某大型露天礦礦石開拓運(yùn)輸方案研究

中圖分類號(hào)：TD57 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1004-4345（2025）02-0007-04

Research on the Development and Transportation Scheme of Ore in a Large Open Pit Mine

KUANG Yong， QI Yan， HUANG Chongjie， YONG Xueyan， CHEN Zhenchao， WANG Leiming （China Nerin Engineering Co.，Ltd.，Nanchang，Jiangxi 33OO38，China）

AbstractInresponse tothecomplex terrainandresourceocurencecharacteristicsofalargeopen-pitlithiumminein China， twotechnicall-feasible tansportationschemeshavebeenproposed：sheme1“road-vehicletransportation”andscheme“roadadit+ orepass”combindtransporatio.Tengineringcharacteristics，investmetostsndoperationalenefitsoftetohswere comparedandanalyzed.Aspresentedintheresearch，although scheme1showslowannualoperatingcost，itisconstrainedbyhigh initialinvestment（0540ooyuan）andlong-termcostamortizatio.Tepresentvalueof tsfullifecclecost（166775900yuan） issignificantlyhigherthanscheme2（867650Oyuan），withadiferenceof8OO180Oyuan.Therefore，amoreeconomicalroad vehiclescheme2（simpleinprocessandflexibleinoperation）isrecommendedtoprovidedecision-makigbasisfortheselectinof transportation schemes for similar high-altitude and deep-concave open-pit mines.

Keywordsopen-pit mining;developmentand transportationscheme; presentvalueof expenses;off-highwayvehicle;life cycle cost

在露天礦山工程體系中，開拓運(yùn)輸系統(tǒng)作為露天礦山工程體系中連接采掘作業(yè)與選冶環(huán)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其技術(shù)方案的合理性直接決定礦山運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性與安全性。行業(yè)統(tǒng)計(jì)表明，礦巖運(yùn)輸成本占礦石生產(chǎn)成本的 50%～60% ，且隨著開采深度增加，運(yùn)輸效率下降與成本攀升問題愈發(fā)顯著[-3]。因此，科學(xué)選擇開拓運(yùn)輸方式，不僅需要考量礦體賦存形態(tài)、地形地貌特征與工程地質(zhì)條件，還需要在基建投資、運(yùn)營(yíng)成本、技術(shù)可靠性與環(huán)境影響之間尋求最優(yōu)平衡[4-5]

某新建大型露天鋰礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地形呈現(xiàn)北東高南西低的顯著差異，最大相對(duì)高差達(dá) 335.6m 礦區(qū)面積為 2.42km² ，總資源量約14300萬t。該礦山設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模300萬 Δt/a ，服務(wù)年限 33a ，總投資8.9億元，是典型的高投資、長(zhǎng)周期資源開發(fā)項(xiàng)目。礦體跨侵蝕基準(zhǔn)面上下分布，上部風(fēng)化礦與下部原生礦呈層狀賦存，且南部主采區(qū)資源品位（ Li₂O 平均品位為 0.44% ）與可靠性（“探明 + 控制級(jí)\"礦量占比為57.9% ）顯著優(yōu)于北部。鑒于此，本文以該礦南部采場(chǎng)為核心研究對(duì)象，圍繞其復(fù)雜的地形條件（最高開采標(biāo)高 650m 坑底標(biāo)高 200m 最大采深 450m 與工程需求，系統(tǒng)開展開拓運(yùn)輸方案的比選與優(yōu)化研究，旨在為該礦構(gòu)建技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的礦石運(yùn)輸體系。

1礦山概況

1.1地質(zhì)資源特征

1）礦體賦存規(guī)律。礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造以燕山期花崗巖為主，鋰礦體主要賦存于花崗巖風(fēng)化殼與原生裂隙帶中，形成上覆風(fēng)化礦、下伏原生礦的二元結(jié)構(gòu)。+200m 標(biāo)高以上區(qū)域累計(jì)探明7293.2萬t工業(yè)礦石量，其中風(fēng)化礦861.8萬t（ Li₂O 平均品位 0.46% ），原生礦6431.4萬t（ Li₂O 平均品位 0.44% ）。資源分布呈現(xiàn)明顯的南富北貧特征：南部采場(chǎng)可采礦量占比82.8% ，且“探明 + 控制級(jí)\"礦量占比達(dá) 68.2% ，而北部采場(chǎng)全部為推斷級(jí)資源。具體工業(yè)礦石資源量見表1。低品位礦（ Li₂O 平均品位 ?0.30% ）資源量約7040.3萬t，主要分布于北部及邊幫區(qū)域，為未來資源綜合利用提供儲(chǔ)備。

2）工程地質(zhì)條件。礦區(qū)巖體以堅(jiān)硬塊狀花崗巖為主，單軸抗壓強(qiáng)度為 120～150MPa ，節(jié)理裂隙發(fā)育程度低，邊坡穩(wěn)定性良好。水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，主要含水層為風(fēng)化裂隙帶，富水性弱（滲透系數(shù)為 0.01～ 0.10m/d ），年平均降水量為 1600mm ，地形自然坡度為 15^°～35^° ，有利于地表徑流排泄。但需關(guān)注開采過程中形成的高陡邊坡（最大高度為 200m ）穩(wěn)定性，以及爆破振動(dòng)對(duì)周邊巖體的擾動(dòng)影響。

1.2終了境界的確定

采用MineSight三維礦業(yè)軟件構(gòu)建高精度地質(zhì)模型，基于“凈現(xiàn)值最大化”原則進(jìn)行境界優(yōu)化。最終圈定南北兩個(gè)采坑，見圖1。

1）北部采坑。封閉圈標(biāo)高為 332m ，平面尺寸為 ，坑底標(biāo)高為 308m ，最高開采標(biāo)高為 500m 。該采坑以推斷級(jí)原生礦為主，可采礦量為1663.15 萬t。

2）南部采坑。出入溝口標(biāo)高為 368m ，坑底標(biāo)高為 200m ，最高開采標(biāo)高為 650m ，封閉圈標(biāo)高為368m ，平面尺寸為 。該采坑為核心開采區(qū)域，可采礦量達(dá)為8011.37萬t。

全境界合計(jì)采出礦石量9674.5萬t（含 65% 推斷級(jí)礦量）， Li₂O 平均品位為 0.403% ，剝離廢石量為12406.4萬t，其中廢石含低品位礦2795.2萬t（ Li₂O 平均品位為 0.368% ），為后續(xù)廢石資源化利用提供條件。

2 開拓運(yùn)輸方案比選與優(yōu)化

2.1方案設(shè)計(jì)原則與邊界條件

1）核心約束條件。（1）地形條件。南部采場(chǎng)呈“深凹—高邊坡”形態(tài)，最大垂深為 450m ，東西向長(zhǎng) 1450m ，南北向?qū)?880m ，出入溝口標(biāo)高為 368m ，選廠粗碎站位于東南部 230m 標(biāo)高，高差為 138m ，水平距離為 2.0km 。（2）生產(chǎn)規(guī)模。年礦石運(yùn)輸量為300萬t，剝離廢石量為384萬t（按剝采比 1.28t/t ），要求運(yùn)輸系統(tǒng)具備可靠的連續(xù)性與靈活性。（3）環(huán)保要求。深凹區(qū)域需控制尾氣污染，溜井系統(tǒng)需解決粉塵排放問題，平碉通風(fēng)需滿足《金屬非金屬礦山安全規(guī)程》GB16423—2020）要求。

2）技術(shù)方案初選。基于礦體分布、地形高差與運(yùn)輸效率，初步擬定3種可行方案，具體技術(shù)特征對(duì)比見表2。經(jīng)技術(shù)可行性分析，方案3中的膠帶運(yùn)輸對(duì)礦石粒徑要求嚴(yán)格，需粒徑 lt;300mm 。這意味著需要在溜井底部增設(shè)破碎站，不僅會(huì)大幅增加投資成本（單臺(tái)顎破需投資1200萬元），且長(zhǎng)距離膠帶維護(hù)難度大，尤其在多雨山區(qū)易發(fā)生打滑、撕裂事故，綜合可靠性低于電機(jī)車運(yùn)輸。故初選結(jié)果為淘汰方案3。

2.2方案1

1）系統(tǒng)構(gòu)成與布局。公路一汽車開拓運(yùn)輸系統(tǒng)道路設(shè)計(jì)采用雙車道，設(shè)計(jì)時(shí)速為 30km/h ，最大縱坡坡度約 8% ，滿足礦用汽車爬坡能力，總里程為3.8km 。其中，境界內(nèi)約 1.8km （連接各開采臺(tái)階至368m 出入溝口），境界外 2.0km （至粗碎站）。系統(tǒng)的設(shè)備配置包括11臺(tái)礦用自卸汽車（載質(zhì)量 40t ，百公里油耗 35L ，輪胎壽命 15000km ，配套2臺(tái)裝載機(jī)（斗容 3.5m³. 用于裝載作業(yè)。系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)采用“采場(chǎng)直接裝載一直達(dá)運(yùn)輸\"模式，平均運(yùn)距約 3.8km ，單程 12min ，年工作 330d ，運(yùn)輸量為 ，約300萬 Δt/a ，單車工作效率 826t/d （按10次往返計(jì)）。

2）關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。公路一汽車運(yùn)輸方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)見表3。

2.3方案2

1）立體運(yùn)輸體系構(gòu)建。立體運(yùn)輸體系由溜井系統(tǒng)、平確運(yùn)輸系統(tǒng)及通風(fēng)系統(tǒng)構(gòu)成。（1）溜井系統(tǒng)：布置1#、2#兩座垂直式溜井，采用鋼筋混凝土襯砌，直徑為 6m ，設(shè)計(jì)通過能力為1萬td。1#溜井起始標(biāo)高為495m ，隨開采降段至 236m ，總服務(wù)高度為 259m ：2#溜井起始標(biāo)高為 479m ，最終標(biāo)高為 235m ，總服務(wù)高度為 244m 。卸礦平臺(tái)寬 15m ，設(shè)置擋車欄與抑塵噴淋裝置，礦石通過振動(dòng)給料機(jī)裝入電機(jī)車礦斗。

（2）平銅運(yùn)輸：主平銅長(zhǎng) 2300m ，斷面尺寸為 6.0m ×5.5m （凈寬 × 凈高），采用C30混凝土支護(hù)，坡度為 3‰ （利于排水）。配置3臺(tái)功率為 250kW 時(shí)速為 的ZK10-6/250型電機(jī)車，牽引 10m³ 側(cè)卸式礦斗（載質(zhì)量為 60t ，形成“溜井儲(chǔ)礦—電機(jī)車編組運(yùn)輸\"模式，平均運(yùn)距為 2.3km 。（3）通風(fēng)系統(tǒng)：在平碉末端設(shè)通風(fēng)斜井（長(zhǎng) 288m ，傾角為 35^° ，斷面尺寸為 5.0m×4.0m ，安裝2臺(tái) 型軸流風(fēng)機(jī)（總風(fēng)量為 10m³/s ），采用壓抽混合式通風(fēng)，確保平銅內(nèi)風(fēng)速不小于 0.5m/s ，粉塵質(zhì)量濃度小于 2mg/m²

2）關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)主要包括溜井堵塞、電機(jī)車調(diào)度兩個(gè)方面。（1）溜井堵塞防治。采用超聲波料位監(jiān)測(cè)與高壓空氣破拱裝置，定期檢查溜井內(nèi)壁磨損情況（預(yù)計(jì)年磨損量為 5～8mm ，制定“分級(jí)卸礦—定時(shí)放礦”制度。（2）電機(jī)車調(diào)度優(yōu)化。開發(fā)基于GPS的智能調(diào)度系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控機(jī)車位置與礦斗裝載狀態(tài)，通過算法優(yōu)化運(yùn)輸路徑，減少空駛率（目標(biāo) ?15% ）。

2.4技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比

1）投資成本。經(jīng)分析，方案2的投資額較方案1的高出5240萬元，增幅達(dá) 98.9% 。兩個(gè)方案的投資成本具體對(duì)比分析見表4。

2）經(jīng)營(yíng)費(fèi)用。方案2的成本比方案1低 37.5% ，差額為435.12萬元/a。兩個(gè)方案年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用明細(xì)見表5。

3）全生命周期經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。采用“費(fèi)用現(xiàn)值法”進(jìn)行動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)分析，計(jì)算期為 33a ，貼現(xiàn)率為 8% ，可比費(fèi)用現(xiàn)值計(jì)算結(jié)果如表6所示。

注：1）方案1道路工程含路基、路面、安防等，方案2道路工程主要為聯(lián)絡(luò)道路。2）方案2井巷工程包括2座溜井 ?2300m 平銅、通風(fēng)井。3）方案1設(shè)備購置費(fèi)用含11臺(tái)汽車、2臺(tái)裝載機(jī)，方案2設(shè)備購置費(fèi)用含3臺(tái)電機(jī)車、20節(jié)礦斗以及給料設(shè)備。4）方案2電力設(shè)施費(fèi)用主要為新增電力系統(tǒng)變壓器、電纜、通風(fēng)設(shè)備的購置費(fèi)用。

萬元/a

由表6可知，方案1的可比費(fèi)用現(xiàn)值比方案2的低8001.08萬元，減少了 48% 。另據(jù)敏感性分析顯示，當(dāng)?shù)V石價(jià)格波動(dòng) ±10% 、貼現(xiàn)率變化 ±2% 時(shí)，方案1的費(fèi)用現(xiàn)值始終低于方案2，表明其抗風(fēng)險(xiǎn)能力更強(qiáng)。

2.5綜合性能對(duì)比

綜合上述分析對(duì)方案進(jìn)行綜合性能對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如表7所示。公路一汽車開拓運(yùn)輸方案（方案1）憑借以下優(yōu)勢(shì)成為最優(yōu)選擇。1）投資經(jīng)濟(jì)性突出。初期建設(shè)投資僅5300萬元，較方案2低5240萬元，顯著降低了項(xiàng)目融資壓力，尤其適合資源開發(fā)初期資金約束場(chǎng)景。2）全生命周期成本優(yōu)勢(shì)。盡管年經(jīng)營(yíng)費(fèi)用高于方案2，但通過較低的建設(shè)投資現(xiàn)值與更長(zhǎng)的成本攤銷周期，費(fèi)用現(xiàn)值較方案2低8001萬元。3）運(yùn)營(yíng)管理便捷。單一公路運(yùn)輸系統(tǒng)避免了溜井堵塞、平確通風(fēng)、電機(jī)車調(diào)度等復(fù)雜技術(shù)問題，降低生產(chǎn)管理難度，適合新礦山快速達(dá)產(chǎn)需求[6-8]。4）技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)。針對(duì)礦區(qū)地形復(fù)雜、多臺(tái)階開采的特點(diǎn)，汽車運(yùn)輸?shù)臋C(jī)動(dòng)靈活性可實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”直達(dá)運(yùn)輸，尤其在南部采場(chǎng)高陡邊坡區(qū)域，避免了大型固定設(shè)施的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)

3 結(jié)論

本研究針對(duì)某大型露天鋰礦的復(fù)雜開采條件，通過多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，得出以下結(jié)論：1方案1初期投資（5300萬元）較方案2降低 49.7% ，全生命周期費(fèi)用現(xiàn)值（8676.51萬元）減少 48% ，且敏感性分析表明其抗風(fēng)險(xiǎn)能力更強(qiáng)；2）方案2因井巷工程投資（6540萬元）與電力設(shè)施成本（650萬元）占比過高，導(dǎo)致費(fèi)用現(xiàn)值劣勢(shì)顯著，僅適用于特定地形與資金充裕場(chǎng)景；3）方案1憑借工藝成熟度高、調(diào)度靈活性強(qiáng)（設(shè)備利用率 ?85% ）及管理復(fù)雜度低等優(yōu)勢(shì)，更契合深凹型露天礦開發(fā)需求。本研究可為類似礦山運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供量化決策范式。未來研究可進(jìn)一步探索“公路運(yùn)輸 + 新能源汽車”的低碳轉(zhuǎn)型路徑[9-10]，以及溜井一平碉系統(tǒng)在深部開采中的優(yōu)化應(yīng)用，為露天礦山綠色高效開發(fā)提供持續(xù)技術(shù)支撐

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