基于露天煤礦剝離定額的設備選型經濟性研究

孫建榮

(國家能源集團 神華北電勝利能源有限公司，內蒙古 錫林浩特 026000)

隨著我國能源轉型深入推進，火電裝機增速放緩，常規水電和抽水蓄能電站建設如火如荼，核電項目穩步重啟，以光伏、風電為代表的新能源項目得到了快速發展，電力行業進入深度調整期[1]。電煤占煤炭消費比重約60%。能源的供給的變化使煤炭行業的市場競爭更為激烈[2]。降低生產成本是增強市場競爭力的重要抓手。剝離及采煤是露天煤礦的主要工作，因此，降低剝離及采煤成本是控制露天煤礦生產成本的關鍵。本文通過分析《煤炭工業露天剝離工程綜合預算定額》(簡稱《定額》)相應子目，深入探索電鏟(或液壓反鏟)、自卸卡車、推土機等設備選型對露天煤礦剝離及采煤成本的影響，進而尋求降低露天煤礦生產成本的途徑[3，4]。

1 剝離及采煤成本與設備選型的關系

單斗—卡車開采工藝是露天煤礦常用的開采工藝，該工藝采用電鏟或液壓反鏟開挖、自卸卡車運輸、推土機攤平等將壓覆在煤層上的土方開挖并外運到排土場，進而實現煤層的開采。煤炭生產通過電鏟開挖、自卸卡車運輸，將煤炭運送到破碎站的受煤坑，破碎后輸送到儲煤倉裝車外銷[5，6]。

土方剝離、煤炭開采及運輸等設備的選型，通常是業主根據可行性研究報告、初步設計中給定的設備型號進行采購，而設計院通常是根據開采規模、開采效率等因素進行設備選型，經濟性是根據項目投資、生產成本、煤炭市場售價等因素進行項目整體經濟效益評估，一般不單獨進行設備選型的經濟性比較。對于采取外委剝離、開采的模式，設備的選型通常由承包商根據工作任務和業主要求，結合自身及社會設備擁有情況來確定，通常也不進行設備選型經濟性分析[7，8]。

為了充分了解露天煤礦剝離及采煤成本對生產成本的影響，筆者分析了S露天煤礦2011年到2014年的生產成本，剝離及采煤成本約占噸煤完全成本的75%，該部分成本主要包括電鏟(或液壓反鏟)、自卸卡車、推土機等設備的折舊費、修理費、燃料動力費、人工費等。而折舊費、修理費、動力燃料、人工費等又直接受所選設備的品牌、價格、功率、油耗等參數影響，因此露天煤礦采剝設備選型直接影響著露天煤礦剝離及采煤成本[9，10]。

2 采剝設備經濟性測算依據

本文主要依據《定額》進行露天煤礦采剝設備經濟性測算，《定額》由中國煤炭建設協會組織，各煤炭工業工程造價管理站會同相關建設、設計、施工等單位編制，并由國家能源局發布的計價標準，列出了如下工作的定額單價子目：不同斗容電鏟(液壓反鏟)開挖不同硬度土石方，不同載重量自卸汽車運輸不同運距、不同硬度土石方，不同功率推土機平整不同硬度土石方。定額單價子目中包含了相應設備的折舊費、修理費、動力燃料、人工費、安裝拆除及場外運輸費用等，這些費用綜合反映了設備原價、設備油耗及維修成本等指標，這些指標正是設備選型時應該考慮的參數。因此依據《定額》測算各種型號挖掘設備、運輸設備、場平設備的經濟性是可行的[11，12]。

3 設備選型經濟性

3.1 挖掘機

依據《定額》的電鏟、液壓反鏟定額子目，分別對各種斗容的電鏟(或液壓反鏟)開挖不同硬度土石方的開挖單價進行分析，進而結合煤礦土石方硬度、煤礦規模及相關條件來選擇經濟性較好的電鏟(或液壓反鏟)(圖1)。

圖1 液壓反鏟及電鏟采裝單價

從圖1可以看出，隨著土石方硬度的增加，設備間經濟性差距逐漸增大，但總體方向是一致的。斗容15m3的電鏟始終最經濟，只是隨著硬度的增加，與相近斗容的電鏟單價差距增大；因此在選購電鏟時優先選斗容15m3的電鏟；如果煤礦規模比較大，對設備功率、效率要求比較高的情況，可選用斗容較大且相對經濟的49m3的電鏟。

3.2 自卸卡車

自卸卡車的經濟性受土石方硬度、運距、重車上坡、重車下坡等因素影響，可以結合各種情況進行經濟性綜合分析，進而依據單價曲線優先選擇總體較為經濟的自卸卡車。

3.2.1 自卸卡車經濟性與運距的關系

依據《定額》的自卸卡車運輸定額子目，對不同載重量的卡車根據運距不同分別列出運輸單價進行分析(圖2)。

圖2 卡車運輸土石方不同運距單價

從圖2可以看出，隨著運距的增加，卡車間經濟性差距幅度逐漸增大，但總體方向是一致的。30t自卸卡車始終最經濟，載重量較高的卡車中154t、185t自卸卡車相對比較經濟。

3.2.2 自卸卡車經濟性與土石方硬度的關系

為了便于分析，選擇3.5km運距工況開展卡車經濟性與土石方硬度關系的分析，依據《定額》的自卸卡車運輸定額子目，列出各種載重量卡車在不同土石方硬度條件下的運輸單價進行分析(圖3)。

圖3 卡車運輸土石方運距3.5km的單價

從圖3可以看出，隨著土石方硬度的增加，卡車間經濟性差距幅度也逐漸增大，但總體方向也是一致的。30t自卸卡車始終最經濟，載重量較高的卡車中154t、185t自卸卡車相對比較經濟。

3.2.3 自卸卡車經濟性與重車上坡的關系

依據《定額》的自卸卡車重車上坡定額子目，分別列出各種載重量卡車在不同土石方硬度條件下重車上坡的運輸單價進行分析(圖4)。

圖4 運土石方重車上坡1m的單價

從圖4可以看出，隨著土石方硬度的增加，重車上坡的經濟性差距幅度也逐漸增大，但總體方向也是一致的。15t自卸卡車始終最經濟，30t卡車的經濟性稍次之，載重量較高的卡車中220t、236t自卸卡車相對比較經濟。平地運輸有經濟優勢的154t、185t自卸卡車上坡情況相對落后，因此卡車的選型要結合煤礦的具體情況進行綜合分析。

3.2.4 自卸卡車經濟性與重車下坡的關系

為了便于分析，依據《定額》的自卸卡車重車下坡定額子目，柴油消耗量按照預算價(4.67元/L)折算為定額單價，然后分別列出重車下坡不同土石方硬度的運輸單價(元/1000m3)進行分析(圖5)。

圖5 重車下坡1m單價

從圖5可以看出，重車上坡的運輸單價受卡車載重量變化影響不是太大，隨土石方硬度變化雖有所變化，但總體變化也不大。同時由于重車下坡情況較少，且單價偏低，對總體采剝價格影響較小。重車下坡是減項，因此單價越高越經濟，在卡車選型時結合煤礦實際將其作為一項影響因素進行綜合分析。

3.2.5 自卸卡車經濟性綜合分析

為了綜合分析自卸卡車的經濟性，結合核準規模為2000萬t的S露天煤礦2020年采煤方案，自卸卡車的運距為3.5km，重車上坡12m，重車下坡8m。按照圖3—圖5計算綜合單價，然后分析自卸卡車的綜合經濟性(圖6)。

圖6 卡車運輸綜合單價分析

由圖6可以看出，隨著土石方硬度的增加，卡車運輸綜合經濟性差距也逐漸增大，但總體方向也是一致的。30t自卸卡車仍是最經濟的；載重量較高的卡車中154t自卸卡車相對比較經濟，結合S露天煤礦的實際選擇154t自卸卡車是比較經濟的。因此在選購自卸卡車時，一定要結合煤礦規模及相關條件，設定運輸方案，按照運輸方案編制綜合單價，然后根據綜合運輸單價由低到高選擇自卸卡車。

3.3 推土機

依據《定額》的推土機排棄土石方定額子目，對各種功率推土機根據土石方硬度不同分別列出平整土石方進行分析(圖7)。

圖7 推土機排棄土石方單價

從圖7可以看出，隨著土石方硬度的增加，推土機經濟性差距幅度逐漸增大，但總體方向也是一致的。功率P≤90HP、P≤165HP、P≤688HP三種型號的推土機比較經濟。因此在選購推土機時結合露天煤礦的規模及相關條件，按單價從低到高進行選擇即可。

3.4 露天煤礦設備選型的經濟性綜合分析

采掘設備、運輸設備、土石方平整設備的選型要根據露天煤礦的規模及開采方案進行科學選擇。首先要根據礦坑開采、運輸的工作面，按照核準規模核算可以選擇的電鏟斗容、自卸卡車載重量、推土機功率的選型范圍；其次要結合相關條件及設備經濟性科學組合電鏟斗容、自卸卡車載重量、推土機功率的搭配方案，使開采、運輸、平整等工序相協調，保證電鏟、自卸卡車、推土機均能滿負荷運行，減少設備空閑時間，提高設備工作效率及經濟性；第三，對設計的搭配方案依據《煤炭工業露天剝離工程綜合預算定額》計算綜合單價，進行經濟綜合分析(見表1、圖8)[13，14]。

表1 開采方案

圖8中經濟性最佳的方案1設備規格型號偏小，與煤礦規模可能不夠匹配，方案3應該是最佳選型方案。這樣既保證了所選設備滿足露天煤礦的產量規模和開采方案，又保證了電鏟、自卸卡車、推土機之間的科學搭配，還保證了設備選型的經濟性。

圖8 綜合開采方案經濟性分析

4 設備選型對露天煤礦經濟效益影響

為了更好地體現設備選型對露天煤礦效益的影響，本文結合S露天煤礦的實際情況進行比較分析，S露天煤礦自有主要挖掘設備為WK-35電鏟，主要運輸設備為220t自卸卡車，主要平地設備為D10T(580HP )履帶推土機，也就是表1中方案4的配置，2020年計劃土方剝離量7900萬m3，計劃煤炭產量2000萬t。

從圖8中數據可以看出方案1最經濟，但結合S露天煤礦實際，本文選用配置相近的方案3與其(方案4)進行對比，褐煤容重按1.15t/m3計算，褐煤硬度按f<3計算，計算直接費后依據《煤炭建設工程費用定額及造價管理有關規定》調整了人工、材料、機械價差，并進行了取費，計算結果是方案3所選設備比S露天煤礦自有設備(方案4)一年節約生產成本31004萬元，噸煤節約生產成本15.5元/t(見表2)。如果按照最經濟的方案1與不經濟的方案5比較，方案1比方案5一年節約生產成本76715萬元，噸煤節約生產成本38.36元/t。因此，開展露天煤礦采剝設備選型經濟性分析對節約生產成本有較大的經濟意義[15，16]。

表2 方案經濟性對比分析

5 結 語

首先，本文根據露天煤礦的核準規模及開采方案，列出該礦開采、運輸、平整可選擇設備的規格型號范圍，即列出電鏟選型及斗容范圍、自卸卡車選型及載重量范圍、推土機選型及功率范圍等；其次，依據《煤炭工業露天剝離工程綜合預算定額》，結合煤礦土石方硬度、運距、上坡、下坡等不同工況套用不同定額子目，分別填寫各種型號挖掘機挖方單價表、各種工況各種型號自卸汽車的運輸單價表、各種型號推土機平整單價表，自卸汽車運輸還要綜合各種工況編制綜合單價表，然后利用數據圖表法分別對比分析開采、運輸、平整等不同型號設備的經濟性；第三，根據露天煤礦設計開采方案，結合煤礦實際工況數據，將不同規格型號設備組合出幾種比較可行的設備組合方案，然后利用第二步數據按照設備組合方案分別編寫開采、運輸、平整的綜合價格表，形成各設備組合方案的綜合單價，借助數據圖表進行經濟性對比分析，最終根據分析結果選出最經濟的設備組合方案。

本文重點從開采、運輸、平整等工序進行相應設備選型的經濟性分析，用該方法也可結合露天煤礦的實際對其他工序的設備進行選型經濟性分析。依據《煤炭工業露天剝離工程綜合預算定額》開展露天煤礦采掘設備、運輸設備、平整設備選型的經濟性分析，符合價值工程原理，對露天煤礦科學開展設備選型、合理控制生產成本具有重要經濟意義。為了有效控制露天煤礦生產成本，在露天煤礦基建期設備選型前不僅要進行設備技術性能的調查研究，還要進行全面的經濟對比分析，進而確保項目投產后以較低的生產成本在激烈的市場競爭中獲得長久生存。