淺談銅-曼露天采場廢土運輸?shù)缆穬?yōu)化與應(yīng)用實踐

譚明洪

（云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南文山 663701）

0.引言

云南省馬關(guān)縣都龍礦區(qū)銅街-曼家寨露天采場為山坡+凹陷露天礦山，隨著露天開采規(guī)模逐漸增大，礦山大型設(shè)備的推廣使用，更新?lián)Q代速度也逐漸加快。與此同時，礦山能否統(tǒng)一協(xié)調(diào)好縮減生產(chǎn)成本與提升生產(chǎn)效率二者的關(guān)系，是關(guān)乎著礦山能否成功轉(zhuǎn)型，并實現(xiàn)高效高質(zhì)安全發(fā)展的一個關(guān)鍵要素。

長久以來，礦山運輸?shù)缆返馁|(zhì)量、運距、縱坡度等因素直接影響著礦用卡車運行的效率、安全性和經(jīng)濟性。為了進一步降低銅曼露天礦山運輸成本，切實保障礦山提質(zhì)降本增效工作的開展，結(jié)合礦山東部排土場的現(xiàn)狀，對現(xiàn)階段露天采場至東部排土場的廢土運輸線路進行優(yōu)化[1]。堅持以“低土低排、高度高排”為基本原則，合理的控制礦山上中下3 個生產(chǎn)剝離區(qū)域廢土運至東部排土場的運距，調(diào)整部分區(qū)域廢土重載爬坡運輸?shù)谋壤M可能地降低運輸成本，提升生產(chǎn)效率。

1.礦區(qū)運輸?shù)缆番F(xiàn)狀

隨著露天礦山東部排土場1220 排土平臺的啟用，原設(shè)計上1220 排土平臺主要承擔(dān)著露天采場1230 平臺及其以上區(qū)域生產(chǎn)剝離廢土的排放。

結(jié)合目前采場東幫主運輸?shù)缆返膶嶋H情況，該道路局部路段坡度過大，連續(xù)下坡段長約1150m，連續(xù)大縱坡爬坡段長約745m。重載車輛“先下坡，再上坡”的運輸線路配置，使得上部區(qū)域的廢土運距、單位運輸成本、油耗及輪胎損耗均有明顯增加。經(jīng)不完全統(tǒng)計，由西幫區(qū)域運往1180、1220 排土平臺的車輛單位運輸成本，由此前的2.91 元/m3·km 增加到3.55 元/m3·km。綜合考慮礦山生產(chǎn)成本與日俱增的問題，原東幫廢土運輸?shù)缆?，已不再滿足礦山當(dāng)前的生產(chǎn)需求。為此，合理規(guī)劃一條采場至1220 排土平臺的運輸?shù)缆肥欠浅Ｇ袑嵑捅匾模稍谝欢ǔ潭壬暇徑獾V山當(dāng)前運輸功需求的壓力，提高運輸效率，降低綜合生產(chǎn)成本。

2.優(yōu)化研究范圍和內(nèi)容

2.1 研究對象及范圍

本次研究是以銅曼采場至東部排土場1220 排土平臺廢土運輸?shù)缆穬?yōu)化以及道路的施工為研究對象。利用已經(jīng)建成并投入使用的露天礦智能卡車調(diào)度系統(tǒng)[2]，以及3Dmine、AutoCAD、南方Cass 等工程軟件，結(jié)合公司當(dāng)前的生產(chǎn)現(xiàn)狀和道路建設(shè)需求，合理規(guī)劃一條采場至1220 排土場的廢石運輸?shù)缆?，旨在于最大限度地降低廢石排放運距，縮短重載低土高排的工程量和運輸成本，規(guī)劃線路如圖1 所示。

圖1 設(shè)計優(yōu)化線路三維模型圖

2.2 研究開展內(nèi)容

根據(jù)本次研究的需求，初步擬定了銅曼采場至1220排土場廢石運輸?shù)缆返慕ㄔO(shè)設(shè)計規(guī)劃方案，并開展以下研究工作：（1）針對設(shè)計線路可能經(jīng)過的關(guān)鍵節(jié)點位置、地形地貌特征和防排水、安全、環(huán)保、供水、電、網(wǎng)等重要設(shè)備設(shè)施進行現(xiàn)場實地踏勘、測量，并對方案的實效性、可實施性、合理性進行論證。（2）根據(jù)道路上設(shè)計優(yōu)化方案，制定施工組織方案，并按計劃分階段組織施工，確保各階段工程施工進度和質(zhì)量。（3）在道路施工驗收后，及時開展道路運輸經(jīng)濟性對比試驗。通過對比道路施工完成前后采場中上部區(qū)域廢土運輸運距和單位成本的差異，來綜合分析試驗道路相關(guān)設(shè)計參數(shù)和施工質(zhì)量的經(jīng)濟性、合理性。（4）根據(jù)試驗開展情況及所收集的數(shù)據(jù)資料，總結(jié)現(xiàn)階段銅曼露天礦山道路設(shè)計與施工過程中的經(jīng)驗。

3.具體實施情況

3.1 項目研究方法及路線

本次項目在確定了采場至1220 排土場道路優(yōu)化方案通過審查后，主要從以下幾個方面開展工作：（1）收集整理2020 年運輸設(shè)備在道路坡度變化的條件下設(shè)備效率、運行成本的數(shù)據(jù)。（2）結(jié)合東部排土場現(xiàn)狀，編制采場至1220 排土場道路優(yōu)化方案。（3）待采場至1220 排土場道路修建完成后，組織開展經(jīng)濟性對比試驗并采集數(shù)據(jù)。（4）匯總整理數(shù)據(jù)，分析礦山道路坡度、運距與運輸成本的關(guān)系。（5）通過該條路從“方案設(shè)計—施工交底—技術(shù)跟蹤—現(xiàn)場監(jiān)管—工程驗收”等工作，探索本礦山自建規(guī)劃道路的標(biāo)準(zhǔn)化施工管理流程。（6）將得出的初步結(jié)論，運用到生產(chǎn)實際中進行充分驗證[3]。

3.2 項目實施過程概述

為確保道路設(shè)計方案的嚴(yán)謹(jǐn)、可行性及合理性，實施的各個階段，相關(guān)技術(shù)人員定期到現(xiàn)場實地勘測，結(jié)合現(xiàn)場實際不斷完善、校準(zhǔn)道路設(shè)計參數(shù)。具體簡述如下：第一階段：道路規(guī)劃設(shè)計方案編制與論證。第二階段：收集運輸設(shè)備在道路坡度變化的條件下設(shè)備效率、運行成本的數(shù)據(jù)變化情況；著重掌握運輸車輛在上坡、下坡的時候油耗變化情況。第三階段：選定試驗設(shè)備，開展試驗，采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)。選取2 臺運輸車輛固定在線路優(yōu)化以前的原道路和新建道路兩種路況下分別行駛2 個月，收集運輸設(shè)備工作效率、運輸成本的數(shù)據(jù)。第四階段：整理分析數(shù)據(jù)資料，得出結(jié)論。

3.3 項目實施效果

在歷時73 天的路基挖填施工后，進入全路段的硬化處理。結(jié)合采場實際生產(chǎn)情況，本礦山道路主要為二、三級露天礦山道路，將采用低級路面結(jié)構(gòu)，即在原巖地段采用僅鋪一層面層的單層路面結(jié)構(gòu)，風(fēng)化軟基地段仍需采用三層式路面結(jié)構(gòu)[4]。

路面結(jié)構(gòu)的鋪墊，主要路料來自采場中上部區(qū)域產(chǎn)出的硬質(zhì)巖石，以及1180 路料站加工分級的路料，最后再進行平整壓實。

其中，1180 路料站加工產(chǎn)出3 種規(guī)格成品路料及一種廢料，分別是小粒徑級配料（30mm ～80mm）、中粒徑級配料（80mm ～120mm）、大粒徑級配料（120mm ～200mm）以及廢料（30mm 以下）；塊石層可選用采區(qū)700mm ～800mm 的大理巖塊石；其他粒料層應(yīng)選用中粒徑級配料和大粒徑級配料拌和的混合料鋪筑碾壓；級配碎石層應(yīng)選用小粒徑級配料鋪筑碾壓。具體道路面層結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 運輸?shù)缆访鎸咏Y(jié)構(gòu)圖

根據(jù)綠色礦山建設(shè)理念的工作要求，在道路施工主體工程完成的同時，需配套完善的整條道路永久性防排水溝、池、管、線的恢復(fù)工程，永久性道路邊坡的復(fù)墾綠化及道路交通安全警示標(biāo)志等輔助設(shè)施的安裝也是一項重要工作。

在實際施工過程中，考慮到部分區(qū)域回填量較大，邊坡的表層有植被和第四系腐殖土覆蓋，且埋藏厚度分布不均，極不利于區(qū)域排土施工和后期路基的穩(wěn)定性。因此，工程技術(shù)人員巧妙地通過先安排挖機等設(shè)備清理所經(jīng)過區(qū)域的表層腐殖土，并將清出的表土運至路基已經(jīng)完全鋪填到位的路外邊坡，用于道路后期復(fù)墾[5]。這樣既保證了排土施工清基的工作要求，又解決了后期道路復(fù)墾時的表土來源問題。

3.4 施工小結(jié)與評估

共歷時約93 天，實際完成鋪填量87 萬立方米，路基開挖量5 萬立方米，極大地減少了工程量，并縮短了施工周期。

據(jù)不完全統(tǒng)計，從現(xiàn)場實地調(diào)查、勘測、設(shè)計定線、設(shè)計校核，到現(xiàn)場施工定線、施工技術(shù)交底、坡度校準(zhǔn)、高程跟蹤、路寬測量、工程地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害防護和預(yù)警，再到定期地完成施工進度、現(xiàn)狀地形更新測量共29次，累計取得有效點數(shù)據(jù)約21254 個。

同時，為確保道路施工質(zhì)量和進度，施工期間工程技術(shù)人員制定嚴(yán)密的技術(shù)跟蹤計劃，指定專人負(fù)責(zé)施工進度跟蹤和技術(shù)交底工作，并要求每2～3 日對施工現(xiàn)場進度情況進行檢查；確保施工質(zhì)量和施工進度。

4.經(jīng)濟效益測算

4.1 直接經(jīng)濟效益

在運輸?shù)缆反罱ㄍ瓿珊螅? 臺100t、2 臺120t 級礦用卡車分別進行重載運輸試驗。通過對比道路優(yōu)化前后設(shè)備單位運輸成本差異，進而直接測算其產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益，如表1 所示優(yōu)化前平均油耗0.332kg/m3·km，優(yōu)化后平均油耗0.287kg/m3·km。顯然，本次道路優(yōu)化后可節(jié)省設(shè)備運行單位油耗約0.045kg/m3·km。

表1 道路優(yōu)化前后試驗車輛平均單位油耗統(tǒng)計

經(jīng)測算，1230 平臺以上區(qū)域設(shè)計境界內(nèi)有約1052 萬立方米廢土量通過優(yōu)化后道路運至1220 排土平臺排放，平均運距約2.9km，較之前的縮短運距約0.42km，按照礦山100t、120t 級礦用卡車“下坡+平緩路段”方式的單位運輸成本約3.25 元/m3·km 進行測算，預(yù)計可為礦山節(jié)省廢土運輸燃油成本1332.6 萬元。

4.2 間接經(jīng)濟效益

優(yōu)化后的道路最大縱坡坡度及路段長度，大幅度減少，對降低礦卡備件磨損、延長發(fā)動機、變速箱等的使用壽命，縮短設(shè)備的循環(huán)運輸周期，提高生產(chǎn)效率等均有顯著的積極的影響。除此之外還可少占用東部排土場庫容87 萬立方米，節(jié)省排土場建設(shè)成本304.5 萬元；節(jié)省87 萬立方米廢土經(jīng)原道路運至1220 排土平臺的運輸成本118.7 萬元。

5.結(jié)論

通過本項目的實施，優(yōu)化后的道路可累計為礦山創(chuàng)效約1755.8 萬元；通過近半年的車輛維修記錄數(shù)據(jù)顯示，固定線路經(jīng)該新建道路通行的車輛設(shè)備剎車制動系統(tǒng)報修頻次顯著下降，車輛輪胎更換頻次小幅度延長至5.2 個月一條輪胎；與此同時，車輛發(fā)動機在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)顯示發(fā)動機高溫報警頻發(fā)的情況得到有效控制，發(fā)動機負(fù)載率高位數(shù)據(jù)也穩(wěn)步下降。種種跡象表明，該條道路的優(yōu)化的成功實踐，對銅曼礦山當(dāng)期生產(chǎn)成本及生產(chǎn)效率產(chǎn)生積極影響。為礦山在今后道路優(yōu)化規(guī)劃的實踐中積累了寶貴的經(jīng)驗。