某特大型露天礦山開拓運輸方案比選

趙運濤

(1.中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司；2.金屬礦山安全與健康國家重點實驗室；3.華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國家工程研究中心有限公司)

某新建露天礦山位于池州市貴池區(qū)境內(nèi)，為獨立山體，呈北東—南西向展布，地勢總體特征為中部高，向周邊逐漸降低，最高點標高+408.6 m，最低點標高為+27.6 m，最大相對高差為381.03 m，相對高差較大，坡角一般為15°～34°，長4.5 km，寬1.5 km，面積約4.7 km2，總儲量約18億t，開采礦種為水泥用灰?guī)r。礦區(qū)屬低山丘陵地貌，礦床屬裸露的巖溶充水礦床，層狀，水文地質(zhì)條件簡單；礦體為堅硬、半堅硬碳酸鹽巖，工程地質(zhì)條件中等；地質(zhì)環(huán)境現(xiàn)狀良好，未發(fā)現(xiàn)較大規(guī)模崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害現(xiàn)象。礦山計劃生產(chǎn)礦石6 000萬t/a，總服務年限約30 a，項目投資約66.2億元。由于礦山資源量大，投資多，投資方在規(guī)劃開采時對礦山開拓方案進行了多次優(yōu)化比較，本文從技術(shù)、投資以及后期運營三方面對開拓運輸方案進行比較選擇，確定最優(yōu)方案。

1 開拓運輸方案

由于規(guī)劃限制，礦石深加工區(qū)設置于采場北側(cè)，排土場位于礦體南側(cè)，礦區(qū)總平面布置見圖1。

圖1 礦區(qū)總平面布置

加工車間和排土場分別位于露天采場北部和南部，按公路展線布置計算，采場至加工車間與排土場的平均運距均分別為4.5，2.1 km。

礦山為露天開采，開拓運輸方法較多，包含公路開拓、鐵路開拓、平硐溜井開拓、公路溜槽聯(lián)合開拓等。考慮到環(huán)保、投資、運營成本等因素，本礦山初步選擇的開拓運輸方案有公路-平硐-溜井聯(lián)合開拓運輸(方案Ⅰ)、公路-汽車開拓運輸(方案Ⅱ)。

2 開拓運輸方案比選

2.1 技術(shù)比較

2.1.1 方案Ⅰ

在采場靠近北側(cè)山坡由東向西平行設置4條溜井(φ8 m)，溜井間距為620～800 m不等，同時在礦山北側(cè)修筑9 m寬輔助開拓道路。溜井底部設置粗破碎，并通過平硐與加工區(qū)相連。礦石在采場內(nèi)用汽車裝載，然后由工作面分別運至4條溜井卸礦，經(jīng)溜井底部破碎機粗碎后，再由平硐內(nèi)膠帶轉(zhuǎn)運至加工區(qū)。表土及剝離風化層由汽車經(jīng)礦山北側(cè)的道路直接運至排土場堆排。該方案適用于比高較大的礦山，利用礦石自重溜放，可減少運輸設備和運輸線路工程量，并且汽車運距短(采場內(nèi)平均單程運距450 m，平硐運距760 m)，礦石生產(chǎn)成本較低。但溜井平峒基建工程量較大(開鑿井巷、硐室約25.4萬m3)，施工工期較長，且生產(chǎn)運輸環(huán)節(jié)多、管理復雜，采場內(nèi)溜井降段技術(shù)要求嚴格[1]。

2.1.2 方案Ⅱ

在礦山南側(cè)布置一條17 m寬上山開拓道路，由地面+60 m標高通往山頂+355 m標高，+355 m標高以上修筑約4.5 km簡易道路。采場內(nèi)礦石和表土及剝離風化層均采用汽車運至加工車間和排土場。采用公路-汽車開拓運輸方案的優(yōu)點是適應性強、運輸工藝簡單、機動靈活、 生產(chǎn)環(huán)節(jié)少、易于管理等，缺點是道路基建工程量大(挖填方約22.7萬m3)、汽車投入量較大、車輛調(diào)度復雜、運輸距離長(平均單程運距接近4.5 km)、道路維護繁瑣、生產(chǎn)運營成本較高。

2種開拓運輸方案技術(shù)比較見表1。

表1 開拓運輸方案技術(shù)比較

由表1看出，公路-平硐-溜井聯(lián)合開拓運輸方案和公路-汽車開拓運輸方案均存在優(yōu)點和不足，但都適用于本礦山，需要從其他角度進行分析比較。

2.2 投資比較

2.2.1 基建工程投資

方案Ⅰ的基建工程主要包括4套溜破系統(tǒng)和輔助道路，其中溜破系統(tǒng)主要包括主溜井(φ8 m)、下部礦倉(12 m×10 m)、給礦機硐室、破碎硐室、風機硐室、變電硐室、膠帶平硐、運輸平硐(運輸破碎設備并作為安全出口)組成，共投資16 451萬元。方案Ⅱ的基建工程主要為17 m寬開拓道路，共投資2 180萬元，2種開拓方案基建投資比較見表2。

表2 基建投資比較 萬元

2.2.2 設備投資

兩方案都需采用破碎設備，不計入本次比較。方案Ⅰ、方案Ⅱ設備區(qū)別主要是運輸汽車、運輸膠帶及破碎硐室輔助設施等。

方案Ⅰ設備投資主要包括運輸汽車、運輸膠帶及破碎硐室輔助設施，共23 534萬元。方案Ⅱ設備投資主要是運輸汽車，約25 800萬元。2種開拓方案設備投資比較見表3。

表3 設備投資比較 萬元

由表2、表3看出，方案Ⅰ與方案Ⅱ建設投資差額為12 005萬元，但礦山運行時汽車運輸與膠帶機運輸費用及維護成本不同，因此，需對礦山運營期費用進行比較。

2.2.3 運營期費用

根據(jù)采場采剝進度計劃，計算每年的礦石運距及經(jīng)營費。汽車運費為1.0元/( t·km)，膠帶機運費為0.5元/( t·km)。2種方案可比經(jīng)營費計算結(jié)果及凈現(xiàn)值見表4。

通過表4發(fā)現(xiàn)，年制造成本方案Ⅰ比方案Ⅱ低27 370萬元，按照運輸車輛10 a一個折舊周期考慮，在基準收益率10%的前提下，方案Ⅰ費用凈現(xiàn)值為78 664萬元，方案Ⅱ費用凈現(xiàn)值為207 316萬元，在整個評價期內(nèi)，方案Ⅰ較方案Ⅱ節(jié)省128 652萬元。在技術(shù)可行的前提下，方案Ⅰ在經(jīng)濟效益上明顯更優(yōu)。

2.3 方案確定

相較于公路開拓運輸，溜井卸礦雖然可能會發(fā)生堵井、跑礦等現(xiàn)象，存在井壁支護困難、磨損嚴重等問題，但是采取嚴控入井礦石塊度、防止放空等管理措施[2]，上述一系列問題是可以降低或避免的。我國大型露天礦山采用溜井、平硐較多，如紫金山金銅礦、本鋼南芬露天礦、太鋼尖山鐵礦、攀鋼蘭尖鐵礦等大型、特大型礦山，都取得了很好的效益。因此，經(jīng)過技術(shù)和經(jīng)濟綜合比較后選用公路-平硐-溜井聯(lián)合開拓方案[3]。

表4 可比經(jīng)營費計算結(jié)果經(jīng)費及現(xiàn)值比較

3 開拓運輸系統(tǒng)布置

4 結(jié) 語

通過對某礦山開拓運輸方案進行技術(shù)、建設投資、后期運營方面比較，在技術(shù)可行的情況下，后期運營費用更是優(yōu)勢，故選擇公路-平硐-溜井聯(lián)合開拓運輸方案。露天礦山開拓運輸方案選擇是一個相對復雜的工作，需全面分析礦山自然地形、地質(zhì)情況、區(qū)域氣候等因素，對多種方案進行技術(shù)可行性、投資額度、運營期費用等方面比較，從而選擇投資少、運營費用低、技術(shù)成熟的方案，最大限度地降低投資風險等。