矿山汽车运输经济合理运距研究

母传伟 王先锋 杨维菁 亢建民

(1.中冶沈勘秦皇岛工程技术有限公司，河北 秦皇岛066001;2.鞍钢集团矿业公司东鞍山铁矿，辽宁 鞍山114000)

露天矿山运输系统的发展有2 个明显特点:其一是汽车运输迅速发展，国内外大型露天矿山的汽车运输已经改变了原来以铁路运输占主导地位的局面;其二是半连续运输工艺能够使汽车和胶带机优势互补，代表露天矿运输的发展方向，被认为是最经济有效的运输方式。汽车运输是半连续运输的首要环节，也是目前露天矿山主要运输工艺。但是，汽车运输的最大缺陷就是运输成本高和经济合理运距短。在露天矿运输系统中，汽车运距对露天矿山开采的技术经济效果影响最大。在国内外露天矿山中，汽车运输系统部分投资占整个露天矿总投资的30% ～50%，汽车运输成本占采矿总成本的25% ～45%。所以，研究汽车运输的经济合理运距对确定汽车运输方式的使用范围、改善露天矿建设条件和经济效益意义重大。

1 国内外相关数据

汽车运距是考核露天矿山的主要技术经济指标。国外大多数金属露天矿的汽车运距波动在1.0 ～5.5 km，平均在2.5 ～3.0 km，容许经济合理运距为5 ～7 km。美国、加拿大一些大型露天矿平均运距为2.8 km，小型露天矿平均运距2.3 km，详见表1。

表1 美国、加拿大露天矿汽车运距Table 1 Automobile transportation distance of open-pit mines in USA and Canada

通过调查我国部分露天矿，汽车运距一般为2 km，最大6 km，见表2。在露天矿开拓运输系统设计中，经济合理运距尚无确切资料作为参考依据。为此，结合国内外露天矿山设计和生产实践，研究确定汽车经济合理运距的方法并提出汽车经济合理运距的建议指标。

2 相关参数的确定

影响汽车经济合理运距的主要因素是基建投资、经营费、投资效果系数。从对基建投资及经营费的分析得出:影响较大的因素是露天矿年运量、露天矿开采深度、运输设备类型和型号，为此要首先确定上述矿山技术条件参数才能进行汽车经济合理运距的计算。以下举例说明各种参数的确定方法。

(1)计算铁路运输的基建投资及经营费见表3，其中基建投资包括铁路运输线路、倒装站、牵引变电站、机修及其他配套设施，铁路运输经营费包括运输设备折旧、修理费、电耗、材料消耗、车间经费和人工费。

(2)计算汽车运输的基建投资及经营费见表4，其中基建投资包括运输道路、汽车、修理设施及其他，汽车运输经营费包括运输设备折旧、维修费、油耗、轮胎及其他材料消耗、人工费。

表2 国内露天矿汽车运距Table 2 Automobile transportation distance of open-pit mines in China

表3 铁路运输基建投资及经营费计算Table 3 Calculation of capital investment and operation cost in railway transportation

(3)矿山技术条件参数:①年运量300 ～1 000 万t/a;②采深0 ～180 m;③机车车辆类型采用ZG100－1500 机车牵引KF－60 矿车;④汽车类型BJ370(20 t)。

3 汽车经济合理运距界限点的确定

在讨论汽车经济合理运距时，应把基建投资和经营费的计算看作动态过程，考虑每年增加的价值还会

表4 汽车运输基建投资及经营费计算Table 4 Calculation of capital investment and operation cost in automobile transportation

产生投资效果，计算公式为n

式中，Z 为单位矿岩费用，元/t;T 为单位矿岩基建投资，元/t;J 为单位矿岩运输经营费，元/t;P 为投资效果系数;n 为标准投资返本期限，a。

式(1)将各年度发生的费用换算到标准投资返本期限来比较。将根据式(1)计算的单位矿岩费用作为汽车运输与铁路运输方式比较的指标依据，费用小者为优。两者吨岩矿费用相等时的运距即为汽车经济合理运距。跟铁路运输或其他运输方式相比较，经济效果相同时露天矿汽车的运输距离即为露天矿汽车经济合理运距。

通过计算寻求汽车运输跟铁路运输的经济合理界限点。根据不同运距的基建投资及经营费用，采用式(1)分别计算铁路运输和汽车运输单位矿岩费用Z，并求其与运距的关系，见表5。

表5 汽车经济合理运距比较计算Table 5 Comparison of cost-effective distance of automobile transportation

从计算结果分析，单位矿岩费用和运距是呈直线关系，其直线方程为:铁路运输，

汽车运输

式中，kT、kQ为斜率，表示单位矿岩费用随运距变化的比率;TT、TQ为纵截距，表示跟运距无关的单位矿岩基建投资。

当ZT= ZQ时的汽车运距即为经济合理运距，即

kQ·L + TQ= kT·L + TT，

求得

假定以山坡露天矿(采深100 m，运量1 000万t/a)为例，运输车型为SH380A 矿用汽车，据计算结果绘出汽车运输和铁路运输成本关系图，见图1。从图1 可见，铁路运输基建投资高于汽车运输，所以纵截距数值大，成本关系曲线起始点在上;铁路运输经营费低于汽车运输，所以斜率数值小，成本关系曲线倾斜度小。2 种组运输方式的成本关系图线是交叉的，交叉点处汽车运输运距在1.85 km，即为铁路和汽车2 种运输方式的界限点。计算结果表明:在给定的条件下，汽车经济合理运距应不大于1.85 km。汽车运输运距如果超过1.85 km 时应把全汽车运输过渡到铁路运输更为经济合理。

图1 汽车经济合理运距计算Fig.1 Cost-effective distance of automobile transportation

4 分析讨论

通过各种不同矿山技术参数下汽车经济合理运距的计算，对上述例子的计算结果分析如下。

(1)汽车经济合理运距随运量的增大而降低，如图2，尤其当运量较小时降低的幅度较大。这说明随运量的增加，铁路运输的合理使用范围扩大，而在年运量较小时(低于400 万t/a)，铁路运输效果较差，这是因为铁路运输基建投资大而运量小所致。

(2)汽车经济合理运距随露天矿的开采深度增加而加大，如图3。因为露天矿采深增大，铁路运输线路工程量增大，其基建投资及修理、折旧等计入经营费的部分增加幅度显然较汽车运输要大，所以汽车经济合理运距必然增大。露天矿采深对汽车经济合理运距影响较大，尤其在年运量较小时。年运量为300 万t 时，采深每增加10 m，其经济合理运距可加大150 m，而年运量为1 000 万t 时，采深每增加10 m，其经济合理运距仅增加50 m。

图2 不同采深时汽车经济合理运距与运量关系Fig.2 Relationship between cost-effective distance and transport volume under different mining depth

图3 不同运量时汽车经济合理运距与采深关系Fig.3 Relationship between cost-effective distance and mining depth under different transport volume

(3)汽车经济合理运距随汽车车型加大而增大，如图4。车型越大，车辆单价越高，初期投资越大;但大型车较小型车单位矿岩运输经营费低。所以，当矿山运输能力限定时，车型越大，经济运距越长。

图4 汽车经济合理运距与车型关系Fig.4 Relationship between cost-effective distance and vehicle type

(4)汽车经济合理运距跟矿山是山坡露天还是深凹露天类型有关，如图5。当运距小于2 km 时，深凹露天矿汽车经济合理运距长，而山坡露天矿经济合理运距短;当运距大于2 km 时则相反，深凹露天矿汽车经济合理运距短，而山坡露天矿经济合理运距长。前者由于深凹露天矿铁路投资较高而导致汽车经济合理运距长，后者是由于深凹露天矿汽车运输经营费随运距的增加而急剧加大，导致山坡露天矿汽车经济合理运距长。

图5 汽车经济合理运距与矿山类型的关系Fig.5 Relationship between cost-effective distance and mine type

5 结 论

综上所述，汽车经济合理运距不是定值，而是随运输条件不同而变化。汽车经济合理运距随运量的增大而降低，随露天矿的开采深度增加而加大，随汽车车型加大而增大，还跟矿山类型密切相关。因此在进行露天矿开拓运输设计时，汽车平均运距应控制在汽车经济合理运距范围内，如超出允许的经济合理运距，则应考虑与其他运输方式相配合的联合运输方式。

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