滇西某貴金屬礦露天開采設備大型化方案的選擇

陳 印，呂林洪，周曉超，陳 峰，黃曉鹍

(1.昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051；2.云南黃金礦業集團股份有限公司，云南 昆明 650224；)

0 引 言

機械設備是礦山生產的基礎性生產工具，是生產力的重要構成因素。近20年來，隨著科學技術的進步，采礦設備大型化趨勢十分明顯，而露天采礦的發展主要是通過采礦設備的進步而實現的。采礦裝備水平的快速發展，極大地改變了采礦方法和工藝，推動了采礦技術的發展。隨著國內外露天礦山生產規模的日趨擴大，采礦工藝和設備技術水平日益提高，為進一步提高企業的經濟效益和勞動生產率，降低生產成本，大型礦用設備已逐步取代小規格的礦用設備，成為大型露天礦山采礦技術發展的重要趨勢。

1 項目背景

該礦山隨著近幾年的開采，淺部工業礦已基本開采完畢，礦山很難再維持現有的開采規模。采場上部臺階存在嚴重的欠剝離問題，導致1 600 m以下的主礦體揭露不夠，備采礦量不足。現礦山部分廢石運輸采用半連續開采技術，可降低長運距運輸成本和卡車數量，但由于礦山現有設備與破碎站不相匹配的問題，導致破碎站生產不飽和，未發揮出破碎站最大能力。采場穿爆、鏟裝及運輸設備與礦山實際開采規模不相匹配，導致礦場內采掘、運輸設備過多，排隊等車和等待裝車等問題相當突出，出現大量接龍式運輸現象，已成為礦山目前的最大安全隱患之一。

2 設備大型化方案設置

露天采場最高臺階標高1 949 m，最低臺階標高1 394 m，最大采深555 m，終了臺階高度15 m(并段30 m)，臺階坡面角60°。

露天境界內礦巖量總量為28 304.91 萬m3(77 456.79 萬t)，其中：剝離量26 257.31 萬m3(70 567.97 萬t)，采出礦石量6 888.82 萬t(氧化礦1 375.54 萬t，原生礦5 513.28 萬t)。

礦石量主要集中分布在1 439～1 679 m標高間，礦石量5 991.32 萬t(臺階礦石量均大于160萬t，臺階數為17個)，占采出礦石總量的87 %，總加權平均運距(場內)約為4.36 km；1 679 m標高以上礦石量為662.4 萬t，占比僅為9.62 %，加權平均運距(場內)約為2.17 km，可服務年限約1.5年；1 439 m標高以下含礦臺階有3個(1 424 m、1 409 m和1 394 m)，礦石量合計為235.05 萬t，占比為3.41 %，加權平均運距(場內)約為5.93 km ；礦石運輸場內加權平均運距為4.20 km。

結合礦山的采剝量和礦巖分布規律，選擇的大型采礦設備和年采剝規模進行選型，同時不同方案中輔助設備按統一型號數量進行配備，最終輔助設備、中小型設備和基礎方案選擇的大型穿孔、鏟裝和運輸等主要采礦設備一起進行比較。

該次大型化設備主要針對礦山的剝離，從臺階礦巖量分析可知，礦山剝離廢石主要集中在現狀標高以上，可為大型化設備提供較好的作業空間。對設備大型化方案選擇，主要是根據礦山年剝離廢石量以及廢石現有運輸方式等因素，選擇與之匹配的挖掘機型號，挖掘機型號選擇確定后，根據合理的斗容比范圍選擇合適規格的礦用卡車進行搭配，最后鉆機根據年穿孔量及確定的挖掘機型號進行搭配選擇。因此，基于以上情況，該次設備大型化基礎方案選擇斗容11 m3、15 m3和18 m3電動液壓鏟(正鏟)進行鏟裝作業，穿孔和運輸設備根據選擇的鏟裝設備型號進行搭配組合，經整理設備大型化具體比較方案如下：

(1)方案①：孔徑φ200 mm電動牙輪鉆機、斗容11 m3電動液壓鏟、載重90～100 t機械輪卡車；

(2)方案②：孔徑φ200 mm電動牙輪鉆機、斗容15 m3電動液壓鏟、載重90～100 t機械輪卡車；

(3)方案③：孔徑φ250 mm電動牙輪鉆機、斗容18 m3電動液壓鏟、載重120 t電動輪卡車。

3 方案比選

3.1 不同斗容電動液壓鏟比較

(1)從技術性能看，11 m3和15 m3電動液壓鏟接地比壓相對較小，更適用于工作面條件差的地段；從最大切削高度看，15 m3和18 m3電動液壓鏟可以很好地完成15 m臺階作業，而11 m3鏟作業有些困難，但加強現場生產管理可以勝任。

(2)從勺容比分析，11 m3、15 m3和18 m3電動液壓鏟與100 t級卡車匹配勺容比均在合理范圍內，斗容越大，相對裝車時間越短。

(3)從車鏟比分析得出，11 m3液壓鏟和18 m3液壓鏟待鏟時間相對較長，相比較15 m3電動挖掘機這兩種型號挖掘機鏟裝效率未充分發揮。

(4)從單位采剝投資看，斗容越大，投資相對越高。

(5)由能耗分析看，15 m3液壓鏟較11 m3液壓鏟單位能耗成本略低，15 m3和18 m3電動液壓鏟單位能耗成本相近。

通過對3種不同斗容液壓鏟15 m臺階適應性、車鏟比、可布置作業面等技術方面以及單位投資、能耗和設備折舊、維修費用等投資經濟簡單比較，并結合礦山目前采剝現狀、礦巖分布特點和加快上部剝離考慮，15 m3電動液壓鏟綜合優勢較大，見表1。

表1 3種不同斗容挖掘機適用性和經濟性比較Tab.1 Applicability and economic comparison of 3 different bucket excavators

3.2 設備配置方面比較

對不同方案設備配置，僅針對主要采礦設備進行設備配置比較，對輔助設備(推土機、裝載機、灑水車、壓路機等)考慮統一配備。

由設備大型化不同方案設備配置表可得出：

(1)3個不同組合方案穿孔設備數量相同，鏟裝設備方案②和方案③較方案①少1臺大型電動液壓鏟，相應所需布置工作面(8個)較方案①所需工作面(9個)少一個；對于大型運輸設備方案③較方案①和方案②分別少6輛和5輛，中型運輸設備60 t礦卡3個方案需求量相同均為27輛(主要用于承擔運礦和運廢任務)。

(2)3個不同組合方案中，方案③穿孔、鏟裝和運輸主要采礦設備總數量最少，但整體型號最大，設備單重也最大(18 m3電動液壓鏟，單重302 t)，相應維修水平及機修廠房要求也更高。

3.3 材料消耗比較

(1)方案①和方案②能耗中柴油總耗量均為13 874.18 t，方案③年耗柴油量較方案①和方案②略少為13 812.04 t；年電耗3個方案中，穿孔設備耗電量方案①和方案②相同為1 575 000 kW·h/a；方案③ 250 mm孔徑牙輪鉆機年耗電量較方案①、②略多，為2 050 000 kW·h/a；對于電動液壓鏟耗電量方案①和方案②年耗電量較為接近，方案③年耗電量最多，為8 400 000 kW·h/a，較方案①和方案②年耗電量高出約25 %。

(2)炸藥年消耗量方案①和方案②相同均為4 811.94 t，方案③炸藥年耗量為5 771.96 t，較方案①和方案②多960.02 t；輪胎消耗中3個方案主要差別是大型剛性礦卡輪胎消耗不同，其中方案①和方案②100 t礦卡輪胎消耗相同均為64套，方案③120 t電動輪礦卡輪胎消耗為52個。

3.4 投資比較

(1)方案①投資

方案①估算建設投資為48 211.85 萬元，其中設備購置費44 880.06 萬元，占建設投資93.09 %；安裝工程費730.93 萬元，占建設投資1.52 %，其他費305.07 萬元，占建設投資0.63 %，工程預備費2 295.80 萬元，占建設投資4.76 %。

(2)方案②投資

方案②估算建設投資為45 781.17 萬元，其中設備購置費42 609.42 萬元，占建設投資93.07 %；安裝工程費698.95 萬元，占建設投資1.53 %，其他費292.75 萬元，占建設投資0.64 %，工程預備費2 180.06 萬元，占建設投資4.76 %。

(3)方案③投資

方案③估算建設投資為50 898.80 萬元，其中設備購置費47 457.42 萬元，占建設投資93.24 %；安裝工程費698.95 萬元，占建設投資1.37 %，其他費318.69 萬元，占建設投資0.63 %，工程預備費2 180.06 萬元，占建設投資4.76 %。

3.5 技術經濟比較

方案①費用現值(絕對值)為199 827.27 萬元，總成本費用68.98 元/t；方案②費用現值(絕對值)為196 666.36 萬元，總成本費用68.05 元/t；方案③費用現值(絕對值)為217 188.74 萬元，總成本費用72.80 元/t。3個方案中方案②(15 m3電動液壓鏟)費用現值(絕對值)最低值為196 666.36 萬元，該方案投資、成本相對最低，設備運行效率較高，為最優方案。

3.6 最終確定的方案

綜合上述從建設投資、成本支出和技術工藝角度等分析，同時結合礦山開采條件和采剝工藝等，選擇方案②(孔徑φ200 mm電動牙輪鉆機、斗容15 m3電動液壓鏟、載重90～100 t機械輪卡車)作為推薦方案。

依據露天采場開采現狀和礦體賦存條件，采用上部陡幫組合臺階剝離，下部緩幫橫向采礦的采剝工藝。結合開采工藝和礦巖特性，選用150 mm孔徑的潛孔鉆機主要用于礦廢石穿孔作業，200 mm孔徑的牙輪鉆機用于巖石穿孔作業；按礦山年采剝總量，選用斗容15 m3電動液壓鏟挖和載重91 t級礦用自卸式汽車運輸廢石，4.0 m3、6～8.0 m3柴油式液壓鏟鏟挖和55 t級礦用自卸式汽車運輸礦廢石。

4 結 語

通過編制的穿孔、鏟裝和運輸等設備大型化方案，得到如下主要結論：

(1)運輸設備大幅度減少(運輸設備由現400輛減少到設備大型化方案的50多輛)，單向行車密度小，改變了運輸設備后車跟前車，接龍式運輸的現象，減少了運輸環節的安全隱患；此外，輸設備大型化與膠排系統能力更匹配，充分發揮運輸設備的效率和汽車+破碎膠帶半連續工藝的優越性。

(2)根據技術經濟比較，大型電動設備單位作業成本相對更低，同時電驅動取代柴油驅動將降低場內的粉塵和廢氣污染，即節能、環保、經濟、安全，又可提高生產效率。

(3)設備大型化后工作面減少，生產作業會更加集中化；多點作業、交叉作業及剝離工作面雜亂的現象將得到大幅度減少，有利于維護生產秩序，提高生產效率和資源利用率。

通過該方案分析，礦山露天采場設備的大型化符合國家安全、環保的發展趨勢，能有效改善礦山現有采剝現狀，降低環境污染，提高生產效率，符合新形勢下的環保、安全要求，為礦山綠色、安全、高效、節能開采提供了有力的技術保障。