蔡忠超

（中煤科工集團(tuán)沈陽設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110015）

單斗-卡車-半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝綜合了單斗挖掘機(jī)-卡車開采工藝適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)和帶式輸送機(jī)連續(xù)運(yùn)輸效率高、成本低、爬坡能力大的優(yōu)點(diǎn)，可以有效地提高生產(chǎn)能力和降低生產(chǎn)成本，因此半連續(xù)開采工藝被國(guó)際采礦界公認(rèn)為“最有生命力”的露天開采工藝[1]。破碎站則是半連續(xù)開采工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心設(shè)備[2]，是半連續(xù)系統(tǒng)中間斷流與連續(xù)流的結(jié)合點(diǎn)，其布置位置直接決定了運(yùn)煤卡車的運(yùn)距和帶式輸送機(jī)的長(zhǎng)度，更間接地影響剝離物的運(yùn)輸。因此，半連續(xù)開采工藝中破碎站的布置位置對(duì)露天礦的經(jīng)濟(jì)效益具有關(guān)鍵性的作用。

1 礦山概況

露天礦所在地區(qū)屬干旱、半干旱的沙漠地貌。南部、東部和北部地形復(fù)雜，多為起伏較大的風(fēng)成沙丘，沙丘走向一般為近東南-西北向，最高標(biāo)高為112.5 m；中部和西部為較平坦沙漠區(qū)，最低標(biāo)高為52.5 m，一般標(biāo)高在60.0～80.0 m。露天礦所在煤田地層傾角平緩，一般在2°～4°。煤層基底起伏不平，煤系地層下部產(chǎn)狀略有起伏，構(gòu)造簡(jiǎn)單。區(qū)塊內(nèi)共含3 個(gè)可采煤組，10 余個(gè)分煤層，自上而下編號(hào)為A、B和C 煤層，其中：A 煤層厚度0.55～5.30 m，平均2.46 m，B 煤層厚度1.05～10.66 m，煤層平均4.95 m。主采煤層為C 煤層，厚度為3.7～27.41 m，平均厚度為17.25 m。煤層埋藏較深，一般約為150 m。

露天煤礦生產(chǎn)規(guī)模為7.8 Mt/a，剝離采用單斗-卡車開采工藝，采煤采用單斗-卡車-半移動(dòng)式破碎站-帶式輸送機(jī)半連續(xù)開采工藝。采煤半連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)能力為2 000 t/h，工藝流程為載重60 t 自卸卡車在采掘坑內(nèi)采煤平盤經(jīng)斗容7 m3單斗挖掘機(jī)裝載后，經(jīng)運(yùn)輸平盤、工作幫移動(dòng)坑線、聯(lián)絡(luò)路運(yùn)至地面一次破碎站后，一次破碎站將煤破碎到300 mm以下，再通過102 帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載至103 帶式輸送機(jī)再運(yùn)送至T1 轉(zhuǎn)載站，進(jìn)入儲(chǔ)煤場(chǎng)[3]。

2 原煤破碎站布置位置問題的提出

半連續(xù)開采工藝憑借著其工藝先進(jìn)、技術(shù)可靠，即有單斗-卡車機(jī)動(dòng)靈活適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有帶式輸送機(jī)運(yùn)輸效率高、爬坡能力大[4]、實(shí)現(xiàn)“以電代油”成本低的優(yōu)點(diǎn)，成為我國(guó)露天礦中應(yīng)用最廣泛的采礦工藝之一。在國(guó)內(nèi)坑口電價(jià)要遠(yuǎn)低于油價(jià)的實(shí)際情況下，半連續(xù)系統(tǒng)布置中根據(jù)露天礦的實(shí)際開采條件，盡量縮短卡車運(yùn)距，實(shí)現(xiàn)“以電代油”最大化無疑是最合理的[5]。但塔爾煤田一區(qū)塊露天礦項(xiàng)目為國(guó)外項(xiàng)目，露天礦的開采條件與國(guó)內(nèi)完全不同，露天礦附近沒有可靠供電電源點(diǎn)，在建設(shè)期及生產(chǎn)期需要全部依靠10 kV 高壓重油發(fā)電機(jī)組作為露天礦供電電源，電價(jià)成本相對(duì)較高；現(xiàn)階段國(guó)際原油市場(chǎng)低迷的大環(huán)境下，柴油價(jià)格便宜；現(xiàn)場(chǎng)地形高低起伏，地形情況相對(duì)復(fù)雜。因此，如何合理的確定破碎站布置位置，使間斷流運(yùn)輸與連續(xù)流運(yùn)輸?shù)耐顿Y和運(yùn)營(yíng)成本綜合費(fèi)用最低，在最大化降低生產(chǎn)成本的同時(shí)，提高露天礦的經(jīng)濟(jì)效益是需要進(jìn)一步研究的問題。

3 原煤破碎站布置位置方案及優(yōu)缺點(diǎn)

決定破碎站位置的因素有很多，如煤層賦存傾角、煤層賦存深度、剝采比、工程地質(zhì)條件、卡車運(yùn)距及運(yùn)輸設(shè)備數(shù)量、內(nèi)排條件、破碎站后期移設(shè)條件、工作線推進(jìn)和礦山工程發(fā)展情況[6]等。根據(jù)本礦的實(shí)際條件，破碎站布置在地表要優(yōu)于破碎站布置在坑內(nèi)，因此根據(jù)未來采場(chǎng)發(fā)展方向和時(shí)空關(guān)系[7]，選取具有代表性的3 個(gè)破碎站位置方案進(jìn)行分析：

1）方案1。原煤破碎站布置在出入附近，原煤從采掘場(chǎng)+75 m 水平出入溝，經(jīng)方案1 運(yùn)煤道路至破碎站破碎，再經(jīng)102 帶式輸送機(jī)和103 帶式輸送機(jī)運(yùn)往儲(chǔ)煤場(chǎng)。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)煤卡車運(yùn)距短，卡車數(shù)量少，卡車運(yùn)營(yíng)成本少，破碎站產(chǎn)生的煤塵對(duì)工業(yè)場(chǎng)地、儲(chǔ)煤場(chǎng)、重油發(fā)電影響較小。缺點(diǎn)：整體土方工程量較大，后期將發(fā)生破碎站移設(shè)的費(fèi)用，102 運(yùn)煤帶式輸送機(jī)較長(zhǎng)，設(shè)備投資較大。

2）方案2。原煤破碎站布置在103 帶式輸送機(jī)機(jī)尾附近，原102 帶式輸送機(jī)取消，原煤從采掘場(chǎng)+50 m 水平出入溝，經(jīng)方案2 運(yùn)煤道路至破碎站破碎，再經(jīng)103 帶式輸送機(jī)運(yùn)往儲(chǔ)煤場(chǎng)。優(yōu)點(diǎn)：帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度最短，投資少，無破碎站移設(shè)費(fèi)用。缺點(diǎn)：運(yùn)煤卡車運(yùn)距長(zhǎng)，卡車數(shù)量增加，道路建設(shè)和日常維護(hù)費(fèi)用高，卡車運(yùn)營(yíng)成本費(fèi)用大。由于此處地形較平，破碎站上下承臺(tái)高度約為11.5 m，此處上承臺(tái)需整體填高11.5 m，故此方案破碎站填方量較大；破碎站距重油發(fā)電、工業(yè)場(chǎng)地及儲(chǔ)煤場(chǎng)較近，煤破碎產(chǎn)生的煤塵對(duì)周邊的設(shè)施影響較大，季風(fēng)期煤塵將對(duì)工業(yè)場(chǎng)地及重油發(fā)電造成較大的影響。

3）方案3。原煤破碎站布置在102 帶式輸送機(jī)中部附近，原102 帶式輸送機(jī)縮短，原煤從采掘場(chǎng)+75 m 水平出入溝，經(jīng)方案3 運(yùn)煤道路至破碎站破碎，再經(jīng)縮短后的102 帶式輸送機(jī)和103 帶式輸送機(jī)運(yùn)往儲(chǔ)煤場(chǎng)。優(yōu)點(diǎn)：破碎站土方工程量小，帶式輸送機(jī)長(zhǎng)度縮短，投資較少。缺點(diǎn)：運(yùn)煤卡車運(yùn)距長(zhǎng)，卡車數(shù)量增加，道路建設(shè)和日常維護(hù)費(fèi)用高，卡車運(yùn)營(yíng)成本費(fèi)用較大。

原煤一次破碎站各布置方案示意圖如圖1。

圖1 原煤一次破碎站各布置方案示意圖

4 各投資及運(yùn)營(yíng)成本分析

方案1 破碎站位于出入溝附件，卡車運(yùn)距最短運(yùn)營(yíng)費(fèi)用最低，因此以方案1 為對(duì)比基礎(chǔ)，方案2、方案3 分別與方案1 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比選分析。各方案比選分析時(shí)主要分析參數(shù)選取情況為：卡車費(fèi)用75.00萬元/臺(tái)；項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)卡車實(shí)測(cè)油耗0.167 L/（m3·km）；柴油單價(jià)5.20 元/L；項(xiàng)目當(dāng)?shù)乜ㄜ囁緳C(jī)工資為3 500.00元/月；卡車維修保養(yǎng)費(fèi)用按卡車作業(yè)方量計(jì)算，單價(jià)1.144 元/m3，臺(tái)年費(fèi)用29.29 萬元；重油發(fā)電電費(fèi)0.90 元/（kW·h）；填方取土和挖方單價(jià)7.00 元/m3，填方碾壓?jiǎn)蝺r(jià)9.52 元/m2，運(yùn)輸?shù)缆访鎸愉佋O(shè)費(fèi)用63.00 元/m2。

4.1 方案1 與方案2 對(duì)比分析

在達(dá)產(chǎn)第8 年方案1 破碎站將移設(shè)完成和方案2 的煤運(yùn)距基本相同，因此對(duì)達(dá)產(chǎn)前7 年內(nèi)的投資及運(yùn)營(yíng)成本分析，其中破碎站土方工程：①方案1：填方取土40 807 m3，填方碾壓53 367 m3，挖方12 560 m；②方案2：填方取土97 640 m3，填方碾壓98 500 m3，挖方860 m3。道路土方工程：①方案1：方案1 路長(zhǎng)1 012 m，寬12 m，境界外挖方26 962 m3，填方5 435 m3；②方案2：方案2 路長(zhǎng)2 502 m，寬12 m，境界外挖方3 053 m3，填方3 720 m3。方案1 與方案2 投資及運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比見表1。

表1 方案1 與方案2 投資及運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比 萬元

由表1 可知，從采礦工程、供配電工程、土方工程、道路工程等方面逐年發(fā)生的投資及運(yùn)營(yíng)成本費(fèi)用進(jìn)行折現(xiàn)對(duì)比，方案2 雖然初期投資較低，但逐年運(yùn)營(yíng)成本增加較大，在7 年對(duì)比周期內(nèi)其費(fèi)用凈現(xiàn)值較方案1 增加1 716.64 萬元。

4.2 方案1 與方案3 對(duì)比分析

在達(dá)產(chǎn)第6 年方案1 破碎站將移設(shè)完成和方案3 的煤運(yùn)距基本相同，對(duì)達(dá)產(chǎn)前5 年內(nèi)的投資及運(yùn)營(yíng)成本分析。破碎站土方工程：①方案1 填方取土40 807 m3，填方碾壓53 367 m3，挖方12 560 m；②方案3 填方碾壓29 853 m3，挖方43 786 m3。道路土方工程：①方案1 方案1 路長(zhǎng)1 012 m，寬12 m，境界外挖方26 962 m3，填方5 435 m3；②方案3 路長(zhǎng)1 490 m，寬12 m，境界外挖方62 220 m3，填方150 m3。方案3 較方案1 投資及運(yùn)營(yíng)成本對(duì)比見表2。

由表2 可知，從逐年發(fā)生的投資及運(yùn)營(yíng)成本費(fèi)用進(jìn)行折現(xiàn)對(duì)比，方案3 較方案1 年度費(fèi)用均增加，沒有明顯優(yōu)勢(shì)，在5 年對(duì)比周期內(nèi)其費(fèi)用凈現(xiàn)值較方案1 增加1 239.93 萬元。

4.3 其它不確定因素

1）各方案比選時(shí)采用的柴油價(jià)格是當(dāng)前國(guó)際油價(jià)低迷時(shí)的柴油價(jià)格，油價(jià)較低，存在后期柴油價(jià)格上漲的不確定性因素。

2）各方案比選時(shí)的電費(fèi)按目前重油發(fā)電成本考慮，綜合電價(jià)較高，后期光伏工程上馬后，存在電費(fèi)成本降低的不確定性因素。

3）比選中卡車油耗0.167 L/（m3·km），是根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)剝離卡車實(shí)測(cè)油耗換算出的綜合油耗。煤的單位體積質(zhì)量比巖石的單位體積質(zhì)量小，故運(yùn)巖時(shí)的載重比大于運(yùn)煤時(shí)的載重比，對(duì)于運(yùn)煤車型克服卡車自質(zhì)量部分油耗將增加，即無效的油耗比例增大[8]。因此，存在實(shí)際運(yùn)煤卡車單位體積公里的油耗指標(biāo)要高于剝離卡車油耗的不確定性因素。

5 結(jié)語

1）利用NPV 方法對(duì)方案1 和方案2 進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，得出在比選周期內(nèi)，方案2 較方案1 費(fèi)用凈現(xiàn)值增加1 716.64 萬元，方案1 更合理。

2）方案3 與方案1 比較沒有明顯的優(yōu)勢(shì)，既沒有明顯的節(jié)省投資又沒有明顯的降低運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，僅節(jié)省初期少量土方工程費(fèi)用，在比選周期內(nèi)其費(fèi)用凈現(xiàn)值較方案1 增加1 239.93 萬元，方案1 更合理。

3）由于不確定因素，對(duì)目前情況下比選結(jié)果中較優(yōu)的方案1 將進(jìn)一步起到積極作用，使方案1 的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

4）從選取的破碎站典型位置方案對(duì)比情況可知，雖然項(xiàng)目所在地為國(guó)外，存在現(xiàn)階段柴油價(jià)格低，重油發(fā)電電費(fèi)價(jià)格高的實(shí)際情況，本項(xiàng)目各方案仍然符合單斗卡車+帶式輸送機(jī)的半連續(xù)開采工藝中，在條件允許的情況下應(yīng)盡量縮短卡車運(yùn)距，以最大限度降低運(yùn)營(yíng)成本。