某大型露天礦礦石開拓運輸方案研究

中圖分類號：TD57 文獻標志碼：B 文章編號：1004-4345（2025）02-0007-04

Research on the Development and Transportation Scheme of Ore in a Large Open Pit Mine

KUANG Yong， QI Yan， HUANG Chongjie， YONG Xueyan， CHEN Zhenchao， WANG Leiming （China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi 33OO38，China）

AbstractInresponse tothecomplex terrainandresourceocurencecharacteristicsofalargeopen-pitlithiumminein China， twotechnicall-feasible tansportationschemeshavebeenproposed：sheme1“road-vehicletransportation”andscheme“roadadit+ orepass”combindtransporatio.Tengineringcharacteristics，investmetostsndoperationalenefitsoftetohswere comparedandanalyzed.Aspresentedintheresearch，although scheme1showslowannualoperatingcost，itisconstrainedbyhigh initialinvestment（0540ooyuan）andlong-termcostamortizatio.Tepresentvalueof tsfullifecclecost（166775900yuan） issignificantlyhigherthanscheme2（867650Oyuan），withadiferenceof8OO180Oyuan.Therefore，amoreeconomicalroad vehiclescheme2（simpleinprocessandflexibleinoperation）isrecommendedtoprovidedecision-makigbasisfortheselectinof transportation schemes for similar high-altitude and deep-concave open-pit mines.

Keywordsopen-pit mining;developmentand transportationscheme; presentvalueof expenses;off-highwayvehicle;life cycle cost

在露天礦山工程體系中，開拓運輸系統作為露天礦山工程體系中連接采掘作業與選冶環節的關鍵環節，其技術方案的合理性直接決定礦山運營的經濟性與安全性。行業統計表明，礦巖運輸成本占礦石生產成本的 50%～60% ，且隨著開采深度增加，運輸效率下降與成本攀升問題愈發顯著[-3]。因此，科學選擇開拓運輸方式，不僅需要考量礦體賦存形態、地形地貌特征與工程地質條件，還需要在基建投資、運營成本、技術可靠性與環境影響之間尋求最優平衡[4-5]

某新建大型露天鋰礦地質構造復雜，地形呈現北東高南西低的顯著差異，最大相對高差達 335.6m 礦區面積為 2.42km² ，總資源量約14300萬t。該礦山設計生產規模300萬 Δt/a ，服務年限 33a ，總投資8.9億元，是典型的高投資、長周期資源開發項目。礦體跨侵蝕基準面上下分布，上部風化礦與下部原生礦呈層狀賦存，且南部主采區資源品位（ Li₂O 平均品位為 0.44% ）與可靠性（“探明 + 控制級\"礦量占比為57.9% ）顯著優于北部。鑒于此，本文以該礦南部采場為核心研究對象，圍繞其復雜的地形條件（最高開采標高 650m 坑底標高 200m 最大采深 450m 與工程需求，系統開展開拓運輸方案的比選與優化研究，旨在為該礦構建技術先進、經濟合理、安全可靠的礦石運輸體系。

1礦山概況

1.1地質資源特征

1）礦體賦存規律。礦區地質構造以燕山期花崗巖為主，鋰礦體主要賦存于花崗巖風化殼與原生裂隙帶中，形成上覆風化礦、下伏原生礦的二元結構。+200m 標高以上區域累計探明7293.2萬t工業礦石量，其中風化礦861.8萬t（ Li₂O 平均品位 0.46% ），原生礦6431.4萬t（ Li₂O 平均品位 0.44% ）。資源分布呈現明顯的南富北貧特征：南部采場可采礦量占比82.8% ，且“探明 + 控制級\"礦量占比達 68.2% ，而北部采場全部為推斷級資源。具體工業礦石資源量見表1。低品位礦（ Li₂O 平均品位 ?0.30% ）資源量約7040.3萬t，主要分布于北部及邊幫區域，為未來資源綜合利用提供儲備。

2）工程地質條件。礦區巖體以堅硬塊狀花崗巖為主，單軸抗壓強度為 120～150MPa ，節理裂隙發育程度低，邊坡穩定性良好。水文地質條件簡單，主要含水層為風化裂隙帶，富水性弱（滲透系數為 0.01～ 0.10m/d ），年平均降水量為 1600mm ，地形自然坡度為 15^°～35^° ，有利于地表徑流排泄。但需關注開采過程中形成的高陡邊坡（最大高度為 200m ）穩定性，以及爆破振動對周邊巖體的擾動影響。

1.2終了境界的確定

采用MineSight三維礦業軟件構建高精度地質模型，基于“凈現值最大化”原則進行境界優化。最終圈定南北兩個采坑，見圖1。

1）北部采坑。封閉圈標高為 332m ，平面尺寸為 ，坑底標高為 308m ，最高開采標高為 500m 。該采坑以推斷級原生礦為主，可采礦量為1663.15 萬t。

2）南部采坑。出入溝口標高為 368m ，坑底標高為 200m ，最高開采標高為 650m ，封閉圈標高為368m ，平面尺寸為 。該采坑為核心開采區域，可采礦量達為8011.37萬t。

全境界合計采出礦石量9674.5萬t（含 65% 推斷級礦量）， Li₂O 平均品位為 0.403% ，剝離廢石量為12406.4萬t，其中廢石含低品位礦2795.2萬t（ Li₂O 平均品位為 0.368% ），為后續廢石資源化利用提供條件。

2 開拓運輸方案比選與優化

2.1方案設計原則與邊界條件

1）核心約束條件。（1）地形條件。南部采場呈“深凹—高邊坡”形態，最大垂深為 450m ，東西向長 1450m ，南北向寬 880m ，出入溝口標高為 368m ，選廠粗碎站位于東南部 230m 標高，高差為 138m ，水平距離為 2.0km 。（2）生產規模。年礦石運輸量為300萬t，剝離廢石量為384萬t（按剝采比 1.28t/t ），要求運輸系統具備可靠的連續性與靈活性。（3）環保要求。深凹區域需控制尾氣污染，溜井系統需解決粉塵排放問題，平碉通風需滿足《金屬非金屬礦山安全規程》GB16423—2020）要求。

2）技術方案初選。基于礦體分布、地形高差與運輸效率，初步擬定3種可行方案，具體技術特征對比見表2。經技術可行性分析，方案3中的膠帶運輸對礦石粒徑要求嚴格，需粒徑 lt;300mm 。這意味著需要在溜井底部增設破碎站，不僅會大幅增加投資成本（單臺顎破需投資1200萬元），且長距離膠帶維護難度大，尤其在多雨山區易發生打滑、撕裂事故，綜合可靠性低于電機車運輸。故初選結果為淘汰方案3。

2.2方案1

1）系統構成與布局。公路一汽車開拓運輸系統道路設計采用雙車道，設計時速為 30km/h ，最大縱坡坡度約 8% ，滿足礦用汽車爬坡能力，總里程為3.8km 。其中，境界內約 1.8km （連接各開采臺階至368m 出入溝口），境界外 2.0km （至粗碎站）。系統的設備配置包括11臺礦用自卸汽車（載質量 40t ，百公里油耗 35L ，輪胎壽命 15000km ，配套2臺裝載機（斗容 3.5m³. 用于裝載作業。系統運營采用“采場直接裝載一直達運輸\"模式，平均運距約 3.8km ，單程 12min ，年工作 330d ，運輸量為 ，約300萬 Δt/a ，單車工作效率 826t/d （按10次往返計）。

2）關鍵技術參數。公路一汽車運輸方案技術經濟參數見表3。

2.3方案2

1）立體運輸體系構建。立體運輸體系由溜井系統、平確運輸系統及通風系統構成。（1）溜井系統：布置1#、2#兩座垂直式溜井，采用鋼筋混凝土襯砌，直徑為 6m ，設計通過能力為1萬td。1#溜井起始標高為495m ，隨開采降段至 236m ，總服務高度為 259m ：2#溜井起始標高為 479m ，最終標高為 235m ，總服務高度為 244m 。卸礦平臺寬 15m ，設置擋車欄與抑塵噴淋裝置，礦石通過振動給料機裝入電機車礦斗。

（2）平銅運輸：主平銅長 2300m ，斷面尺寸為 6.0m ×5.5m （凈寬 × 凈高），采用C30混凝土支護，坡度為 3‰ （利于排水）。配置3臺功率為 250kW 時速為 的ZK10-6/250型電機車，牽引 10m³ 側卸式礦斗（載質量為 60t ，形成“溜井儲礦—電機車編組運輸\"模式，平均運距為 2.3km 。（3）通風系統：在平碉末端設通風斜井（長 288m ，傾角為 35^° ，斷面尺寸為 5.0m×4.0m ，安裝2臺 型軸流風機（總風量為 10m³/s ），采用壓抽混合式通風，確保平銅內風速不小于 0.5m/s ，粉塵質量濃度小于 2mg/m²

2）關鍵技術難點。關鍵技術難點主要包括溜井堵塞、電機車調度兩個方面。（1）溜井堵塞防治。采用超聲波料位監測與高壓空氣破拱裝置，定期檢查溜井內壁磨損情況（預計年磨損量為 5～8mm ，制定“分級卸礦—定時放礦”制度。（2）電機車調度優化。開發基于GPS的智能調度系統，實時監控機車位置與礦斗裝載狀態，通過算法優化運輸路徑，減少空駛率（目標 ?15% ）。

2.4技術經濟對比

1）投資成本。經分析，方案2的投資額較方案1的高出5240萬元，增幅達 98.9% 。兩個方案的投資成本具體對比分析見表4。

2）經營費用。方案2的成本比方案1低 37.5% ，差額為435.12萬元/a。兩個方案年經營費用明細見表5。

3）全生命周期經濟評價。采用“費用現值法”進行動態經濟分析，計算期為 33a ，貼現率為 8% ，可比費用現值計算結果如表6所示。

注：1）方案1道路工程含路基、路面、安防等，方案2道路工程主要為聯絡道路。2）方案2井巷工程包括2座溜井 ?2300m 平銅、通風井。3）方案1設備購置費用含11臺汽車、2臺裝載機，方案2設備購置費用含3臺電機車、20節礦斗以及給料設備。4）方案2電力設施費用主要為新增電力系統變壓器、電纜、通風設備的購置費用。

萬元/a

由表6可知，方案1的可比費用現值比方案2的低8001.08萬元，減少了 48% 。另據敏感性分析顯示，當礦石價格波動 ±10% 、貼現率變化 ±2% 時，方案1的費用現值始終低于方案2，表明其抗風險能力更強。

2.5綜合性能對比

綜合上述分析對方案進行綜合性能對比，對比結果如表7所示。公路一汽車開拓運輸方案（方案1）憑借以下優勢成為最優選擇。1）投資經濟性突出。初期建設投資僅5300萬元，較方案2低5240萬元，顯著降低了項目融資壓力，尤其適合資源開發初期資金約束場景。2）全生命周期成本優勢。盡管年經營費用高于方案2，但通過較低的建設投資現值與更長的成本攤銷周期，費用現值較方案2低8001萬元。3）運營管理便捷。單一公路運輸系統避免了溜井堵塞、平確通風、電機車調度等復雜技術問題，降低生產管理難度，適合新礦山快速達產需求[6-8]。4）技術適應性強。針對礦區地形復雜、多臺階開采的特點，汽車運輸的機動靈活性可實現“點對點”直達運輸，尤其在南部采場高陡邊坡區域，避免了大型固定設施的建設風險

3 結論

本研究針對某大型露天鋰礦的復雜開采條件，通過多方案技術經濟論證，得出以下結論：1方案1初期投資（5300萬元）較方案2降低 49.7% ，全生命周期費用現值（8676.51萬元）減少 48% ，且敏感性分析表明其抗風險能力更強；2）方案2因井巷工程投資（6540萬元）與電力設施成本（650萬元）占比過高，導致費用現值劣勢顯著，僅適用于特定地形與資金充裕場景；3）方案1憑借工藝成熟度高、調度靈活性強（設備利用率 ?85% ）及管理復雜度低等優勢，更契合深凹型露天礦開發需求。本研究可為類似礦山運輸系統設計提供量化決策范式。未來研究可進一步探索“公路運輸 + 新能源汽車”的低碳轉型路徑[9-10]，以及溜井一平碉系統在深部開采中的優化應用，為露天礦山綠色高效開發提供持續技術支撐

參考文獻

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