礦山汽車運輸經(jīng)濟合理運距研究

母傳偉 王先鋒 楊維菁 亢建民

(1.中冶沈勘秦皇島工程技術(shù)有限公司，河北 秦皇島066001;2.鞍鋼集團礦業(yè)公司東鞍山鐵礦，遼寧 鞍山114000)

露天礦山運輸系統(tǒng)的發(fā)展有2 個明顯特點:其一是汽車運輸迅速發(fā)展，國內(nèi)外大型露天礦山的汽車運輸已經(jīng)改變了原來以鐵路運輸占主導地位的局面;其二是半連續(xù)運輸工藝能夠使汽車和膠帶機優(yōu)勢互補，代表露天礦運輸?shù)陌l(fā)展方向，被認為是最經(jīng)濟有效的運輸方式。汽車運輸是半連續(xù)運輸?shù)氖滓h(huán)節(jié)，也是目前露天礦山主要運輸工藝。但是，汽車運輸?shù)淖畲笕毕菥褪沁\輸成本高和經(jīng)濟合理運距短。在露天礦運輸系統(tǒng)中，汽車運距對露天礦山開采的技術(shù)經(jīng)濟效果影響最大。在國內(nèi)外露天礦山中，汽車運輸系統(tǒng)部分投資占整個露天礦總投資的30% ～50%，汽車運輸成本占采礦總成本的25% ～45%。所以，研究汽車運輸?shù)慕?jīng)濟合理運距對確定汽車運輸方式的使用范圍、改善露天礦建設(shè)條件和經(jīng)濟效益意義重大。

1 國內(nèi)外相關(guān)數(shù)據(jù)

汽車運距是考核露天礦山的主要技術(shù)經(jīng)濟指標。國外大多數(shù)金屬露天礦的汽車運距波動在1.0 ～5.5 km，平均在2.5 ～3.0 km，容許經(jīng)濟合理運距為5 ～7 km。美國、加拿大一些大型露天礦平均運距為2.8 km，小型露天礦平均運距2.3 km，詳見表1。

表1 美國、加拿大露天礦汽車運距Table 1 Automobile transportation distance of open-pit mines in USA and Canada

通過調(diào)查我國部分露天礦，汽車運距一般為2 km，最大6 km，見表2。在露天礦開拓運輸系統(tǒng)設(shè)計中，經(jīng)濟合理運距尚無確切資料作為參考依據(jù)。為此，結(jié)合國內(nèi)外露天礦山設(shè)計和生產(chǎn)實踐，研究確定汽車經(jīng)濟合理運距的方法并提出汽車經(jīng)濟合理運距的建議指標。

2 相關(guān)參數(shù)的確定

影響汽車經(jīng)濟合理運距的主要因素是基建投資、經(jīng)營費、投資效果系數(shù)。從對基建投資及經(jīng)營費的分析得出:影響較大的因素是露天礦年運量、露天礦開采深度、運輸設(shè)備類型和型號，為此要首先確定上述礦山技術(shù)條件參數(shù)才能進行汽車經(jīng)濟合理運距的計算。以下舉例說明各種參數(shù)的確定方法。

(1)計算鐵路運輸?shù)幕ㄍ顿Y及經(jīng)營費見表3，其中基建投資包括鐵路運輸線路、倒裝站、牽引變電站、機修及其他配套設(shè)施，鐵路運輸經(jīng)營費包括運輸設(shè)備折舊、修理費、電耗、材料消耗、車間經(jīng)費和人工費。

(2)計算汽車運輸?shù)幕ㄍ顿Y及經(jīng)營費見表4，其中基建投資包括運輸?shù)缆贰⑵?、修理設(shè)施及其他，汽車運輸經(jīng)營費包括運輸設(shè)備折舊、維修費、油耗、輪胎及其他材料消耗、人工費。

表2 國內(nèi)露天礦汽車運距Table 2 Automobile transportation distance of open-pit mines in China

表3 鐵路運輸基建投資及經(jīng)營費計算Table 3 Calculation of capital investment and operation cost in railway transportation

(3)礦山技術(shù)條件參數(shù):①年運量300 ～1 000 萬t/a;②采深0 ～180 m;③機車車輛類型采用ZG100－1500 機車牽引KF－60 礦車;④汽車類型BJ370(20 t)。

3 汽車經(jīng)濟合理運距界限點的確定

在討論汽車經(jīng)濟合理運距時，應(yīng)把基建投資和經(jīng)營費的計算看作動態(tài)過程，考慮每年增加的價值還會

表4 汽車運輸基建投資及經(jīng)營費計算Table 4 Calculation of capital investment and operation cost in automobile transportation

產(chǎn)生投資效果，計算公式為n

式中，Z 為單位礦巖費用，元/t;T 為單位礦巖基建投資，元/t;J 為單位礦巖運輸經(jīng)營費，元/t;P 為投資效果系數(shù);n 為標準投資返本期限，a。

式(1)將各年度發(fā)生的費用換算到標準投資返本期限來比較。將根據(jù)式(1)計算的單位礦巖費用作為汽車運輸與鐵路運輸方式比較的指標依據(jù)，費用小者為優(yōu)。兩者噸巖礦費用相等時的運距即為汽車經(jīng)濟合理運距。跟鐵路運輸或其他運輸方式相比較，經(jīng)濟效果相同時露天礦汽車的運輸距離即為露天礦汽車經(jīng)濟合理運距。

通過計算尋求汽車運輸跟鐵路運輸?shù)慕?jīng)濟合理界限點。根據(jù)不同運距的基建投資及經(jīng)營費用，采用式(1)分別計算鐵路運輸和汽車運輸單位礦巖費用Z，并求其與運距的關(guān)系，見表5。

表5 汽車經(jīng)濟合理運距比較計算Table 5 Comparison of cost-effective distance of automobile transportation

從計算結(jié)果分析，單位礦巖費用和運距是呈直線關(guān)系，其直線方程為:鐵路運輸，

汽車運輸

式中，kT、kQ為斜率，表示單位礦巖費用隨運距變化的比率;TT、TQ為縱截距，表示跟運距無關(guān)的單位礦巖基建投資。

當ZT= ZQ時的汽車運距即為經(jīng)濟合理運距，即

kQ·L + TQ= kT·L + TT，

求得

假定以山坡露天礦(采深100 m，運量1 000萬t/a)為例，運輸車型為SH380A 礦用汽車，據(jù)計算結(jié)果繪出汽車運輸和鐵路運輸成本關(guān)系圖，見圖1。從圖1 可見，鐵路運輸基建投資高于汽車運輸，所以縱截距數(shù)值大，成本關(guān)系曲線起始點在上;鐵路運輸經(jīng)營費低于汽車運輸，所以斜率數(shù)值小，成本關(guān)系曲線傾斜度小。2 種組運輸方式的成本關(guān)系圖線是交叉的，交叉點處汽車運輸運距在1.85 km，即為鐵路和汽車2 種運輸方式的界限點。計算結(jié)果表明:在給定的條件下，汽車經(jīng)濟合理運距應(yīng)不大于1.85 km。汽車運輸運距如果超過1.85 km 時應(yīng)把全汽車運輸過渡到鐵路運輸更為經(jīng)濟合理。

圖1 汽車經(jīng)濟合理運距計算Fig.1 Cost-effective distance of automobile transportation

4 分析討論

通過各種不同礦山技術(shù)參數(shù)下汽車經(jīng)濟合理運距的計算，對上述例子的計算結(jié)果分析如下。

(1)汽車經(jīng)濟合理運距隨運量的增大而降低，如圖2，尤其當運量較小時降低的幅度較大。這說明隨運量的增加，鐵路運輸?shù)暮侠硎褂梅秶鷶U大，而在年運量較小時(低于400 萬t/a)，鐵路運輸效果較差，這是因為鐵路運輸基建投資大而運量小所致。

(2)汽車經(jīng)濟合理運距隨露天礦的開采深度增加而加大，如圖3。因為露天礦采深增大，鐵路運輸線路工程量增大，其基建投資及修理、折舊等計入經(jīng)營費的部分增加幅度顯然較汽車運輸要大，所以汽車經(jīng)濟合理運距必然增大。露天礦采深對汽車經(jīng)濟合理運距影響較大，尤其在年運量較小時。年運量為300 萬t 時，采深每增加10 m，其經(jīng)濟合理運距可加大150 m，而年運量為1 000 萬t 時，采深每增加10 m，其經(jīng)濟合理運距僅增加50 m。

圖2 不同采深時汽車經(jīng)濟合理運距與運量關(guān)系Fig.2 Relationship between cost-effective distance and transport volume under different mining depth

圖3 不同運量時汽車經(jīng)濟合理運距與采深關(guān)系Fig.3 Relationship between cost-effective distance and mining depth under different transport volume

(3)汽車經(jīng)濟合理運距隨汽車車型加大而增大，如圖4。車型越大，車輛單價越高，初期投資越大;但大型車較小型車單位礦巖運輸經(jīng)營費低。所以，當?shù)V山運輸能力限定時，車型越大，經(jīng)濟運距越長。

圖4 汽車經(jīng)濟合理運距與車型關(guān)系Fig.4 Relationship between cost-effective distance and vehicle type

(4)汽車經(jīng)濟合理運距跟礦山是山坡露天還是深凹露天類型有關(guān)，如圖5。當運距小于2 km 時，深凹露天礦汽車經(jīng)濟合理運距長，而山坡露天礦經(jīng)濟合理運距短;當運距大于2 km 時則相反，深凹露天礦汽車經(jīng)濟合理運距短，而山坡露天礦經(jīng)濟合理運距長。前者由于深凹露天礦鐵路投資較高而導致汽車經(jīng)濟合理運距長，后者是由于深凹露天礦汽車運輸經(jīng)營費隨運距的增加而急劇加大，導致山坡露天礦汽車經(jīng)濟合理運距長。

圖5 汽車經(jīng)濟合理運距與礦山類型的關(guān)系Fig.5 Relationship between cost-effective distance and mine type

5 結(jié) 論

綜上所述，汽車經(jīng)濟合理運距不是定值，而是隨運輸條件不同而變化。汽車經(jīng)濟合理運距隨運量的增大而降低，隨露天礦的開采深度增加而加大，隨汽車車型加大而增大，還跟礦山類型密切相關(guān)。因此在進行露天礦開拓運輸設(shè)計時，汽車平均運距應(yīng)控制在汽車經(jīng)濟合理運距范圍內(nèi)，如超出允許的經(jīng)濟合理運距，則應(yīng)考慮與其他運輸方式相配合的聯(lián)合運輸方式。

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