宏大铁矿露天采场开拓运输优化研究与设计

母传伟 张国胜 范志国 王坤举 刘 聪

(1.中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司，河北 秦皇岛 066001；2.内蒙古宁城县宏大矿业有限公司，内蒙古 赤峰 024222)

宏大铁矿露天采场开拓运输优化研究与设计

母传伟1张国胜2范志国2王坤举2刘 聪2

(1.中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司，河北 秦皇岛 066001；2.内蒙古宁城县宏大矿业有限公司，内蒙古 赤峰 024222)

结合宏大铁矿生产实际情况，深入分析研究和对比矿山各种开拓运输方式特点，依次解决了宏大铁矿开拓运输方案优化的4个核心问题。通过全汽车和半连续2种开拓运输方案的论证比较，选定合理的开拓运输系统；通过全移动、可移式、半固定、定固等4种破碎站形式的论证对比，选定合理的破碎站形式；通过运输成本数值的回归分析，采用图解法找到半连续运输和全汽车运输的界限点；通过建立线性模型，用数学定量求最优解法，找到破碎站经济合理移设步距。最后为矿山推荐一套经济合理的半连续(汽车—可移式破碎—胶带机)运输系统，可以大量节省生产运输成本，对提高企业经济效益具有现实意义。

开拓运输 可移式破碎 半固定破碎 半连续运输 胶带运输机

宏大铁矿是由二十二冶集团和河北钢铁集团矿业公司共同投资建设的一座大型超低品位露天钒钛磁铁矿山，该矿原矿磁性铁品位2.50%，设计出矿能力1 500万t/a，选出铁精矿TFe品位63%，综合选矿比27.0。目前矿山矿岩运输采用的公路全汽车开拓运输系统，矿石运至选厂固定破碎站集中破碎。因为矿石品位超低，选矿比过大，铁精矿生产成本太高，生产经营利润率极低，濒临盈亏边界状态，企业处于生死存亡关头。如果要维持矿山生存，继续开发利用这种超低贫矿资源，必须把采选生产各个环节成本指标优化挖潜，通过降低成本寻求效益，是拯救矿山、维持企业生存的唯一出路。分析该矿采选生产各项成本中，矿岩运输成本约占采矿成本的45%，从矿岩运输成本中寻求优化空间的潜力较大，因此把运输方式的优化作为研究问题的焦点，优化配置更加经济合理的矿岩运输系统。

运输方式的优化要依次解决4个核心问题：开拓运输方式选择、破碎站形式选择、运输方式的界限点、破碎站最优移设步距。

1 开拓运输方案比选

矿山设计产能较大，开采深度逐年增加，矿岩平均运距随之逐年增加，运输成本相应加大。随着采深下降，汽车运输将会随着运距增大而越来越不经济。汽车—胶带半连续开拓运输系统是国内外露天矿山应用广泛的开拓方式，与公路全汽车开拓相比，运输能力大、爬坡能力强、运营费低，可以实现降低矿岩运输成本的目的[1]。但增加胶带机系统要增加投资1 370万元，改变原开拓运输系统是否合理，需要做方案对比论证来得到科学结论。

方案一：固定破碎全汽车运输。沿用原公路汽车开拓运输系统，利用改造原固定式粗碎站，采场矿石由汽车运至原固定粗碎站，卸矿破碎后进入下道选矿工序，采场剥离废石由汽车运至排土场堆排。目前矿岩平均运距为1.9 km，随着采深下降汽车运距逐年增加，至采场深部汽车最大运距可达5.0 km。

优点：使用面广，适用性强，机动灵活，便于管理；不用预先破碎，矿岩可分散运输、分散排岩；不易受天气条件影响生产；不用增加投资。

缺点：较胶带机运输爬坡能力小，运输费用高，不经济；自动化程度低；汽车数量多，交通组织难度大，车辆检修量大[2]。

方案二：非固定破碎半连续运输。采场内布置2座非固定粗碎站，每座布置2台C160颚式破碎机，粗碎站设置在采场内固定边帮上或工作帮上，采场内设置边帮胶带2条，采场边部布置转运站1座，2条边帮胶带机在转运站合并为1条固定胶带连接选厂中碎车间。随着采场采深下降，破碎站分步移设。采场原有公路汽车开拓运输系统改为汽车胶带半连续开拓运输系统，采场内采出的矿石由汽车运至非固定粗碎站，破碎后由采场边帮胶带机运至选厂原中碎车间。采场内剥离废石由汽车运至排土场堆排。采场内汽车运距可以控制在1.0 km之内，采场内边帮胶带机长度随着采深下降而逐年延长，初期长度400 m，最长900 m，采场外固定胶带机长度650 m。

优点：与汽车运输相比，运力大、爬坡能力强；自动化程度高；操作简单，劳动生产率较汽车运输高2～3倍，节省能耗，平均每年可节省运营费约500万元。

缺点：需要新增胶带机系统，增加投资1 370万元；需要预先破碎，易受暴风雨雪影响，一旦胶带运输机系统发生局部故障，将引起全矿运输作业停顿；对设备维护和生产管理水平要求较高。

针对宏大矿实际生产情况，目前矿岩平均运距已经达到1.9 km，吨矿岩运输费用达到1.67元，随着采深下降汽车运距还要逐年增加，汽车运费也随着运距的加长而增大，矿山全部矿石的加权平均运距为3.0 km，全部岩石的加权平均运距为3.6 km，至露天底时汽车最大运距可达5.0 km。根据国内外矿山的生产经验值，自卸汽车运距的合理范围为：120～160 t 汽车合理运距≤5 km；80～120 t 汽车合理运距≤4 km；30～80 t 汽车合理运距≤3 km；30 t 以下汽车合理运距≤2 km。

目前矿山使用的汽车为30 t级，随着采深逐年下降，汽车运距将在2年内超过合理运距范围，汽车运输将会越来越不经济，如果在汽车运距超过合理运距范围之前建成胶带运输机系统，适时把全汽车开拓运输转为汽车胶带半连续运输，将会降低矿山矿岩运输费用，节约矿石生产成本，对于濒临盈亏边缘的矿山企业意义重大。因此，将矿山开拓运输方式由公路全汽车运输变为半连续运输是经济合理的。

2 破碎站形式比选

露天矿破碎站按是否可移设及破碎设备的固定方式分为全移动破碎、可移式破碎、半固定破碎、固定破碎，对其特征和应用实例进行总结归纳如表1[3]。

表1 破碎站形式分析一览

结合宏大铁矿具体条件，对上述4种破碎站形式逐一分析论证。

(1)全移动破碎。全移动破碎对应连续运输方式，装载机直接对破碎机给料，矿岩由移动破碎机破碎后经桥式胶带运输机和边帮胶带机运到采场外。全移动破碎机设备复杂、价格昂贵，一次性投资太大，矿山在经济上难以承受。

(2)可移式和半固定破碎。半固定破碎较之于可移式破碎要建固定基础，建设周期长，移设工程量大，移设作业时间长，土建费用较高，服务周期长，对该矿不太适宜。可移式破碎既具备了可以移动的优势，又克服了半固定建站和移设时间长的缺点，不必建大型基础；可以灵活布置在工作帮上或非工作帮上。因为采用颚式破碎机，设备相对小，质量轻，便于拆装起吊，移设更加灵活便捷；移设频次较多，一次移设作业时间短，能保证矿山生产的连续性。因此，从这2种破碎站中，可移式破碎站更有优越性。

(3)固定破碎。固定破碎方案可以在原粗碎车间基础上进行改造，维持原汽车公路开拓运输系统不变，节省投资；但汽车运输将会越来越不经济，运输成本大，已经不适应矿山生产实际情况。

综上所述，选择汽车—可移式破碎—皮带运输机组成半连续运输系统作为矿山新的开拓运输系统。

3 全汽车运输方式与半连续运输方式的界限点

采场现状为全汽车运输，矿石从采场至粗破碎车间平均运距为1.9 km，随着采深下降而汽车运距逐年增加，汽车运费也随之增大。当汽车运距达到一定长度时，如果还用全汽车运输就不经济了，需改用半连续运输方式。那么，当汽车运距达到多长时，改用胶带机运输才合适，怎么找到这个界限点呢？

根据现场调查统计的样本资料，通过回归分析得到反映变量1(全汽车单价)和变量2(半连续运输单价)对自变量(汽车运距)的回归关系的数学表达式，据此绘出汽车运输和皮带机运输成本线性关系图，见图1，对应参数值见表2。自变量(全汽车运距)从1 km开始以0.2 km步距递增。变量1(全汽车单价)与运距相对应，全汽车运输成本范围2.0～3.92元/t。变量2(半连续运输单价)按照0.7元/(t·km)价格计算，把建设胶带机投资的财务成本考虑进来，半连续运输成本范围为2.8～3.07元/t。从图1可见，这2组图线是交叉的，交叉点处全汽车运输运距在1.8 km，即为半连续和全汽车2种运输方式的界限点。矿山目前的矿岩平均汽车运距为1.9 km，已经超过全汽车运输的成本界限点，把汽车运输改造成半连续运输时机已到。

图1 汽车运输与皮带机运输吨矿成本线性关系

表2 图1对应参数值

4 破碎站合理移设步距的确定

采场可移式破碎站建成后，从采场工作面到破碎站的汽车运距随着采场降深而增加，汽车运费也相应增加，当汽车运距增加到一定程度后，如果不及时移动破碎站位置，会造成汽车运费过大而不经济。如果仅从缩短汽车运距出发，破碎站在每个开采台阶都接近矿岩重心位置为最佳，每下降1个台阶就移设1次或多次，这样频繁移设会造成破碎站服务时间过短，破碎设备需要多次拆装和移植重建，经济上也不合理。根据国内外一些大型矿山的生产实践，破碎站垂直移设步距60～70 m，即5～6个台阶，平均1次移设服务5 a左右[5]。但矿山生产条件不同，经验可以借鉴而不能照搬，需针对实际情况具体分析。半连续总运费为汽车运费、胶带机运费和破碎站移设费3项之和，把各项费用均摊到吨矿运输成本中，采用运输成本单价最小值法进行分析，建立运输成本与移设步距的函数关系，计算结果见表3。

表3 总运输费用构成计算

半连续总运费包含的3项费用都跟移设步距存在函数关系。破碎站移设过频，汽车运费可控制在一个合理范围内，但移设费用和胶带机运费要相应增加；破碎站移设滞后，移设费用和胶带机运费相应降低，但汽车运费将过大而不经济。把寻求最佳移设步距问题简化为线性规划求最优解的问题，即求出目标函数(半连续总运费)取得极值时的最优解[6]。半连续总运费取得最小值时，作为变量的破碎站移设步距取得最优值。通过建立线性模型，用图解法定量求解，详见图2，图2对应参数值见表4。从图2中可以看出，破碎站移设步距为4个台阶时，矿石总运输单价达到最小值4.12元/t，所以破碎站的经济合理移设步距为4个台阶，即破碎站平均每隔4个台阶移设一次，采场生产平均年下降速度为15.78 m，即破碎站平均每隔3年移设1次是最经济合理的。

图2 吨矿总运费单价折线图

表4 图2对应参数值

5 结 论

据测算，采场可移式破碎半连续系统建成后，前4年节省的运费即可收回改建系统增加的投资，至第5年当年可节省运营费用380万元，至第10年当年可以节省运营费用1 200万元，长期运输成本优势更加显著，对提高企业经济效益具有现实意义。

[1] 李宝祥.金属矿山露天开采[M].北京：冶金工业出版社，1982. Li Baoxiang.Open-pit Mining of Metal Mines [M].Beijing:Metallurgical Industry Press，1982.

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[3] 白 俊.露天矿山破碎站的分类及应用实例[J].中国矿业，2009,18(12):102-105. Bai Jun.The application and classification of crusher station in open-pit mine [J].China Mining Magazine，2009，18(12):102-105.

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[5] 刘胜富，苏 靖.间断—连续工艺破碎站移设步距与周期研究[J].中国矿业，1997，6(1):33-36. Liu Shengfu，Su Jing.Determination of moving increment and period of crusher using in cyclic-flow technology [J].China Mining Magazine，1997，6(1):33-36.

[6] 桂中岳.矿业运筹学 [M].北京：冶金工业出版社，1978. Gui Zhongyue.Mining Operations Research [M].Beijing:Metallurgical Industry Press，1978.

(责任编辑 石海林)

OptimalResearchandDesignofDevelopmentHaulageinOpenMiningofHongdaIronMine

Mu Chuanwei1Zhang Guosheng2Fan Zhiguo2Wang Kunju2Liu Cong2

(1.MCCShenkanQinhuangdaoEngineeringTechnologyCo.，Ltd.，Qinhuangdao066001，China;2.InnerMongoliaHongdaMiningCo.，Ltd.，Chifeng024222，China)

Different forms of development haulage in mines were investigated considering the production situation of Hongda Iron Mine，and four key issues in optimal design of development haulage were solved.Proper development haulage was firstly selected by comparison with truck and semi-continuous haulage.Secondly，reasonable crushing station was chosen by comparing four kinds of stations which are full movable，movable，semi-fixed and fixed respectively.Subsequently threshold point between truck and semi-continuous haulage was decided by using graphic method and through regression analysis of haulage costs.The moving step distance of crushing station was found by obtaining the optimal solution with quantitative solution and linear model.At last，a set of cost-effective semi-continuous haulage system composed of truck，movable crushing and belt conveyor was recommended to save haulage cost.It plays a significant role in increasing economic efficiency for the mine.

Development haulage，Movable crushing，Semi-fixed crushing，Semi-continuous Hauling，Belt conveyor

2014-08-04

母传伟(1970—)，男，总工程师，教授级高级工程师。

TD854

A

1001-1250(2014)-12-026-04