(yè)點(diǎn)物料類型確定卸料位置，通過測量確定運(yùn)距L，再確定單趟運(yùn)輸循環(huán)時(shí)間△t[2，3]：

△t=待裝時(shí)間+卸料時(shí)間+裝載時(shí)間+L/重載速度+L/空載速度

最后確定該挖掘機(jī)的配車數(shù)量Num[2，3]：

Num=△t/t

為確保挖掘機(jī)正常生產(chǎn)作業(yè)，Num值出現(xiàn)小數(shù)時(shí)，一般取整后再加1，使卡車的配置具有一定的富余。

4.3 臺(tái)階采剝技術(shù)的設(shè)計(jì)

4.3.1 挖掘機(jī)配置與采剝作業(yè)設(shè)計(jì)

根據(jù)年度規(guī)劃圖和現(xiàn)狀圖確定工程量Q,作業(yè)天數(shù)D，計(jì)算每天計(jì)劃完成的工程量Q1：

Q1=Q/D

查閱挖掘機(jī)基礎(chǔ)參數(shù)，計(jì)算生產(chǎn)效率V(m3/d)，結(jié)合物料類型、地質(zhì)情況、作業(yè)場地確定挖掘機(jī)的配置。采取條帶式臺(tái)階采剝技術(shù)進(jìn)行作業(yè)，條帶寬度為30～40 m，采掘條帶越長,越有利于提供爆破臨空面，減少挖掘機(jī)移動(dòng)距離，避免鉆孔爆破與采剝作業(yè)相互干擾，有利于生產(chǎn)工序之間的有序銜接和配合。

4.3.2 鉆孔爆破與采剝生產(chǎn)

一般來說，為保證臺(tái)階采剝的連續(xù)性作業(yè)，鉆孔爆破作業(yè)應(yīng)提前進(jìn)行。為避免爆破作業(yè)對(duì)采剝生產(chǎn)產(chǎn)生的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，爆破前應(yīng)預(yù)留可供采剝1周左右的爆破余量。爆破試驗(yàn)結(jié)果表明：5～6排爆破孔爆破效果最佳，與挖掘機(jī)進(jìn)行條帶式采剝寬度匹配度最高。

鉆孔爆破與采剝聯(lián)合生產(chǎn)以挖掘機(jī)為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)，挖掘機(jī)為大型重型履帶式設(shè)備，減少移動(dòng)距離可降低其設(shè)備的機(jī)械磨損，從而降低其壽命周期成本，延長設(shè)備使用時(shí)間，符合價(jià)值工程理論要求。目前，萊比塘銅礦采剝臺(tái)階南北方向長度已達(dá)1 000 m，已具備條帶式臺(tái)階采剝的條件，在進(jìn)行生產(chǎn)規(guī)劃時(shí)采用施工流水理論，緊湊而合理地安排了各工序生產(chǎn)施工，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目增值的目的。

4.3.3 礦用卡車優(yōu)化配置技術(shù)

挖掘機(jī)生產(chǎn)效率對(duì)當(dāng)班產(chǎn)值的高低起著決定性作用，在進(jìn)行卡車配置時(shí)，原則上應(yīng)確保挖掘機(jī)正常連續(xù)作業(yè)，對(duì)礦用卡車適當(dāng)多配置，勢必會(huì)造成卡車損失時(shí)間的增加。礦用卡車優(yōu)化配置技術(shù)是指同一臺(tái)階或相鄰臺(tái)階多臺(tái)挖掘機(jī)同時(shí)作業(yè)時(shí)優(yōu)化同一型號(hào)車輛配置的管理技術(shù)，假設(shè)N臺(tái)挖掘機(jī)進(jìn)行卡車優(yōu)化配置，則可以確定以下參數(shù)：

N臺(tái)挖掘機(jī)的裝載循環(huán)時(shí)間：

T=(t1+t2+……+tn)/n2

礦用卡車單趟循環(huán)時(shí)間：

△T=待裝時(shí)間+卸料時(shí)間+裝載時(shí)間+(L1+L2+……+Ln)/重載速度+(L1+L2+……+Ln)/空載速度

多臺(tái)挖掘機(jī)的配車數(shù)量：

Num=△T/T

當(dāng)Num值為整數(shù)時(shí)，說明所選挖掘機(jī)的卡車配置達(dá)到理想狀態(tài)，在實(shí)際運(yùn)用時(shí)，可以通過試算法確定挖掘機(jī)數(shù)量，選擇不同數(shù)量、不同位置的挖掘機(jī)進(jìn)行試算，使Num值接近整數(shù)值，即達(dá)到了礦用卡車優(yōu)化配置的效果[4，5]。

由于大型露天礦山作業(yè)范圍廣，為減小生產(chǎn)管理的復(fù)雜性，一般選擇同一臺(tái)階或相鄰臺(tái)階挖掘機(jī)進(jìn)行卡車優(yōu)化配置。另外，利用GPS卡車智能調(diào)度系統(tǒng)專業(yè)軟件對(duì)卡車裝載地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)智能調(diào)度，可以使卡車配置更加優(yōu)化。

4.3.4 運(yùn)輸?shù)缆返膬?yōu)化

露天礦山運(yùn)輸?shù)缆穬?yōu)化是減少生產(chǎn)成本的有效途徑之一。礦山設(shè)計(jì)文件和年度生產(chǎn)規(guī)劃一般只提供主要運(yùn)輸?shù)缆返囊?guī)劃路線。優(yōu)化前，應(yīng)對(duì)主要影響因素進(jìn)行分析，如礦用卡車運(yùn)輸油耗、挖掘機(jī)修路降效、增加的費(fèi)用與改道后節(jié)省費(fèi)用的對(duì)比分析，若優(yōu)化方案在技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理即可采用。

萊比塘銅礦某時(shí)段TR100礦用卡車油耗為0.28 L/m3·km，PC2000挖掘機(jī)掘路時(shí)生產(chǎn)效率下降，成本增加了n美元/m3，掘路方量約為5.6萬m3，對(duì)某臺(tái)階計(jì)劃進(jìn)行了運(yùn)輸?shù)缆穬?yōu)化，優(yōu)化后的運(yùn)距將縮短476 m，計(jì)劃采剝方量為Q，忽略設(shè)備維修及折舊等影響因素，若：

0.28×0.476×Q>5.6×10 000×n

則優(yōu)化道路方案可行。

5 結(jié) 語

臺(tái)階采剝技術(shù)研究是露天礦山開采程序研究和優(yōu)化的主要內(nèi)容之一，是實(shí)現(xiàn)大型露天礦山程式化、精細(xì)化生產(chǎn)管理的前提。萊比塘銅礦采剝工程項(xiàng)目十分注重基礎(chǔ)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集和整理，建立了技術(shù)研究科技小組，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)分析，結(jié)合礦山實(shí)際，運(yùn)用價(jià)值工程理論，對(duì)臺(tái)階采剝工序延續(xù)性作業(yè)、設(shè)備資源優(yōu)化配置、運(yùn)輸?shù)缆穬?yōu)化等進(jìn)行了系統(tǒng)研究，臺(tái)階采剝生產(chǎn)技術(shù)得到了不斷改進(jìn)和完善，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。