露天礦的運輸方式及選取研究

劉 金 平， 胡 洪 鑫， 郭 輝， 符 強

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

運輸工作是露天礦作業的主要生產工序之一，其主要任務是將采場采出的礦石運輸到選礦廠、破碎站或貯礦場，將剝離的廢石運送到排土場，并將礦山生產過程中所需要的人員、材料和設備運送到指定的作業地點[1]。在大型露天礦開采過程中，運輸成本一般會達到生產總成本的50%左右。因此，如何根據礦山的實際情況選取最優的運輸方案對節約露天礦基建投資、提高礦石產量、降低礦石成本和提高勞動生產率將起到至關重要的作用。

2 露天礦運輸的主要特點

露天礦在整個生產過程中環節眾多，而運輸工作則是將各個環節緊密地聯系到一起，起到了“動脈”和“紐帶”作用。在露天礦采剝過程中，需要將產生的礦石和廢石通過運輸系統及時運輸到指定位置，從而保證露天礦基建和生產任務的合理完成。一旦運輸系統發生故障造成運輸停頓或運輸系統運力不足都將影響到整個礦山的生產活動。因此，研究露天礦運輸的特點，對合理選取運輸系統以及保證露天礦運輸系統的運力和流暢性就顯得尤為重要。露天礦運輸的主要特點包括以下幾點：

(1)運料單向性。露天礦的生產主要是將開采面采剝的礦石和巖石運送到選礦廠(貯礦場)和排土場，而其所涉及到的礦石及剝離的廢石運輸主要集中于單一方向。

(2)運輸強度大。在露天礦(特別是剝采比大)的生產過程中，所開采的礦石和剝離的巖石數量龐大，因此，在保證礦山生產活動持續穩定進行的情況下，其運輸系統必須達到與其匹配的、足夠大的運輸強度。無論是礦石或巖石通常密度較大、硬度高且塊度不一，具有較強的磨耗性，因此要求運輸設備必須具有足夠的運載能力和較大的耐磨性。

(3)特定運輸線路的多變性。在露天礦開拓生產過程中，所采剝的礦石及巖石的裝卸點往往隨著生產進度需要進行調整，采場、堆場以及排土場臺階上的運輸網路亦需經常調整，故運輸線路的質量較低，需要經常進行檢修維護。

(4)運輸組織的復雜性。從山坡露天開采轉入深凹露天開采時，運輸系統的工作條件會發生很大變化，而且露天礦運輸網路在巖石需分采和配礦時涉及到的運輸任務各向交織，運輸組織會變得十分復雜。

考慮到以上露天礦運輸具有的主要特點，在進行露天礦運輸時應盡量滿足以下條件：①運距應盡可能的短，以降低運輸成本；②整個運輸網路應盡可能地保持不變，爭取做到礦山開采期間所需移動設備量最小；③一個露天礦最好采用較簡單的運輸方式和較少的運輸設備類型，以簡化管理和維修等方面的組織工作；④運輸設備的容積和強度要與采裝和卸載設備以及礦巖運輸性質相適應，以提高其整體運輸效率；⑤所選擇的運輸方式要保證工作的可靠穩定，主要設備的間歇時間應盡量做到最少，移運過程應盡可能地保證有較大的連續性。

3 露天礦常見的運輸方式

3.1 鐵路運輸

(1)鐵路運輸的發展過程。鐵路運輸在早期的露天礦運輸中占據著絕對的主導地位。但由于大部分露天礦由山坡轉為深凹開采時運輸環境變得更為復雜，進而使得鐵路運輸的適應性大大降低，隨著新型運輸方式的不斷發展和完善，鐵路運輸逐漸被取代。

(2)鐵路運輸具有的優點。鐵路運輸在早期露天礦運輸中具有的優點：①運輸能力大，給礦山生產經營的進行帶來了很多便利；②可選取的機車和相應的能源類型比較多，為露天礦山的生產提供了更多的可能性；③運輸過程更加穩定可靠，為礦山的安全生產和產能達標提供了保障；④鐵路運輸的成本遠遠低于汽車運輸。

(3)鐵路運輸具有的缺點。隨著人類科技水平的不斷發展，鐵路運輸的缺點日趨明顯：①基建期對時間和資金投入的要求較高；②爬坡能力不強且所需轉彎半徑大，對地理環境要求較高；③運輸方式受到開采深度的嚴重制約。

3.2 汽車運輸

(1)汽車運輸的應用。各種重型的裝載設備和自卸汽車的誕生為露天礦山特別是深凹型礦山的運輸帶來了極大的便利。

(2)汽車運輸具有的優點。在露天礦山開采中汽車運輸具有的優點：①機動靈活，可適應各種復雜的地形條件；②爬坡能力較強，在相同的條件下可縮短運距；③前期所需工程量小，能較大幅度地降低時間和資金投入；④可減小排土場的占地面積并提高排土效率。

(3)汽車運輸具有的缺點。雖然對露天礦來說汽車運輸具有很多優點，但其自身還存在不少缺點：①單位運輸成本高，不適合長距離運輸；②容易受氣候影響，在大霧、雨雪條件下行車十分困難；③在深凹型露天礦中，汽車運輸容易污染礦坑內的空氣；④維修和保養工作量大，需要較多的人力投入。

3.3 膠帶運輸機運輸

(1)膠帶運輸機的興起。隨著現代生產生活機械化和自動化的不斷發展，大型膠帶運輸機的生產技術日趨成熟，特別是隨著移動式破碎機和移動式輸送機的應用，膠帶運輸機被越來越多地應用到露天礦的運輸過程中。

(2)膠帶運輸機具有的優點。作為一種連續的運輸方式，膠帶運輸具有很大的運輸優勢：①相較于鐵路和汽車運輸，其運力更大；②爬坡能力更強。某些大傾角的膠帶運輸機的運輸坡度可以達到40°甚至更高；③運行更加可靠，噪聲低，對環境影響特別小；④運行時能源消耗少，運輸成本低。

(3)膠帶運輸機具有的缺點。膠帶運輸機運輸也有其自身的缺點：①基建期所需投入的資金較多；②膠帶機運輸對礦體顆粒的大小要求更為嚴格，因而增加了破碎成本；③礦巖濕度較大時容易卡帶，從而減短了膠帶的使用壽命；④與汽車運輸一樣，受天氣影響較大。

3.4 聯合運輸

聯合運輸是指從采場工作面的裝載點到卸載點(破碎站、礦石堆場或廢石場)之間采用兩種以上(含兩種)的運輸方式相結合。聯合運輸具有的優點：可以降低礦石和巖石的運輸成本，從而有效改善并銜接生產工序的技經指標；缺點是必須設立轉載站將礦巖進行轉載。

“汽車-破碎站-膠帶”運輸這種高效率、半連續的開拓方式已成為大型露天礦的發展趨勢[2]。雖然該運輸方案初期投資較大，但隨著露天礦山特別是大型深凹露天礦采剝生產的不斷進行，該方案的優勢將會越來越明顯，在今后相當長的一段時間內，“汽車-膠帶”半連續的運輸方式將成為大型深凹露天礦的最優選擇。

4 露天礦運輸實例分析

以國外某大型露天銅礦為例進行分析：該銅礦設計采用濕法煉銅，服務年限為30 a，全部堆浸場完工后預計年產量為10萬t陰極銅，礦石及巖石采剝量十分巨大。因此，結合礦區的生產安排和地形條件，在技術和經濟條件允許的情況下選取更加合理的運輸方式對于整個銅礦的高效運行和成本節約至關重要。目前，由于該銅礦設計礦區內部分征地問題仍未解決而造成部分堆浸場未開工建設，因此，僅研究了圍擋范圍內已施工完成的、具備生產條件的堆浸場。圖1為該銅礦圍擋范圍內已完工部分的平面布置簡圖。筆者結合該圖研究分析了該銅礦的運輸方式。

由圖1可以看出：礦區范圍內既布置有汽車運礦道路，又布置有膠帶運輸機線路，因此該銅礦采用的運輸方式為既有全汽車運輸，也有汽車運輸和膠帶機運輸的聯合運輸，整體而言屬于聯合運輸方式。筆者結合該礦采礦生產的具體流程，通過各種運輸方式的技術經濟指標對運輸方式的選取進行了全面的分析與比較。

圖1 銅礦圍擋范圍內平面布置圖

4.1 通過采礦流程分析各種運輸方式在技術上的可行性

首先結合該銅礦的采礦生產流程對各個過程可能運用的運輸方式進行理論分析研究。

(1)坑內運輸過程。由于該銅礦為深凹型露天銅礦，運輸高差大，故礦坑內的礦巖運輸選擇汽車運輸最為科學合理，采剝的礦巖通過汽車運輸到采場邊幫的半移動式破碎站方便靈活，便于調度。

(2)坑外礦石運輸過程。坑外礦石運輸是指將破碎站破碎后的礦石運送到堆浸場的過程。1#堆浸場因征地原因導致第十二個堆浸單元未修建完整，形狀不規則，若使用膠帶機運輸的話，布料機無法行走完成布料，故1#堆浸場第十二堆浸單元只能全部采用汽車運輸，而其余1～11號堆浸單元整體地勢平坦，理論上既可以采用全汽車運輸，也可以采用全膠帶機運輸結合布料機布料，亦或是二者相結合的運輸方式。3#堆浸場存在部分堆浸單元形狀不規則、堆浸面為曲面等不利于布料機布料的情況，且其本身距離采場較近，礦石的平均運距在2 km左右，故選擇汽車運輸較為經濟[3]，因此，3#堆場的礦石運輸全部采用汽車運輸。

(3)坑外巖石運輸。結合圖1可以看出，該礦山建有3個廢石場，且3個廢石場均位于采場附近。同3#堆浸場一樣，由于3個廢石場形狀均不規則且地勢起伏不平，不利于布料機的使用，而由半移動式破碎站到3個廢石場的平均運距均不超過3 km，使用汽車運輸更加經濟合理，因此，該銅礦的坑外巖石運輸全部采用汽車運輸。

4.2 通過經濟指標確定最終的運輸方式

由上述可知，該礦僅1#堆浸場1～11號堆浸單元的坑外礦石運輸方式在技術上存在多種可能性。因此筆者繼續通過計算更加直觀的經濟指標進行1#堆浸場1～11號堆浸單元坑外礦石運輸方式的選取。

(1)全汽車運輸成本計算。首先，1#堆浸場每個標準堆浸單元的設計尺寸為長770 m，寬300 m，每層堆高6 m，最終堆高暫定為84 m。堆場每層礦堆的邊坡角為37°，每相鄰礦層間留有4.5 m的安全距離。根據設計要求，每一層礦體可視為一個四棱臺，因此，每個標準堆浸單元的設計堆礦量經粗略計算為800萬m3左右。根據運輸合同，1 km內的礦石運輸單價為2.38 $/m3,此后運距每增加500 m，礦石運輸的單價增加0.24$。結合礦區現場實際情況，1#堆浸場1～11號堆浸單元到采區邊幫半移動式破碎站的平均運輸距離為5 km左右(不考慮礦堆高度影響)，即平均運輸單價為2.38+0.24×8=4.3($/m3)。因此，若1#堆浸場1～11號堆浸單元的坑外礦石運輸均采用汽車運輸的情況其運輸成本(不含運礦道路的修建及維護費用)為800×11×4.3=37 840(萬美元)。

(2)全膠帶機運輸成本計算[4]。該銅礦業主采購的兩套大型礦用布料機購置成本約為4 400萬美元，為滿足膠帶機運輸粒徑要求而購置的、進行二次破碎的四臺液壓圓錐破碎機的成本約為1 200萬美元，所修建的膠帶運輸系統及相關配套設施成本約為800萬美元，前期投入成本約6 400萬美元。后期整個“二次破碎-膠帶運輸-布料機”布料過程的運行維護成本攤銷約為0.5 $/m3。因此，1#堆浸場1～11號堆浸單元坑外礦石運輸全部采用膠帶機運輸的情況其運輸成本為800×11×0.5+6 400=10 800(萬美元)

(3)兩種運輸方案的選擇。通過對上述計算結果進行比較后發現，在不考慮汽車運輸中運礦道路的修建及維護費用的情況下，全膠帶機運輸的成本遠低于全汽車運輸成本，甚至不到汽車運輸總成本的三分之一。但在全汽車運輸和全膠帶機運輸都滿足技術要求的情況下，通過兩種運輸方式經濟指標的比較不難發現，優先選用全膠帶機運輸雖然前期資金投入大，但對節約運輸成本明顯更為有利。因此，在1#堆浸場1～11號堆浸單元坑外礦石運輸方式的選擇中優先選用了全膠帶機運輸。

筆者通過全面的分析和比較得出以下結論：該銅礦適合采用的運輸方式既有一部分全汽車運輸，又有“汽車+破碎站+膠帶機”的聯合運輸方式。而這正與該銅礦現行使用的運輸方式相吻合，證明了其運輸方式選擇的合理性。

5 結 語

露天礦山運輸系統作為露天礦山生產的大動脈，直接影響到露天礦山生產的經濟效益。因此，在礦山運輸系統的規劃與建設中，礦山企業不僅需要順應科技發展，立足礦山自身實際，還應對技術手段和經濟指標進行深入的研究分析，從而選擇更加科學合理、經濟高效的運輸方式。[5]