露天礦半移動式破碎站移設(shè)研究

喻 鴻，陳光木

(廣東省大寶山礦業(yè)有限公司， 廣東 韶關(guān)市 512127)

0 引 言

目前，露天礦山主流運(yùn)輸方式有汽車運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、膠帶運(yùn)輸以及聯(lián)合運(yùn)輸?shù)榷喾N。

膠帶運(yùn)輸不但爬坡能力強(qiáng)，且運(yùn)行速度快，生產(chǎn)能力大，勞動消耗少，運(yùn)輸成本低，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸和全盤自動化。為減少膠帶磨損，對堅(jiān)硬的礦巖，大塊必須經(jīng)破碎或篩除后方能運(yùn)輸，破碎后的粒徑應(yīng)不大于400 mm。汽車-半移動式破碎站-膠帶運(yùn)輸具有間斷工藝適應(yīng)性強(qiáng)和連續(xù)工藝效率高等優(yōu)點(diǎn)[1]，技術(shù)上采裝靈活、生產(chǎn)管理簡單，經(jīng)濟(jì)上縮短了卡車運(yùn)距、降低了生產(chǎn)成本。

本文著重研究半連續(xù)開采工藝破碎站移設(shè)的優(yōu)化[2]。破碎站在移設(shè)過程中，參數(shù)的選取和客觀因素的影響將會使運(yùn)輸成本產(chǎn)生波動。本文將優(yōu)化運(yùn)輸過程中的相關(guān)參數(shù)，使運(yùn)輸成本達(dá)到理論的最低，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

1 破碎站移設(shè)目的與位置選擇

破碎站移設(shè)[3]是半連續(xù)開采工藝的核心問題之一，移設(shè)步距[4]直接影響半連續(xù)開采工藝的使用效果。破碎站移設(shè)的目的是減小汽車運(yùn)距，降低運(yùn)輸成本，選取合理的移設(shè)步距能夠在移設(shè)費(fèi)用和運(yùn)營成本間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。優(yōu)化破碎站移設(shè)參數(shù)的實(shí)質(zhì)是使破碎站移設(shè)的總費(fèi)用最小，主要是解決破碎站移設(shè)次數(shù)、移設(shè)步距、移設(shè)時(shí)期這3個(gè)問題[5-6]。

式中，Z總為破碎站移設(shè)過程經(jīng)濟(jì)總費(fèi)用；Z汽為汽車運(yùn)輸總費(fèi)用；Z膠為膠帶運(yùn)輸總費(fèi)用；Z基建為移設(shè)基建費(fèi)用；Z損為移設(shè)期間停產(chǎn)損失。

破碎站位置的選擇應(yīng)堅(jiān)持幾點(diǎn)原則：生產(chǎn)工藝系統(tǒng)簡單，易于管理；投資少，運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)效益好；利用成熟技術(shù)，滿足生產(chǎn)接續(xù)要求。

同時(shí)，破碎站初始位置的確定需綜合考慮基建地點(diǎn)、采場擴(kuò)延、廠房位置、出入溝和地理環(huán)境等因素。礦山一般為減少前期基建剝離量，降低生產(chǎn)剝采比，應(yīng)優(yōu)先選擇礦石質(zhì)量好，巖石覆蓋層厚度小、開采條件好的地段先開采，從而把大量巖石推遲到后期剝離，減少基建投資，提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益。破碎站的位置應(yīng)綜合考慮基建地點(diǎn)，采場的擴(kuò)延以及選廠廠房的位置等，以減少運(yùn)輸成本。同時(shí)，破碎站初始位置的選擇也應(yīng)考慮地形因素，一般傾向于選擇地勢相對低洼和平坦的地方，這樣可以減少爬坡，有利于破碎站的擺布。此外還得考慮后期擴(kuò)幫銜接的問題，為開拓運(yùn)輸系統(tǒng)布置創(chuàng)造有利條件，減少剝巖成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 破碎站移設(shè)優(yōu)化

2.1 破碎站移設(shè)次數(shù)

破碎站移設(shè)次數(shù)是指破碎站在整個(gè)生產(chǎn)過程中需要移設(shè)幾次。破碎站的移設(shè)總會伴隨著基建投資和停產(chǎn)損失，所以移設(shè)會增加成本。但合理的移設(shè)破碎站能夠減少汽車運(yùn)輸距離，將昂貴的汽車運(yùn)費(fèi)轉(zhuǎn)化為廉價(jià)的膠帶運(yùn)輸，有效地節(jié)約了成本，減少了開支，增加了經(jīng)濟(jì)效益。所以合理的移設(shè)次數(shù)對降低成本起到重要作用。

破碎站設(shè)置一般會選取較寬闊的平臺，汽車有足夠的轉(zhuǎn)彎半徑且能夠排隊(duì)卸貨的位置，所以破碎站一般設(shè)計(jì)在水平臺階上，以便于汽車的運(yùn)輸。所以破碎站移設(shè)時(shí)一般只面向各水平臺階，移設(shè)次數(shù)有限。破碎站移設(shè)最少0次，即不移設(shè)，所有礦石運(yùn)往破碎站；最多次數(shù)與臺階數(shù)相等，即每下降一個(gè)臺階破碎站移設(shè)一次。破碎站的每次移設(shè)不僅需要高額的基建費(fèi)用，還要因?yàn)橐圃O(shè)時(shí)的停產(chǎn)而給礦山帶來近2個(gè)月的停產(chǎn)損失，所以破碎站不宜移設(shè)太過頻繁；而不移設(shè)又會使汽車運(yùn)輸線路過于冗長，所以合理選取移設(shè)次數(shù)可以有效降低運(yùn)輸成本。

在破碎站的多次移設(shè)過程中，每一次的移設(shè)都會給上一次移設(shè)和下次移設(shè)帶來影響，使得汽車的行駛路線和膠帶運(yùn)輸?shù)姆?wù)范圍發(fā)生改變。為了簡化計(jì)算，并且避免多次移設(shè)之間帶來的影響，本次只研究單次移設(shè)所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)影響。多次移設(shè)的情況可參考單次移設(shè)的模式和結(jié)論，有一定的適用性，本文不加討論。

2.2 破碎站移設(shè)步距

破碎站的移設(shè)步距即破碎站移設(shè)的距離，一般以移動的臺階高度變化量來記量，所以金屬礦破碎站的移設(shè)步距實(shí)質(zhì)上是破碎站高程的變化。破碎站的移設(shè)步距是破碎站移設(shè)的具體位置，它直接影響到移設(shè)前后成本的變化，所以移設(shè)步距的研究是破碎站移設(shè)最為關(guān)鍵的一環(huán)。

依據(jù)式（1），當(dāng)破碎站移設(shè)一次時(shí)，移設(shè)的基建費(fèi)用和停產(chǎn)損失已經(jīng)固定，所以移設(shè)步距影響的只是汽車運(yùn)輸及膠帶運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，而汽車膠帶的運(yùn)輸費(fèi)用與運(yùn)量和運(yùn)距相關(guān)，所以研究移設(shè)步距之前，要先確定破碎站移設(shè)前后，所研究的目標(biāo)礦體中每一部分的礦石都以何種方式運(yùn)至哪里，運(yùn)輸方式分配如何？

一般來說，隨著礦山的逐年開采，礦石量逐年減少，上部礦石會逐漸被開采掉，下部礦石相對占有比例會比較高，所以未被開采的總礦石塊體的質(zhì)心點(diǎn)按計(jì)劃應(yīng)是逐年下降的趨勢。為降低成本，破碎站移設(shè)應(yīng)以減少最小運(yùn)輸功為原則，使破碎站盡量靠近被采礦量的質(zhì)心點(diǎn)，所以破碎站移動的方向理論上應(yīng)該是配合礦塊質(zhì)心點(diǎn)的下降而逐年下降的，所以破碎站移設(shè)方向應(yīng)是向下移設(shè)為宜。

如圖1所示，假設(shè)破碎站移設(shè)至D水平臺階。則D以上采剝計(jì)劃范圍內(nèi)的礦石（R區(qū)域）均在移設(shè)前以汽車運(yùn)輸方式運(yùn)至A標(biāo)高破碎站；D標(biāo)高以外范圍均應(yīng)以汽車運(yùn)輸方式將礦石運(yùn)至移設(shè)后處于D點(diǎn)處的破碎站，再由破碎站經(jīng)由膠帶運(yùn)輸運(yùn)至選廠。所以研究的問題變?yōu)镽區(qū)域以外的部分運(yùn)費(fèi)最低問題，求出待采礦塊各點(diǎn)分別運(yùn)至A、D的運(yùn)費(fèi)，比較可知移設(shè)的合理性。

圖1 露天分期開采

但在研究過程中，生產(chǎn)計(jì)劃不可忽略，而且在計(jì)算運(yùn)輸方向上應(yīng)為主要考慮因素。例如當(dāng)破碎站移設(shè)至D處時(shí)，假設(shè)下一采剝計(jì)劃為 DC間的Q區(qū)域，那么當(dāng)R區(qū)域以外的礦石部分運(yùn)至D的總運(yùn)輸成本小于運(yùn)至A處的總運(yùn)輸成本時(shí)，理應(yīng)按計(jì)劃運(yùn)至D處。但該采剝計(jì)劃（S區(qū)域）有可能因?yàn)楦叱痰V體較多等因素，使得本采剝計(jì)劃內(nèi)的礦石量質(zhì)心點(diǎn)較高，以致本采剝計(jì)劃內(nèi)的礦石如果運(yùn)至A點(diǎn)處比運(yùn)至 D點(diǎn)處成本還要低。若如此，那么包含 Q區(qū)域在內(nèi)的采剝計(jì)劃，應(yīng)運(yùn)至A處的破碎站破碎處理，這意味著應(yīng)將Q區(qū)域開采運(yùn)輸破碎結(jié)束以后，才移設(shè)破碎站至C點(diǎn)較為合理，可節(jié)約更多成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。依據(jù)運(yùn)輸原理，考慮被采礦塊質(zhì)心點(diǎn)不斷下降的因素，總會從某一個(gè)采剝計(jì)劃開始，之后的運(yùn)輸運(yùn)至新破碎站運(yùn)費(fèi)更低，該采剝計(jì)劃之前運(yùn)至A處的運(yùn)費(fèi)更低。所以以該采剝計(jì)劃對應(yīng)的臺階高度為臨界點(diǎn)，此臺階向下的部分才是破碎站可移設(shè)的經(jīng)濟(jì)范圍，此臺階以上的部分若移設(shè)只能造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，增加成本。

若運(yùn)往新破碎站D處，在D位置破碎再經(jīng)由膠帶運(yùn)至選礦廠，則：

若運(yùn)往舊破碎站A處，從A處將礦石直接運(yùn)往選廠，則：

考慮到Q處的礦石運(yùn)往A和D的方向和模式不同，礦石運(yùn)往A為重載上坡，成本要高于正常平路行駛；礦石運(yùn)往D為重載下坡，單位成本略低于運(yùn)往A處的重載上坡，會對成本分析有影響，不可忽略。

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合某礦山運(yùn)輸實(shí)際情況，可總結(jié)出不同運(yùn)輸路況下的運(yùn)輸費(fèi)用（見表1）。

表1 不同路況下每爬升（下降）1 m噸附加費(fèi)用

爬升1 m噸附加費(fèi)用是指汽車上坡時(shí)，每提高1 m的海撥高度，在運(yùn)費(fèi)中所體現(xiàn)的增加值。汽車運(yùn)輸過程中有坡段路的重載上下坡、也有平臺的平路行駛，考慮到坡面距離較長，遠(yuǎn)長于平路行駛的距離，所以將汽車上坡的整個(gè)過程近似的模擬成汽車沿坡面角的坡路一直行駛。

在圖1的運(yùn)輸模型中，Q部分為不規(guī)則環(huán)形，不能用常規(guī)方法求運(yùn)距，只能利用離散切割法，將Q理想切割成無數(shù)的規(guī)則模塊，計(jì)算每個(gè)模塊的質(zhì)量和運(yùn)距，再求總和，可求得Q部分運(yùn)費(fèi)。

設(shè)破碎站移設(shè)至D點(diǎn)處的總費(fèi)用為ZD：

式中，ZD為D點(diǎn)運(yùn)輸總費(fèi)用；ZR為R部分運(yùn)輸費(fèi)用；ZQ為Q部分運(yùn)輸費(fèi)用；ZS為S部分運(yùn)輸費(fèi)用；為R區(qū)域第n個(gè)小塊體的質(zhì)量； LRn為R區(qū)域第n個(gè)小塊體的運(yùn)距；K為汽車行駛不同路況時(shí)的成本折算系數(shù)；I為汽車單位運(yùn)輸成本； MSn為 S區(qū)域第n個(gè)小塊體的質(zhì)量； LSn為S區(qū)域第n個(gè)小塊體的運(yùn)距； MQS為Q區(qū)域第n個(gè)小塊體的質(zhì)量；為Q區(qū)域第n個(gè)小塊體的運(yùn)距；L膠為膠帶運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)距；I膠為膠帶單位運(yùn)輸成本；t為破碎站移設(shè)時(shí)間；U為礦山生產(chǎn)能力；V為礦石每噸利潤。

式中，ZQD為Q區(qū)域礦石運(yùn)至D破碎站的總運(yùn)費(fèi)；為Q區(qū)域第n個(gè)小塊體的質(zhì)量； LQDn為Q區(qū)域第n個(gè)小塊體運(yùn)至D破碎站的運(yùn)距；MQ為Q區(qū)域礦石質(zhì)量；LAD為AD間膠帶運(yùn)輸距離。

式中，ZQA為Q區(qū)域礦石運(yùn)至A破碎站的總運(yùn)費(fèi)；為Q區(qū)域第n個(gè)小塊體的質(zhì)量； LQAn為Q區(qū)域第n個(gè)小塊體運(yùn)至A破碎站的運(yùn)距。

式中，Z為礦石運(yùn)至AD兩點(diǎn)的運(yùn)費(fèi)差值；ZQD為Q區(qū)域礦石運(yùn)至D破碎站的總運(yùn)費(fèi)；ZQA為Q區(qū)域礦石運(yùn)至A破碎站的總運(yùn)費(fèi)。

2.3 破碎站移設(shè)時(shí)期的研究

破碎站移設(shè)時(shí)期是指破碎站移設(shè)的時(shí)間，一般以年為單位來計(jì)量。破碎站的移設(shè)時(shí)期會影響出礦點(diǎn)的運(yùn)輸方向，進(jìn)而影響運(yùn)輸成本，它作為破碎站移設(shè)的指標(biāo)之一，應(yīng)該予以考慮。

破碎站移設(shè)時(shí)期一般受移設(shè)步距直接影響，當(dāng)破碎站移設(shè)步距確定時(shí)，礦石的剝離量可通過境界圈求出，再除以每年的生產(chǎn)能力，便可大概求出移設(shè)的年份，估算移設(shè)時(shí)期。

破碎站的移設(shè)時(shí)期嚴(yán)格來講無法確定在某一自然年。確定移設(shè)步距后，仍有一部分?jǐn)U幫的區(qū)域往上方原破碎站處運(yùn)輸成本較低，綜合考慮到這方面因素，破碎站移設(shè)時(shí)也可以考慮將擴(kuò)幫的部分處理完后再移設(shè)。所以移設(shè)的時(shí)期＝到達(dá)要求移設(shè)步距的時(shí)間+擴(kuò)幫部分運(yùn)輸時(shí)間。

式中，MR為R的總礦量；MQ為Q的礦量；U為礦石生產(chǎn)能力。

所以破碎站的移設(shè)時(shí)期一般與生產(chǎn)采剝計(jì)劃相關(guān)聯(lián)，采剝計(jì)劃決定移設(shè)的時(shí)期，移設(shè)時(shí)期又通過自然年的推移而影響采剝計(jì)劃的編制，兩者互相影響，合理的移設(shè)時(shí)期與采剝計(jì)劃想呼應(yīng)，使運(yùn)輸成本最低。

3 結(jié) 論

破碎站移設(shè)一般主要考慮移設(shè)次數(shù)、移設(shè)步距、移設(shè)時(shí)期3個(gè)影響參數(shù)，這3個(gè)參數(shù)又主要與運(yùn)輸?shù)膬r(jià)格、運(yùn)輸?shù)穆窂健⒌V石量相關(guān)，運(yùn)輸?shù)膯蝺r(jià)、礦山路況、距離等現(xiàn)場的數(shù)據(jù)直接影響破碎站移設(shè)的步距。破碎站移設(shè)又受采剝計(jì)劃的影響和制約，同一礦山不同的采剝計(jì)劃將使得移設(shè)的次數(shù)、步距發(fā)生根本的變化，所以對移設(shè)步距的研究必須綜合考慮現(xiàn)場經(jīng)濟(jì)情況和生產(chǎn)采剝計(jì)劃。實(shí)際生產(chǎn)中，采剝計(jì)劃應(yīng)隨著移設(shè)步距的確定而相應(yīng)改變，互相影響，直至找出平衡點(diǎn)使得計(jì)劃與移設(shè)相對合理。本文觀點(diǎn)對類似礦山有一定的借鑒意義。